并发线程、进程和多核

Question

我正在尝试了解 CPU 内核在并发线程和进程方面的使用情况。请看以下问题：

1. 假设我有 2 个 CPU 内核。当有 2 个进程在运行时，每个进程只有 1 个线程。这两个进程是否使用 2 个内核？
2. 假设我有 2 个 CPU 内核。当有 1 个进程在运行时，它有 2 个线程。两个线程是否使用 2 个内核？
3. 假设我有 2 个 CPU 内核。当有 2 个进程在运行时，每个进程有 2 个线程。这些进程和内核如何使用这两个内核？
4. 如何计算给定 CPU 内核的最大实际并发执行？我还应该考虑哪些其他因素？

Answer 1

1,2：很有可能，但不一定。系统软件的一部分决定了在哪里运行。当一个进程或线程处于空闲状态时，不太可能选择让一个进程或线程等待 cpu 关注，这不是绝对的。

大多数处理都涉及到设备、网络等的某种传输。通常，这需要一段时间的不活动等待传输完成。在此不活动期间，另一个进程/线程可以在该 cpu 上运行。因此，如果一个给定的进程是 30% 的 cpu 时间和 70% 的 I/O 时间，那么我可以在单个 cpu 上同时运行大约 3 个而不降低性能。

3,4：就像上面的段落所暗示的那样，根据工作负载，它们可以是 CPU 中线程的任何分布。如果线程都是计算受限的（100% cpu），大多数操作系统在它们之间切换的粒度足够小，所有线程都保持活跃，并且足够大，切换对它们的影响最小。

此调度可能会考虑其他概念，例如数据亲和性。当线程放弃它时，最近接触的数据位可能会保留在 cpu 缓存中。下次要调度线程时，最好将其放在该 cpu 上，以保留为其预热缓存所需的工作量。它也可能认为一个进程（地址空间）的两个线程更有可能共享数据，因此应该更喜欢同一个cpu。

4：根据您的系统，可能有许多性能分析工具可用。顶部，在受 UNIX 启发的系统上是一个简单的工具，它提供系统范围的利用率信息，并且简单的工具 time 将显示一个进程在 cpu 上花费的时间与实际时间的对比。如果您按顺序运行每个任务，注意它们占用的 cpu 时间，然后为它们同时运行计时，这些 cpu 时间之间的比率表示您的并发应用程序的缩放因子。请注意，由于 io 重叠，实际时间可能会产生误导。