CPU绑定技术
1 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和hard affinity。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。
●增加CPU缓存的命中率
在多个线程操作的是相同的数据的情况下，如果把这些线程调度到一个处理器上，大大的增加了CPU缓存的命中率。但是可能会导致并发性能的降低。如果这些线程是串行的，则没有这个影响。
●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。
2 绑定进程和CPU的编码实现
进程亲和性的设置和获取主要通过下面两个函数来实现：
#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);
3 绑定线程和CPU的编码实现
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：
//初始化，设为空 void CPU_ZERO (cpu_set_t *set); //将某个cpu加入cpu集中 void CPU_SET (int cpu, cpu_set_t *set); //将某个cpu从cpu集中移出 void CPU_CLR (int cpu, cpu_set_t *set); //判断某个cpu是否已在cpu集中设置了 int CPU_ISSET (int cpu, const cpu_set_t *set);
cpu集可以认为是一个掩码，每个设置的位都对应一个可以合法调度的 cpu，而未设置的位则对应一个不可调度的 CPU。换而言之，线程都被绑定了，只能在那些对应位被设置了的处理器上运行。通常，掩码中的所有位都被置位了，也就是可以在所有的cpu中调度。
4 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。
/bin/bind 1 1 #绑定init进程至处理器0 /bin/bind $$ 1 #绑定当前进程至处理器0
5 源代码
5.1 绑定进程
/* bind - simple command-line tool to set CPU * affinity of a given task */
#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;
}
5.2 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;
}