Windows下线程绑定指定CPU核心方法

在Windows系统中，为了提升程序的执行效率，可以通过SetThreadAffinityMask和SetProcessAffinityMask函数将线程或进程绑定到指定的CPU核心上。SetThreadAffinityMask用于设置指定线程的处理器关联掩码，使其在指定的CPU核心上运行；而SetProcessAffinityMask则作用于整个进程，决定进程内所有线程的运行处理器。通过合理使用这些函数，可以减少线程切换开销，避免缓存抖动，并满足实时系统和并发控制的需求，从而提高程序性能。

在某些情况下，为了提升程序的执行效率，需要将程序绑定到指定的CPU核心上。根据微软官方文档，Windows提供了两个Win32函数：SetThreadAffinityMask和SetProcessAffinityMask，用于设置指定线程或进程的处理器关联掩码，从而实现线程或进程对处理器的绑定。

SetThreadAffinityMask函数用于设置指定线程的处理器关联掩码，使线程在指定的CPU核心上运行。其函数定义如下：

DWORD_PTR SetThreadAffinityMask(  [in] HANDLE    hThread,  [in] DWORD_PTR dwThreadAffinityMask);

该函数需要传递两个参数：

• hThread：指向要设置处理器关联的线程句柄。如果要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，长度为8个字节（64位），每个bit代表一个CPU核心。例如，要将线程绑定到第0个核心，则dwThreadAffinityMask = 0B_0001（0x01）；绑定到第1个核心，则dwThreadAffinityMask = 0B_0010（0x02）；绑定到第2个核心，则dwThreadAffinityMask = 0B_0100（0x04）；绑定到第3个核心，则dwThreadAffinityMask = 0B_1000（0x08）。如果要绑定到多个核心，比如第1和第2个核心，则dwThreadAffinityMask = 0B_0110，对应的十六进制数为0x06。

调用示例首先需要引入Win32 API：

[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2的n次幂递增，与通常习惯指定第n个核心不符，并且不同设备的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核心做简单的处理：

static ulong SetCpuID(int lpIdx){    ulong cpuLogicalProcessorId = 0;    if (lpIdx >= System.Environment.ProcessorCount)    {        lpIdx = 0;    }    //通过移位运算转换lpIdx->dwThreadAffinityMask:0->1,1->2,2->4,3->8,……    cpuLogicalProcessorId |= 1UL << lpIdx;    return cpuLogicalProcessorId;}

接下来可以进行测试：

ulong LpId = SetCpuID((int)lpIdx);SetThreadAffinityMask(GetCurrentThread(), new UIntPtr(LpId));Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();stopwatch.Start();for (int i = 0; i < 100000000; i++){    // 执行一些操作}stopwatch.Stop();Console.WriteLine("Elapsed time: " + stopwatch.ElapsedMilliseconds + " ms");

效果如图所示：

SetProcessAffinityMask函数与SetThreadAffinityMask非常相似，不同之处在于其作用于整个进程，可以决定进程内的所有线程共同运行在指定的处理器上。其函数定义如下：

BOOL SetProcessAffinityMask(  [in] HANDLE    hProcess,  [in] DWORD_PTR dwProcessAffinityMask);

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

总结：在某些场景下，可以通过SetThreadAffinityMask和SetProcessAffinityMask提高程序执行效率，主要基于以下几个原因：

• 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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