CPU核心數目 與 多線程

一直以來有這樣的疑惑,在現如今多核多線程的電腦處理器之下,一個進程中的幾個線程是 怎麼運行的呢?(是經系統和JVM分配少量的資源 最後輪流切換 時間調度?還是這幾個線程分配到不同的核上同時運行?)
今天就這一問題查了一些資料,現整理如下:

單個CPU一個時刻只能運行一個線程?

單核CPU電腦同一時間內只能執行一個線程,首先了解一下,CPU執行的過程 ,它是把時間分成若干個小時間段,這些時間段很小的,系統中有很多進程,每個進程中又包含很多線程,在同一 時間段 內,電腦CPU只能處理一個線程(線程A),而下一個 時間段 就不一定是上一個時間段內執行的那個線程(線程A)了,可能是別的線程(線程B 吧)

CPU採用的是類似於時間片輪轉的機制,也就是說同一時間一條進程提出執行請求時,其他進程只能等待它執行完畢,CPU纔會處理其他請求。其他進程相當於在排隊等待中。當然了,爲了避免某條進程無限制時間的執行,一般會限定一個時間,超時 的話,CPU根據一定的線程調度算法來切換線程。可以看做很多線程在併發執行。其實還是在某一個時間點上只有一個線程在運行罷了。
多核的話,每個核心都是同樣的原理。但是兩個核心就可以通過系統分配資源,同時執行不同的進程,這個就更復雜了。
每條進程都有CPU分配的進程號的。避免混亂。

一個核心就是實實在在的一個cpu處理設備 線程的概念可以理解成電腦處理信息的通道 既一個線程一個通道 一般來說一個cpu核心處理一個通道的信息 但也不是絕對 因特爾支持超線程技術的cpu每個核心可以處理兩個或多個通道的信息 這就可以形容爲超線程(既多出來的通道的處理能力)但前提是軟件也必須的支持超線程才行 否則單核雙線程或多線程也只能有單個通道工作 從某種意義上來說cpu的能力被浪費了 所以網友一般就會說 真正的核心數(通道) 比虛擬出來的核心(通道)來個更實在。最後 線程數決定這CPU能同時處理幾件事情,在沒有超線程技術的情況下核心數等於線程數。

java線程調度

CPU對於各個線程的調度是隨機的(分時調度),在Java程序中,JVM負責線程的調度。 線程調度是指按照特定的機制爲多個線程分配CPU的使用權,也就是實際執行的時候是線程,因此CPU調度的最小單位是線程,而資源分配的最小單位是進程。

JVM調度的模式有兩種:分時調度搶佔式調度

分時調度 是所有線程輪流獲得CPU使用權,並平均分配每個線程佔用CPU的時間;

搶佔式調度 是根據線程的優先級別來獲取CPU的使用權。JVM的線程調度模式採用了搶佔式模式。既然是搶佔調度,那麼我們就能通過設置優先級來“有限”的控制線程的運行順序,注意“有限”一次。

CPU核數 跟多線程 的關係

要說多線程就離不開進程,進程和線程的區別在這裏就不詳細說了,只將關鍵的幾點:

a)進程之間是 相互獨立的,不共享 內存和數據,線程之間 的內存和數據是 公用的,每個線程只有自己的一組CPU指令、寄存器和堆棧,對於線程來說只有CPU裏的東西是自己獨享的,程序中的其他東西都是跟同一個進程裏的其他線程共享的。

b)操作系統創建進程時要分配好多外部資源,所以開銷大。(這個跟操作系統有關,有人做過實驗,window創建進程的開銷大,Linux創建進程的開銷就很小。

再來說一下CPU,過去單CPU時代,最先是單任務階段 在一個時間點 只能執行單一程序。之後發展到多任務階段,計算機能在同一時間點並行執行多任務或多進程。雖然並不是真正意義上的“同一時間點”,而是多個任務或進程共享一個CPU,並交由操作系統來完成多任務間對CPU的運行切換,以使得每個任務都有機會獲得一定的時間片運行。而現在多核CPU的情況下,同一時間點可以執行多個任務(並行),具體到這個任務在CPU哪個核上運行,這個就跟操作系統和CPU本身的設計相關了。

我們假設一個極端的情況:在一臺單核計算機上只運行2個程序,一個是我們的程序A,另一個是操作系統的程序B,每個程序是一個進程。單核CPU的時候,A和B在CPU上交替運行,具體的分配方式由操作系統來判斷,我這裏猜測應該跟A和B的線程數有關,因爲線程是CPU級別的,如果A有5個線程,B也有5個線程,那麼CPU分配給A和B的時間應該是1:1的;如果A增加到15個線程,CPU分配給A和B的時間應該是3:1的比例。所以此時如果A的線程數多,那麼獲得的CPU執行次數就多,處理的速度也就快了。以上假設的前提是:①A和B的優先級相同,②A和B都是隻消耗CPU資源的程序。

如果相同的情況用一個雙核的計算機來處理又會是什麼結果呢?假設這個雙核的計算機和操作系統比較傻,把A進程分配到核1上,B進程分配到核2上,那不管A有幾個線程,都是用核1來處理,那麼時間肯定是一樣的。不過現實中應該不會有這麼傻的CPU和操作系統吧。所以趕緊還是會根據線程來進行處理,當A的線程比B多時,會佔用核2來處理A的線程。

剛纔說的是隻消耗CPU資源的程序,但這樣的程序在實際應用中基本上是沒有的,總會有跟資源打交道的。比如讀個文件,查個數據庫,訪問一個網絡連接等等。這個時候多線程才真正體現出優勢,在一個進程中,線程a去讀文件,線程b去查數據庫,線程c去訪問網絡,a先用一下CPU,然後去讀文件,此時CPU空閒,b就用一下,然後去查數據庫,……,相對於讀文件、查數據庫、訪問網絡來說CPU計算的時間幾乎可以忽略不計,所以多線程實際上是計算機多種資源的並行運用,跟CPU有幾個核心是沒什麼關係的。

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