CPU 与核心

物理核

  • 物理核数量=cpu 数(机子上装的 cpu 的数量)*每个 cpu 的核心数

    虚拟核

  • 所谓的 4 核 8 线程，4 核指的是物理核心。通过超线程技术，用一个物理核模拟两个虚拟核，每个核两个线程，总数为 8 线程。

  • 在操作系统看来是 8 个核，但是实际上是 4 个物理核。

  • 通过超线程技术可以实现单个物理核实现线程级别的并行计算，但是比不上性能两个物理核。

    单核 cpu 和多核 cpu

  • 都是一个 cpu，不同的是每个 cpu 上的核心数

  • 多核 cpu 是多个单核 cpu 的替代方案，多核 cpu 减小了体积，同时也减少了功耗

  • 一个核心只能同时执行一个线程

    进程和线程

    理解

  • 进程是操作系统进行资源（包括 cpu、内存、磁盘 IO 等）分配的最小单位

  • 线程是 cpu 调度和分配的基本单位
  • 我们打开的微信，浏览器都是一个进程
  • 进程可能有多个子任务，比如微信要接受消息，发送消息，这些子任务就是线程。
  • 资源分配给进程，线程共享进程资源。

    对比

    | 对比 | 进程 | 线程 | | —- | —- | —- | | 定义 | 进程是程序运行的一个实体的运行过程，是系统进行资源分配和调配的一个独立单位 | 线程是进程运行和执行的最小调度单位 | | 系统开销 | 创建撤销切换开销大，资源要重新分配和收回 | 仅保存少量寄存器的内容，开销小，在进程的地址空间执行代码 | | 拥有资产 | 资源拥有的基本单位 | 基本上不占资源，仅有不可少的资源（程序计数器，一组寄存器和栈） | | 调度 | 资源分配的基本单位 | 独立调度分配的单位 | | 安全性 | 进程间相互独立，互不影响 | 线程共享一个进程下面的资源，可以互相通信和影响 | | 地址空间 | 系统赋予的独立的内存地址空间 | 由相关堆栈寄存器和和线程控制表 TCB 组成，寄存器可被用来存储线程内的局部变量 |

线程切换

  • cpu 给线程分配时间片(也就是分配给线程的时间)，执行完时间片后会切换都另一个线程。
  • 切换之前会保存线程的状态，下次时间片再给这个线程时才能知道当前状态。
  • 从保存线程 A 的状态再到切换到线程 B 时，重新加载线程 B 的状态的这个过程就叫上下文切换。

  • 而上下切换时会消耗大量的 cpu 时间。

    线程开销

  • 上下文切换消耗

  • 线程创建和消亡的开销

  • 线程需要保存维持线程本地栈，会消耗内存

    串行，并发与并行

    串行

  • 多个任务，执行时一个执行完再执行另一个。

  • 比喻：吃完饭再看球赛。

    并发

  • 多个线程在单个核心运行，同一时间一个线程运行，系统不停切换线程，看起来像同时运行，实际上是线程不停切换。

  • 比喻：一会跑去食厅吃饭，一会跑去客厅看球赛。

    并行

  • 每个线程分配给独立的核心，线程同时运行。

  • 比喻：一边吃饭一边看球赛。

    多核下线程数量选择

    计算密集型

  • 程序主要为复杂的逻辑判断和复杂的运算。

  • cpu 的利用率高，不用开太多的线程，开太多线程反而会因为线程切换时切换上下文而浪费资源。

    IO 密集型

  • 程序主要为 IO 操作，比如磁盘 IO(读取文件)和网络 IO(网络请求)。

  • 因为 IO 操作会阻塞线程，cpu 利用率不高，可以开多点线程，阻塞时可以切换到其他就绪线程，提高 cpu 利用率。

    总结

  • 提高性能的一种方式：提高硬件水平，处理速度或核心数。

  • 另一种方式：根据场景，合理设置线程数，软件上提高 cpu 利用率。