基于CPU隔离技术提升关键业务性能，最大化硬件利用率-优快云博客

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在当今的高性能计算、实时任务处理及云原生环境中，通过CPU隔离的方式确保关键业务的高性能运行，已成为企业提升系统效率主要方法。KOS（KeyarchOS）作为面向企业级场景的国产服务器操作系统，深度整合了多种CPU隔离技术。本文基于KOS最新版本（2025年）的核心能力，深入解析CPU隔离技术、使用方式及典型应用场景。

Isolcpus隔离方式

Isolcpus 是Linux内核的一个启动参数，用于隔离指定的CPU核心，使其不被系统默认的进程调度器使用，一般在高性能计算、实时任务或低延迟场景下被广泛使用。其主要作用：隔离CPU核心给特定任务进程，禁止普通进程或系统进程自动调度到被隔离的CPU核心，减少特定任务进程的上下文的切换和干扰。

启用isolcpus隔离功能可以通过grubby命令完成。

grubby --update-kernel=ALL --args="isolcpus=<CPU列表>"

如隔离1,2,3核心可以使用以下命令

grubby --update-kernel=ALL --args="isolcpus=1,2,3"

设置后需要重启操作系统以使配置生效。再重启系统后可以查看当前系统的启动参数是否有isolcpus=1,2,3字样。

cat /proc/cmdline | grep isolcpus

通过 taskset 或 cpuset 将进程绑定到隔离的 CPU。

taskset -c 1,2,3 <your_command>

your_command替换成要执行的命令。

我们编写一个测试用例，该测试用例将生成一个进程，在进程中创建20个线程，每个线程完全占用CPU时间。在没有指定CPU核心的情况下，进程在被隔离的CPU核心外的核心上运行（图1所示），使用taskset后，进程在被隔离的CPU核心上运行（图2所示）。

图1 测试程序在被隔离的cpu核心之外运行，且占用CPU的利用率极高

图2 测试程序在隔离的CPU核心上运行，且占用CPU的利用率极高

要注意的是Isolcpus隔离CPU核心的方式并不能完全将所有的任务都排除在被隔离的CPU核心上。要使该功能达到目标最好同步使用nohz_full启动参数。并且在设置完成后还需要花点时间找到在被隔离的CPU核心上的中断和内核线程，将这些中断、内核线程到其它的CPU核心上。

cgroups/cpuset 动态隔离方式

Cpuset是Linux内核提供的一种资源管理机制，通过cgroups子系统将CPU和内存节点（NUMA）动态分配给特定任务组，实现资源隔离与精细化调度。使用 cpuset可以高效隔离CPU资源，将进程绑定到指定的CPU核心，避免资源争用，提升关键任务的性能稳定性。

以下是使用cpuset动态隔离进程的方法。

进入/sys/fs/cgroup/cpuset创建自定义的cpuset组

mkdir /sys/fs/cgroup/cpuset/testisolcpus

绑定testisolcpus的cpu集合。

echo 2-4 > /sys/fs/cgroup/cpuset/testisolcpus/cpuset.cpus

绑定进程到testisolcpus组中

cgexec -g cpuset:testisolcpus /path/to/application

依旧采用上述测试用例，可以发现进程在cpu 2-4上运行（图3所示）。

图3 进程在testisolcpus组的cpu中运行且占用CPU的利用率极高

dyn_isolcpus的动态隔离方式

动态CPU隔离技术是相对于isolcpus静态隔离改进而来，该功能由龙蜥社区开发，支持系统运行时动态更改CPU隔离配置，适应运行时关键任务变化场景。

通过该方式设置隔离的CPU核心的过程中会更新进程的CPU亲和性掩码，检查进程当前CPU亲和性掩码，如果进程的亲和性掩码与当前设置的隔离策略冲突，系统将更新为新的掩码集合，以确保进程仅在允许的CPU集合上运行；会重建调度域，默认调度策略不再将任务调度到被隔离的CPU上；会设置无绑定工作队列的CPU执行掩码，对于无绑定工作队列（unbound workqueue）任务，系统会调整其CPU执行掩码，使得这些任务可以在任意可用的CPU上执行，避免被隔离的CPU限制，从而保持系统负载的均衡。

新增/proc/dyn_isolcpus配置接口，允许用户通过该接口设置隔离策略。例如，要隔离CPU核心2、3、4和5，可以写入“2,3,4,5”或“2-5”。

本次测试依旧采用上述测试用例，将8-10核心设置为隔离的CPU核心。