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概念
什么是CPU Affinity？Affinity 是进程的一个属性，这个属性指明了进程调度器能够把这个进程调度到哪些CPU上。
在Linux中，我们可以利用 CPU affinity 把一个或多个进程绑定到一个或多个CPU上。CPU Affinity分为2种:
- soft affinity 仅是一个建议，如果不可避免，调度器还是会把进程调度到其它的CPU上。
- hard affinity 是调度器必须遵守的规则。
为什么需要CPU绑定
增加CPU缓存的命中率
CPU之间是不共享缓存的，如果进程频繁的在各个 CPU 间进行切换，需要不断的使旧 CPU 的 cache 失效。如果进程只在某个CPU上执行，则不会出现失效的情况。适合time-sensitive应用
在real-time或time-sensitive应用中，我们可以把系统进程绑定到某些CPU上，把应用进程绑定到剩余的CPU上。典型的设置是，把应用绑定到某个CPU上，把其它所有的进程绑定到其它的CPU上。
绑定进程和CPU
使用taskset指令
程序内部使用代码
#define _GNU_SOURCE
#include <sched.h>
long sched_setaffinity(pid_t pid, unsigned int len, unsigned long *user_mask_ptr);
long sched_getaffinity(pid_t pid, unsigned int len, unsigned long *user_mask_ptr);
从函数名以及参数名都很明了，唯一需要解释的是第三个参数， 这个参数 select 中的 fd_set 比较类似，每个bit代表一个CPU。
- 设置 affinity 的例子
unsigned long mask = 7; /* processors 0, 1, and 2 */ unsigned int len = sizeof(mask); if (sched_setaffinity(pid, len, &mask) < 0) perror("sched_setaffinity"); - 获取 affinity 的例子
unsigned long mask; unsigned int len = sizeof(mask); if (sched_getaffinity(pid, len, &mask) < 0) { perror("sched_getaffinity"); return -1; } printf("my affinity mask is: %08lx\n", mask);
绑定线程和CPU
与进程的情况相似，线程亲和性的设置和获取主要通过下面两个函数来实现：
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);
从函数名以及参数名都很明了，唯一需要点解释下的可能就是cpu_set_t这个结构体了。这个结构体的理解类似于select中的fd_set，可以理解为cpu集，也是通过约定好的宏来进行清除、设置以及判断：
void CPU_ZERO(cpu_set_t *set); //初始化，设为空
void CPU_SET(int cpu, cpu_set_t *set); //将某个cpu加入cpu集中
void CPU_CLR(int cpu, cpu_set_t *set); //将某个cpu从cpu集中移出
int CPU_ISSET(int cpu, const cpu_set_t *set); //判断某个cpu是否已在cpu集中设置了
进程独占CPU
如何实现一个或多个进程独占一个或多个CPU？ 即调度器只能把指定的进程调度至指定的CPU。最简单的方法是利用fork()的继承特性，子进程继承父进程的affinity。这种方法无需修改和编译内核代码。
init进程是所有进程的祖先，我们可以设置init进程的affinity来达到设置所有进程的affinity的目地，然后把我们自己的进程绑定到目地CPU上。这样就到达了在指定CPU上只运行指定的的进程的目地。
那么，如何修改init进程的affinity？我们只需在/etc/rc.d/rc.sysinit或/etc/rc.sysinit中，起始处增加如下两行，其中bind是6.1小节编译生成的可执行文件，rc.sysinit文件是init进程运行的第一个脚本。
线程独占CPU
通过内核参数isolcpus 来指示系统保留CPU。然后把目标线程绑定至保留的CPU。
代码测试
绑定进程
#define _GNU_SOURCE
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <sched.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
unsigned long new_mask;
unsigned long cur_mask;
unsigned int len = sizeof(new_mask);
pid_t pid;
if (argc != 3) {
fprintf(stderr,
"usage: %s [pid] [cpu_mask]\n",
argv[0]);
return -1;
}
pid = atol(argv[1]);
sscanf(argv[2], "%08lx", &new_mask);
if (sched_getaffinity(pid, len,
&cur_mask) < 0) {
perror("sched_getaffinity");
return -1;
}
printf("pid %d's old affinity: %08lx\n",
pid, cur_mask);
if (sched_setaffinity(pid, len, &new_mask)) {
perror("sched_setaffinity");
return -1;
}
if (sched_getaffinity(pid, len,
&cur_mask) < 0) {
perror("sched_getaffinity");
return -1;
}
printf(" pid %d's new affinity: %08lx\n",
pid, cur_mask);
return 0;
}
绑定线程
#define _GNU_SOURCE
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sched.h>
void *myfun(void *arg)
{
cpu_set_t mask;
cpu_set_t get;
char buf[256];
int i;
int j;
int num = sysconf(_SC_NPROCESSORS_CONF);
printf("system has %d processor(s)\n", num);
for (i = 0; i < num; i++) {
CPU_ZERO(&mask);
CPU_SET(i, &mask);
if (pthread_setaffinity_np(pthread_self(), sizeof(mask), &mask) < 0) {
fprintf(stderr, "set thread affinity failed\n");
}
CPU_ZERO(&get);
if (pthread_getaffinity_np(pthread_self(), sizeof(get), &get) < 0) {
fprintf(stderr, "get thread affinity failed\n");
}
for (j = 0; j < num; j++) {
if (CPU_ISSET(j, &get)) {
printf("thread %d is running in processor %d\n", (int)pthread_self(), j);
}
}
j = 0;
while (j++ < 100000000) {
memset(buf, 0, sizeof(buf));
}
}
pthread_exit(NULL);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
pthread_t tid;
if (pthread_create(&tid, NULL, (void *)myfun, NULL) != 0) {
fprintf(stderr, "thread create failed\n");
return -1;
}
pthread_join(tid, NULL);
return 0;
}
参考
[1] http://www.linuxjournal.com/article/6799?page=0,0
[2] http://blog.chinaunix.net/uid-26739406-id-3181199.html
