C++多线程实现绑定CPU的方法详解

Windows多线程

windows.h中提供了多线程解决方案，创建多线程的函数为

//返回值：一个HANDLE类型的值，表示线程的句柄，可用于等待线程等函数
HANDLE CreateThread(
LPSECURITY_ATTRIBUTES   lpThreadAttributes, // 不用管，一般为NULL
SIZE_T                  dwStackSize,        // 堆栈大小，一般为0，表示默认值
LPTHREAD_START_ROUTINE  lpStartAddress,     // 函数指针
__drv_aliasesMem LPVOID lpParameter,        // 参数指针
DWORD                   dwCreationFlags,    // 不用管，一般为0
LPDWORD                 lpThreadId          // 线程id，一般设为NULL
);

为了理解这个函数，下面举一个最简单的例子

#include<iostream>
#include<windows.h>

// 编写了一个我的线程函数
DWORD WINAPI MyThread(LPVOID ps)
{
	int *n = (int *)ps;
	for (int i = 0; i < 3; ++i)
		printf("执行线程%d, i=%d\n", n[0], i);
	return 0L;
}

int main()
{
	// 创造线程
	int id1 = 1, id2=2;
	CreateThread(NULL, 0, MyThread, &id1, 0, NULL);
	CreateThread(NULL, 0, MyThread, &id2, 0, NULL);
	system("PAUSE");
	return 0;
}

其中，MyThread是一个用于创造新线程的函数，其输入参数ps是一个LPVOID类型的指针，在参数传入后，将这个指针转为整形指针(int *)，然后将其赋给另一个整形指针n，然后在for循环中引用这个整形指针。

在main函数中，通过CreateThread函数创建一个线程并执行，其中执行的函数为MyThread，传入的参数为id1, id2的地址。执行后的结果为

执行线程2, i=0执行线程1, i=0执行线程1, i=1执行线程1, i=2执行线程2, i=1执行线程2, i=2请按任意键继续. . .

windows调度与绑定CPU

作为成熟的操作系统，Windows为了更加充分利用CPU，会动态分配线程占用的CPU资源，以确保每个CPU核心不过累；另一方面，Intel作为成熟的CPU，为了充分考虑性能和能耗之间的均衡，当CPU没有满负荷运行的时候会自动降频。

这两个合在一起就是，Windows动态分配CPU核心，让每个CPU都不过载；然后Intel动态规划能耗，让每个核心都降频。于是CPU的频率越降越低，Windows占用的资源越来越少，于是性能越来越差。

上面这个描述当然略显夸张了，但道理是这么个道理，为了验证这一点，可以将上面的MyThread函数稍作改动，

DWORD WINAPI MyThread(LPVOID ps)
{
  int* n = (int*)ps;
  int cpu = GetCurrentProcessorNumber();
  for (int i = 0; i < 5; ++i) {
      printf("在CPU%d上执行线程%d, i=%d\n", cpu, n[0], i);
      Sleep(100);
  }
  return 0L;
}

这样就可以查看每次执行线程时所使用的CPU，发现每次运行时使用的CPU是随机的。

通过windows.h中的SetThreadAffinityMask来手动分配CPU，使用方法非常简单

int main()
{
  // 创造线程
  int id1 = 1, id2=2;
  auto th1 = CreateThread(NULL, 0, MyThread, &id1, 0, NULL);
  SetThreadAffinityMask(th1, 0x01);
  auto th2 = CreateThread(NULL, 0, MyThread, &id2, 0, NULL);
  SetThreadAffinityMask(th2, 0x02);
  // 记得等待线程结束
  system("PAUSE");
  return 0;
}

效果如下

在CPU0上执行线程1, i=0在CPU1上执行线程2, i=0请按任意键继续. . . 在CPU1上执行线程2, i=1在CPU0上执行线程1, i=1在CPU0上执行线程1, i=2在CPU1上执行线程2, i=2在CPU1上执行线程2, i=3在CPU0上执行线程1, i=3在CPU1上执行线程2, i=4在CPU0上执行线程1, i=4

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