linux C++实现线程绑定CPU

news2024/10/7 6:39:34

前言

嵌入式里面我们会使用到多核的cpu，随着产品芯片性能提升，我们也会有很多功能，以及很多进程产生运行，这个时候我们在任务调度调优的时候，把一些进程绑定到固定cpu运行，下面就来分享一下cpu绑定运行的过程：
首先运行的环境需要多核，大家可以按照下面命令进行查询对应设备的cpu数量
使用cat /proc/cpuinfo查看cpu信息，如下两个信息：
processor，指明第几个cpu处理器
cpu cores，指明每个处理器的核心数
请添加图片描述

基本概念

cpu亲和性(affinity)

CPU的亲和性，就是进程要在指定的 CPU 上尽量长时间地运行而不被迁移到其他处理器，也称为CPU关联性；再简单的点的描述就将指定的进程或线程绑定到相应的cpu上；在多核运行的机器上，每个CPU本身自己会有缓存，缓存着进程使用的信息，而进程可能会被OS调度到其他CPU上，如此，CPU cache命中率就低了，当绑定CPU后，程序就会一直在指定的cpu跑，不会由操作系统调度到其他CPU上，性能有一定的提高。
软亲和性(affinity)
就是进程要在指定的 CPU 上尽量长时间地运行而不被迁移到其他处理器，Linux 内核进程调度器天生就具有被称为软 CPU 亲和性(affinity) 的特性，这意味着进程通常不会在处理器之间频繁迁移。这种状态正是我们希望的，因为进程迁移的频率小就意味着产生的负载小。
硬亲和性(affinity)
简单来说就是利用linux内核提供给用户的API，强行将进程或者线程绑定到某一个指定的cpu核运行。

代码绑定实现

上面我们使用cat /proc/cpuinfo命令查询了自己设备的CPU，以我为例，我的电脑从0～7一共有8核。
下面是代码的demo：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <thread>

void thread_func1()
{
        cpu_set_t mask;
        CPU_ZERO(&mask);
        CPU_SET(1, &mask); //指定该线程使用的CPU
        if (pthread_setaffinity_np(pthread_self(), sizeof(mask), &mask) < 0) {
                perror("pthread_setaffinity_np");
        }
        int count = 0;
        while(1)
        {
                count ++;
                sleep(1);
                printf("fun 1 cnt :%d \n",count);
                for(int i = 0; i < 8; i++) {
                        if (CPU_ISSET(i, &mask))  //查看cpu i 是否在get 集合当中
                        {
                                printf("1 this process %d of running processor: %d\n", getpid(), i);
                        }
                }
        }
}

void thread_func2()
{
        int count = 0;
        cpu_set_t mask;
        CPU_ZERO(&mask);
        CPU_SET(5, &mask);
        if (pthread_setaffinity_np(pthread_self(), sizeof(mask), &mask) < 0) {
                perror("pthread_setaffinity_np");
        }
        while(1)
        {
                usleep(1000*1000);
                count ++;
                printf("fun 2 cnt :%d \n",count);
                for(int i = 0; i < 8; i++) {
                 if (CPU_ISSET(i, &mask))  //查看cpu i 是否在get 集合当中
                {
                       printf("2 this process %d of running processor: %d\n", getpid(), i);

                    }
                }

        }

}

int main(int argc, char *argv[])
{
      int cpus = 0;

        cpus = sysconf(_SC_NPROCESSORS_CONF);

        printf("cpus: %d\n", cpus); //查看cpu的个数；


    cpu_set_t mask;
    CPU_ZERO(&mask);
    CPU_SET(7, &mask);
    if (sched_setaffinity(0, sizeof(mask), &mask) < 0) {
        perror("sched_setaffinity");
    }

    std::thread t1(thread_func1);
    std::thread t2(thread_func2);
        usleep(1000); /* 让当前的设置有足够时间生效*/
       while(1)
        {
                /*查看运行在当前进程的cpu*/
                sleep(1); /* 让当前的设置有足够时间生效*/
                printf("fun main \n");
                for(int i = 0; i < cpus; i++) {

                        if (CPU_ISSET(i, &mask))  //查看cpu i 是否在get 集合当中
                        {
                                printf("3 this process %d of running processor: %d\n", getpid(), i);
                        }
                }
        }
    t1.join();
    t2.join();
}

上面一共运行了三个线程，一个是main 主线程，还有两个是自己定义的thread。
最重要的设置代码就是下面所示：设置cpu 亲和

cpu_set_t mask;
CPU_ZERO(&mask);/* 初始化set集，将set置为空*/
CPU_SET(5, &mask);/* 将对应的cpu序号加入到集合*/
if (pthread_setaffinity_np(pthread_self(), sizeof(mask), &mask) < 0) /*设置cpu 亲和性(affinity)*/
{ 
    perror("pthread_setaffinity_np");
}

执行代码
请添加图片描述

代码绑定查看

使用ps -ef | grep a.out 命令查看对应的PID
请添加图片描述使用 top命令查看对应pid的线程详细信息 top -p 14617在进入top命令后，继续输入 f
使用上下移动高亮到p
空格选中
再按q 退出显示
输入大写H
就可以看到对应线程数据了

注意事项

虽然绑核技术可以提高程序性能，但也需要注意以下几点：

不要过度绑定：过度绑定可能会出现线程之间的竞争和CPU利用率低下的情况。
绑定前需要评估：在进行核心绑定之前，需要对程序进行评估，以确定性能瓶颈位置和绑定的核心数。
不要跨核心访问内存：如果一个进程已经绑定到一个核心上，那么该进程所使用的内存也只应该在该核心专用的内存上进行操作。如果在不同核心之间频繁地进行内存操作，则会影响程序的性能。

引用https://blog.csdn.net/lyn631579741/article/details/123337907

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