C++多线程实现绑定CPU的方法详解

背景

在进行多线程编程的时候，为了增加并行度和提升性能，我们经常需要将线程绑定到特定的CPU核心上。这可以确保任务在指定的核心上执行，从而避免由于CPU切换导致的上下文切换和性能下降。

实现

C++多线程库提供了两种不同的方法来实现线程绑定CPU核心：使用C++11标准库和使用操作系统调用。下面将分别介绍这两种方法。

使用C++11标准库

在C++11标准中，我们可以使用std::thread库创建和管理线程。std::thread提供了std::thread::hardware_concurrency()方法来获取系统支持的最大线程数。我们可以使用std::thread::get_id()方法获取线程的唯一标识符，并使用std::thread::native_handle()方法获取线程的底层操作系统句柄。

为了将线程绑定到特定的CPU核心，我们需要使用std::thread::native_handle()方法获取底层句柄，然后使用操作系统提供的调用来将线程绑定到核心。具体的操作系统调用依赖于操作系统，因此不同的平台需要使用不同的方法。

下面是一个示例代码，演示如何将线程绑定到CPU核心上：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <sched.h>

void bindThreadToCore(int coreId) {
    // 获取线程句柄
    auto thread_native_handle = std::this_thread::native_handle();

    // 设置CPU亲和性
    cpu_set_t cpu_set;
    CPU_ZERO(&cpu_set);
    CPU_SET(coreId, &cpu_set);
    int rc = pthread_setaffinity_np(thread_native_handle, sizeof(cpu_set_t), &cpu_set);
    if (rc != 0) {
        std::cerr << "Error binding thread to core: " << rc << std::endl;
    }
}

int main() {
    // 创建一个线程
    std::thread t([](){
        std::cout << "Hello world" << std::endl;
    });

    // 将线程绑定到第二个CPU核心上
    bindThreadToCore(1);

    // 等待线程执行完毕
    t.join();

    return 0;
}

使用操作系统调用

使用操作系统调用来实现线程绑定CPU核心的方式更加底层，但是也更加灵活和可定制化。这种方法需要使用操作系统提供的系统调用来创建和管理线程，并使用操作系统提供的调用来将线程绑定到CPU核心上。

下面是一个使用Linux系统调用来绑定线程到特定CPU核心的示例代码：

#define _GNU_SOURCE
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>

void* thread_func(void* arg) {
    printf("Thread start.\n");

    // 绑定线程到第二个CPU核心上
    cpu_set_t cpu_set;
    CPU_ZERO(&cpu_set);
    CPU_SET(1, &cpu_set);
    pthread_setaffinity_np(pthread_self(), sizeof(cpu_set_t), &cpu_set);

    // 执行线程任务
    sleep(1);

    printf("Thread end.\n");
    return NULL;
}

int main(int argc, char* argv[]) {
    // 创建线程
    pthread_t tid;
    int rc = pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);
    if (rc != 0) {
        perror("pthread_create");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 等待线程执行完毕
    pthread_join(tid, NULL);

    return 0;
}

总结

两种实现线程绑定CPU核心的方法各有优缺点，选择哪种方法取决于具体的应用场景和需求。在选择方法时需要考虑平台兼容性、代码可读性和性能等因素。