SMP核心，进程和线程如何一起工作？

 

在单个核心CPU上，每个进程都在OS中运行，并且CPU从一个进程跳转到另一个进程以充分利用自身。 一个进程可以有许多线程，在这种情况下，CPU在相应进程上运行时通过这些线程运行。

现在，在多核CPU上：

  • 核心是否在每个进程中一起运行，或者核心可以在特定的时间点在不同的进程中分别运行？ 例如，你有程序A运行两个线程。 双核CPU可以运行这个程序的两个线程吗？ 我认为如果我们使用OpenMP之类的东西，答案应该是肯定的。 但是，当这些内核运行在OpenMP嵌入式过程中时，其中一个内核是否可以简单地切换到其他进程？

  • 对于为单核创建的程序，当以100％运行时，为什么每个核心的CPU利用率分布？ （例如，80％和20％的双核CPU，在这种情况下，所有内核的利用率总是达到100％）。内核是否试图通过以某种方式运行每个进程的每个线程来相互帮助？

    • 内核 （或CPU）是执行代码的计算机的物理元素。 通常，每个内核都具有执行计算，寄存器文件，中断线等的所有必要元素。

    大多数操作系统将应用程序表示为进程 这意味着应用程序有自己的地址空间（==内存视图），操作系统确保该视图及其内容与其他应用程序隔离。

    一个进程由一个或多个线程组成 ，这些线程通过在CPU上执行机器代码来执行应用程序的实际工作。 操作系统确定哪个线程在哪个CPU上执行（通过使用巧妙的启发式方法来改善负载平衡，能耗等）。 如果你的应用程序只包含一个线程，那么你的整个多CPU系统将不会有多大帮助，因为它仍然只会为你的应用程序使用一个CPU。 （但是，由于操作系统将在其他CPU上运行其他应用程序，因此它们不会与第一个应用程序混淆），总体性能仍可能会提高。

    现在针对您的具体问题：

    1）OS通常允许你至少给出关于你想要执行某些线程的核心的提示。 OpenMP所做的就是生成一些代码，这些代码会产生一定数量的线程，以便在多线程中从程序的循环中分发共享的计算工作。 它可以使用操作系统的提示机制（请参阅：线程关联）来执行此操作。 但是，OpenMP应用程序仍然可以对其他应用程序同时运行，因此操作系统可以自由地中断其中一个线程并调度CPU上的其他（可能无关的）工作。 实际上，根据您的情况，您可能需要应用许多不同的调度方案，但这是非常具体的，大多数情况下，您应该能够相信您的操作系统为您做了正确的事情。

    2）即使您在多核CPU上运行单线程应用程序，也会注意到其他CPU也在运行。 这是来自操作系统在此期间的工作，以及b）从您的应用程序永远不会独立运行的事实 - 每个正在运行的系统由大量并发执行的任务组成。 检查Windows的任务管理器（或Linux上的ps / top）以检查运行的内容。

    另请注意，操作系统并不在乎线程来自哪个进程。 它通常会将线程调度到处理器/内核，而不管线程来自哪个进程。 这可能导致一个进程同时运行四个线程，就像同时运行四个进程的一个线程一样容易。

    @BjoernD，你提到过..

    ..如果你的应用程序只包含一个线程，那么你的整个多CPU系统将无法为你提供多少帮助，因为它仍然只能为你的应用程序使用一个CPU。

    我认为，即使它是一个单线程应用程序，该应用程序线程也可能在其生命周期内的不同核心上执行。 在每次抢占和稍后分配给CPU时，可能会将不同的内核分配给该线程。

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