逻辑与物理 CPU 性能

Question

一台计算机有2个物理核心和4个逻辑核心（例如，配备i5-3210M处理器的计算机）。

当程序A运行时，顶部显示其中 1 个核心使用了 100%，其他 3 个核心几乎处于空闲状态。此情况下的吞吐量为 X。

我的问题是，如果我在 4 个逻辑核心上运行 4 个 A 实例，那么总吞吐量是 4 倍还是 2 倍？如果我只运行两个实例会怎样？

Answer 1

概念核心没那么简单。逻辑核心是物理核心乘以线程可以在每个核心上运行。这被称为超线程。如果我的计算机有 4 核处理器，每个核心运行两个线程，那么我就有 8 个逻辑处理器。您可以通过运行来查看计算机的核心功能处理器命令。

如果一个处理器有 4 个核心，但它可以并行运行 8 个线程，这意味着它只有 4 个物理核心（处理单元）。但它的硬件可以支持最多 8 个线程平行线。显然，最多 4 个作业可以在核心中运行。核心中运行的一个作业，如果以任何方式停滞记忆或者I/O操作那么另一个线程可以使用该空闲的核心。

你现在应该明白了，如果你的计算机有 2 个物理核心，并且每个核心可以运行 2 个线程，那么你就有 4逻辑处理器。因此，由于您有 2 个物理核心，因此您只能运行 2 个实例，这意味着您正在使用单个物理核心的全部功能（一次 2 个线程）。因此吞吐量将为 50%。但如果任何时候一个线程处于空闲状态，则核心可以在该核心上加载一个线程。

您可以关闭超线程在BIOS（就像是 ”英特尔 HT 技术“），并查看普通功能和超线程功能之间的差异，因为现在吞吐量将达到 100%。

Answer 2

即使核心数量远多于任务数量，它们也无法完美扩展。这是因为某些状态几乎总是共享的。不一定在任务中，而是内核。或者它们可能访问相同的资源，如网络或磁盘等。

表面贴装技术（即超线程）可能依赖于不同任务使用不同 CPU 执行单元的事实。因此，所谓的“指令级并行”可以在超标量CPU. 几乎任何现代 x86 处理器都是超标量的。

假设您有两个任务仅包含数字相加而没有其他 CPU 指令，那么是的，它们在同一个物理核心上运行时会发生冲突，可能会导致性能显著下降。

然而，大多数情况下情况并非如此，会发生各种情况。只要同一条命令不会同时（大致）出现在两个指令流中，CPU 执行单元的利用率就可以得到提高。

Answer 3

如果程序没有办法协调单独的实例，那么您几乎肯定不会得到任何改进。

例子：

如果我有一个单线程程序来计算 2 到 10 之间的质数，则运行该程序的单个实例将计算 2 到 10 之间的每个数字是否为质数，并发现 2、3、5、7 是质数。

如果我添加第二个实例而不对代码进行任何修改，第一个实例将计算 2-10 中的每个数字是否为质数，并发现 2、3、5、7 是质数，而第二个实例将计算 2-10 中的每个数字是否为质数，并发现 2、3、5、7 是质数。

这样做会导致同样的工作重复做两次，并且不会带来任何改进。