进程绑定固定CPU的性能提升

最新推荐文章于 2025-11-02 20:19:53 发布

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#c++

前言：

在多核CPU的机器中，进程的运行在初始状态下，未经过可以设置的情况下，会被调度到不同CPU核心执行，由于CPU的硬件结构分为L1 L2 L3缓存，如图所示

每个CPU核心都有自己的L1 L2缓存，所有CPU核心共用一个L3缓存。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。

查看进程与CPU亲和力：

进程会运行在有亲和力的CPU核心上，可能是一个，也可能是多个，默认是所有CPU核心。

命令：

Taskset

$ taskset -p 14795

pid 14795's current affinity mask: 3

$ taskset -cp 14795

pid 14795's current affinity list: 0,1

使用taskset -p

ffffff 是 24 位的掩码，转换为二进制是 111111111111111111111111，表示允许在 CPU 0 到 CPU 23 上运行（如果系统有 24 个 CPU）。

3则代表000000000000000000000011，表示允许在 CPU 0 到 CPU 1 上运行（如果系统有 2 个 CPU）。

使用taskset -cp

则直接显示进程会运行在几号到几号CPU中

pid 14795's current affinity list: 0,1 0,1就是0号到1号，共两个

pid 1347198's current affinity list: 0-23 则代表0号到23号，共24个

CPU进程绑定：

将进程绑定到CPU有几种方式：

外部命令：

在linux中执行taskset命令

内部接口：

#include <sched.h>

进程CPU绑定函数：

int sched_setaffinity(pid_t pid, size_t cpusetsize, const cpu_set_t *set);

参数列表：进程pid ，CPU位集大小，CPU位集

返回值：成功: 如果函数调用成功，sched_setaffinity 返回 0。失败: 如果函数调用失败，返回 -1，并且 errno 被设置为相应的错误码。常见的错误码包括：

cpu_set_t 是一个位集（bit set），每一位代表一个 CPU。位的值为 1 表示该 CPU 被包含在亲和性集合中，值为 0 则表示不包含。

绑定API需要通过位集中的信息进行绑定，所以引出以下位集操作：

void CPU_ZERO(cpu_set_t *set); // 初始化 cpu_set_t 集合，将所有位清零。

void CPU_SET(int cpu, cpu_set_t *set); // 将指定的 CPU 加入到 cpu_set_t 集合中。

void CPU_CLR(int cpu, cpu_set_t *set); // 从 cpu_set_t 集合中移除指定的 CPU。

int CPU_ISSET(int cpu, cpu_set_t *set); // 检查指定的 CPU 是否在集合中。

int CPU_COUNT(cpu_set_t * mask); //返回位集中CPU数

实际操作步骤：

//1.创建CPU位集 cpu_set

cpu_set_t cpu_set;

//2.初始化 cpu_set

CPU_ZERO(&cpu_set);

//3.将 CPU 0 和 CPU 1 添加到 cpu_set

CPU_SET(0, &cpu_set);

CPU_SET(1, &cpu_set);

//4.设置当前进程的 CPU 亲和性

if (sched_setaffinity(0, sizeof(cpu_set), &cpu_set) == -1)

{

perror("sched_setaffinity");

exit(EXIT_FAILURE);

}

简单对比测试：

以下编写一个简单的程序，在进程中执行计算任务，并统计执行时间，对比

完整代码示例如下：

#define _GNU_SOURCE
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <math.h>
#include <sched.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>

void compute() {
    volatile double sum = 0.0;
    for (long i = 0; i < 1e8; i++) {
        sum += (double)i * 3.14;
    }
}

int main() {
    
    cpu_set_t cpuset;    
    CPU_ZERO(&cpuset); // 清空 cpuset
    CPU_SET(0, &cpuset);
    pid_t pid = getpid();
    if (sched_setaffinity(pid, sizeof(cpu_set_t), &cpuset) == -1) {
        perror("sched_setaffinity");
        return EXIT_FAILURE;
    }
    printf("进程 %d 绑定到 CPU 0 \n", pid);
    
    clock_t start = clock();
    for(int i =0;i<100;i++)
    {
        compute();
    }
    clock_t end = clock();

    double time_taken = ((double)(end - start)) / CLOCKS_PER_SEC;
    printf("计算完成，耗时: %f 秒\n", time_taken);

    return 0;
}