在Linux操作系统中,绑核(CPU Affinity)技术正是为了实现这一目标而诞生的
本文将深入探讨Linux绑核技术的原理、方法以及实际应用,帮助读者更好地理解和应用这一技术
一、绑核技术概述 绑核,即设定某个进程或线程与某个CPU核的亲和力(affinity)
设定以后,Linux调度器就会尽量让这个进程或线程在所绑定的核上运行,以提高系统性能和缓存命中率
需要注意的是,绑定并不意味着独占,其他进程或线程仍然可以在这个核上运行
绑核技术主要分为软亲和(soft affinity)和硬亲和(hard affinity)两种
软亲和只是一个建议,如果不可避免,调度器还是会把进程调度到其他的CPU上执行;而硬亲和则是调度器必须遵守的规则,2.6以上版本的Linux内核支持编程实现硬亲和
二、为什么要绑核 1.提高CPU缓存命中率:CPU之间是不共享缓存的,如果进程频繁地在多个CPU之间切换,会使旧CPU的缓存失效,从而失去利用CPU缓存的优势
将进程绑定到某个CPU上,可以避免这种缓存失效,提高性能
2.实时性要求高的应用:在实时性要求高的应用中,将重要的系统进程绑定到指定的CPU上,可以确保这些进程得到及时执行,同时允许其他应用程序使用其余的计算资源
3.减少上下文切换开销:上下文切换是操作系统在多个进程或线程之间切换时的一种开销
通过绑核,可以减少不必要的上下文切换,提高系统效率
三、Linux绑核方法 在Linux中,绑核主要通过`taskset`命令和编程接口来实现
1.`taskset`命令 `taskset`是一个用于设置和查看进程CPU亲和力的工具
其常用选项包括: - `taskset -ppid`:查看进程`pid`的当前绑核情况
- `taskset -c cpu-list ./program`:在启动程序时,将其绑定到指定的CPU核上
- `taskset -cp cpu-list pid`:将已经运行的进程`pid`绑定到指定的CPU核上
`cpu-list`可以是单个CPU编号,也可以是多个CPU编号的列表,多个不连续的CPU编号用逗号连接,连续的用短横线连接,如`1,2,5-11`
掩码形式的绑核命令为`taskset -p mask pid`,其中`mask`是一个二进制掩码,从最低位到最高位代表物理CPU的#1、2、……、#n号核
例如,`0x00000001`代表CPU的0号核,`0x00000003`代表CPU的0号和1号核
需要注意的是,并非掩码中给出的CPU核就一定存在,如果试图将不存在的核绑定给某个进程,会返回错误
2. 编程接口 在Linux编程中,可以使用`sched_setaffinity`和`sched_getaffinity`函数来设置和获取进程的CPU亲和力属性
这两个函数的原型定义在`
- `int sched_setaffinity(pid_t pid, size_t cpusetsize, constcpu_set_t mask);`
- `int sched_getaffinity(pid_t pid, size_t cpusetsize, cpu_set_tmask);`
其中,`pid`是进程ID,`cpusetsize`是`cpu_set_t`结构体的大小,通常设定为`sizeof(cpu_set_t)`,`mask`是一个指向`cpu_set_t`结构体的指针,表示进程可以运行的CPU集合
`cpu_set_t`结构体用于表示CPU亲和力掩码,同时定义了一系列的宏来操作这个掩码,包括`CPU_ZERO`、`CPU_SET`、`CPU_CLR`、`CPU_ISSET`和`CPU_COUNT`等
对于线程,可以使用`pthread_setaffinity_np`和`pthread_getaffinity_np`函数来设置和获取线程的CPU亲和力属性 这两个函数的原型定义在`
- `int pthread_setaffinity_np(pthread_t thread, size_t cpusetsize, constcpu_set_t cpuset);`
- `int pthread_getaffinity_np(pthread_t thread, size_t cpusetsize, cpu_set_tcpuset);`
其中,`thread`是线程ID,其他参数与`sched_setaffinity`和`sched_getaffinity`函数相同
四、实际应用案例
假设我们有一个实时性要求高的应用,需要将其绑定到特定的CPU核上运行 以下是一个使用`taskset`命令和编程接口实现绑核的示例
1.使用`taskset`命令
在启动应用时,使用`taskset`命令将其绑定到指定的CPU核上 例如,将应用绑定到CPU 1和CPU 3上运行:
taskset -c 1,3 ./my_real_time_app
2. 使用编程接口
在编程中,可以使用`