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| 导读 | 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。 |
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。
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：
- 程序的并行开发设计
- 多进程的时间相关性
- 任务的分配和调度
- 缓存的错误共享
- 一致性访问问题
- 进程间通信
- 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
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 <unistd.h>
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 <sys/sysinfo.h>
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。
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: 2sched_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 <sched.h>
/* 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<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/sysinfo.h>
#include<unistd.h>
#define __USE_GNU
#include<sched.h>
#include<ctype.h>
#include<string.h>
#include<pthread.h>
#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 < num; 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;i<num;i++)
{tid[i] = i; // 每个线程必须有个 tid[i]
pthread_create(&thread[i],NULL,threadFun,(void*)&tid[i]);
}
for(i=0; i< num; i++)
{pthread_join(thread[i],NULL);// 等待所有的线程结束，线程为死循环所以 CTRL+ C 结束
}
return 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 核上使用 pthread_setaffinity_np 函数，其原型定义如下：
#define _GNU_SOURCE /* See feature_test_macros(7) */
#include <pthread.h>
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 <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#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 < 8; j++)
CPU_SET(j, &cpuset);
s = pthread_setaffinity_np(thread, sizeof(cpu_set_t), &cpuset);
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 < CPU_SETSIZE; 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可以使用多种方法把进程 / 线程指定到特定的 cpu 核上运行。
