绑定CPU逻辑核心的利器——taskset

在工作中，我们可能遇到这样的需求：如何评估程序在一核和多核下的工作效率差距？最简单的想法是找一台只有一个CPU逻辑核的机器和一台有多个逻辑核的机器。（转载请指明出于breaksoftware的csdn博客）但是这种方式有明显的问题：

不容易找到这样的机器。
找到的机器不能保证其他配置一致，比如CPU主频。
找的的机器不能保证环境一致，比如操作系统或者运行中的其他程序。

于是比较好的方式是：在一台多逻辑核的机器上指定程序可以运行在哪些核上。为了可以证明我们程序在多个核心上切换，我编写了如下代码

// build script:gcc -lpthread bind_core.c -o bind_core
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <sched.h>

void* thread_routine(void* arg) {
    int cpu = -1;
    while(1) {
        int cur_cpu = sched_getcpu();
        if (cur_cpu != cpu) {
          printf("pre:%d, cur:%dn", cpu, cur_cpu);
         cpu = cur_cpu;
        }
    }
};

void test_cpu_switch() {
    pthread_t thread;
    pthread_create(&thread, NULL, thread_routine, NULL);
    pthread_detach(thread);
    sleep(100);
}

这段代码中启动了一个线程，通过sched_getcpu函数不停检测当前占用的逻辑核心编号。如果发生核心切换，就打印出来。在一台相对繁忙的40个逻辑核心机器上，其输出结果如下：

上图可以看出，程序分别在：0,1,2,3,7,8,10,12,13,14,15,17,19,21号逻辑核上运行过。为了让CPU在固定的核心上执行，我们可以使用taskset指令，让程序绑定逻辑核心。

taskset -c 0,10 ./bind_core

上面指令让bind_core执行于0和10号逻辑核心上，这样我就可以看到它在这两个核心上的切换

基于上面的基础，我们可以编写测试代码，看看多线程程序在单核心和多核心下的处理能力

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <sched.h>

unsigned long g_a = 0;
unsigned long g_b = 0;

void* thread_routine(void* arg) {
    while(1) {
        (*((unsigned long*)arg))++;
    }
};

void test_cpu_ability() {
    pthread_t thread_a;
    pthread_create(&thread_a, NULL, thread_routine, &g_a);
    pthread_detach(thread_a);

    pthread_t thread_b;
    pthread_create(&thread_b, NULL, thread_routine, &g_b);
    pthread_detach(thread_b);

    sleep(3);
    printf("a:%lutb:%lun", g_a, g_b);
};

这段代码启动了两个线程，每个线程分别不停自增。过了3秒后，通过两个全局变量的值表达出不同场景的处理能力：

不设置CPU绑定 ./bind_core a:999409723 b:994174648
设置绑定到0号CPU逻辑核心 taskset -c 0 ./bind_core a:563819215 b:564766868
设置绑定到0,1号CPU逻辑核心 taskset -c 0,1 ./bind_core a:1113333145 b:1072107088
设置绑定到0,1,2号CPU逻辑核心 taskset -c 0,1,2 ./bind_core a:1114825104 b:1113289961

可以看到，当启动两个线程时，绑定一个核心的处理能力是绑定两个核心的处理能力的一半左右。而绑定的核心数超过线程数时（如绑定到0,1,2号逻辑核心），其效率并没有明显提高。当然上述结论有个前提：这是CPU资源密集型的场景。