CPU綁定和CPU親和性

將進程/線程與cpu綁定，最直觀的好處就是提高了cpu cache的命中率，從而減少內存訪問損耗，提高程序的速度。我覺得在NUMA架構下，這個操作對系統運行速度的提升有較大的意義，而在SMP架構下，這個提升可能就比較小。這主要是因爲兩者對於cache、總線這些資源的分配使用方式不同造成的，NUMA每個cpu有自己的一套資源體系， SMP中每個核心還是需要共享這些資源的，從這個角度來看，NUMA使用cpu綁定時，每個核心可以更專注地處理一件事情，資源體系被充分使用，減少了同步的損耗。SMP由於一部分資源的共享，在進行了綁定操作後，受到的影響還是很大的。

通過linux提供的幾個api， 可以輕鬆地完成這個優化:

#include <sched.h>

int sched_setaffinity(pid_t pid, size_t cpusetsize,cpu_set_t *mask);    //設定pid 綁定的cpu，   
int sched_getaffinity(pid_t pid, size_t cpusetsize,cpu_set_t *mask);    //查看pid 綁定的cpu。

cpu_set_t  //是一個掩碼數組，一共有1024位，每一位都可以對應一個cpu核心  
//以下宏，都是對這個掩碼進行操作的。如果需要，一個進程是可以綁定多個cpu的。  
void CPU_ZERO(cpu_set_t *set);  
void CPU_SET(int cpu, cpu_set_t *set);  
void CPU_CLR(int cpu, cpu_set_t *set);  
int CPU_ISSET(int cpu, cpu_set_t *set); 

下面是一個實例。

/*
 * @FileName: simple_affinity.c
 * @Author: wzj
 * @Brief:
 * 1. cpu affinity.  case
 * 2.在子線程中，會繼承綁定的cpu...， 不過在子線程中，可以重新分配。
 *
 * @History:
 *
 *
 *
 * @Date: 2012年04月21日星期六12:56:14
 *
 */

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

#define __USE_GNU       //啓用CPU_ZERO等相關的宏
//#define _GNU_SOURCE
#include <sched.h>
#include <pthread.h>            //這個東西原來放在__USE_GNU宏之前，結果被編譯器報錯說CPU_ZERO未定義

void* new_test_thread(void* arg)
{
    cpu_set_t mask;
    int i = 0;
    int num = sysconf(_SC_NPROCESSORS_CONF);    //獲取當前的cpu總數
    pthread_detach(pthread_self());

    CPU_ZERO(&mask);
    CPU_SET(1, &mask);      //綁定cpu 1
    if(sched_setaffinity(0, sizeof(mask), &mask) == -1)      //0 代表對當前線程/進程進行設置。
    {
        printf("set affinity failed..");
    }
    while(1)
    {
        CPU_ZERO(&mask);
        if(sched_getaffinity(0, sizeof(mask), &mask) == -1)
        {
            printf("get failed..\n");
        }

        for(i = 0; i < num; i++)
        {
            if(CPU_ISSET(i, &mask))
            printf("new thread %d run on processor %d\n", getpid(), i);
        }
        while(1);
        sleep (1);
    }
}      //while(1);      //如果覺得不明顯，改成這個，

void* child_test_thread(void* arg)
{
    cpu_set_t mask;
    int i = 0;
    int num = sysconf(_SC_NPROCESSORS_CONF);
    pthread_detach(pthread_self());

    while(1)
    {
        CPU_ZERO(&mask);
        if(sched_getaffinity(0, sizeof(mask), &mask) == -1)
        {
            printf("get failed..\n");
        }

        for(i = 0; i < num; i++)
        {
            if(CPU_ISSET(i, &mask))
            printf("child thread %d run on processor %d\n", getpid(), i);
        }
        sleep (1);
    }

}

int
main(int argc, char* argv[])
{
    int num = sysconf(_SC_NPROCESSORS_CONF);
    int created_thread = 0;
    int myid;
    int i;
    int j = 0;
    pthread_t ptid = 0;

    cpu_set_t mask;
    cpu_set_t get;

    if(argc != 2)
    {
        printf("usage: ./cpu num\n");
        return -1;
    }
    myid = atoi(argv[1]);
    printf("system has %i processor(s).\n", num);

    CPU_ZERO(&mask);
    CPU_SET(myid, &mask);
    if(sched_setaffinity(0, sizeof(mask), &mask) == -1)
    {
        printf("warning: set CPU affinity failed...");
    }

    int ret = pthread_create(&ptid, NULL, new_test_thread, NULL);
    if(ret)
    {
        return -1;
    }
    ret = pthread_create(&ptid, NULL, child_test_thread, NULL);
    if(ret)
    {
        return -1;
    }


    while(1)
    {
        CPU_ZERO(&get);
        if(sched_getaffinity(0, sizeof(get), &get) == -1)
        {
            printf("can't get cpu affinity...");
        }

        for(i = 0; i < num; i++)
        {
            if(CPU_ISSET(i, &get))
            {
                printf("this process %d is runing on procesor:%d\n", getpid(), i);
            }
        }

        sleep(1);
    }
    //while(1); //使用這個更明顯
    return 0;
}

編譯：

gcc -o cpu simple_affinity.c -lpthread

執行./cpu [cpu num / masks] ，使用top觀察cpu使用狀況。 使用./cpu 0 時，可以發現，兩顆核心使用率都比較高， 使用./cpu 1時，可以發現，1核的壓力比較重。

當然還可以對線程進行cpu綁定。

#define _GNU_SOURCE
#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);

這個介紹了使用的時機，比較經典：http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-affinity.html

轉自：http://blog.csdn.net/joker0910/article/details/7484371