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。

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