多核处理器真的并行执行吗？

Question

我正在处理线程和相关的主题，如:进程，上下文切换.我知道，在一个拥有一个多核处理器的系统上，多个进程的实际工作是不真实的。我们只是对这样的工作产生了幻觉，因为过程上下文的转换。

但是，在一个进程中运行在多核处理器上的线程又如何呢？他们真的同时工作，还是也只是这种工作的幻觉？有两个硬件核的处理器一次可以工作在两个线程上吗？如果不是，在多核处理器中有什么意义？

Answer 1

有两个硬件核的处理器一次可以工作在两个线程上吗？

是的，..。

...But，想象一下你在维多利亚时代，雇了一群职员来做复杂的计算。他们需要的所有数据都在一本书里，他们应该把所有的结果写回同一本书。

书就像电脑的内存，书记员就像单独的CPU。由于任何时候只有一位职员可以使用这本书，所以似乎没有必要拥有一本以上的书.

..。除非你给每个职员一本记事本。他们可以走到书前，复制一些数字，然后从自己的记事本上工作一段时间，然后回来把记事本中的部分结果复制到书中。这样，其他职员就可以在任何一个职员在读书的时候做一些有用的工作。

记事本就像计算机的一级缓存(与单个CPU相关联的高速内存的https://en.wikipedia.org/wiki/Cache_(computing%29)—relatively小区域)，这些缓存包含已经读取或需要写回主内存的数据副本。计算机硬件根据需要自动在内存和缓存之间复制数据，因此程序不一定需要知道缓存甚至存在。(见一致性)

但是，程序员应该意识到:如果您可以构造您的程序，以便不同线程花费大部分时间读取和写入私有变量，并且相对较少地访问与其他线程共享的变量，那么大多数私有变量访问将不会比L1缓存更深入，并且线程将能够真正并行运行。另一方面，如果线程都试图同时使用相同的变量，或者如果线程都试图迭代大量数据(太大，无法适应缓存中的所有数据)，那么它们并行工作的能力就会小得多。

另请参阅：

层次结构

Answer 2

多个核心实际上并行执行工作(至少在所有主流的现代CPU体系结构上是这样)。进程有一个或多个线程。操作系统调度器将活动任务(通常是线程)调度到可用的核心。当有比可用核心更多的活动任务时，操作系统使用抢占，因此在每个核心上并发执行任务。

在实践中，软件应用程序可以执行同步，这可能会导致某些内核在给定时间内处于不活动状态。硬件操作也可能导致这种情况(例如。等待检索内存数据，执行原子操作)。

此外，在现代处理器上，物理核通常被分割成多个硬件线程，每个线程可以执行不同的任务。这被称为SMT (又名超线程)。在最近的x86处理器上，同一核的两个硬件线程可以同时并行执行两个任务。任务可以共享物理核心的部分，如执行单元，因此对于某些任务(通常不是完全使用处理器核的任务)，使用2个硬件线程可以比1更快。

有两个硬件线程不能真正并行运行，但在低粒度的情况下并发运行仍然有利于性能。事实上，这种情况在很长一段时间内(在过去十年)都是如此。例如，当任务被延迟绑定时(例如。等待从RAM中检索数据)，可以安排另一个任务来完成一些工作，从而提高了总体效率。这是SMT的最初目标。对于同一核心上的抢占任务也是如此(尽管粒度需要大得多)：一个进程可以执行网络操作并被抢占，因此另一个进程可以在再次被抢占之前完成一些工作，因为从网络接收数据。