在Linux系统中，进程的调度切换是由内核自动完成的，在多核CPU上，进程有可能在不同的CPU核上来回切换执行，这对CPU的缓存不是很有利。为什么呢？先看一张 Intel i5 CPU 的缓存简单示意图：
在多核CPU结构中，每个核心有各自的L1、L2缓存，而L3缓存是共用的。如果一个进程在核心间来回切换，各个核心的缓存命中率就会受到影响。相反如果进程不管如何调度，都始终可以在一个核心上执行，那么其数据的L1、L2 缓存的命中率可以显著提高。
1. 如何设置进程与CPU核心绑定
在 Linux 系统里，可以使用 CPU_* 系列函数和 sched_setaffinity() 可以实现绑定，具体步骤如下：
- 使用 CPU_系列函数，必须定义 _GNU_SOURCE 宏，告诉编译器启用这些函数：
#define _GNU_SOURCE
- 首先声明一个
cpu_set_t，然后用CPU_ZERO()初始化bit数据：
cpu_set_t mask;
CPU_ZERO(&mask);
cpu_set_t其实是一个bit串，每个bit表示进程是否要与某个CPU核绑定。
- 接下来把进程绑定到某几个CPU核心，这要用
CPU_SET()来设置cpu_set_t中相应的bit位，比如想让进程只在核心1或核心5上执行：
CPU_SET(1, &mask);
CPU_SET(5, &mask);
- 最后用
sched_setaffinity完成实际的绑定：
sched_setaffinity(0, sizeof(cpu_set_t), &mask);
设置起来并不难。那怎么验证我们的绑定真的起作用了呢？我们来做个实验：
假定有一台双核机器，这段程序我们起了20个进程，从0开始每个进程分配一个进程号（注意是这里值我们自己起的进程号，不是进程pid），奇数进程号绑定绑定在 Core 0上执行，偶数号的进程绑定在 Core 1上执行。
我们用for让进程循环，用 sched_getcpu() 函数获得当前进程运行在哪个CPU核心上，每次for循环检查下进程是否真的在分配的核心执行。
#define _GNU_SOURCE
#include <sched.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
void run(int c, int n) {
cpu_set_t mask;
CPU_ZERO(&mask);
CPU_SET(n, &mask);
sched_setaffinity(0, sizeof(cpu_set_t), &mask);
int i;
for (i = 0; i != 10000; i++) {
printf("%d-%d\n", c, sched_getcpu());
}
}
int main()
{
int i;
for (i = 0; i != 20; i++) {
int pid = fork();
if (pid == 0) {
run(i, i % 2);
exit(0);
}
}
}
执行上面的程序，就会打印每个进程绑定的CPU核号，进程与核号的关系肯定不会变。如果把 sched_setaffinity() 注释掉，CPU进程就失去绑定。
2. 设置亲和性后的性能测试
设置了进程与CPU绑定后，我们来看看是否能真的带来性能的提升。修改上面的run()函数，每个进程创建一个数组，然后计算数组中值的累加，创建数组的意图是保证进程用到了CPU核心的L1、L2缓存：
void run(int c, int n) {
cpu_set_t mask;
CPU_ZERO(&mask);
CPU_SET(n, &mask);
sched_setaffinity(0, sizeof(cpu_set_t), &mask);
struct timeval tv;
gettimeofday(&tv, NULL);
long begin = tv.tv_sec * 1000 + tv.tv_usec / 1000;
int i;
int arr[N];
for (i = 0; i != N; i++) {
arr[i] = i;
}
long sum = 0;
for (i = 0; i != N; i++) {
sum += arr[i];
}
gettimeofday(&tv, NULL);
long end = tv.tv_sec * 1000 + tv.tv_usec / 1000;
printf("%ld\n", end - begin);
}
然后执行20次程序，10次没有CPU绑定，10次有CPU绑定，记录每个进程的耗时毫秒数，就有下面的结果：
P1～P20是进程号，A1～A10列是没有CPU绑定的情况，B1～B10列是有CPU绑定的情况，耗时越久单元格越红。可见绑定了CPU的情况下性能有近10%的提升。
