多核CPU 和多個 CPU 差別 并行和并發 作業系統記憶體管理子產品 程序和線程

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​​多核CPU 和多個 CPU 差別​​

​​并行和并發​​

​​作業系統記憶體管理子產品​​

​​程序和線程​​

​​多核CPU 和多個 CPU 差別​​

當你将這一百隻手全安裝到一個人身上，這模式就是多核。當你将這一百之手安裝到50個人身上工作，這模式就是多CPU。

​​多核CPU 和多個 CPU​​實質是一樣的可以并行執行程序 ，但是由于價格，執行效率，系統總線以及整體開銷等因素，還是多核心最合算。

并行和并發

當面臨這些問題的時候，有兩個關鍵詞無法繞開，那就是并行和并發。

并行：真正的同一時刻

并發：同一時間周期（我們感覺是同時執行，但是計算機執行周期是毫秒機關級别的，我們感覺不到）

首先，要先了解幾個概念：

程式的一次執行。

資源配置設定的基本機關。

　　3、一個程序可以包括多個線程。

無法被多個程式并行使用的：CPU。

為一段段時間的運作片，輪流配置設定給不同的程式。（分時作業系統）

　　6、作業系統記憶體管理子產品：管理實體記憶體、虛拟記憶體相關的事務。

　　由于CPU同時刻隻能執行一個程序，如果我們不加以控制的話，一個程序可能使用CPU直到運作結束，于是出現了作業系統排程器，而程序也成為了排程機關。

　　程序的運作不僅僅需要CPU，還需要很多其他資源，如記憶體啊，顯示卡啊，GPS啊，磁盤啊等等，統稱為程式的執行環境，也就是程式上下文。

并發的概念，排程器切換CPU給不同程序使用的速度非常快，于是在使用者看來程式是在同時運作，這就是并發，而實際上CPU在同一時刻隻在運作一個程序。并發隻是給人的假現象 ，原因就是由于cpu工作很快，不斷地loop感覺是同時發生，實際都是單個執行的。

　　CPU程序無法同時刻共享，但是出現一定要共享CPU的需求呢？此時線程的概念就出現了。線程被包含在程序當中，程序的不同線程間共享CPU和程式上下文。（共享程序配置設定到的資源）

讀取上下文+執行程式+儲存上下文，即程序切換。

　　如果這個CPU是單核的話，那麼在程序中的不同線程為了使用CPU核心，則會進行線程切換，但是由于共享了程式執行環境，這個線程切換比程序切換開銷少了很多。在這裡依然是并發，唯一核心同時刻隻能執行一個線程。

出現線程的原因就是由于程序切換需要大量的資源切換，線程卻還資源是共享的，切換速度很快，占用資源小，線程内容是隐私的，存儲一些上下文資訊，以及堆棧資訊，占用記憶體很小，切換很快，同一程序不同線程切換共享程序資源，切換迅速。

　　如果這個CPU是多核的話，那麼程序中的不同線程可以使用不同核心，真正的并行出現了。多核才是并行，單核隻能說是并發，假并行

線程是CPU排程和配置設定的基本機關，一定要和 程序是作業系統進行資源配置設定（包括cpu、記憶體、磁盤IO等）的最小機關 差別清楚。有句話說CPU隻能看到線程，可以這麼了解，假設我是CPU，我閉着眼，作業系統排程器将一個程序配置設定給我之後，我拿到程序睜開眼，我看到的是什麼？我看到的是程序中的很多線程，那麼我現在能排程和配置設定的是什麼？程序？不行，因為我看不到其他程序，何來排程配置設定，隻能排程我看到的那些線程，如果我是4核的話，把線程ABCD配置設定到核心1234，其他的線程依然要等待配置設定，至于等待多久，如何配置設定，暫不在本文讨論範圍。于是線程是CPU排程和配置設定的基本機關。

　

作業系統記憶體管理子產品

　最後說一下作業系統記憶體管理子產品這裡做的事：在這之前，程式員需要為每個程式安排運作的空間，這裡的空間指的是記憶體的實體位址，但是這麼的問題就是，每個程式都要協商如何使用同一記憶體的不同空間，而且程式員還要關心底層記憶體配置設定問題。解決辦法就是，提出程序的概念，每個程序用一樣的虛拟位址空間，CPU上增加了MMU子產品負責轉換虛拟位址和實體位址，虛拟位址經過作業系統和MMU之後，虛拟位址會映射到不同的實體位址，不同的程序就能獲得各自獨立的實體記憶體空間。

　　另外在有的作業系統裡，程序不是排程機關，線程是最基本的排程機關，排程器隻排程線程，不排程程序，如VxWorks。

　　總結：

　　1、單CPU中程序隻能是并發，多CPU計算機中程序可以并行。

　　2、單CPU單核中線程隻能并發，單CPU多核中線程可以并行。

　　3、無論是并發還是并行，使用者來看，看到的是多程序，多線程。

程序和線程

根本差別：程序是作業系統資源配置設定的基本機關，而線程是任務排程和執行的基本機關

在開銷方面：

• 每個程序都有獨立的代碼和資料空間（程式上下文），程式之間的切換會有較大的開銷；
• 線程可以看做輕量級的程序，同一類線程共享代碼和資料空間，每個線程都有自己獨立的運作棧和程式計數器（PC），線程之間切換的開銷小。

所處環境：在作業系統中能同時運作多個程序（程式）；而在同一個程序（程式）中有多個線程同時執行（通過CPU排程，在每個時間片中隻有一個線程執行）

記憶體配置設定方面：系統在運作的時候會為每個程序配置設定不同的記憶體空間；而對線程而言，除了CPU外，系統不會為線程配置設定記憶體（線程所使用的資源來自其所屬程序的資源），線程組之間隻能共享資源。

包含關系：沒有線程的程序可以看做是單線程的，如果一個程序内有多個線程，則執行過程不是一條線的，而是多條線（線程）共同完成的；線程是程序的一部分，是以線程也被稱為輕權程序或者輕量級程序。

4核8線程實質

1核兩線程（實作超線程），線程執行仍然并發執發，假并行；

最後說下我們最熟悉的東西4核8線程和6核12線程；

每個機關時間内，一個CPU隻能處理一個線程（作業系統：thread），以這樣的機關進行，如果想要在一機關時間内處理超過一個線程是不可能的，除非是有兩個CPU的實體單元。