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如何在 Python 中实现每个进程绑定多个 CPU 核心的多进程并行计算

心靈之曲

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发布时间:2026-01-16 20:58:03

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来源于php中文网

原创

如何在 Python 中实现每个进程绑定多个 CPU 核心的多进程并行计算

python 的 `multiprocessing.pool` 本身不支持“每进程分配 n 个核心”的语义,但可通过合理设置进程数、结合 `psutil` 或 `os.sched_setaffinity` 实现核心资源的逻辑隔离与高效复用。

在实际高性能计算或 CPU 密集型任务中,开发者有时希望每个子进程独占固定数量的 CPU 核心(例如:2 核/进程),以避免线程争抢、缓存抖动或 NUMA 不均衡等问题。然而,标准 multiprocessing.Pool 的构造参数 processes= 仅指定并发进程数,而非底层 CPU 资源配额——操作系统调度器仍可能将多个进程调度到同一组核心上,无法保证严格的资源隔离。

✅ 正确思路是:将“N 核/进程”转化为“总核数 ÷ N 核/进程 = 最大安全进程数”,再配合 CPU 亲和性(CPU affinity)进行显式绑定。

例如,若系统有 TOTAL_CORES = 16,要求每个工作进程独占 N_CORES_PER_PROCESS = 2 核,且需为父进程预留 2 核,则最大可用工作进程数为:

import os
TOTAL_CORES = os.cpu_count() or 16
N_CORES_PER_PROCESS = 2
RESERVED_CORES = 2  # 父进程及系统开销预留
MAX_PROCESSES = max(1, (TOTAL_CORES - RESERVED_CORES) // N_CORES_PER_PROCESS)

with multiprocessing.Pool(processes=MAX_PROCESSES) as pool:
    results = pool.map(func, range(10000))

⚠️ 但仅控制进程数还不够——为真正实现“每进程绑定特定核心”,推荐在子进程中调用 os.sched_setaffinity()(Linux/macOS)或使用 psutil.Process().cpu_affinity()(跨平台):

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import multiprocessing
import os
import psutil

def worker_init(core_ids):
    """子进程初始化:绑定指定 CPU 核心列表"""
    try:
        psutil.Process().cpu_affinity(core_ids)
    except (psutil.AccessDenied, AttributeError, OSError):
        # Windows 不支持 cpu_affinity;或权限不足时降级处理
        pass

def func(x):
    return x ** 2

if __name__ == "__main__":
    TOTAL_CORES = os.cpu_count()
    N_CORES_PER_PROCESS = 2
    # 划分核心组:[[0,1], [2,3], ..., [8,9]](假设 TOTAL_CORES >= 10)
    core_groups = [list(range(i, min(i + N_CORES_PER_PROCESS, TOTAL_CORES)))
                   for i in range(0, TOTAL_CORES, N_CORES_PER_PROCESS)]

    # 启动 Pool,每个进程初始化时绑定一组核心
    with multiprocessing.Pool(
        processes=len(core_groups),
        initializer=worker_init,
        initargs=(core_groups[0],)  # 注意:此处需动态传入每组核心 —— 实际需用更灵活方式(见下文)
    ) as pool:
        # ⚠️ 上述 initargs 是静态的;如需每进程绑定不同核心组,推荐使用 concurrent.futures + ProcessPoolExecutor 自定义启动逻辑
        pass

? 更健壮的实践方案(推荐):
使用 concurrent.futures.ProcessPoolExecutor 配合自定义 mp_context 和 initializer,或借助第三方库如 loky(joblib 默认后端,支持自动 CPU 分组)或 threadpoolctl 控制底层 BLAS/OpenMP 线程数,避免多层并行嵌套冲突。

? 总结:

  • multiprocessing.Pool 没有 cool_new_pool,但可通过 进程数缩放 + CPU 亲和性绑定 实现等效效果;
  • 核心分配是逻辑策略,非硬性内核限制,需结合 OS 调度特性设计;
  • 生产环境建议搭配 psutil 做运行时核心探测与绑定,并增加异常回退逻辑;
  • 若任务本身含 OpenMP/NumPy 多线程,务必用 threadpoolctl 限制其线程数,防止“每个进程又开 N 线程”,导致超订(oversubscription)。

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