Linux程序员手册 第2部分
更新日期： 2020-06-09

名称

sched_setaffinity，sched_getaffinity-设置并获取线程的CPU亲和力掩码

语法

#define _GNU_SOURCE             /* See feature_test_macros(7) */
#include <sched.h>

int sched_setaffinity(pid_t pid, size_t cpusetsize,
                      const cpu_set_t *mask);

int sched_getaffinity(pid_t pid, size_t cpusetsize,
                      cpu_set_t *mask);

说明

线程的CPU相似性掩码确定了可以在其上运行的CPU的集合。在多处理器系统上，可以使用设置CPU亲和力掩码来获得性能优势。例如，通过将一个CPU专用于特定线程(即，将该线程的亲和力掩码设置为指定一个CPU，并设置所有其他线程的亲和力掩码以排除该CPU)，可以确保最高执行速度对于那个线程。限制线程在单个CPU上运行还可以避免由于缓存失效而导致的性能损失，当线程停止在一个CPU上执行，然后重新开始在另一个CPU上执行时，缓存无效。

CPU亲和力掩码由cpu_set_t结构表示，即掩码所指向的" CPU集"。 CPU_SET(3)中介绍了一组用于操纵CPU集的宏。

sched_setaffinity()将ID为pid的线程的CPU亲和力掩码设置为mask指定的值。如果pid为零，则使用调用线程。参数cpusetsize是mask指向的数据的长度(以字节为单位)。通常，此参数将指定为sizeof(cpu_set_t)。

如果由pid指定的线程当前未在mask中指定的CPU之一上运行，则该线程将迁移到mask中指定的CPU之一。

sched_getaffinity()将ID为pid的线程的亲和力掩码写入mask所指向的cpu_set_t结构中。 cpusetsize参数指定掩码的大小(以字节为单位)。如果pid为零，则返回调用线程的掩码。

返回值

成功时，sched_setaffinity()和sched_getaffinity()返回0(但请参见下面的" C库/内核差异"，这说明基础sched_getaffinity()的返回值有所不同)。如果出错，则返回-1，并正确设置errno。

错误说明

EFAULT

提供的内存地址无效。

EINVAL

相似性位掩码掩码不包含当前在系统上物理上并根据cpuset cgroups或cpuset(7)中描述的" cpuset"机制可能施加的任何限制而允许线程使用的处理器。

EINVAL

(sched_getaffinity()，在2.6.9之前的内核中为sched_setaffinity())cpusetsize小于内核使用的相似性掩码的大小。

EPERM

(sched_setaffinity())调用线程没有适当的特权。调用方需要一个有效用户ID，该用户ID必须等于pid标识的线程的实际用户ID或有效用户ID，或者它必须在线程pid的用户名称空间中具有CAP_SYS_NICE能力。

ESRCH

找不到ID为pid的线程。

版本

CPU亲和力系统调用是在Linux内核2.5.8中引入的。系统调用包装器是在glibc 2.3中引入的。最初，glibc接口包含一个cpusetsize参数，类型为unsigned int。在glibc 2.3.3中，删除了cpusetsize参数，但随后在glibc 2.3.4中使用size_t类型对其进行了恢复。

遵循规范

这些系统调用是特定于Linux的。

备注

调用sched_setaffinity()之后，线程将在其上实际运行的CPU组是mask参数中指定的组与系统上实际存在的CPU组的交集。如果正在使用cpuset(7)中描述的" cpuset"机制，则系统可能进一步限制线程在其上运行的CPU的集合。这些对线程将在其上实际运行的CPU的实际限制是由内核默默施加的。

确定系统上可用CPU数量的方法有多种，包括：检查/ proc / cpuinfo的内容；使用sysconf(3)获得_SC_NPROCESSORS_CONF和_SC_NPROCESSORS_ONLN参数的值；并检查/ sys / devices / system / cpu /下的CPU目录列表。

sched(7)描述了Linux调度方案。

相似性掩码是每个线程的属性，可以针对线程组中的每个线程分别进行调整。调用gettid(2)返回的值可以在pid参数中传递。将pid指定为0将为调用线程设置属性，并将从调用返回的值传递给getpid(2)将为线程组的主线程设置属性。 (如果使用的是POSIX线程API，请使用pthread_setaffinity_np(3)而不是sched_setaffinity()。)

isolcpus引导选项可用于在引导时隔离一个或多个CPU，这样就不会在这些CPU上调度任何进程。使用此引导选项后，将进程调度到隔离的CPU上的唯一方法是通过sched_setaffinity()或cpuset(7)机制。有关更多信息，请参见内核源文件Documentation / admin-guide / kernel-parameters.txt。如该文件中所述，isolcpus是隔离CPU的首选机制(相对于手动设置系统上所有进程的CPU亲和力的替代方法)。

通过fork(2)创建的子级继承其父级的CPU关联掩码。亲和力掩码在execve(2)中保留。

C library/kernel differences

本手册页介绍了CPU相似性调用的glibc接口。实际的系统调用接口略有不同，掩码被键入为unsigned long *，反映出CPU集的基础实现是一个简单的位掩码的事实。

成功后，原始sched_getaffinity()系统调用将返回复制到掩码缓冲区的已放置字节数；这将是cpusetsize和内核内部用于表示CPU设置位掩码的cpumask_t数据类型的大小(以字节为单位)的最小值。

Handling systems with large CPU affinity masks

底层系统调用(将CPU掩码表示为unsigned long *类型的位掩码)不对CPU掩码的大小施加任何限制。但是，glibc使用的cpu_set_t数据类型的固定大小为128字节，这意味着可以表示的最大CPU数量为1023。如果内核CPU亲和力掩码大于1024，则调用形式为：

sched_getaffinity(pid，sizeof(cpu_set_t)，＆mask);

由于错误EINVAL失败，对于cpusetsize中指定的掩码大小小于内核使用的亲和力掩码的大小的情况，底层系统调用会产生错误。 (取决于系统CPU拓扑，内核相似性掩码可能会大大大于系统中活动CPU的数量。)

在具有较大内核CPU亲和力掩码的系统上工作时，必须动态分配mask参数(请参阅CPU_ALLOC(3))。当前，执行此操作的唯一方法是使用sched_getaffinity()调用，并使用增加的掩码大小来探查所需掩码的大小(直到调用不会因错误EINVAL而失败)。

请注意，CPU_ALLOC(3)可能会分配比请求稍大的CPU集(因为将CPU集实现为以sizeof(long)为单位分配的位掩码)。因此，sched_getaffinity()可以设置超出请求的分配大小的位，因为内核会看到一些额外的位。因此，调用方应遍历返回集中的位，对已设置的位进行计数，并在达到CPU_COUNT(3)返回的值时停止(而不是遍历请求分配的位数)。

示例

下面的程序创建一个子进程。然后，父级和子级各自将其分配给指定的CPU，并执行相同的循环，这会占用一些CPU时间。在终止之前，父母等待孩子完成。该程序采用三个命令行参数：父代的CPU编号，子代的CPU编号以及两个进程都应执行的循环迭代次数。

如下面的示例所示，运行程序时消耗的实际时间和CPU时间将取决于内核内的缓存效果以及进程是否使用相同的CPU。

我们首先使用lscpu(1)来确定此(x86)系统具有两个内核，每个内核具有两个CPU：

$ lscpu | egrep -i 'core.*:|socket'
Thread(s) per core:    2
Core(s) per socket:    2
Socket(s):             1

然后，针对三种情况，对示例程序的操作进行计时：两个进程都在同一CPU上运行；两个进程都在同一内核的不同CPU上运行；两个进程都在不同内核上的不同CPU上运行。

$ time -p ./a.out 0 0 100000000
real 14.75
user 3.02
sys 11.73
$ time -p ./a.out 0 1 100000000
real 11.52
user 3.98
sys 19.06
$ time -p ./a.out 0 3 100000000
real 7.89
user 3.29
sys 12.07

Program source

#define _GNU_SOURCE
#include <sched.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>

#define errExit(msg)    do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); \
                        } while (0)

int
main(int argc, char *argv[])
{
    cpu_set_t set;
    int parentCPU, childCPU;
    int nloops, j;

    if (argc != 4) {
        fprintf(stderr, "Usage: %s parent-cpu child-cpu num-loops\n",
                argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    parentCPU = atoi(argv[1]);
    childCPU = atoi(argv[2]);
    nloops = atoi(argv[3]);

    CPU_ZERO(&set);

    switch (fork()) {
    case -1:            /* Error */
        errExit("fork");

    case 0:             /* Child */
        CPU_SET(childCPU, &set);

        if (sched_setaffinity(getpid(), sizeof(set), &set) == -1)
            errExit("sched_setaffinity");

        for (j = 0; j < nloops; j++)
            getppid();

        exit(EXIT_SUCCESS);

    default:            /* Parent */
        CPU_SET(parentCPU, &set);

        if (sched_setaffinity(getpid(), sizeof(set), &set) == -1)
            errExit("sched_setaffinity");

        for (j = 0; j < nloops; j++)
            getppid();

        wait(NULL);     /* Wait for child to terminate */
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }
}

另外参见

lscpu(1)，nproc(1)，taskset(1)，clone(2)，getcpu(2)，getpriority(2)，gettid(2)，nice(2)，sched_get_priority_max(2)，sched_get_priority_min(2)， sched_getscheduler(2)，sched_setscheduler(2)，setpriority(2)，CPU_SET(3)，get_nprocs(3)，pthread_setaffinity_np(3)，sched_getcpu(3)，功能(7)，cpuset(7)，sched(7)， numactl(8)

出版信息

这个页面是Linux手册页项目5.08版的一部分。有关项目的说明、有关报告错误的信息以及此页面的最新版本，请访问https://www.kernel.org/doc/man-pages/。