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對多線程程序，單核cpu與多核cpu如何工作相關(guān)的探討

wslongchen / 1657人閱讀

摘要：對多線程程序，單核與多核如何工作相關(guān)的探討我們程序員在編碼的時候，涉及到技術(shù)方案時，往往會忽略掉代碼對性能方面的影響，或者沒有足夠的敏感度來幫助自己判斷自己的技術(shù)方案對系統(tǒng)性能造成的影響。

對多線程程序，單核cpu與多核cpu如何工作相關(guān)的探討

我們程序員在編碼的時候，涉及到技術(shù)方案時，往往會忽略掉代碼對性能方面的影響，或者沒有足夠的敏感度來幫助自己判斷自己的技術(shù)方案對系統(tǒng)性能造成的影響。改進的方式之一是，我們需要對底層系統(tǒng)的原理更了解一點，這樣心里才能有桿秤，知道選擇什么樣的技術(shù)去實現(xiàn)代碼，可能帶來什么樣的問題。
這篇文章，通過收集一些論壇討論問題，來幫助大家了解cpu對多線程的程序如何處理，性能會有什么影響和取舍，雖然內(nèi)容有些基礎(chǔ)，但往往我們最容易忽略的就是這些基礎(chǔ)。

1. 多線程在單核和多核CPU上的執(zhí)行效率問題的討論

a1: 多線程在單cpu中其實也是順序執(zhí)行的，不過系統(tǒng)可以幫你切換那個執(zhí)行而已，其實并沒有快（反而慢）

多個cpu的話就可以在兩個cpu中同時執(zhí)行了..............

a2: 單核CPU上運行的多線程程序, 同一時間只能一個線程在跑, 系統(tǒng)幫你切換線程而已, 系統(tǒng)給每個線程分配時間片來執(zhí)行, 每個時間片大概10ms左右, 看起來像是同時跑, 但實際上是每個線程跑一點點就換到其它線程繼續(xù)跑

效率不會有提高的
切換線程反倒會增加開銷

a3: #3樓說的是對的。所以一般沒有必要的話，尤其在單核CPU的時候，不推薦使用多線程。

單核CPU時使用多線程，通常是有線程要處于等待狀態(tài)。
而對于普通的進度條更新類的，能夠簡單控制的（比如：在循環(huán)里面手動處理消息）就簡單控制，一般不使用線程，這樣可以提高程序的性能。并且避免掉不必要的線程同步問題。

a4: 你試一下雙核三線程，保準效率反而比雙線程低！

算法同樣時，CPU占用率達到100%的最小線程數(shù)效率最高，如果是cpu占率率高的運算單核單線程，雙核雙線程，四核四線程是最適合的。
但為什么有時候線程數(shù)超過CPU內(nèi)核數(shù)會更快呢？原因是這種程序的單個線程運算量不足以占滿CPU一個內(nèi)核（比如存在大量IO操作，IO比較慢，是程序瓶頸）。

a5: 多線程的用處在于，做某個耗時的操作時，需要等待返回結(jié)果，這時用多線程可以提高程序并發(fā)程度。如果一個不需要任何等待并且順序執(zhí)行能夠完成的任務(wù)，用多線程簡直是浪費。

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2. 淺談多核CPU、多線程與并行計算

a1: CPU發(fā)展趨勢

核心數(shù)目依舊會越來越多，依據(jù)摩爾定律，由于單個核心性能提升有著嚴重的瓶頸問題，普通的桌面PC有望在2017年末2018年初達到24核心（或者16 核32線程），我們?nèi)绾蝸砻鎸@突如其來的核心數(shù)目的增加？編程也要與時俱進。筆者斗膽預(yù)測，CPU各個核心之間的片內(nèi)總線將會采用4路組相連），因為全相連太過復(fù)雜，單總線又不夠給力。而且應(yīng)該是非對稱多核處理器，可能其中會混雜幾個DSP處理器或流處理器。

a2: 線程越多越好嗎？什么時候才有必要用多線程？

線程必然不是越多越好，線程切換也是要開銷的，當你增加一個線程的時候，增加的額外開銷要小于該線程能夠消除的阻塞時間，這才叫物有所值。

Linux自從2.6內(nèi)核開始，就會把不同的線程交給不同的核心去處理。Windows也從NT.4.0開始支持這一特性。

什么時候該使用多線程呢？這要分四種情況討論：

a.多核CPU——計算密集型任務(wù)。此時要盡量使用多線程，可以提高任務(wù)執(zhí)行效率，例如加密解密，數(shù)據(jù)壓縮解壓縮（視頻、音頻、普通數(shù)據(jù)），否則只能使一個核心滿載，而其他核心閑置。

b.單核CPU——計算密集型任務(wù)。此時的任務(wù)已經(jīng)把CPU資源100%消耗了，就沒必要也不可能使用多線程來提高計算效率了；相反，如果要做人機交互，最好還是要用多線程，避免用戶沒法對計算機進行操作。

c.單核CPU——IO密集型任務(wù)，使用多線程還是為了人機交互方便，

d.多核CPU——IO密集型任務(wù)，這就更不用說了，跟單核時候原因一樣。

程序員需要掌握的技巧/技術(shù)

(1)減少串行化的代碼用以提高效率。這是廢話。

(2)單一的共享數(shù)據(jù)分布化：把一個數(shù)據(jù)復(fù)制很多份，讓不同線程可以同時訪問。

(3)負載均衡，分為靜態(tài)的和動態(tài)的兩種。具體的參見有關(guān)文獻。

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3. 請問:CPU的多核和應(yīng)用程序的多線程的關(guān)系是怎么樣的?

a1: 多核兒就是系統(tǒng)同時可以運行多個線程，比如雙核可以同時執(zhí)行兩個線程。單核兒只能一次執(zhí)行一個線程。

a2: 試了一個ping 從192.168.0.1 到192.169.0.255的程序

用多線程做的，發(fā)現(xiàn)在單核的機器上和多核的機器運行性能有兩倍左右的差異。

a3: 多核對于用戶,應(yīng)該說對于程序員來說,是透明的,根本不用管它,當你是單核的編程就可以了,除非使用OpenMP進行編程,就用很多條條框框了,另外你上面的測試是不準確的,網(wǎng)絡(luò)(主要是遠程主機)會因為不同時候而有不同的響應(yīng)速度,你應(yīng)該在干凈的本機同環(huán)境下進行測試.但是,對于多線程多核優(yōu)于單核還是可以確定的. 總之,我們不用擔(dān)心程序在單核或多核上會出現(xiàn)并發(fā)問題.

a4: 多核指的是CPU有多個核心，多線程是程序有多個線程在同時執(zhí)行。
多核也要用多線程才能發(fā)揮優(yōu)勢。
同樣，多線程要在多核上才能真正有優(yōu)勢。
這點來說，對程序員不是透明的。程序員可以控制程序/線程在哪個CPU(核)上運行。用戶也可以控制程序在哪幾個核上運行。所以多核，多線程對用戶和程序員都不是透明的。程序員必須了解這方面的知識。才能讓程序最大限度的發(fā)揮機器的性能。

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原文引用

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二月的獅子

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