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Windows下绑定线程到指定的CPU核心

2024年05月16日 Asp.net 我要评论
在某些场景下,需要把程序绑定到指定CPU核心提高执行效率。通过微软官方文档查询到Windows提供了两个Win32函数:SetThreadAffinityMask和SetProcessAffinityMask 为指定线程和进程设置处理器关联掩码。通俗的讲就是在指定的CPU核心上执行线程或者进程。 这 ...

在某些场景下,需要把程序绑定到指定cpu核心提高执行效率。通过微软官方文档查询到windows提供了两个win32函数:setthreadaffinitymasksetprocessaffinitymask 为指定线程和进程设置处理器关联掩码。通俗的讲就是在指定的cpu核心上执行线程或者进程。

这里的cpu核心指的是逻辑核心,而非物理核心。

setthreadaffinitymask

setthreadaffinitymask用于设置指定线程的处理器关联掩码,从而实现线程对处理器的绑定。

setthreadaffinitymask函数定义

setthreadaffinitymask的定义如下:

dword_ptr setthreadaffinitymask(
  [in] handle    hthread,
  [in] dword_ptr dwthreadaffinitymask
);

从函数的定义看需要传递两个参数:

  • hthread:指向要设置处理器关联的线程句柄。如果是想设置当前线程的关联掩码,可以使用 getcurrentthread() 函数获取句柄。
  • dwthreadaffinitymask:处理器的关联掩码。是一个dword_ptr类型的值,长度共8个字节(64bit),每一bit代表一个cpu核。

如果需要支持超过64核的cpu时,则需要使用setthreadgroupaffinity函数

为了更清晰的表达dwthreadaffinitymask的含义,下边用二进制数表示该值。比如,需要把线程绑定到
第0个核:则dwthreadaffinitymask=0b_0001;(0x01)
第1个核:则dwthreadaffinitymask=0b_0010;(0x02)
第2个核:则dwthreadaffinitymask=0b_0100;(0x04)
第3个核:则dwthreadaffinitymask=0b_1000;(0x08)
……
如果要绑定到多个cpu核心,比如绑定到第1和2个cpu核时,dwthreadaffinitymask=0b_0110,对应的十六进制数也就是0x06。

调用示例

首先引入win32api

[dllimport("kernel32.dll")]
static extern uintptr setthreadaffinitymask(intptr hthread, uintptr dwthreadaffinitymask);

[dllimport("kernel32.dll")]
static extern intptr getcurrentthread();

由于dwthreadaffinitymask的值是按照2n的指数递增,与通常习惯指定第n个核心不符,并且不同的设备cpu核心数不一样,指定cpu核心时可能超出cpu核心数量,因此可以对指定cpu核心做个简单的处理:

static ulong setcpuid(int lpidx)
{
    ulong cpulogicalprocessorid = 0;
    if (lpidx < 0 || lpidx >= system.environment.processorcount)
    {
        lpidx = 0;
    }
    //通过移位运算转换lgidx->dwthreadaffinitymask:0->1,1->2,2->4,3->8,……
    cpulogicalprocessorid |= 1ul << lpidx;
    return cpulogicalprocessorid;
}

接下来就可以进行测试了

ulong lpid = setcpuid((int)lpidx);
setthreadaffinitymask(getcurrentthread(), new uintptr(lpid));

stopwatch stopwatch = new stopwatch();
stopwatch.start();
for (int i = 0; i < 1000000; i++)
{
    for (int j = 0; j < 1000000; j++)
    {
        int _data = j;
    }
}
stopwatch.stop();
console.writeline("运行时间: " + stopwatch.elapsedmilliseconds.tostring());

效果如图如下:
image

setprocessaffinitymask

setprocessaffinitymask与setthreadaffinitymask非常相似,不同的是其作用于整个进程,可以决定进程内的所有线程共同运行在指定的处理器上。
函数定义如下:

bool setprocessaffinitymask(
  [in] handle    hprocess,
  [in] dword_ptr dwprocessaffinitymask
);

和setthreadaffinitymask一样,也是需要传递两个参数,只不过第一个参数传递的是进程的句柄。

小结

在某些场景可以通过setthreadaffinitymasksetprocessaffinitymask 提高程序执行效率,主要是基于以下几个原因:

  • 提高性能:通过将线程绑定到特定的处理器,可以减少线程在不同处理器之间的切换开销,尤其是在多核系统中,有助于提升程序的执行效率。
  • 避免缓存抖动:确保线程始终在同一个处理器上运行,可以减少缓存未命中,因为相关的数据更可能保留在该处理器的高速缓存中。
  • 实时系统和并发控制:在需要严格控制线程执行位置的场景下,比如实时系统或者某些并发控制策略中,通过设定处理器关联可以满足特定的调度需求。

需要注意的是,setthreadaffinitymask和setprocessaffinitymask并不是独占cpu核心,如果关联的cpu核心本身负载就很高,这个时候程序执行效率反而会降低。

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