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如何在 Linux 中使用 C 或 C++ 为进程设置 CPU 亲和性？

2024-10-23 08:47:00
admin
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83
摘要：问题描述：是否有一种编程方法可以在 Linux 操作系统中使用 c/c++ 设置某个进程的 CPU 亲和性？解决方案 1：您需要使用sched_setaffinity(2)。例如，仅在 CPU 0 和 2 上运行：#define _GNU_SOURCE #include <sched.h>...

问题描述：

是否有一种编程方法可以在 Linux 操作系统中使用 c/c++ 设置某个进程的 CPU 亲和性？

解决方案 1：

您需要使用sched_setaffinity(2)。

例如，仅在 CPU 0 和 2 上运行：

#define _GNU_SOURCE
#include <sched.h>

cpu_set_t  mask;
CPU_ZERO(&mask);
CPU_SET(0, &mask);
CPU_SET(2, &mask);
int result = sched_setaffinity(0, sizeof(mask), &mask);

（0第一个参数表示当前进程，如果是您想要控制的其他进程，请提供 PID）。

另请参阅sched_getcpu(3)。

解决方案 2：

在进程级别使用 sched_setaffinity，或对单个线程使用pthread_attr_setaffinity_np。

解决方案 3：

我已经做了很多努力来了解发生了什么，所以我添加了这个答案来帮助像我这样的人（我gcc在 Linux Mint 中使用编译器）

#include <sched.h> 
cpu_set_t  mask;

inline void assignToThisCore(int core_id)
{
    CPU_ZERO(&mask);
    CPU_SET(core_id, &mask);
    sched_setaffinity(0, sizeof(mask), &mask);
}
int main(){
    //cal this:
    assignToThisCore(2);//assign to core 0,1,2,...

    return 0;
}

但不要忘记将此选项添加到编译器命令中：-D _GNU_SOURCE
因为操作系统可能会为特定核心分配一个进程，所以您可以将其添加GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="quiet splash isolcpus=2,3"到位于的 grub 文件中/etc/default，并在终端中运行 sudo update-grub以保留您想要的核心

更新：
如果您想分配更多核心，您可以按照以下代码操作：

inline void assignToThisCores(int core_id1, int core_id2)
{
    CPU_ZERO(&mask1);
    CPU_SET(core_id1, &mask1);
    CPU_SET(core_id2, &mask1);
    sched_setaffinity(0, sizeof(mask1), &mask1);
    //__asm__ __volatile__ ( "vzeroupper" : : : ); // It is hear because of that bug which dirtied the AVX registers, so, if you rely on AVX uncomment it.
}

解决方案 4：

sched_setaffinity+sched_getaffinity最小 C 可运行示例

此示例摘自我的回答：如何在 Linux 中通过 C 使用 sched_getaffinity 和 sched_setaffinity？我相信这些问题不是重复的，因为那个问题是这个问题的子集，因为它只询问sched_getaffinity，而没有提到 C++。

在这个例子中，我们获取亲和力，修改它，然后检查它是否生效sched_getcpu()。

主程序

#define _GNU_SOURCE
#include <assert.h>
#include <sched.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

void print_affinity() {
    cpu_set_t mask;
    long nproc, i;

    if (sched_getaffinity(0, sizeof(cpu_set_t), &mask) == -1) {
        perror("sched_getaffinity");
        assert(false);
    }
    nproc = sysconf(_SC_NPROCESSORS_ONLN);
    printf("sched_getaffinity = ");
    for (i = 0; i < nproc; i++) {
        printf("%d ", CPU_ISSET(i, &mask));
    }
    printf("
");
}

int main(void) {
    cpu_set_t mask;

    print_affinity();
    printf("sched_getcpu = %d
", sched_getcpu());
    CPU_ZERO(&mask);
    CPU_SET(0, &mask);
    if (sched_setaffinity(0, sizeof(cpu_set_t), &mask) == -1) {
        perror("sched_setaffinity");
        assert(false);
    }
    print_affinity();
    /* TODO is it guaranteed to have taken effect already? Always worked on my tests. */
    printf("sched_getcpu = %d
", sched_getcpu());
    return EXIT_SUCCESS;
}

GitHub 上游。

编译并运行：

gcc -ggdb3 -O0 -std=c99 -Wall -Wextra -pedantic -o main.out main.c
./main.out

示例输出：

sched_getaffinity = 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 
sched_getcpu = 9
sched_getaffinity = 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
sched_getcpu = 0

这意味着：

  • 最初，我的所有 16 个核心都已启用，并且该进程在核心 9（第 10 个）上随机运行

  • 在我们将亲和性设置为仅第一个核心后，该过程必然会移动到核心 0（第一个核心）

运行这个程序也很有趣taskset：

taskset -c 1,3 ./a.out

给出以下形式的输出：

sched_getaffinity = 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
sched_getcpu = 2
sched_getaffinity = 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
sched_getcpu = 0

所以我们看到它从一开始就限制了亲和力。

这是有效的，因为亲和力是由子进程继承的，这taskset就是分叉：如何防止分叉子进程继承 CPU 亲和力？

os.sched_getaffinityPython ：os.sched_setaffinity

参见：如何使用 python 找出 CPU 的数量

在 Ubuntu 16.04 中测试。

解决方案 5：

简而言之

unsigned long mask = 7; /* processors 0, 1, and 2 */
unsigned int len = sizeof(mask);
if (sched_setaffinity(0, len, &mask) < 0) {
    perror("sched_setaffinity");
}

查看CPU 亲和性以了解更多详细信息

解决方案 6：

也可以在不修改带有cgroups和cpuset子系统的程序的情况下通过 shell 完成此操作。cgroups（至少是 v1）通常安装在cpuset子系统所在的/sys/fs/cgroup上。例如：

$ ls -l /sys/fs/cgroup/
total 0
drwxr-xr-x 15 root root 380 nov.   22 20:00 ./
drwxr-xr-x  8 root root   0 nov.   22 20:00 ../
dr-xr-xr-x  2 root root   0 nov.   22 20:00 blkio/
[...]
lrwxrwxrwx  1 root root  11 nov.   22 20:00 cpuacct -> cpu,cpuacct/
dr-xr-xr-x  2 root root   0 nov.   22 20:00 cpuset/
dr-xr-xr-x  5 root root   0 nov.   22 20:00 devices/
dr-xr-xr-x  3 root root   0 nov.   22 20:00 freezer/
[...]

在cpuset下，cpuset.cpus定义了允许属于此 cgroup 的进程运行的 CPU 范围。在这里，在顶层，为系统的所有进程配置了所有 CPU。在这里，系统有 8 个 CPU：

$ cd /sys/fs/cgroup/cpuset
$ cat cpuset.cpus
0-7

属于此 cgroup 的进程列表在cgroup.procs文件中列出：

$ cat cgroup.procs
1
2
3
[...]
12364
12423
12424
12425
[...]

可以创建一个允许使用 CPU 子集的子 cgroup。例如，让我们定义一个具有 CPU 核心 1 和 3 的子 cgroup：

$ pwd
/sys/fs/cgroup/cpuset
$ sudo mkdir subset1
$ cd subset1
$ pwd
/sys/fs/cgroup/cpuset/subset1
$ ls -l 
total 0
-rw-r--r-- 1 root root 0 nov.   22 23:28 cgroup.clone_children
-rw-r--r-- 1 root root 0 nov.   22 23:28 cgroup.procs
-rw-r--r-- 1 root root 0 nov.   22 23:28 cpuset.cpu_exclusive
-rw-r--r-- 1 root root 0 nov.   22 23:28 cpuset.cpus
-r--r--r-- 1 root root 0 nov.   22 23:28 cpuset.effective_cpus
-r--r--r-- 1 root root 0 nov.   22 23:28 cpuset.effective_mems
-rw-r--r-- 1 root root 0 nov.   22 23:28 cpuset.mem_exclusive
-rw-r--r-- 1 root root 0 nov.   22 23:28 cpuset.mem_hardwall
-rw-r--r-- 1 root root 0 nov.   22 23:28 cpuset.memory_migrate
-r--r--r-- 1 root root 0 nov.   22 23:28 cpuset.memory_pressure
-rw-r--r-- 1 root root 0 nov.   22 23:28 cpuset.memory_spread_page
-rw-r--r-- 1 root root 0 nov.   22 23:28 cpuset.memory_spread_slab
-rw-r--r-- 1 root root 0 nov.   22 23:28 cpuset.mems
-rw-r--r-- 1 root root 0 nov.   22 23:28 cpuset.sched_load_balance
-rw-r--r-- 1 root root 0 nov.   22 23:28 cpuset.sched_relax_domain_level
-rw-r--r-- 1 root root 0 nov.   22 23:28 notify_on_release
-rw-r--r-- 1 root root 0 nov.   22 23:28 tasks
$ cat cpuset.cpus

$ sudo sh -c "echo 1,3 > cpuset.cpus"
$ cat cpuset.cpus 
1,3

在将任何进程移入此 cgroup 之前，必须填写cpuset.mems文件。这里我们将当前 shell 移入这个新的 cgroup（我们仅将要移动的进程的 pid 写入cgroup.procs文件）：

$ cat cgroup.procs

$ echo $$
4753
$ sudo sh -c "echo 4753 > cgroup.procs"
sh: 1: echo: echo: I/O error
$ cat cpuset.mems

$ sudo sh -c "echo 0 > cpuset.mems"
$ cat cpuset.mems
0
$ sudo sh -c "echo 4753 > cgroup.procs"
$ cat cgroup.procs
4753
12569

后者显示当前 shell (pid#4753) 现在位于新创建的 cgroup 中（第二个 pid 12569 是cat的命令，因为它是当前 shell 的子命令，它继承了它的 cgroups）。使用格式化的ps命令，可以验证进程在哪个 CPU 上运行（PSR列）：

$ ps -o pid,ppid,psr,command
    PID    PPID PSR COMMAND
   4753    2372   3 bash
  12672    4753   1 ps -o pid,ppid,psr,command

我们可以看到当前 shell 在 CPU#3 上运行，而继承了其 cgroups 的子命令（ps命令）在 CPU#1 上运行。

总之，不用使用sched_setaffinity()或任何pthread服务，而是可以在 cgroups 树中创建一个cpuset层次结构，并通过在相应的cgroup.procs文件中写入它们的 pid 将进程移动到其中。

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