2. C++ 线程创建与绑定：pthread_create、设置调度策略与优先级、CPU 亲和性、绑定到指定核心

在 AOSP 底层模块中，线程的创建与绑定是保证实时性与模块隔离的基础。裸 pthread 接口比 C++ std::thread 更接近内核调度层，允许精细控制线程的运行行为。本章深入讲解从创建线程到绑定核心的完整技术路径，包含调度策略、优先级设置以及 CPU 亲和性控制，并给出可验证的代码示例与调试方法。

2.1 pthread_create – 线程创建的底层入口

所有 POSIX 线程都以 pthread_create 为起点。函数原型：

int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
                   void *(*start_routine)(void *), void *arg);

• thread：输出参数，保存新线程 ID。
• attr：线程属性对象，若为 NULL 则使用默认属性；绑定调度参数必须在此传递。
• start_routine：线程入口函数。
• arg：传给入口函数的参数指针。

创建时若需要非默认调度策略或亲和性，必须通过 pthread_attr_set* 提前设置。后续再动态修改是可行的，但不如在创建时指定原子性高。

2.2 调度策略与优先级

Linux 支持三种主要调度策略：

设置调度策略与优先级的核心 API：

// 方式一：通过属性对象在创建时设置
pthread_attr_t attr;
struct sched_param param;
pthread_attr_init(&attr);
pthread_attr_setinheritsched(&attr, PTHREAD_EXPLICIT_SCHED);
pthread_attr_setschedpolicy(&attr, SCHED_FIFO);
param.sched_priority = 80;                   // 实时优先级 80
pthread_attr_setschedparam(&attr, ¶m);

// 然后创建线程
pthread_t tid;
pthread_create(&tid, &attr, thread_func, arg);
pthread_attr_destroy(&attr);

注意事项：必须显式调用 pthread_attr_setinheritsched(&attr, PTHREAD_EXPLICIT_SCHED)，否则新建线程会继承调用方的调度策略而非使用 attr 中的设置。

2.3 CPU 亲和性（Affinity）

CPU 亲和性决定线程可以被调度到哪些 CPU 核心上运行。使用 pthread_setaffinity_np 和 pthread_getaffinity_np 操作。

#define _GNU_SOURCE
#include <pthread.h>
#include <sched.h>

cpu_set_t cpuset;
CPU_ZERO(&cpuset);
CPU_SET(2, &cpuset);           // 允许在 core 2 上运行
CPU_SET(3, &cpuset);           // 也允许在 core 3 上运行

pthread_t self = pthread_self();
int ret = pthread_setaffinity_np(self, sizeof(cpu_set_t), &cpuset);
if (ret != 0) {
    // 处理错误，常见 EINVAL（core 不存在）或 EPERM
}

亲和性可以在线程创建后的任何时刻设置。若要在线程创建时即绑定，建议在入口函数开头立即调用 pthread_setaffinity_np，或在创建前通过 pthread_attr_setaffinity_np 设置属性。

// 通过属性设置亲和性（创建时绑定）
pthread_attr_t attr;
cpu_set_t cpuset;
CPU_ZERO(&cpuset);
CPU_SET(0, &cpuset);
pthread_attr_init(&attr);
pthread_attr_setaffinity_np(&attr, sizeof(cpu_set_t), &cpuset);

pthread_t tid;
pthread_create(&tid, &attr, thread_func, arg);
pthread_attr_destroy(&attr);

2.4 绑定到指定核心 – 完整示例

以下代码创建两个线程：线程 A 绑定 core 0，使用 SCHED_FIFO 优先级 90；线程 B 绑定 core 1，使用 SCHED_RR 优先级 70。

#define _GNU_SOURCE
#include <pthread.h>
#include <sched.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>

void* worker(void* arg) {
    int core = *(int*)arg;
    printf("Thread running on core %d\n", core);
    // 此处可验证当前核心：通过 sched_getcpu()
    double result = 0.0;
    for (volatile long i = 0; i < 1e9; ++i) result += 0.1;
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_attr_t attr;
    struct sched_param param;
    cpu_set_t cpuset;
    pthread_t tA, tB;
    int coreA = 0, coreB = 1;

    // ---- 线程 A：SCHED_FIFO, prio=90, 绑定 core 0 ----
    pthread_attr_init(&attr);
    pthread_attr_setinheritsched(&attr, PTHREAD_EXPLICIT_SCHED);
    pthread_attr_setschedpolicy(&attr, SCHED_FIFO);
    param.sched_priority = 90;
    pthread_attr_setschedparam(&attr, ¶m);
    CPU_ZERO(&cpuset);
    CPU_SET(coreA, &cpuset);
    pthread_attr_setaffinity_np(&attr, sizeof(cpu_set_t), &cpuset);
    pthread_create(&tA, &attr, worker, &coreA);
    pthread_attr_destroy(&attr);

    // ---- 线程 B：SCHED_RR, prio=70, 绑定 core 1 ----
    pthread_attr_init(&attr);
    pthread_attr_setinheritsched(&attr, PTHREAD_EXPLICIT_SCHED);
    pthread_attr_setschedpolicy(&attr, SCHED_RR);
    param.sched_priority = 70;
    pthread_attr_setschedparam(&attr, ¶m);
    CPU_ZERO(&cpuset);
    CPU_SET(coreB, &cpuset);
    pthread_attr_setaffinity_np(&attr, sizeof(cpu_set_t), &cpuset);
    pthread_create(&tB, &attr, worker, &coreB);
    pthread_attr_destroy(&attr);

    pthread_join(tA, NULL);
    pthread_join(tB, NULL);
    return 0;
}

2.5 调试与验证

运行时验证线程的调度策略、优先级和亲和性：

• 查看 /proc/[pid]/task/[tid]/status：cat /proc/$(pidof app)/task/$(tid)/status | grep -E "Cpus_allowed|Rtprio"
• 查看 /proc/[pid]/task/[tid]/sched：显示当前调度策略和参数。
• 代码内验证：

int policy;
struct sched_param param;
pthread_getschedparam(pthread_self(), &policy, ¶m);
printf("Policy: %s, Priority: %d\n",
        (policy == SCHED_FIFO) ? "FIFO" :
        (policy == SCHED_RR) ? "RR" : "OTHER",
        param.sched_priority);

cpu_set_t mask;
CPU_ZERO(&mask);
pthread_getaffinity_np(pthread_self(), sizeof(cpu_set_t), &mask);
for (int i = 0; i < CPU_SETSIZE; i++) {
    if (CPU_ISSET(i, &mask)) printf("Core %d allowed\n", i);
}
printf("Current core: %d\n", sched_getcpu());

2.6 常见错误与避坑

2.7 性能与稳定性优化

• 避免跨核心迁移：一旦绑定核心，保持亲和性不变；频繁修改亲和性会导致缓存失效和调度开销。
• 实时线程优先级设计：高优先级线程应保持短促执行，避免长时间抢占低优先级实时线程（优先级反转风险）。
• 核隔离：在 AOSP 的 isolcpus 内核启动参数中指定专属核心，并将实时线程绑定到隔离核上，减少干扰。
• 优先级帽：使用 rlimit 限制非 root 进程的最大实时优先级，防止恶意线程抢占关键服务。
• 使用局部绑定：对于大量短生命周期线程，可以复用线程池并一次性绑定整个池子到特定核心组，避免每次创建都调用系统调用。