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系统性能优化——绑核

article 2024/10/27 23:54:41

简要

绑核正如其名，将线程/进程绑定在一个或多个CPU核心。该技术可以使进程或线程在特定的处理器上运行，而不会被操作系统调度到其他处理器上。这里有两层含义。

如果线程被绑定在指定核心上，则只会在该核心上运行，即使其他核心空闲，该进程或线程也不会被调度到那些核心上运行。
如果绑核的线程消亡了，则绑定关系消失，该核又可以被OS调度去做别的线程的活。但如果绑核的请求又来了，则OS会视情况迁移当前核上的线程，再次建立绑核关系。

知识补充

核与CPU

下图为CPU架构图（大致）。
一个CPU基本包括ALU（算数逻辑单元）、控制器（时序逻辑、PC等）、寄存器等，其中外存不属于CPU。架构分为冯诺依曼体系和哈佛体系，区别在于指令和数据是否存储在同一地方。
在这里插入图片描述
核的含义是运算单元，包含一套寄存器、L1L2缓存。在传统的CPU中，核与CPU是一对一关系，但如今一个CPU中可以包含多个核心，因此如今的核更接近于传统CPU的含义。每个核心可以独立执行指令和任务，每个核心在逻辑上表现为一个独立的CPU，但他们共享同一个物理芯片。核拥有独立资源，如ALU和L1L2缓存，和同一个CPU的其他核心共享L3缓存、总线接口等在这里插入图片描述因此一个核心只能同一时刻运行一个线程，每隔一段时间就会切换任务。如果是切换为其他进程的线程，会切换CR3。CR3指的是存储着页目录物理地址，CPU需要使用这个地址来查找页表条目，将虚拟地址翻译为物理地址。在上下文切换的时候，OS需要改变CR3寄存器的值来切换不同进程的页表。
超线程指的是在一个核上运行多个线程，比如说8核16线程，指的就是一个核能够跑2个线程。超线程需要保证的是，两个线程同时不冲突地使用核中的资源。比如一条整数运算指令只会用到整数运算单元，此时浮点数运算单元闲置，可以拿给另一个线程使用。但这需要CPU额外增加一些资源来满足。这都解释了为什么操作系统分配资源（CPU核、内存、磁盘IO等）最小单位是进程，线程是CPU调度和分配的基本单位。

绑核的意义

绑核最明显的作用就是减少上下文切换，提高了缓存利用率。
如何绑核参考https://zhuanlan.zhihu.com/p/432940336
在linux系统上使用pthread_setaffinity_np即可设置线程亲和性

#define _GNU_SOURCE
#include <pthread.h>
#include <sched.h>

void set_thread_affinity(int core_id) {
    cpu_set_t cpuset;
    pthread_t current_thread = pthread_self();

    CPU_ZERO(&cpuset); // 清空CPU集合
    CPU_SET(core_id, &cpuset); // 添加一个CPU到集合中

    int result = pthread_setaffinity_np(current_thread, sizeof(cpu_set_t), &cpuset);
    if (result != 0) {
        // Handle error
    }
}