进程和线程的CPU亲和性

进程和线程的亲缘性（affinity）是指可以将进程或者是线程强制限制在可用的CPU子集上运行的特性，它一定程度上把进程/线程在多处理器系统上的调度策略暴露给系统程序员。

CPU的数量和表示在有n个CPU的Linux上，CPU是用0...n-1来进行一一标识的。

CPU的数量可以通过proc文件系统下的CPU相关文件得到，如cpuinfo和stat：$ cat /proc/stat | grep "^cpu[0-9]\+" | wc -l8$ cat /proc/cpuinfo | grep "^processor" | wc -l8在系统编程中，可以直接调用库调用sysconf获得：sysconf(_SC_NPROCESSORS_ONLN);进程的亲缘性Linux操作系统在2.5.8引入了调度亲缘性相关的系统调用：int sched_setaffinity(pid_t pid, unsigned int cpusetsize, cpu_set_t *mask);int sched_getaffinity(pid_t pid, unsigned int cpusetsize, cpu_set_t *mask);其中sched_setaffinity是设定进程号为pid的进程调度亲缘性为mask，也就是说它只能在mask中指定的CPU 之间进行调度执行;sched_getaffinity当然就是得到进程号为pid的进程调度亲缘性了。

如果pid为0，则操纵当前进程。

第二个参数指定mask所指空间的大小，通常为sizeof(cpu_set_t)。

第三个参数mask的类型为cpu_set_t，即CPU集合，GNU的c库（需要在include头文件之前定义__USE_GNU）还提供了操作它们的宏：void CPU_CLR(int cpu, cpu_set_t *set);int CPU_ISSET(int cpu, cpu_set_t *set);void CPU_SET(int cpu, cpu_set_t *set);void CPU_ZERO(cpu_set_t *set);如果我们所关心的只是CPU#0和CPU#1，想确保我们的进程只会运作在CPU#0之上，而不会运作在CPU#1之上。

下面程序代码可以完成此事：cpu_set_t set;int ret, i;CPU_ZERO(&set);CPU_SET(0, &set);CPU_CLR(1, &set);ret = sched_setaffinity(0, sizeof(cpu_set_t), &set);if( ret == -1){perror("sched_se");}for( i=0; i < 3; i++){int cpu;cpu = CPU_ISSET(i, &set);printf("cpu = %i is %s/n", i, cpu? "set" : "unset");}Linux只提供了面向线程的调度亲缘性一种接口，这也是上面只提调度亲缘性而不直言进程亲缘性的原因。

当前Linux系统下广泛采用的线程库NPTL（Native Posix Thread Library）是基于线程组来实现的，同一个线程组中的线程对应于一组共享存储空间的轻量级进程，它们各自作为单独调度单位被内核的调度器在系统范围内调度，这种模型也就是我们通常所说的1-1线程模型。

正因如此，目前线程的调度范围（可以用函数pthread_attr_getscope和pthread_attr_setscope获取和设置）只能是系统级而不能是进程级。

c库的GNU扩展所提供的有关线程亲缘性的API如下：int pthread_attr_setaffinity_np (pthread_attr_t *__attr, size_t __cpusetsize, __const cpu_set_t *__cpuset);int pthread_attr_getaffinity_np (__const pthread_attr_t *__attr, size_t __cpusetsize, cpu_set_t *__cpuset);int pthread_setaffinity_np (pthread_t __th, size_t __cpusetsize, __const cpu_set_t *__cpuset);intpthread_getaffinity_np (pthread_t __th, size_t __cpusetsize, cpu_set_t *__cpuset);亲缘性的继承调度亲缘性是被fork出来的子进程所继承的，即使子进程通过exec系列函数更换了执行镜像。

因为Linux操作系统下进程和线程的创建都是通过系统调用clone来实现的，所以实际上调度亲缘性也是被用pthread_create创建的线程所继承的。

这意味着，如果主线程在创建其它线程之前设定亲缘性，那么它所设定的亲缘性将被继承，因为这时所有线程的亲缘性相同（假设之后没有任何线程私自设置亲缘性），我们就可以认为前面设置的是进程亲缘性，而不管它所调用的函数是sched_setaffinity还是pthread_setaffnity_np。

下面创建两个并发线程分别绑定在CPU0和CPU1上。

#define _GNU_SOURCE#include <unistd.h>#include <stdlib.h>#include <stdio.h>#include <string.h>#include <pthread.h>#include <sys/time.h>#include <math.h>#include <time.h>#include <sched.h>#include <sys/types.h>int x1;int x2;double waste_time(long n){double res = 0;long i = 0;while (i <n * 500000) {i++;res += sqrt(i);}return res;}void* proc1(void*arg){cpu_set_t mask ;CPU_ZERO(&mask);CPU_SET(0,&mask);int ret = 0;ret = pthread_setaffinity_np(pthread_self(),sizeof(mask),(const cpu_set_t*)&mask ); if(ret < 0){printf("pthread_setaffinity_np err \n");return ;}while(1){if(x1 > 900000000){break;}x1++;}waste_time(1);ret =pthread_getaffinity_np(pthread_self(),sizeof(mask),(const cpu_set_t*)&mask ); if(ret < 0){printf("pthread_getaffinity_np err \n");return ;}int j;for( j = 0;j < CPU_SETSIZE;j++){if(CPU_ISSET(j,&mask))printf(" thread[%d] bind cpu[%d]\n",pthread_self(),j);}}void* proc2(void* arg){cpu_set_t mask ;CPU_ZERO(&mask);CPU_SET(2,&mask);int ret = 0;ret =pthread_setaffinity_np(pthread_self(),sizeof(mask),(const cpu_set_t*)&mask ); if(ret < 0){printf("pthread_setaffinity_np err \n");return ;}while(1){if(x2 > 900000000){break;}x2++;}waste_time(1);ret = pthread_getaffinity_np(pthread_self(),sizeof(mask),(const cpu_set_t*)&mask );if(ret < 0){printf("pthread_getaffinity_np err \n");return ;}int j;for( j = 0;j < CPU_SETSIZE;j++){if(CPU_ISSET(j,&mask))printf(" thread[%d] bind cpu[%d]\n",pthread_self(),j);}}void main(){int ret;pthread_t t1,t2;struct timeval time1,time2;ret = gettimeofday(&time1,NULL);ret = pthread_create(&t1,NULL,proc1,NULL);ret = pthread_create(&t2,NULL,proc2,NULL);pthread_join(t1,NULL);pthread_join(t2,NULL);ret = gettimeofday(&time2,NULL);printf("time spend:[%d]s [%d]ms \n",_sec - _sec,(_usec - _usec)/1000); }。