进程和线程的CPU亲和性

进程和线程的亲缘性（affinity）是指可以将进程或者是线程强制限制在可用的CPU子集上运行的特性，它一定程度上把进程/线程在多处理器系统上的调度策略暴露给系统程序员。 CPU的数量和表示在有n个CPU的Linux上，CPU是用0...n-1来进行一一标识的。CPU的数量可以通过proc文件系统下的CPU相关文件得到，如cpuinfo和stat：

$ cat /proc/stat | grep "^cpu[0-9]\+" | wc -l

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$ cat /proc/cpuinfo | grep "^processor" | wc -l

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在系统编程中，可以直接调用库调用sysconf获得：

sysconf(_SC_NPROCESSORS_ONLN);

进程的亲缘性Linux操作系统在2.5.8引入了调度亲缘性相关的系统调用：

int sched_setaffinity(pid_t pid, unsigned int cpusetsize, cpu_set_t *mask);

int sched_getaffinity(pid_t pid, unsigned int cpusetsize, cpu_set_t *mask);

其中sched_setaffinity是设定进程号为pid的进程调度亲缘性为mask，也就是说它只能在mask中指定的CPU 之间进行调度执行;sched_getaffinity当然就是得到进程号为pid的进程调度亲缘性了。如果pid为0，则操纵当前进程。

第二个参数指定mask所指空间的大小，通常为sizeof(cpu_set_t)。

第三个参数mask的类型为cpu_set_t，即CPU集合，GNU的c库（需要在include头文件之前定义

__USE_GNU）还提供了操作它们的宏：

void CPU_CLR(int cpu, cpu_set_t *set);

int CPU_ISSET(int cpu, cpu_set_t *set);

void CPU_SET(int cpu, cpu_set_t *set);

void CPU_ZERO(cpu_set_t *set);

如果我们所关心的只是CPU#0和CPU#1，想确保我们的进程只会运作在CPU#0之上，而不会运作在CPU#1之上。下面程序代码可以完成此事：

cpu_set_t set;

int ret, i;

CPU_ZERO(&set);

CPU_SET(0, &set);

CPU_CLR(1, &set);

ret = sched_setaffinity(0, sizeof(cpu_set_t), &set);

if( ret == -1)

{

perror("sched_se");

}

for( i=0; i < 3; i++)

{

int cpu;

cpu = CPU_ISSET(i, &set);

printf("cpu = %i is %s/n", i, cpu? "set" : "unset");

}

Linux只提供了面向线程的调度亲缘性一种接口，这也是上面只提调度亲缘性而不直言进程亲缘性的原因。当前Linux系统下广泛采用的线程库NPTL（Native Posix Thread Library）是基于线程组来实现的，同一个线程组中的线程对应于一组共享存储空间的轻量级进程，它们各自作为单独调度单位被内核的调度器在系统范围内调度，这种模型也就是我们通常所说的1-1线程模型。正因如此，目前线程的调度范围

（可以用函数pthread_attr_getscope和pthread_attr_setscope获取和设置）只能是系统级而不能是进程级。

c库的GNU扩展所提供的有关线程亲缘性的API如下：

int pthread_attr_setaffinity_np (pthread_attr_t *__attr, size_t __cpusetsize, __const cpu_set_t *__cpuset);

int pthread_attr_getaffinity_np (__const pthread_attr_t *__attr, size_t __cpusetsize, cpu_set_t *__cpuset);

int pthread_setaffinity_np (pthread_t __th, size_t __cpusetsize, __const cpu_set_t *__cpuset);

int

pthread_getaffinity_np (pthread_t __th, size_t __cpusetsize, cpu_set_t *__cpuset);

亲缘性的继承调度亲缘性是被fork出来的子进程所继承的，即使子进程通过exec系列函数更换了执行镜像。因为Linux操作系统下进程和线程的创建都是通过系统调用clone来实现的，所以实际上调度亲缘性也是被用pthread_create创建的线程所继承的。这意味着，如果主线程在创建其它线程之前设定亲缘性，那么它所设定的亲缘性将被继承，因为这时所有线程的亲缘性相同（假设之后没有任何线程私自设置亲缘性），我们就可以认为前面设置的是进程亲缘性，而不管它所调用的函数是sched_setaffinity还是

pthread_setaffnity_np。下面创建两个并发线程分别绑定在CPU0和CPU1上。

#define _GNU_SOURCE

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

int x1;

int x2;

double waste_time(long n)

{

double res = 0;

long i = 0;

while (i

i++;

res += sqrt(i);

}

return res;

}

void* proc1(void*arg)

{

cpu_set_t mask ;

CPU_ZERO(&mask);

CPU_SET(0,&mask);

int ret = 0;

ret = pthread_setaffinity_np(pthread_self(),sizeof(mask),(const cpu_set_t*)&mask ); if(ret < 0)

{

printf("pthread_setaffinity_np err \n");

return ;

}

while(1)

{

if(x1 > 900000000)

{

break;

}

x1++;

}

waste_time(1);

ret =pthread_getaffinity_np(pthread_self(),sizeof(mask),(const cpu_set_t*)&mask ); if(ret < 0)

{

printf("pthread_getaffinity_np err \n");

return ;

}

int j;

for( j = 0;j < CPU_SETSIZE;j++)

{

if(CPU_ISSET(j,&mask))

printf(" thread[%d] bind cpu[%d]\n",pthread_self(),j);

}

}

void* proc2(void* arg)

{

cpu_set_t mask ;

CPU_ZERO(&mask);

CPU_SET(2,&mask);

int ret = 0;

ret =pthread_setaffinity_np(pthread_self(),sizeof(mask),(const cpu_set_t*)&mask ); if(ret < 0)

{

printf("pthread_setaffinity_np err \n");

return ;

}

while(1)

{

if(x2 > 900000000)

{

break;

}

x2++;

}

waste_time(1);

ret = pthread_getaffinity_np(pthread_self(),sizeof(mask),(const cpu_set_t*)&mask );

if(ret < 0)

{

printf("pthread_getaffinity_np err \n");

return ;

}

int j;

for( j = 0;j < CPU_SETSIZE;j++)

{

if(CPU_ISSET(j,&mask))

printf(" thread[%d] bind cpu[%d]\n",pthread_self(),j);

}

}

void main()

{

int ret;

pthread_t t1,t2;

struct timeval time1,time2;

ret = gettimeofday(&time1,NULL);

ret = pthread_create(&t1,NULL,proc1,NULL);

ret = pthread_create(&t2,NULL,proc2,NULL);

pthread_join(t1,NULL);

pthread_join(t2,NULL);

ret = gettimeofday(&time2,NULL);

printf("time spend:[%d]s [%d]ms \n",https://www.360docs.net/doc/2011610348.html,_sec - https://www.360docs.net/doc/2011610348.html,_sec,(https://www.360docs.net/doc/2011610348.html,_usec - https://www.360docs.net/doc/2011610348.html,_usec)/1000); }