多个操作系统进程可以在多核CPU上并行运行吗？

Question

因此，我开始讨论多核CPU是否允许并行执行独立的进程。

据我所知，每个内核允许执行不同的线程，但它们都必须属于一个进程。还是我错了？

我的理由是，虽然每个核心都有单独的寄存器和L1/L2缓存(取决于硬件)，但它们都必须共享其他东西，如L3缓存或TLB (我对cpu架构了解不多，所以请随时纠正我)。

我试着寻找答案，但没有找到任何结果(也许这个问题太愚蠢了，哈哈)。

非常感谢。

Answer 1

可以将多个进程的多个线程调度为在单个内核上运行。当然，在给定的时间，只有一个线程在内核上运行。在内核上运行的进程队列由调度器管理。一个好的调度器将为内核提供CPU受限进程和I/O受限进程的良好混合，以便机器中的所有组件都具有良好的负载平衡。

因此，多核CPU不仅允许并行执行进程，还允许并发执行进程。另一方面，单核CPU只能允许并行执行。在单核机器中没有并发性。

一个内核的所有资源都会被分配给当前在其上运行的线程/进程(虽然不是在超线程中)。如果我没记错的话，同时拥有多个进程的第一个资源是主内存或RAM。所有进程都使用RAM的某一部分，即使它们不在内核上运行。为了将进程加载到内核，通过将寄存器、地址空间和堆栈设置为进程所处的相同状态，从RAM加载进程控制块(PCB)，当进程从内核卸载以给另一个进程时间时。

每个进程的时间量因few ms to a few hundred ms而异。与之相比，L1/L2高速缓存访问是几ns，而主存储器访问是几百ns。下面的图片应该很有趣：

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Answer 2

两个进程或线程可以在不同的核心上真正并发运行，前提是它们不会在电子级别的共享资源上竞争。

在英特尔芯片中，最明显的问题就是L3缓存和内存。如果你有两个或更多的英特尔芯片，它们通过QPI相互通信。虽然这允许CPU集群在SMP配置中操作，每个CPU都有自己的内存控制器，但如果线程想要从另一个芯片的内存中获取数据，这就变成了另一回事。

在AMD芯片中，每个核心都有一个内存控制器，而Hypertransport负责合成SMP配置。令人欣喜的是，这使得所有的内核几乎相同，甚至在多芯片系统中也是如此(这是芯片内部和外部的Hypertransport )。

Intel和AMD在创建体系结构方面都做得非常出色，这些体系结构可以最大限度地减少多核、对称多处理系统中发生的内存争用，而无需我们过多地考虑如何编写软件。如果你想最大限度地利用你的硬件，你可以考虑到底层的NUMA硬件架构进行编程，并且你可以(这真的很难)减少一些正在进行的争用。

其他可能会阻止真正的并发执行的事情是，如果有一个专门的子系统服务于多个核心。例如，UltraSPARC T1在8个内核之间共享一个浮点单元。显然，他们不能同时使用它！

FPGA通常被认为是用于FFT等可并行计算的好东西。然而，它们的内部内存有限，如果计算开始需要存储更多数据，则必须使用外部RAM。这立即限制了可实现的并行度，因为FPGA的不同部分开始竞争对外部RAM的访问。在这种情况下，FPGA是否是正确的选择是值得怀疑的；没有高级板载缓存的500 the访问RAM (仍然非常慢)的FPGA将不会像具有高级缓存和多内存控制器子系统的设计良好的CPU那样快。