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linux下把进程绑定到特定cpu核上运行

现在大家使用的基本上都是多核cpu,一般是4核的。平时应用程序在运行时都是由操作系统管理的。操作系统对应用进程进行调度,使其在不同的核上轮番运行。

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对于普通的应用,操作系统的默认调度机制是没有问题的。但是,当某个进程需要较高的运行效率时,就有必要考虑将其绑定到单独的核上运行,以减小由于在不同的核上调度造成的开销。

把某个进程/线程绑定到特定的cpu核上后,该进程就会一直在此核上运行,不会再被操作系统调度到其他核上。但绑定的这个核上还是可能会被调度运行其他应用程序的。

操作系统对多核cpu的调度

目前windows和linux都支持对多核cpu进行调度管理。

软件开发在多核环境下的核心是多线程开发。这个多线程不仅代表了软件实现上多线程,要求在硬件上也采用多线程技术。

多核操作系统的关注点在于进程的分配和调度。进程的分配将进程分配到合理的物理核上,因为不同的核在共享性和历史运行情况都是不同的。有的物理核能够共享二级cache,而有的却是独立的。如果将有数据共享的进程分配给有共享二级cache的核上,将大大提升性能;反之,就有可能影响性能。

进程调度会涉及实时性、负载均衡等问题,目前研究的热点问题主要集中在以下方面:

  1. 程序的并行开发设计
  2. 多进程的时间相关性
  3. 任务的分配和调度
  4. 缓存的错误共享
  5. 一致性访问问题
  6. 进程间通信
  7. 多处理器核内部资源竞争

多进程和多线程在cpu核上运行时情况如下: 每个 CPU 核运行一个进程的时候,由于每个进程的资源都独立,所以 CPU 核心之间切换的时候无需考虑上下文 每个 CPU 核运行一个线程的时候,有时线程之间需要共享资源,所以这些资源必须从 CPU 的一个核心被复制到另外一个核心,这会造成额外的开销

绑定进程到cpu核上运行

查看cpu有几个核

使用cat /proc/cpuinfo查看cpu信息,如下两个信息:

processor,指明第几个cpu处理器 cpu cores,指明每个处理器的核心数 也可以使用系统调用sysconf获取cpu核心数:

#include 

int sysconf(_SC_NPROCESSORS_CONF);/* 返回系统可以使用的核数,但是其值会包括系统中禁用的核的数目,因 此该值并不代表当前系统中可用的核数 */
int sysconf(_SC_NPROCESSORS_ONLN);/* 返回值真正的代表了系统当前可用的核数 */

/* 以下两个函数与上述类似 */
#include 

int get_nprocs_conf (void);/* 可用核数 */
int get_nprocs (void);/* 真正的反映了当前可用核数 */

我使用的是虚拟机,有2个处理器,每个处理器只有一个核,等同于一个处理器两个核心。

使用taskset指令

获取进程pid

-> % ps
PID TTY TIME CMD
2683 pts/1 00:00:00 zsh
2726 pts/1 00:00:00 dgram_servr
2930 pts/1 00:00:00 ps

查看进程当前运行在哪个cpu上

-> % taskset -p 2726
pid 2726's current affinity mask: 3

显示的十进制数字3转换为2进制为最低两个是1,每个1对应一个cpu,所以进程运行在2个cpu上。

指定进程运行在cpu1上

-> % taskset -pc 1 2726
pid 2726's current affinity list: 0,1
pid 2726's new affinity list: 1

注意,cpu的标号是从0开始的,所以cpu1表示第二个cpu(第一个cpu的标号是0)。

至此,就把应用程序绑定到了cpu1上运行,查看如下:

-> % taskset -p 2726
pid 2726's current affinity mask: 2

启动程序时绑定cpu

#启动时绑定到第二个cpu
-> % taskset -c 1 ./dgram_servr&
[1] 3011

#查看确认绑定情况
-> % taskset -p 3011
pid 3011's current affinity mask: 2

使用sched_setaffinity系统调用

sched_setaffinity可以将某个进程绑定到一个特定的CPU。

#define _GNU_SOURCE /* See feature_test_macros(7) */
#include 

/* 设置进程号为pid的进程运行在mask所设定的CPU上
* 第二个参数cpusetsize是mask所指定的数的长度
* 通常设定为sizeof(cpu_set_t)

* 如果pid的值为0,则表示指定的是当前进程
*/
int sched_setaffinity(pid_t pid, size_t cpusetsize, cpu_set_t *mask);

int sched_getaffinity(pid_t pid, size_t cpusetsize, cpu_set_t *mask);/* 获得pid所指示的进程的CPU位掩码,并将该掩码返回到mask所指向的结构中 */

实例

#include
#include
#include
#include
#include

#define __USE_GNU
#include
#include
#include
#include
#define THREAD_MAX_NUM 200 //1个CPU内的最多进程数

int num=0; //cpu中核数
void* threadFun(void* arg) //arg 传递线程标号(自己定义)
{
cpu_set_t mask; //CPU核的集合
cpu_set_t get; //获取在集合中的CPU
int *a = (int *)arg;
int i;

printf("the thread is:%d\n",*a); //显示是第几个线程
CPU_ZERO(&mask); //置空
CPU_SET(*a,&mask); //设置亲和力值
if (sched_setaffinity(0, sizeof(mask), &mask) == -1)//设置线程CPU亲和力
{
printf("warning: could not set CPU affinity, continuing...\n");
}

CPU_ZERO(&get);
if (sched_getaffinity(0, sizeof(get), &get) == -1)//获取线程CPU亲和力
{
printf("warning: cound not get thread affinity, continuing...\n");
}
for (i = 0; i if (CPU_ISSET(i, &get))//判断线程与哪个CPU有亲和力
{
printf("this thread %d is running processor : %d\n", i,i);
}
}

return NULL;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
int tid[THREAD_MAX_NUM];
int i;
pthread_t thread[THREAD_MAX_NUM];

num = sysconf(_SC_NPROCESSORS_CONF); //获取核数
if (num > THREAD_MAX_NUM) {
printf("num of cores[%d] is bigger than THREAD_MAX_NUM[%d]!\n", num, THREAD_MAX_NUM);
return -1;
}
printf("system has %i processor(s). \n", num);

for(i=0;ifor(i=0; ireturn 0;
}

运行结果

-> % ./a.out
system has 2 processor(s).
the thread is:0
the thread is:1
this thread 0 is running processor : 0
this thread 1 is running processor : 1

绑定线程到cpu核上运行

绑定线程到cpu核上使用pthread_setaffinity_np函数,其原型定义如下:

#define _GNU_SOURCE /* See feature_test_macros(7) */
#include 

int pthread_setaffinity_np(pthread_t thread, size_t cpusetsize, const cpu_set_t *cpuset);
int pthread_getaffinity_np(pthread_t thread, size_t cpusetsize, cpu_set_t *cpuset);

Compile and link with -pthread.

各参数的意义与sched_setaffinity相似。

实例

#define _GNU_SOURCE
#include 
#include 
#include 
#include 

#define handle_error_en(en, msg) \
do { errno = en; perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0)

int
main(int argc, char *argv[])
{
int s, j;
cpu_set_t cpuset;
pthread_t thread;

thread = pthread_self();

/* Set affinity mask to include CPUs 0 to 7 */

CPU_ZERO(&cpuset);
for (j = 0; j if (s != 0)
handle_error_en(s, "pthread_setaffinity_np");

/* Check the actual affinity mask assigned to the thread */

s = pthread_getaffinity_np(thread, sizeof(cpu_set_t), &cpuset);
if (s != 0)
handle_error_en(s, "pthread_getaffinity_np");

printf("Set returned by pthread_getaffinity_np() contained:\n");
for (j = 0; j if (CPU_ISSET(j, &cpuset))
printf(" CPU %d\n", j);

exit(EXIT_SUCCESS);
}

运行结果

-> % ./a.out
Set returned by pthread_getaffinity_np() contained:
CPU 0
CPU 1

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良许

作者: 良许

良许,世界500强企业Linux开发工程师,公众号【良许Linux】的作者,全网拥有超30W粉丝。个人标签:创业者,CSDN学院讲师,副业达人,流量玩家,摄影爱好者。
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