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【C言語】sched_setaffinity/sched_getaffinity/sched_getcpu関数の使い方【tasksetコマンドでスレッドを特定のCPUで実行】

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C言語でsched_setaffinity/sched_getaffinity/sched_getcpu関数の使い方を教えて!

こういった悩みにお答えします.

本記事の信頼性

  • リアルタイムシステムの研究歴12年.
  • 東大教員の時に,英語でOSの授業.
  • 2012年9月~2013年8月にアメリカのノースカロライナ大学チャペルヒル校コンピュータサイエンス学部2021年の世界大学学術ランキングで20位)で客員研究員として勤務.C言語でリアルタイムLinuxの研究開発
  • プログラミング歴15年以上,習得している言語: C/C++Solidity/Vyper,Java,Python,Ruby,HTML/CSS/JS/PHP,MATLAB,Assembler (x64,ARM).
  • 東大教員の時に,C++言語で開発した「LLVMコンパイラの拡張」,C言語で開発した独自のリアルタイムOS「Mcube Kernel」GitHubにオープンソースとして公開

こういった私から学べます.

本記事では,以下の記事の内容を理解していることを前提とします.

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sched_setaffinity/sched_getaffinity/sched_getcpu関数

sched_setaffinity/sched_getaffinity/sched_getcpu関数を紹介します.

sched_setaffinity/sched_getaffinity関数は,スレッドのCPU affinity(親和度)マスクを設定,取得します.

スレッドの CPU affinityマスクは,そのスレッドが実行を許可されているCPUの集合を決定します.

マルチコアプロセッサでは,CPU affinityマスクを設定することで性能上のメリットを得られる可能性があります.

例えば,特定のスレッドを1つのCPUで専有することで,そのスレッドの性能を最大化できます.

具体的には,そのスレッドのaffinityマスクを1つのCPU に設定し,他の全てのスレッドのaffinityマスクからそのCPUを除外します.

※他の全てのスレッドのaffinityマスクからそのCPUを除外したい場合は,isolcpusを設定します(詳細な手順はこちら).

また,あるスレッドの実行を1つのCPUに限定することで,1つのCPUでの実行を停止してから別のCPUで実行を再開するときに発生するキャッシュ汚染(cache pollution)による性能低下を避けることもできます.

CPU affinityマスクは,「CPUの集合」を表すcpu_set_t構造体で表現され,cpu_set_tへのポインタmaskで指定されます.

sched_setaffinity関数は,スレッドIDがpidのスレッドのCPU affinityマスクをmaskで指定された値に設定します.

pidが0の場合,呼び出し元スレッドが使われます.

cpusetsize引数にはmaskが指すデータの長さ(バイト単位)です.

pidで指定されたスレッドがmaskで指定されたCPUのいずれかで現在実行されていない場合,そのスレッドはmaskで指定されたCPUのいずれかに移動します.

sched_getaffinity関数は,スレッドIDがpidのスレッドのaffinityマスクをmaskが指すcpu_set_t構造体に書き込みます.

cpusetsize引数にはmaskの(バイト単位の)大きさを指定します.

sched_getcpu関数は,呼び出したスレッドが現在実行されている CPU IDを返します.

sched_setaffinity/sched_getaffinity/sched_getcpu関数の使い方

sched_setaffinity/sched_getaffinity/sched_getcpu関数の使い方は以下になります.

実行結果は以下になります.

参考:tasksetコマンドでスレッドを特定のCPUで実行

tasksetコマンドでスレッドを特定のCPUで実行する方法を紹介します.

tasksetコマンドにより,先述したsched_setaffinity関数を利用したmigrate_thread_to_cpu関数のような処理をコマンドラインで実行できます.

tasksetコマンドの使い方は以下になります.(詳細な使い方はこちら

mask(16進数)でcommandのaffinityマスクを設定します.

tasksetコマンドを利用するコードは以下になります.

tasksetコマンドでプログラムをCPU 0,CPU 1,CPU 2でそれぞれ実行した場合の実行結果は以下になります.

まとめ

sched_setaffinity/sched_getaffinity/sched_getcpu関数の使い方を紹介しました.

スレッドを特定のCPU IDで実行したい時に便利ですので,是非使いましょう!

sched_setaffinity/sched_getcpu関数は,以下の記事で利用しています.

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