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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

聖光之護

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发布时间:2026-01-16 21:26:03

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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

python 的 `multiprocessing.pool` 本身不支持“每进程分配 n 个核心”的语义,但可通过合理计算进程数、结合系统级绑定(如 `taskset` 或 `psutil`)与资源预留策略,间接实现每个工作进程独占固定数量 cpu 核心的目标。

在标准 Python 多进程模型中,multiprocessing.Pool(processes=N) 的 processes 参数指定的是并发进程数,而非直接分配的 CPU 核心数。操作系统调度器负责将这些进程映射到可用核心上,但默认不保证独占或绑定——即一个进程可能被动态调度到任意核心,多个进程也可能竞争同一核心,导致性能波动。

要实现“每个工作进程稳定占用 N 个核心”的效果,关键在于两层控制:

  1. 上层:控制并发进程数
    若系统共有 TOTAL_CORES 个逻辑核心,每个任务需独占 N_CORES_PER_PROCESS 个核心,且需为父进程预留 reserved_cores(例如 1–2 核用于主控、IO 或监控),则应设置:

    import os
    TOTAL_CORES = os.cpu_count() or 1
    N_CORES_PER_PROCESS = 2
    RESERVED_CORES = 2  # 为主进程保留资源
    
    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))
  2. 下层:强制核心绑定(推荐进阶方案)
    仅限制进程数无法防止 OS 调度干扰。真正保障“N 核/进程”,需在子进程启动时绑定其 CPU 亲和性(CPU affinity)。可借助 psutil 或 os.sched_setaffinity(Linux/macOS)实现:

    import multiprocessing
    import psutil
    import os
    
    def worker_init(cores_list):
        # 每个 worker 启动时绑定到指定核心列表
        p = psutil.Process()
        p.cpu_affinity(cores_list)
    
    def func(x):
        return x ** 2
    
    if __name__ == "__main__":
        TOTAL_CORES = os.cpu_count()
        N_CORES_PER_PROCESS = 2
        RESERVED_CORES = 2
        available_cores = list(range(RESERVED_CORES, TOTAL_CORES))
    
        # 划分核心组:[[0,1], [2,3], ...]
        core_groups = [
            available_cores[i:i + N_CORES_PER_PROCESS]
            for i in range(0, len(available_cores), N_CORES_PER_PROCESS)
        ]
    
        # 创建 Pool,为每个 worker 分配一组核心
        with multiprocessing.Pool(
            processes=len(core_groups),
            initializer=worker_init,
            initargs=(core_groups[0],)  # 注意:实际需按 worker 索引动态分配,此处简化;生产环境建议用全局计数器或队列分发
        ) as pool:
            results = pool.map(func, range(10000))

⚠️ 注意事项:

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  • psutil.cpu_affinity() 在 Windows 上部分版本可能不可用,建议优先使用 Linux/macOS 环境;
  • os.sched_setaffinity(pid, cpus) 更底层,但需手动管理 PID 和跨平台兼容性;
  • 避免过度预留(如 N_CORES_PER_PROCESS > 4),以防因核心碎片化降低整体吞吐;
  • I/O 密集型任务通常无需绑定多核,该模式更适合计算密集型、可并行向量化(如 NumPy 数组运算、科学计算)场景。

总结:Python 原生并无 cool_new_pool,但通过“进程数规划 + CPU 亲和性绑定”双策略,即可精准实现每个工作进程独占 N 个物理/逻辑核心的工程目标,兼顾性能可控性与资源利用率。

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