将线程绑定到指定 CPU 核

前言
函数原型
常见问题与补充

前言

在多核 CPU 环境下，进程和线程通常会被调度到不同的核心上运行。为了减少调度开销、提升实时性或性能一致性，可以通过 sched_setaffinity 将某个进程或线程固定在指定的 CPU 核心上运行

函数原型

#include <sched.h>

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

pid

0：表示当前进程/线程
其他：指定目标进程或线程的 PID/TID

cpusetsize

一般为 sizeof(cpu_set_t)

mask

CPU 集合，指定允许运行在哪些核心上

使用流程

定义并清空 CPU 集合

cpu_set_t mask;
CPU_ZERO(&mask);

设置需要绑定的 CPU

CPU_SET(0, &mask); // 绑定到 CPU0
CPU_SET(2, &mask); // 也可以同时绑定多个核

调用函数

sched_setaffinity(0, sizeof(mask), &mask); // 0 表示当前线程

线程级绑定

在多线程程序中，pthread_self() 返回的并不是系统线程号，无法直接使用。需要通过系统调用获取 TID：

#include <sys/syscall.h>
#include <unistd.h>

pid_t tid = syscall(SYS_gettid);  // 获取当前线程的 TID
sched_setaffinity(tid, sizeof(mask), &mask);

具体例子

示例代码： test.cpp

主线程不绑定（由系统自由调度）。
创建 2 个工作线程：一个绑到 CPU0，另一个绑到 CPU1。
每个线程启动后打印自己的 TID 和当前所在 CPU（通过 sched_getcpu()）。

// test.cpp
#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>
#include <chrono>
#include <cstring>
#include <cerrno>

#include <sched.h>       // sched_setaffinity, cpu_set_t
#include <unistd.h>      // syscall
#include <sys/syscall.h> // SYS_gettid

// 将当前线程绑定到指定 cpu_id
bool bind_current_thread_to_cpu(int cpu_id) {
    cpu_set_t mask;
    CPU_ZERO(&mask);
    CPU_SET(cpu_id, &mask);

    pid_t tid = (pid_t)syscall(SYS_gettid);
    if (sched_setaffinity(tid, sizeof(mask), &mask) != 0) {
        std::cerr << "[ERROR] sched_setaffinity: " << std::strerror(errno) << "\n";
        return false;
    }
    return true;
}

void worker(int cpu_id, const char* name) {
    // 绑定
    if (!bind_current_thread_to_cpu(cpu_id)) {
        std::cerr << name << " failed to bind to CPU" << cpu_id << "\n";
        return;
    }

    // 打印一次绑定信息，并持续打印当前所在 CPU 验证效果
    pid_t tid = (pid_t)syscall(SYS_gettid);
    std::cout << name << " (TID=" << tid << ") bound to CPU" << cpu_id << "\n";

    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        // sched_getcpu() 返回当前线程正在运行的逻辑 CPU 编号
        int cur = sched_getcpu();
        std::cout << name << " (TID=" << tid << ") running on CPU " << cur << "\n";
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(300));
    }
}

int main() {
    // 启动两个线程分别绑到 0 和 1 号 CPU
    std::thread t0(worker, 0, "worker-0");
    std::thread t1(worker, 1, "worker-1");

    // 主线程不绑定，打印它当前所在 CPU（可能变化）
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        int cur = sched_getcpu();
        std::cout << "main thread running on CPU " << cur << "\n";
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500));
    }

    t0.join();
    t1.join();
    return 0;
}

说明

线程级绑核的关键：获取 TID（syscall(SYS_gettid)）并传给 sched_setaffinity。
sched_getcpu() 是 Linux 的便捷函数，用来查看当前线程正在运行的 CPU。
若你的机器只有 1 个逻辑核，记得把 CPU_SET(1, …) 改成 0 或用 lscpu 先查看核数。

编译

g++ -O2 -pthread test.cpp -o pin

必须加 -pthread，否则多线程与相关符号链接可能不完整。
如果你使用 CMake，也可以在 target_link_libraries 里链接 pthread。

运行与实时观察

方式 A：直接前台运行，看程序自身输出

./pin

输出：

~ » ./pin 
main thread running on CPU 1
worker-1 (TID=896669) bound to CPU1
worker-1 (TID=896669) running on CPU 1
worker-0 (TID=896668) bound to CPU0
worker-0 (TID=896668) running on CPU 0
worker-1 (TID=896669) running on CPU 1
worker-0 (TID=896668) running on CPU 0
main thread running on CPU 1
worker-1 (TID=896669) running on CPU 1
worker-0 (TID=896668) running on CPU 0
worker-1 (TID=896669) running on CPU 1
worker-0 (TID=896668) running on CPU 0
main thread running on CPU 1
worker-1 (TID=896669) running on CPU 1
worker-0 (TID=896668) running on CPU 0
main thread running on CPU 1
worker-1 (TID=896669) running on CPU 1
worker-0 (TID=896668) running on CPU 0
worker-0 (TID=896668) running on CPU 0
worker-1 (TID=896669) running on CPU 1
main thread running on CPU 1
worker-0 (TID=896668) running on CPU 0
worker-1 (TID=896669) running on CPU 1
worker-0 (TID=896668) running on CPU 0
worker-1 (TID=896669) running on CPU 1
worker-0 (TID=896668) running on CPU 0
worker-1 (TID=896669) running on CPU 1

worker-0 永远在 CPU0，worker-1 永远在 CPU1，主线程可能在不同 CPU 间调度。

方式 B：后台运行 + 系统命令验证

把程序放到后台并抓取 PID：

~ » ./pin &               # 后台运行    
pid=$!                # 保存进程 PID
echo "pid=$pid"

[1] 896965
pid=896965
main thread running on CPU worker-0 (TID=3896971                                                   
) bound to CPU0
worker-0 (TID=896971) running on CPU 0
worker-1 (TID=896972) bound to CPU1
worker-1 (TID=896972) running on CPU 1
---------------------------------------------------------------------------------------------------
~ » worker-0 (TID=worker-1896971) running on CPU 0 (TID=896972) running on CPU 1
main thread running on CPU 3
worker-0 (TID=896971) running on CPU 0
worker-1 (TID=896972) running on CPU 1
worker-0 (TID=896971) running on CPU 0
worker-1 (TID=896972) running on CPU 1
main thread running on CPU 5
worker-0 (TID=896971) running on CPU 0
worker-1 (TID=896972) running on CPU 1
main thread running on CPU 5
worker-0 (TID=896971) running on CPU 0
worker-1 (TID=896972) running on CPU 1
worker-0 (TID=896971) running on CPU 0
worker-1 (TID=896972) running on CPU 1
main thread running on CPU 5
worker-0 (TID=896971) running on CPU 0
worker-1 (TID=896972) running on CPU 1
worker-0 (TID=896971) running on CPU 0
worker-1 (TID=896972) running on CPU 1
worker-0 (TID=896971) running on CPU 0
worker-1 (TID=896972) running on CPU 1

[1]  + 896965 done       ./pin
-------------------------------

查看该进程的线程级 CPU 运行核（psr 列）：

ps -o pid,tid,psr,comm -Lp "$pid"

pid：进程号
tid：线程 TID
psr：该线程当前运行在哪个 CPU（随时刻变化；被绑核的线程只会出现在允许范围内）

示意输出：

  PID   TID PSR COMMAND
12344 12344   2 pin
12344 12345   0 pin        # worker-0
12344 12346   1 pin        # worker-1

用 taskset 查看每个线程的允许 CPU 列表（亲和性设置）：

# 查看整个进程（所有线程）允许的 CPU 集合
taskset -pc "$pid"

# 分别查看具体线程（用 TID）
taskset -pc 12345
taskset -pc 12346

被成功绑核的线程会显示类似：

pid 12345's current affinity list: 0
pid 12346's current affinity list: 1

用 /proc 进一步核验（最权威的来源之一）：

# 线程 12345 的亲和性（以列表形式显示）
cat /proc/$pid/task/12345/status | grep -E 'Cpus_allowed_list|Cpus_allowed'

Cpus_allowed_list：人类可读的核列表，例如 0 或 0-1,4
Cpus_allowed：位掩码形式（16 进制）

最后，回收后台进程：

kill "$pid"
wait "$pid" 2>/dev/null

用命令行直接绑进程/线程

除了在代码里调用 sched_setaffinity，你也可以用 taskset 在进程级别直接限制亲和性：

# 启动时指定（只允许运行在 CPU0）
taskset -c 0 ./pin

# 已经在跑了，再修改进程亲和性（允许运行在 CPU0-3）
taskset -pc 0-3 <pid>

注意：taskset 设置的是进程级亲和性，对现有和新建的线程都生效；而代码里对某个线程 sched_setaffinity 是线程级，粒度更细。

常见问题与补充

1) 机器核数不够：

先用 lscpu 确认逻辑 CPU 数（CPU(s)），避免对不存在的 cpu_id 调用 CPU_SET。

2) 多 NUMA/大规模 CPU 场景：

对超多核系统（>1024 核）可使用动态大小的位图族 API：CPU_ALLOC/CPU_FREE/CPU_ALLOC_SIZE/CPU_ZERO_S/CPU_SET_S，避免 cpu_set_t 固定大小不够。

3) 容器/调度器限制：

Docker/容器可能限制可见 CPU（例如 —cpuset-cpus），此时只能在被允许的核内绑定。

4) 权限：

一般无需 root 权限。但若你的环境对 CPU 亲和性设置做了额外限制，可能需要更高权限或调整安全策略。

5) 验证稳定性：

psr 是“当前时刻”的运行核，瞬时值会跳变；是否“被限制到某些核”应以 taskset -pc 和 /proc/…/status 的 Cpus_allowed_list 为准。