Linux進程、線程綁定CPU以及獨佔CPU

在很早之前就瞭解一項技術：線程綁定cpu。該項技術也應用到各種應用軟件，來提高性能。這裏把自己做的一個實驗記錄下來，方便日後查閱。

一、進程綁定cpu

我們通過系統調用sched_setaffinity進行綁定，通過sched_getaffinity獲取綁定關係。注意這對方法是進程級別的綁定。代碼中指定cpu0和cpu3，我們可以通過htop查看，兩個cpu使用達到了100%，其他的cpu均不會（正常場景）。

#define _GNU_SOURCE             /* See feature_test_macros(7) */
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sched.h>
#include <pthread.h>

void* testfunc(void* t) {
  while(1);
  return NULL; 
}

int main()
{
  cpu_set_t mask;
  printf("pid=%d\n", getpid());
  CPU_ZERO(&mask);
  CPU_SET(0, &mask);//將cpu0綁定
  CPU_SET(3, &mask);//將cpu3綁定
  sched_setaffinity(0, sizeof(cpu_set_t), &mask) ;
  
  pthread_t tid1;//創建線程1
  if (pthread_create(&tid1, NULL, (void *)testfunc, NULL) != 0) 
  {      
    fprintf(stderr, "thread create failed\n");
    return -1;   
  }
  pthread_t tid2;//創建線程2
  if (pthread_create(&tid2, NULL, (void *)testfunc, NULL) != 0) 
  {      
    fprintf(stderr, "thread create failed\n");
    return -1;   
  } 
  pthread_join(tid1, NULL);
  pthread_join(tid1, NULL);
  return 0;
}

二、線程綁定

對於線程綁定，我們需要藉助pthread庫，通過函數pthread_setaffinity_np來設置綁定cpu關係。我們通過htop查看，會放發現cpu0和cpu3使用率達到100%。 

#define _GNU_SOURCE             /* See feature_test_macros(7) */
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sched.h>
#include <pthread.h>

void* testfunc(void* t) {
  int i = 3;
  while(i) {
     sleep(5);
     printf("tid=%d,cpu=%d\n",pthread_self(), sched_getcpu());
     i--;
  }
  while(1);
  return NULL; 
}

int main()
{
  cpu_set_t mask;
  printf("pid=%d\n", getpid());
  CPU_ZERO(&mask);
  
  pthread_t tid1;
  if (pthread_create(&tid1, NULL, (void *)testfunc, NULL) != 0) 
  {      
    fprintf(stderr, "thread create failed\n");
    return -1;   
  }
  pthread_t tid2;
  if (pthread_create(&tid2, NULL, (void *)testfunc, NULL) != 0) 
  {      
    fprintf(stderr, "thread create failed\n");
    return -1;   
  } 
  printf("tid1=%d,tid2=%d\n", tid1,tid2);

  CPU_SET(0, &mask);//綁定cpu0
  pthread_setaffinity_np(tid1, sizeof(cpu_set_t), &mask) ;
  
  //清除之前設置，重新設置綁定cpu3
  CPU_ZERO(&mask);
  CPU_SET(3, &mask);
  pthread_setaffinity_np(tid2, sizeof(cpu_set_t), &mask) ;
  
  pthread_join(tid1, NULL);
  pthread_join(tid1, NULL);
  return 0;
}

三、獨佔cpu

上面的設置只能保證進程或者線程運行在特定的cpu上，但仍然不能獨自享有，時間片到了也是有可能被切換出去。那麼有什麼方法將可以獨佔某個cpu呢？答案是肯定。我們可以設置linux 啓動參數grub，在啓動參數後面增加isolcpus=a,b,c。具體修改如下：

編輯grub文件後再執行該命令grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg更新grub，重要，重要，重要。

這樣在系統啓動後，操作系統就不會把任務調度到cpu0和cpu3上。但是我通過htop觀察cpu0、cpu3使用率，並非始終是0，而是有略微的變化，後來經過查詢相關說明，內核線程任然會調度到cpu0和cpu3上。也就是說這種方式只能控制用戶進程。 

接下我們就可以通過sched_setaffinity方式進行綁定，以達到獨佔效果，但是操作grub要非常謹慎，搞不好系統會起不來啊。