信创操作系统层面提供的CPU性能应当如何优化？

绑定核心
中断是CPU Core收到的，可以让关键线程绑定在某个Core上，然后避免各种中断源（IRQ）向这个Core发送中断。
绑定程序在一个核上运行，有两种方法：taskset和sched_setaffinity，其中sched_setaffinity是程序代码对绑核的实现，我们主要介绍通过taskset进行绑核。
CPU Affinity
CPU亲和性，是指在SMP结构下，能够将一个或多个进程绑定到一个或多个处理器上运行。
查看进程分配的CPU Core，可以使用taskset命令查看：
taskset -c -p
该CPU亲和力列表表明该进程可能会被安排在3-5中任意一个CPU Core上。
更具体地查看某进程当前正运行在哪个CPU Core上，我们可以使用top命令查看：
top -p
taskset
使用taskset命令将进程绑定到指定核，比如将31693绑定到1，2，3核上
taskset -cp 1,2,3 31693
该例会将PID为31693的进程绑定到1-3核上运行。
屏蔽硬中断（硬盘、网卡）
中断源（IRQ）向CPU Core发送中断，CPU Core调用中断处理程序对中断进程处理。我们可以通过改写/proc/irq/*/smp_affinity文件，避免中断源（IRQ）向某些CPU Core发送中断。该方法对硬盘、网卡等设备引起的硬中断有效。
SMP_AFFINITY
SMP，即symmetric multiprocessing（对称多处理器），通过多个处理器处理程序的方式。smp_affinity文件处理一个IRQ的中断亲和性。我们可用/proc/irq/{IRQ_NUMBER}/smp_affinity_list来制定所需要绑定的核，这里的IRQ_NUMBER就是前面中断输出中的IRQ号,比如我们想将ens160的所有中断绑定到CPU1和CPU2。
内核参数
Watchdog
Watchdog在进行监控的过程中会触发中断，会引起抖动，可通过以下命令进行关闭：
echo 0 > /proc/sys/kernel/watchdog
sched_latency_ns
指定在发生任务切换之前，任务可以在一个 CPU 核心上运行的最长时间（以纳秒为单位）
echo 24000000 > /proc/sys/kernel/sched_latency_ns
sched_min_granularity_ns
指定了最小的时间粒度（以纳秒为单位）不会被抢占的时间，在这个时间粒度内，一个任务可以在一个 CPU 核心上运行。
echo 10000000 > /proc/sys/kernel/sched_min_granularity_ns
sched_rt_runtime_us
用于控制系统中实时任务的运行时间片（以微秒为单位）,默认值为950000，总共为1000000。设置为-1则禁止这个限制。
echo -1 > /proc/sys/kernel/sched_rt_runtime_us
stat_interval
以秒为单位的更新虚拟内存统计信息的间隔。默认值是 1 秒，这导致每秒进行信息统计。将其更改为 1000 秒可以避免这些中断，至少延迟了 16 分钟。
调频策略
scaling_governor调配策略的作用是控制CPU如何管理和调整其运行频率以平衡性能和能耗，同以下命令，选择“performance”使CPU保持在最高频率，以提供最大的计算性能。
echo performance > /sys/devices/system/cpu/cpu57/cpufreq/scaling_governor

对于CPU的性能调优，可以从两个角度着手：
一是找出不必要的工作，降低工作负载；
二是提高目前CPU的性能上限；
对于第一种情况，通过对CPU使用的观测分析，去优化相关应用程序。常用的分析方法可以是“工具法”，“USE方法”[1]。
1）可以遍历操作系统现有的统计分析工具，如top\vmstat\mpstat\pidstat\perf等，排序CPU占用进程、栈跟踪等；
2）使用USE方法（Utilization Saturation and Errors Method），检查CPU的使用率、饱和度、错误。
3）基于1、2结果，通过cgroup资源控制，或nice等级设定，按照用户或进程粒度，来压降某些应用的CPU占用，从而控出更多CPU资源。
第二种情况，有如下几种方式：
1）固化CPU的频率，为了节能降耗，一些设备在出厂后将CPU模式置为均衡模式，在空闲情况下CPU主频较低，需要在持续的高密集运算后升高频率。在BIOS层面，调整CPU的电源策略调整为Performance（最大性能），此时无动态调频，可保持运行在标称频率。
2）第一步完成后，确认是动态调频器是否为性能模式：
cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor
确认值是否为performance，如果不是，则修改。
3）xc环境下，部分CPU产品的跨路访问延迟问题，相较于Intel，还是比较大的，多核 CPU 服务器，可开启 NUMA 绑核功能。在资源条件充裕的情况下，可考虑使用NUMA绑核有提高性能。通过 BIOS 选项开启绑核支持。在云环境下，需要在平台侧配置绑核；物理机层可通过numactl绑核。
4）减少进程间的CPU抢占，通过taskset与启动参数isolate隔离，将特定的core空闲出来，给指定进程使用；

参考文献：
1.Brendan gregg.性能之巅[M].第2版.徐章宁,吴寒思,余亮译.北京:电子工业出版社,2022年:242-250

优化操作系统层面提供的CPU性能可以通过以下方式实现：

1. 调整调度策略：优化进程和线程的调度算法，确保任务在CPU上高效运行。可以考虑使用多级反馈队列调度算法等。
2. CPU亲和性设置：将特定的进程或线程与特定的CPU核心关联，以减少CPU核心间的上下文切换和缓存失效，提高性能。
3. 实时性能监控：实时监控CPU的利用率、负载和响应时间等指标，及时发现并解决性能瓶颈。
4. 调整中断处理：优化中断处理程序，减少中断延迟和消耗，提高系统响应速度。
5. CPU频率调节：根据负载情况动态调节CPU的频率，实现能效与性能的平衡。
6. 内存管理优化：优化内存分配算法和页面置换策略，减少内存访问延迟，提高CPU性能。
7. 使用多线程和并行编程：充分利用多核CPU的并行计算能力，通过多线程和并行编程技术提高CPU利用率和性能。
   通过这些优化措施，可以提高操作系统层面提供的CPU性能，提升系统的整体运行效率。