x86架构下Intel CPU里的Multi Processor的学习记录

最新推荐文章于 2025-03-07 00:15:00 发布

郑炜

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分类专栏： BIOS 文章标签： x86 X86 多线程

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本文探讨了X86架构下Intel CPU的Multi Processor设计，包括多核CPU、超线程技术（Hyper-threading）的介绍。在多核环境中，每个核心可能拥有1-2个logical-processor。在BIOS POST阶段，存在BSP（Boot Strap Processor）与AP（Application Processor）的角色区分，AP大部分时间处于halt状态，等待被BSP唤醒执行初始化代码。文章还提出了关于AP状态和CPU散热的思考。

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X86架构下的产品包括Notebook， Desktop，Server，Workstation等。Notebook和Desktop里一般都只有一颗CPU，Server和Workstation则会有多颗。而随着生活水平的提高，对于CPU速度的要求越来越高，但由于工艺的原因，速度提升到一定阶段之后就无法再提升，此时，工业界想出了另外一个办法：集成多个核。这就是多核CPU的来历。这里的核称作core。

除了多核CPU，Intel还提出了一种技术叫Hyper-threading，也就是超线程技术。当超线程技术使能之后，一个core会虚拟出两个logical-processor。

总结一下，平台可能有1-N个CPU，每个CPU可能有1-N个核，每个核可能有1-2个logical-processor。

我们可以把操作系统中的线程（thread）对应到这里的logical-processor，实际上操作系统中的thread的概念要更会复杂，但这里只考虑thread由一个logical-processor来执行这种一一对应的关系而已。

在OS中是多线程的执行环境，但在BIOS POST阶段是单线程执行，那么如何处理这多个logical-processor的关系呢？

BSP - boot strap processor； AP - application processor； nBSP - native BSP，适用于多个CPU的环境下，指最终选作执行BIOS代码的logical-processor。

AP在POST阶段处于何种状态：在被选作AP之后（竞争BSP失败），AP的状态是变化的，wait-for-SIPI -> 被BSP唤醒，执行AP init code -> halt。当AP处于halt状态时，只能接受INIT, SMI, NMI, snoop, 以及STPCLK#。

在BIOS POST阶段，AP绝大部分时间都处于halt状态，这也是为什么用手摸散热片的时候，只有CPU0的散热片很烫，而其余的CPU上面的散热片只是一点点热的原因。如果让AP一直处于一个loop中，其余CPU的散热片是否也会发烫还有待验证！(TODOTODOTODO）

AP的伪代码：

GeneralInitCode();
if(ApFunction) ApFunction();
SetState(APIC_ID);
_asm_{
      hlt;
     }

在这种代码中，每次AP执行代码之后都会重新进入halt状态，需要BSP重新发送INIT-SIPI-SIPI才能把AP唤醒。

另外一种则是

GeneralInitCode();
CheckAp:
if(ApFunction) ApFunction();
SetState(APIC_ID);
goto CheckAp

这种代码中，BSP只需要把function pointer放到ApFunction里去，AP就会执行。