理解多核SMP系统

Question

我试图了解多核系统是如何工作的，以及如何为具有多核的系统编写高效的程序。我知道这是个很难的话题，但我对最快的解决方案很感兴趣。

首先，我试图了解线程是如何工作的。很明显，在大多数情况下多线程可以显着地提高性能。根据这页面，这就是多线程的工作方式：

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但是为什么在N线程之间切换比只一个一个地运行N线程要快呢？线程如何在只有一个CPU的系统上工作？

接下来，点或多核编程是什么？我假设重点是在内核之间拆分线程，并在它们之间拆分任务？但是，如何在4CPU的系统上平分8个线程呢？

我是否必须使用(cpu_affinity)将threads/processes拆分为处理器亲和力？我可以使用系统上的pthread_create和4个CPU创建4个线程来在每个CPU上运行每个线程吗？

超线程化是如何起作用的，它到底有什么帮助？如何将CPU缓存编程用于多核系统？

为什么像MySQL这样的大型老项目很难充分利用多CPU系统的优势呢？

我对这个问题的理论感兴趣，也对Linux系统的实际解决方案/示例/项目/书籍/文章感兴趣(使用C)。

我知道这是一个越来越重要的话题，我希望我不仅仅是一个感兴趣的人。

Answer 1

切换N个线程和一个接一个运行N个线程之间的区别是，当线程暂时不能取得进一步的进展时会发生什么。如果您切换了N个线程，而其中一个线程暂时无法向前推进，假设它正在等待从磁盘读取数据，则另一个线程可以向前推进。如果您完全按顺序运行它们，那么当线程等待磁盘I/O完成时，CPU将被浪费。

超线程通过允许您更充分地利用CPU核心执行资源而有所帮助。例如，如果线程没有做任何浮点运算，那么该核心的浮点单元就会被浪费掉。使用超线程，另一个线程可以使用这些执行单元.

在一个典型的现代核心上，操作需要很多时钟周期，许多操作一次正在进行中。这意味着核心通常有许多额外的执行资源，在任何特定的时刻都无法使用。超线程允许使用更高比例的执行资源(桶移位器、加法器、逻辑单元、分支单元等)。通常，超线程可以提高10%到15%的性能.好处并不大，因为线程还会窃取彼此的执行资源，污染对方使用缓存，等等。

CPU缓存是自动使用的，您通常不需要做任何特殊的事情来使用它。也许最常见的例外是处理错误共享或缓存ping-ponging。