在Linux系統(tǒng)中箱玷，進程的調(diào)度切換是由內(nèi)核自動完成的，在多核CPU上俭茧，進程有可能在不同的CPU核上來回切換執(zhí)行，這對CPU的緩存不是很有利漓帚。為什么呢母债？先看一張 Intel i5 CPU 的緩存簡單示意圖：
在多核CPU結(jié)構(gòu)中，每個核心有各自的L1、L2緩存毡们，而L3緩存是共用的迅皇。如果一個進程在核心間來回切換，各個核心的緩存命中率就會受到影響衙熔。相反如果進程不管如何調(diào)度登颓，都始終可以在一個核心上執(zhí)行，那么其數(shù)據(jù)的L1红氯、L2 緩存的命中率可以顯著提高框咙。
1. 如何設(shè)置進程與CPU核心綁定
在 Linux 系統(tǒng)里，可以使用 CPU_* 系列函數(shù)和 sched_setaffinity() 可以實現(xiàn)綁定痢甘，具體步驟如下：
- 使用 CPU_系列函數(shù)喇嘱，必須定義 _GNU_SOURCE 宏，告訴編譯器啟用這些函數(shù)：
#define _GNU_SOURCE
- 首先聲明一個
cpu_set_t塞栅，然后用CPU_ZERO()初始化bit數(shù)據(jù)：
cpu_set_t mask;
CPU_ZERO(&mask);
cpu_set_t其實是一個bit串者铜，每個bit表示進程是否要與某個CPU核綁定。
- 接下來把進程綁定到某幾個CPU核心构蹬，這要用
CPU_SET()來設(shè)置cpu_set_t中相應(yīng)的bit位王暗，比如想讓進程只在核心1或核心5上執(zhí)行：
CPU_SET(1, &mask);
CPU_SET(5, &mask);
- 最后用
sched_setaffinity完成實際的綁定：
sched_setaffinity(0, sizeof(cpu_set_t), &mask);
設(shè)置起來并不難。那怎么驗證我們的綁定真的起作用了呢庄敛？我們來做個實驗：
假定有一臺雙核機器俗壹，這段程序我們起了20個進程，從0開始每個進程分配一個進程號（注意是這里值我們自己起的進程號藻烤，不是進程pid）绷雏，奇數(shù)進程號綁定綁定在 Core 0上執(zhí)行，偶數(shù)號的進程綁定在 Core 1上執(zhí)行怖亭。
我們用for讓進程循環(huán)涎显，用 sched_getcpu() 函數(shù)獲得當前進程運行在哪個CPU核心上，每次for循環(huán)檢查下進程是否真的在分配的核心執(zhí)行兴猩。
#define _GNU_SOURCE
#include <sched.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
void run(int c, int n) {
cpu_set_t mask;
CPU_ZERO(&mask);
CPU_SET(n, &mask);
sched_setaffinity(0, sizeof(cpu_set_t), &mask);
int i;
for (i = 0; i != 10000; i++) {
printf("%d-%d\n", c, sched_getcpu());
}
}
int main()
{
int i;
for (i = 0; i != 20; i++) {
int pid = fork();
if (pid == 0) {
run(i, i % 2);
exit(0);
}
}
}
執(zhí)行上面的程序期吓，就會打印每個進程綁定的CPU核號，進程與核號的關(guān)系肯定不會變倾芝。如果把 sched_setaffinity() 注釋掉讨勤，CPU進程就失去綁定。
2. 設(shè)置親和性后的性能測試
設(shè)置了進程與CPU綁定后晨另，我們來看看是否能真的帶來性能的提升潭千。修改上面的run()函數(shù)，每個進程創(chuàng)建一個數(shù)組借尿，然后計算數(shù)組中值的累加刨晴，創(chuàng)建數(shù)組的意圖是保證進程用到了CPU核心的L1屉来、L2緩存：
void run(int c, int n) {
cpu_set_t mask;
CPU_ZERO(&mask);
CPU_SET(n, &mask);
sched_setaffinity(0, sizeof(cpu_set_t), &mask);
struct timeval tv;
gettimeofday(&tv, NULL);
long begin = tv.tv_sec * 1000 + tv.tv_usec / 1000;
int i;
int arr[N];
for (i = 0; i != N; i++) {
arr[i] = i;
}
long sum = 0;
for (i = 0; i != N; i++) {
sum += arr[i];
}
gettimeofday(&tv, NULL);
long end = tv.tv_sec * 1000 + tv.tv_usec / 1000;
printf("%ld\n", end - begin);
}
然后執(zhí)行20次程序，10次沒有CPU綁定狈癞，10次有CPU綁定茄靠，記錄每個進程的耗時毫秒數(shù)，就有下面的結(jié)果：
P1～P20是進程號亿驾，A1～A10列是沒有CPU綁定的情況嘹黔，B1～B10列是有CPU綁定的情況，耗時越久單元格越紅莫瞬。可見綁定了CPU的情況下性能有近10%的提升郭蕉。
