NGINX原理 之 CPU绑定(CPU亲和性)

• 作者：邹祁峰
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• 日期：2014.06.12 18:44
  
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1 引言

    非统一内存访问(NUMA)是一种用于多处理器的电脑记忆体设计，内存访问时间取决于处理器的内存位置。 在NUMA下，处理器访问它自己的本地存储器的速度比非本地存储器(存储器的地方到另一个处理器之间共享的处理器或存储器)快一些。

    针对NUMA架构系统的特点，可以通过将进程/线程绑定指定CPU(一个或多个)的方式，提高CPU CACHE的命中率，减少进程/线程迁移CPU造成的内存访问的时间消耗，从而提高程序的运行效率。[注：关于CPU亲和性的概念，可参考《管理处理器的亲和性》]

2 源码剖析

2.1 NGINX源码

    NGINX进程绑定CPU的代码非常简单，其中的核心接口为sche_setaffinity()，如下所示：

代码1　绑定CPU

2.2 源码分析

    经分析可知：

    1) 1进程可绑定到1个或多个CPU核

    -> 如果cpu_affinity的值对应的二进制值为以下值时，那么进程将绑定到第7和第63个CPU。(从0开始，下同)

10000000 00000000

00000000 00000000

00000000 00000000

00000000 10000000

    -> 如果cpu_affinity的值对应的二进制值为以下值时，那么进程将绑定到第2、第3和第7个CPU。

00000000 00000000

00000000 00000000

00000000 00000000

00000000 10001100

    其他情况可以依此类推。

    2) 该函数可设置CPU核范围:第0~63个.因为参数cpu_affinity的类型为uint64_t，其占用64位.

2.3 测试实例

    根据NGINX源码的实现，可以编写如下测试代码：

图1 测试代码

1) 测试之前：CPU0和CPU1的消耗都很低

图2 测试之前

2) 绑定CPU0：CPU0的使用接近100%，而CPU1基本不变

图3 绑定CPU0

2) 绑定CPU1：CPU1的使用接近100%，而CPU0基本不变

图4 绑定CPU1

2.4 其他接口

    除了sched_setaffinity() 可以设置“进程/线程”的CPU亲和性外，还可以使用pthread_setaffinity_np()设置“线程”的CPU亲和性。参考代码如下：

图5 线程绑定CPU

    以上代码对应的Makefile如下：

图6 Makefile