进程绑定CPU核心以提高性能

小鱼儿 2021-05-12 11:49 549阅读 0赞

在Linux系统中，进程的调度切换是由内核自动完成的，在多核CPU上，进程有可能在不同的CPU核上来回切换执行，这对CPU的缓存不是很有利。为什么呢？看一张 Intel i5 CPU 的缓存简单示意图：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpdXhpYW83MjM4NDY_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

在多核CPU结构中，每个核心有各自的L1、L2缓存，而L3缓存是共用的。如果一个进程在核心间来回切换，各个核心的缓存命中率就会受到影响。相反如果进程不管如何调度，都始终可以在一个核心上执行，那么其数据的L1、L2 缓存的命中率可以显著提高。

下面会介绍taskset命令，以及sched\_setaffinity系统调用，两者均可以指定进程运行的CPU实例。

**1、进程绑定cpu情况查看**

**1.1）pidstat命令：**

直接输入pidstat

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpdXhpYW83MjM4NDY_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

查看某一个进程：

**1.2）top命令：**

*  top命令
 *  输入f，进入界面，列出来top命令的所有列
 *  上下键移动，空格键选中要显示的列
 *  左右键选中，然后上下移动可以排序

**2、taskset命令**

taskset是LINUX提供的一个命令，他可以让某个程序运行在某个（或）某些CPU上。所谓cpu绑定，其实就是对进程或线程设置相应的cpu亲和力（affinity），确保进程或线程只会在设置了相应标志位的cpu上运行，进而提高应用对cpu的使用效率。

**1）查看进程的cpu亲和力：**

$ taskset -p 14795
    pid 14795's current affinity mask: 3
    $ taskset -cp 14795
    pid 14795's current affinity list: 0,1

示例中，查看进程14795的cpu亲和力，使用-p选项指定需要查询的进程号，默认打印的是一个十六进制数，如果使用-cp选项打印的是一个cpu列表，表示相应的cpu核。3的二进制形式是0011，相应的第0位和第1位都是1，对应了-cp打印的0和1，表示14795进程只能运行在cpu的第0个核和第1个核。

**2）将进程绑定到指定cpu：**

$ taskset -p 0x1 14795
    pid 14795's current affinity mask: 3
    pid 14795's new affinity mask: 1
    或
    
    $ taskset -cp 0 14795
    pid 14795's current affinity list: 0,1
    pid 14795's new affinity list: 0

示例中，通过taskset命令重新设置了进程14795的cpu亲和力，前后2种方式设置效果一样，都表示进程14795只能运行在cpu的第0个核。因为-p指定的0x01二进制形式为0001，第0位是1，表示第0个cpu核。-cp直接指定了0，也表示第0个cpu核。

**3）taskset命令启动进程，并指定应用运行的cpu**

$ taskset 0x1 sleep 10000 &
    [2] 14925
    $ taskset -p 14925
    pid 14925's current affinity mask: 1
    $ taskset -cp 14925
    pid 14925's current affinity list: 0

示例中，通过taskset启动应用（使用sleep命令模拟应用），并设置相应的cpu亲和力，即进程14925只能运行在cpu的第0个核。启动程序后查看进程的cpu亲和力，和启动时设置的相同。

**3、sched\_setaffinity：**

除了通过taskset命令实现cpu绑定，很多语言都提供了相应的api实现cpu绑定功能，例如c的sched\_setaffinity和sched\_getaffinity，python 3的os.sched\_setaffinity和os.sched\_getaffinity。

/* Short test program to test sched_setaffinity
    * (which sets the affinity of processes to processors).
    * Compile: gcc sched_setaffinity_test.c
    *              -o sched_setaffinity_test -lm
    * Usage: ./sched_setaffinity_test
    *
    * Open a "top"-window at the same time and see all the work
    * being done on CPU 0 first and after a short wait on CPU 1.
    * Repeat with different numbers to make sure, it is not a
    * coincidence.
    */
     
    #include <stdio.h>
    #include <math.h>
    #include <sched.h>
     
    double waste_time(long n)
    {
        double res = 0;
        long i = 0;
        while(i <n * 200000) {
            i++;
            res += sqrt (i);
        }
        return res;
    }
     
    int main(int argc, char **argv)
    {
        unsigned long mask = 1; /* processor 0 */
     
        /* bind process to processor 0 */
        if (sched_setaffinity(0, sizeof(mask), &mask) <0) {
            perror("sched_setaffinity");
        }
     
        /* waste some time so the work is visible with "top" */
        printf ("result: %f\n", waste_time (2000));
     
        mask = 2; /* process switches to processor 1 now */
        if (sched_setaffinity(0, sizeof(mask), &mask) <0) {
            perror("sched_setaffinity");
        }
     
        /* waste some more time to see the processor switch */
        printf ("result: %f\n", waste_time (2000));
    }

[https://reborncodinglife.com/2018/05/31/how-to-binding-cpu-on-linux/][https_reborncodinglife.com_2018_05_31_how-to-binding-cpu-on-linux]

[https://www.cnblogs.com/liuhao/archive/2012/06/21/2558069.html][https_www.cnblogs.com_liuhao_archive_2012_06_21_2558069.html]

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[https_reborncodinglife.com_2018_05_31_how-to-binding-cpu-on-linux]: https://reborncodinglife.com/2018/05/31/how-to-binding-cpu-on-linux/
[https_www.cnblogs.com_liuhao_archive_2012_06_21_2558069.html]: https://www.cnblogs.com/liuhao/archive/2012/06/21/2558069.html