Linux 进程管理之任务绑定

分手后的思念是犯贱 2022-10-07 03:54 292阅读 0赞

## 什么是进程的 CPU 亲和性？ ##

在多核结构中，每个核有各自的L1缓存，相同类型的核被划分在同一个cluster中，而不同cluster之间又有共用的L2缓存。讲负载均衡的时候我们讲过一个进程在核之间来回切换的时候，各个核之间的缓存命中率会降低，所以，将进程与 CPU 进行绑定可以提高 CPU 缓存的命中率，从而提高性能。这种绑定关系就叫做：进程的 CPU 亲和性。

## 如何设置进程的 CPU 亲和性？ ##

Linux 系统提供了一个名为 sched\_setaffinity 的系统调用，此系统调用可以设置进程的 CPU 亲和性。

sched_setaffinity(pid_t pid, size_t cpusetsize, const cpu_set_t *mask)

*  pid：进行绑定 CPU 的进程ID号
 *  cpusetsize：参数 mask 指向的 CPU 集合的大小
 *  mask：与进程绑定的 CPU 集合

cpu\_set\_t 类型是个位图，可以理解为 CPU 集，通过宏来进行清除、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。

我们来看看 sched\_setaffinity 系统调用的例子，将进程绑定到 CPU2 上运行：

#define _GNU_SOURCE
    #include <sched.h>
    #include <stdio.h>
    #include <string.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    #include <errno.h>
    
    int main(int argc, char **argv)
    {
        int cpus = 0;
        int  i = 0;
        cpu_set_t mask;
        cpu_set_t get;
    
        cpus = sysconf(_SC_NPROCESSORS_ONLN);
        printf("cpus: %d\n", cpus);
    
        CPU_ZERO(&mask);    /* 初始化set集，将set置为空*/
        CPU_SET(2, &mask);  /*将本进程绑定到CPU2上*/
        if (sched_setaffinity(0, sizeof(mask), &mask) == -1) {
            printf("Set CPU affinity failue, ERROR:%s\n", strerror(errno));
            return -1; 
        }   
           
        return 0;
    }

## CPU 亲和性的实现 ##

我们知道每个 CPU 都拥有一个独立的可运行进程队列，系统运行的时候 CPU 只会从属于自己的可运行进程队列中按照 CFS 策略，选择一个进程来运行。所以，把进程放置在 CPU 对应的可运行进程队列上，也就可将进程绑定到指定的 CPU 上。

![b3d06c5d421d7ecfb2da78c2d76d7193.png][]

下面我们追踪函数 sched\_setaffinity 的调用顺序，分析一下进程如何与 CPU 进行绑定的。

SYSCALL_DEFINE3(sched_setaffinity, pid_t, pid, unsigned int, len, unsigned long __user *, user_mask_ptr)
    -- sched_setaffinity(pid_t pid, const struct cpumask *in_mask)
    --- __set_cpus_allowed_ptr(struct task_struct *p, const struct cpumask *new_mask, bool check)
    ---- stop_one_cpu(unsigned int cpu, cpu_stop_fn_t fn, void *arg)
    ----- migration_cpu_stop(void *data)
    ------ __migrate_task(struct rq *rq, struct task_struct *p, int dest_cpu)
    ------- move_queued_task(struct rq *rq, struct task_struct *p, int new_cpu)
    -------- enqueue_task(struct rq *rq, struct task_struct *p, int flags)
    --------- returns the new run queue of destination CPU

![dce2e22f23fefde370a82a2e2a8ba42d.png][]

\_\_set\_cpus\_allowed\_ptr 函数主要分两种情况来将进程绑定到某个 CPU 上：

1.  stop\_one\_cpu(cpu\_of(rq), migration\_cpu\_stop, &arg)：把还没运行且在源运行队列中进程，放到指定的 CPU 可运行队列中
2.  move\_queued\_task(rq, &rf, p, dest\_cpu)：把已经运行的进程迁移到指定的 CPU 可运行队列中

这两种情况最终都会调用 move\_queued\_task：

static struct rq *move_queued_task(struct rq *rq, struct rq_flags *rf,
           struct task_struct *p, int new_cpu)
    {
     lockdep_assert_held(&rq->lock);
    
     p->on_rq = TASK_ON_RQ_MIGRATING;
     dequeue_task(rq, p, DEQUEUE_NOCLOCK);
     set_task_cpu(p, new_cpu);
     rq_unlock(rq, rf);
    
     rq = cpu_rq(new_cpu);
    
     rq_lock(rq, rf);
     BUG_ON(task_cpu(p) != new_cpu);
     enqueue_task(rq, p, 0);
     p->on_rq = TASK_ON_RQ_QUEUED;
     check_preempt_curr(rq, p, 0);
    
     return rq;
    }

这里首先根据目标 CPU 找到对应的工作队列 rq，然后通过 enqueue\_task 把任务迁移到目标 CPU 对应的工作队列中，CFS 调度器的话会调用到函数 enqueue\_task\_fair。

enqueue\_task\_fair 的执行流程如下：

1.  如果通过struct sched\_entity 的 on\_rq 成员判断进程已经在就绪队列上, 则无事可。
2.  否则, 具体的工作委托给 enqueue\_entity，将任务插入到 CFS 红黑树中合适的结点。

![虚线阴影分割线][9ad36767bccd9b2dd04816af39a28967.png]

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