线程与CPU核的关系

最新推荐文章于 2025-03-04 21:59:13 发布
最新推荐文章于 2025-03-04 21:59:13 发布
阅读量761 收藏
点赞数
CC 4.0 BY-SA版权
分类专栏： linux应用开发
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Jiang_XB/article/details/44682477

感谢这篇文章及评论解决了我最近的疑惑

《http://bbs.youkuaiyun.com/topics/320003381》


1、单核CPU同一时刻只能运行一个线程


2、多线程的作用在于：做某个耗时的操作时，需要等待返回结果，这时用多线程可以提高程序并发程度。如果一个不需要任何等待并且顺序执行能够完成的任务，用多线程简直是浪费。

3、线程是系统最小的调度单位

Linux下统计多线程应用程序CPU 核心绑定信息
十年通信老兵的技术修炼之路——从3G到5G，从地面基站到卫星通信。
12-23 638
对于高性能应用程序尤其是计算资源密集型应用通常通过cpu 核绑定（即CPU 亲和性affinity ）避免操作系统动态分配核心，来提升CPU利用率，提升应用程序总体性能。本文中介绍一种统计当前应用程序中各线程绑定CPU核的基本信息的方法。
Linux系列：多进程、多线程与CPU的关系
NIO4444
08-16 1695
多个进程 对于多cpu，多个进程可以并行在多个cpu中计算，当然也会存在进程切换； 对于单cpu，多个进程在这个单cpu中是并发运行，根据时间片读取上下文+执行程序+保存上下文。同一个进程同一时间段只能在一个cpu中运行，如果进程数小于cpu数，那么未使用的cpu将会空闲。 多线程 对于多核cpu，进程中的多线程并行执行。 对于单核cpu，多线程在单cpu中并发执行，根据时间片切换线程。同一个线程同一时间段只能在一个cpu内核中运行，如果线程数小于cpu内核数，那么将有多余的内核空闲。 ...
CPU对线程效率的影响？
qq_33326733的博客
05-28 1331
单核 CPU 上运行多个线程的效率是否会高，是一个很有趣且复杂的问题。它不仅涉及到线程的类型（如 CPU 密集型和 IO 密集型），还关系到操作系统的调度机制、上下文切换的开销以及应用程序的具体需求。在这篇博客中，我们将深入探讨这个问题，并通过源码和示例来进行详细解释。
关于线程与CPU的关系理清
weixin_43262676的博客
05-28 737
最近在啃《深入理解JVM》 看到垃圾收集器那一节关于CMS的并发清理线程时，下定决心要把线程和CPU的关系理清楚。 首先，先解释并发和并行的区别。如果不对请麻烦评论纠正一下。 1.我理解的并发是指执行多个任务。并且这些任务可能是同时进行的，也可能不是同时进行的。比如说单核CPU上的多线程通过抢占CPU资源获得时间片(CPU分配给线程的执行时间),执行自己线程的任务。因为时间片时间非常短，可能只有十...
CPU，核心，线程，超线程技术以及它们之间的关系
m0_46299185的博客
09-04 1万+
CPU，核心，线程，超线程技术以及它们之间的关系 总结： 1.CPU就是处理器。（物理核心） 2.我们任务管理器下看到的CPU总数，是你的CPU物理核心数用超线程技术虚拟出来的核心数。 3.线程数就是模拟出来的CPU核心数（注意不是CPU物理核心数） 4.对于一个CPU，线程数总是大于或等于核心数（物理核心）的。一个核心（物理核心）最少对应一个线程，但通过超线程技术，一个核心可以对应两个线程，也就是说它可以同时运行两个线程。这也就解释了为什么会有六核心（物理核心）十二线程（CPU核心数）的原因。
cpu核心数与线程的关系
qq_39541389的博客
09-13 2966
但是线程数量和CPU核心数并非一一对应的关系，线程数受限于操作系统的调度能力和内存的大小。在现代操作系统中，当一个CPU核心上的线程因等待资源而阻塞时，操作系统可以将另一个线程调度到该核心上运行。在多线程编程中，单个程序可以同时执行多个线程，从而提高应用程序的性能和响应能力。超线程技术允许单个物理处理器同时执行多个线程，从而提高系统吞吐量和响应速度，特别是在多任务环境中。CPU核心数指的是CPU中的物理核心数量，每个核心都有自己的处理器和缓存，可以同时执行多条指令，从而提高CPU的处理能力。
性能提升：线程池大小与CPU的关系
weixin_47259235的博客
10-18 1765
性能提升：线程池大小与CPU的关系
Redis单线程运行与CPU多核心的关系
常备不懈
06-09 1193
Redis作为一种高性能的内存数据库，以其单线程的运行模式而闻名。在高并发的场景下，单线程模型有助于简化开发和避免竞争条件。然而，随着多核CPU的普及，人们不禁要问，Redis的单线程模式如何与现代多核CPU相适应？本文将探讨Redis单线程运行与CPU多核心的关系，并探讨如何最大化Redis在多核环境中的性能。
CPU隔离与线程绑核技术解析
技术铺掌柜
08-02 1915
在现代高性能计算与多任务处理环境中，CPU资源的有效管理和隔离对于提升系统稳定性和应用程序性能至关重要。CPU隔离与线程绑核技术作为两种重要的资源管理手段，被广泛应用于服务器、云计算平台以及高性能计算集群中。本文将深入探讨对比这两种技术的原理、实施步骤以及适用场景，并分析其优劣与潜在限制。
CPU的核心数与线程数对性能的影响是什么
Java潘老师
03-19 5035
CPU核心，也称为处理器核心，是CPU的基本处理单元。每个核心都包含独立的算术逻辑单元、寄存器和控制单元，可以独立执行指令。CPU线程是CPU核心的执行单元。每个核心可以同时执行多个线程，每个线程都拥有自己的程序计数器和栈指针，但共享相同的资源，例如寄存器和缓存。对于线程你就理解为，一个CPU可以同时干几件事，比如2个线程，就表示同时可以干两件事（但实际比这个多，只是举个例子）。CPU核心和线程是影响CPU性能的重要因素。核心数越多，CPU可以同时处理的任务就越多；
【扫盲】【线程】多核 CPU 与多线程的关系
qq_43298381的博客
03-04 1442
多核 CPU 的每个核心（Core）是独立的物理计算单元，能真正。让多个线程“交替执行”（单核）或“同时执行”（多核）。，无论 CPU 是单核还是多核，操作系统都可以通过。例如，4 核 CPU 可同时运行 4 个线程。：通过 4 核并行，计算速度显著快于单线程。程序通过创建多个线程（Thread）实现。多核 CPU 与多线程的关系需要从。
cpu，核，进程与线程
weixin_30496751的博客
04-09 576
多进程与多线程 一张图，先来回顾一下并行，并发，串行： 一、多核多线程 当我们要去买一台新电脑时，我们一般都会比较多台电脑的配置，而其中一项关键配置就是几核几线程。一般现在很多电脑都是4核8线程，甚至是8核16线程的。那么这里的4核8线程是什么意思呢？和cpu是什么关系呢？ 1. 查看电脑核心数 开始菜单-->运行-->cmd-->输入wmic-->输入cpu get*...
【多线程系列-01】深入理解进程、线程和CPU之间的关系
热门推荐
zhenghuishengq的博客
07-14 1万+
深入理解进程，线程和cpu之间的关系
多线程和cpu得关系
王洪展的博客
04-06 5887
多线程下cpu执行，和cpu时间片
CPU的线程和操作系统的线程的关系
shine_in_moon的博客
07-21 2148
由操作系统内核管理和调度的线程。
CPU中的核与进程，线程间的关系讲解（操作系统基础概念）
大数据开发、JAVA开发、人工智能AI
11-27 6347
CPU中的核与进程，线程间的关系讲解（操作系统基础概念）
线程状态与cpu
命数如织，当为磐石
04-14 404
Java线程具有五中基本状态 新建状态（New）：当线程对象对创建后，即进入了新建状态，如：Thread t = new MyThread(); 就绪状态（Runnable）：当调用线程对象的start()方法（t.start();），线程即进入就绪状态。处于就绪状态的线程，只是说明此线程已经做好了准备，随时等待CPU调度执行，并不是说执行了t.start()此线程立即就会执行； ...
进程、线程与CPU
NSJim的博客
02-21 4461
关于进程、线程及串行、并行等概念，我们很有可能感到混淆难辨，因此将一些相关概念记录在此，以备不时之需。本篇博客包含CPU调度、单核与多核、进程与线程、串行并行与并发、同步与异步、Python的多线程与多进程、等内容。
CPU、核数和线程数的关系
G_66_hero的博客
09-22 6595
CPU 处理器。 核心数 CPU的大脑数量。核心数就跟人的大脑一样，比如说，核心数2就说明CPU有两个脑子，脑子越多解决问题的速度越快。CPU的核心数越高，处理速度就越高。核心数2通俗地说就是双核CPU。 线程数 一个核心就是一个物理线程，核心数2就有两个物理线程。但是，因特尔的超线程技术可以把一个物理线程模拟出两个线程来用，充分发挥CPU性能。线程数4就是代表核心数2的两个...
线程和cpu关系
最新发布
06-25
<think>我们正在讨论线程与CPU之间的关系，这是一个涉及操作系统和计算机体系结构的主题。结合之前的引用内容，我们可以从多个层面来分析这种关系。###1.**核心概念定义**-**CPU核心**：物理处理单元，可独立执行指令。现代CPU通常包含多个核心（多核处理器）。-**线程**：操作系统调度的最小执行单元。分为：-**硬件线程**：CPU通过超线程技术模拟的虚拟核心（如1个物理核心对应2个逻辑处理器）-**软件线程**：操作系统管理的执行上下文（任务管理器中的数千线程）###2.核心数与线程数的关系|类型|说明|示例||------------|-------------------------------|--------------------------||物理核心|实际存在的处理器单元|i9-14900K的24个物理核心||逻辑处理器|通过超线程技术虚拟出的处理单元|i9-14900K的32个线程|数学表达：$$\text{逻辑处理器数}=\text{物理核心数}\times\text{每核心线程数}$$对于该CPU：$24\times\frac{4}{3}\approx32$（超线程比例1:1.33）[^2]###3.操作系统线程与CPU的交互```mermaidgraphTDA[操作系统线程]-->B[CPU就绪队列]B-->C{CPU调度}C-->D[物理核心1]C-->E[物理核心2]C-->F[...]D-->G[硬件线程1]D-->H[硬件线程2]E-->I[硬件线程3]E-->J[硬件线程4]```####关键机制：1.**时间片轮转**：每个物理核心通过时间分片快速切换多个软件线程-切换频率：通常1-10毫秒/次2.**上下文切换**：CPU保存当前线程状态，加载新线程状态-开销：约1-10微秒/次[^3]3.**负载均衡**：操作系统将线程动态分配到不同核心###4.为什么需要多于CPU线程数的软件线程？-**阻塞操作优化**：当线程等待I/O（如文件读写、网络请求）时，CPU可立即切换其他线程$$\text{CPU利用率}=1-(p)^n$$（$p$=线程阻塞概率，$n$=并发线程数）-**任务并行**：现代应用（如浏览器、游戏引擎）需要同时处理数百任务###5.内存层次结构的影响[^3]```mermaidflowchartLRA[软件线程]-->|读写|B[CPU寄存器]B-->|L1缓存|C[L1Cache1ns]C-->|L2缓存|D[L2Cache4ns]D-->|L3缓存|E[L3Cache10ns]E-->|主内存|F[RAM100ns]```-**线程切换成本**：涉及缓存失效（CacheMiss），可能导致性能下降20%-50%###6.实际线程调度示例假设4核8线程CPU运行100个软件线程：1.操作系统创建100个线程控制块（TCB）2.调度器选择8个就绪线程分配给8个逻辑处理器3.每20毫秒触发时钟中断，重新调度线程4.等待状态的线程被移出调度队列###总结：线程与CPU的核心关系1.**数量关系**：$\text{并发执行线程数}\leq\text{逻辑处理器数}$2.**时间关系**：软件线程通过时间片轮转共享CPU资源3.**空间关系**：每个线程独占寄存器组，共享CPU缓存###相关问题1.超线程技术如何提升CPU性能？其物理实现原理是什么？2.操作系统调度算法如何优化多核CPU的线程分配？3.为什么过多的线程反而会降低程序性能？如何确定最优线程数？4.线程局部存储(TLS)如何利用CPU缓存提升性能？5.在NUMA架构下线程调度有哪些特殊考虑？[引用][^1]:CPU的线程和操作系统的线程的关系...[^2]:进程、线程和CPU之间的关系...[^3]:java多线程与cpu_java多线程和硬件内存之间关系...</think>### 线程与 CPU 的关系详解 #### 一、核心关系模型 线程与 CPU 的交互本质是 **计算资源分配** 和 **执行调度** 的关系，可通过分层模型理解： ```mermaid flowchart TD A[软件线程] --> B[操作系统调度器] B --> C{CPU物理核心} C --> D[硬件线程/逻辑处理器] D --> E[寄存器 & 缓存] ``` 数学表达为： $$ \text{并发执行能力} = \min(\text{软件线程数}, \text{逻辑处理器数}) $$ 其中逻辑处理器数 $= \text{物理核心数} \times \text{每核心线程数}$（超线程技术） #### 二、核心关系解析 1. **物理执行单元** - CPU 物理核心是硬件实体，每个核心可独立执行指令流 - 现代 CPU 通过**超线程技术**（Hyper-Threading）将单物理核心虚拟为多个逻辑处理器[^2] - 示例：i9-14900K 的 24 核心 × 1.33 超线程 ≈ 32 逻辑处理器 2. **操作系统调度** - 操作系统将软件线程映射到逻辑处理器 - 调度机制： ```mermaid sequenceDiagram 线程T1->>调度器: 执行请求 调度器->>核心C1: 分配时间片(约1-10ms) 核心C1-->>线程T1: 执行指令 调度器->>线程T1: 时间片结束→保存状态 调度器->>线程T2: 切换新线程 ``` 3. **数量级差异原理** 任务管理器显示数千线程而 CPU 仅数十线程，关键在： - **时间片轮转**：CPU 通过纳秒级快速切换服务数万线程 - **阻塞优化**：当线程等待 I/O 时，CPU 立即切换其他线程 - 并发公式： $$ \text{有效并发} = \frac{\sum \text{线程执行时间}}{\text{CPU总时间}} $$ 4. **内存层级协作**[^3] CPU 通过多级缓存加速线程执行： | 层级 | 访问耗时 | 作用 | |------|----------|------| | 寄存器 | 0.3ns | 存储当前线程指令和数据 | | L1缓存 | 1ns | 核心独享高速缓存 | | L2缓存 | 4ns | 核心组共享缓存 | | L3缓存 | 10ns | 所有核心共享 | | 主内存 | 100ns | 线程共享数据存储 | #### 三、关键交互机制 1. **上下文切换** - 当 CPU 切换线程时，需保存/恢复： - 寄存器状态（≈ 1000 字节） - 程序计数器值 - 内存映射信息 - 典型开销：1-10 微秒/次 2. **线程执行本质** 线程在 CPU 上的执行过程： ```c while(线程未结束){ 1. 从内存加载数据到缓存 // 缓存命中率决定性能 2. 解码并执行指令 // 占用物理核心 3. 写回结果到缓存/内存 } ``` 3. **超线程工作原理** 单物理核心运行双线程时： - 当线程A等待内存数据时，立即执行线程B - 资源利用率提升公式： $$ \eta = 1 - (1 - p)^2 $$ （$p$=单线程资源利用率） #### 四、性能优化实践 1. **线程数规划** 最优线程数遵循： $$ N_{\text{optimal}} = N_{\text{cores}} \times U_{\text{core}} \times (1 + W/C) $$ - $W$=等待时间，$C$=计算时间 - 示例：8核CPU处理I/O密集型任务（$W/C=2$）： $$ N = 8 \times 1 \times (1+2) = 24 \text{线程} $$ 2. **缓存友好设计** - 避免**伪共享**(False Sharing)：多线程修改同一缓存行 ```csharp // 错误示例 struct Data { int Thread1Counter; // 与Thread2Counter可能位于同一缓存行 int Thread2Counter; } // 优化方案：缓存行对齐(通常64字节) struct Data { [FieldOffset(0)] int Thread1Counter; [FieldOffset(64)] int Thread2Counter; } ``` #### 五、典型场景分析 | 场景 | CPU 行为 | 线程调度策略 | |------|----------|--------------| | 计算密集型 | 核心持续满载 | 线程数 ≈ 逻辑处理器数 | | I/O密集型 | 核心频繁等待 | 增加线程数补偿等待时间 | | 混合型 | 部分核心满载 | 动态调整线程池大小 | ### 相关问题 1. 超线程技术如何通过硬件设计实现逻辑处理器？其性能提升的边界条件是什么？ 2. 操作系统调度器如何解决多核CPU的线程负载均衡问题？ 3. 在NUMA架构下，线程与CPU的亲和性调度有哪些优化策略？ 4. 如何通过CPU缓存命中率分析优化多线程程序性能？ 5. 线程上下文切换的开销如何量化测量？减少切换次数的方法有哪些？ [引用] [^1]: CPU的线程和操作系统的线程的关系... [^2]: 进程、线程和CPU之间的关系... [^3]: java多线程与硬件内存之间关系...
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

个

红包个数最小为10个

元

红包金额最低5元

当前余额3.43元 前往充值 >
需支付：10.00元
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付元
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明：

1.余额是钱包充值的虚拟货币，按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载，可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值