什么?一個核同時執行兩個線程?


CPU里的時間

Hi,好久不見,我是CPU一號車間的阿Q,不認識我的話,可以看看:完了!CPU一味求快出事兒了!

真的是好久不見了,人類有個說法叫天上一天,地上一年,而在我們的世界里,人類一天,我們不知要過多少年~~

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在我所在的CPU這座工廠里,時間的概念有些不太一樣。工廠大門外的中央廣場上掛着一個大大的鍾表,整個計算機世界里的居民能夠掐着時間過日子全都仰仗它,你們人類把它叫做晶振

這個鍾表每隔66000000分之一秒就會報一次時,比人類的鍾表不知道快到哪里去了。

早些年還是夠用的,不過隨着我們CPU工廠生產效率的不斷提升,我們多次向晶振提出提升報時的精度,想讓他報時報的的更快一些,不過都被拒絕了。給我們的理由是內存那家伙聯合主板上其他單位帶頭反對,說他們受條件限制,沒辦法像我們這么快。

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靠人不如靠己,為此,咱們工廠專門設立了一個叫倍頻器的部門進一步把這個報時細分,達到了3600000000分之1秒,作為我們工廠內部工作作息的時鍾周期,這數字實在是太長了,人類為了好記,取了一個叫主頻的名字,表示1秒鍾報時的次數,就是3.6GHz。

一不小心扯遠了,這次想給大家說一件事兒······

指令依賴

我們這座工廠的任務就是不斷的執行人類編寫的程序指令,咱廠里有8個車間,大家開足了馬力,就能同時執行8個線程,那速度那叫一個快。

可是廠里的老板還是嫌我們不夠快,那天居然告訴我們要每個車間執行兩個線程,實現八核十六線程,是要把我們的勞動力壓榨到極致!我們都滿肚子怨言······

事情的起因是這樣的~~

有一次,我們一號車間的四人組趁着工作的空當,又斗起了地主,突然領導過來視察。

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“你們怎么又在玩?是工作量不飽和嗎?”,見我們幾個閑着,領導一下就不高興了。

我趕緊上前解釋到:“不好意思領導,咱們剛剛執行了一條指令,需要內存中的一塊數據,剛好又不在緩存中,所以找內存那家伙要數據去了,這不您也知道那家伙向來很慢,我們閑着也是閑着所以就稍微放松了一下······”

聽了我的話領導一下皺起了眉頭,“還給我狡辯,廠里現在不是用上了亂序執行技術嗎?有這閑功夫你們可以先執行后面的指令啊”

“這我們當然知道,這不您看,我們把后面那幾條指令也都處理了,現在遇到了一條沒法提前執行的指令才停下來的”

領導看了一下問到:“為啥那條不能提前執行?”

“那是一個加法指令,加數依賴於現在正在處理的指令的運算結果呢,所以內存那家伙不來消息,我們只能擱置着了”,我繼續解釋到。

領導聽完,一臉不高興的離開了。

資源閑置

過了幾天,領導又來到咱們一號車間來了,也不知道怎么回事,這明明有八個車間,領導怎么老愛往我們這邊跑。

不過這一次,我們沒有斗地主,正在辛辛苦苦的工作着。

當時,我正在執行一個浮點數運算,領導過來一看,拍了拍我的肩膀說到:“喲,阿Q,忙着吶,這是在做什么啊?”

我笑着說到:“領導好,我剛剛用浮點數運算電路單元做了一個浮點數乘法,正在等待計算結果呢”

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領導點了點頭,往周邊巡視一圈,指着一堆設備問到:“這一堆是什么?”

“哦,那是整數運算電路單元,這條指令用不到它”

領導再次點了點頭,若有所思的離開了。

超線程技術

又過了幾天,廠里召開了一次會議,八個車間都派了代表參會。

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會上,領導發話了:“前段時間我到各個車間視察,發現現在咱們廠里資源浪費的情況很嚴重!”

二號車間的虎子一聽就坐不住了,“領導,咱們大家伙工作都挺賣力的,哪里有浪費啊?”

領導瞥了一眼,繼續說到:“一方面,廠里的計算資源——電路設備得不到充分利用,另一方面,又因為內存讀取緩慢、指令依賴等方面的原因,浪費大家太多時間花在等待上”

八號車間的代表向來愛拍馬屁,接着領導的話問到:“領導是有什么指示?我們八號車間絕對支持!”

“我們幾個管理層經過討論,決定讓你們一個車間由現在執行一個線程,變成執行兩個線程!

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領導這話一出,會場竊竊私語此起彼伏。虎子偏頭小聲對我說到:“這資本家改不了剝削的本色,這壓榨的也太狠了!”

領導咳嗽了幾聲,會場再次安靜了下來。

我起身問到:“領導,這咱們一個車間怎么能執行兩個線程呢,每個車間的寄存器只有一套,這用起來豈不是要亂掉?”

“這個你不用擔心,我們會給每個車間配兩套寄存器!”

五號車間的代表一聽說到:“要不再給我們添點人手吧,這樣效率肯定提升快!”

領導一聽笑着說到:“還添人手?要不要再給你們添點運算設備?那我不如再增加幾個車間,還開這會干嘛?這次會議的主題就是如何讓我們現有的資源得到最大程度的利用,減少浪費現象!”

會場一度陷入了尷尬又緊張的氛圍。

還是虎子打破了安靜,“領導,這兩個線程的工作該怎么開展,我們心底沒有數啊!”

領導滿意的笑了一下:“這才是你們該問的問題嘛!每個車間回去重新分配一下工作,划分為兩套班子,各自維護一套寄存器,對外宣稱你們是兩個不同的物理核心,但各車間的緩存和計算資源還是只有一套。你們內部協調好,在執行代碼指令的時候,充分利用等待的時間執行另一個線程的指令,這樣也不用擔心指令依賴的問題。”

大家一邊聽一邊做着筆記。

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“還有,如果遇到資源閑置的情況,也可以同時執行兩個線程的指令。比如一個線程是執行整數運算指令,一個線程是執行浮點數運算指令,就可以一起來,讓工廠的計算資源充分用起來,別閑置。”

看我們都認真的記着筆記,領導露出了滿意的笑容,“都記好了吧,我們給這項革命性的技術取了個特別酷的名字,叫超線程技術!”

散會后,大家都紛紛抱怨,把大家逼得這么緊,以后上班看來是沒法摸魚了,這日子真是越來越難過了。

毀譽參半的超線程

不過,抱怨歸抱怨,大家還是得按照新規來執行。

很快,廠里就落地了這項技術,咱們一個車間搖身一變,變成了倆,咱們原來八核八線程的CPU一下變成了八核十六線程。操作系統那幫人都被我們給騙了,還以為咱們是十六核的CPU呢!

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不過畢竟計算資源還是只有一份,遇到兩個線程都要使用同樣的計算單元時,還是得要排隊,還要花時間在兩個線程之前的協調工作上,所以整體工作效率的根本沒有2倍,絕大多數時候能提升個20%-30%就不錯了。

不僅如此,車間改造后,增加了新的邏輯電路單元,咱這CPU工廠的功耗也更大了,工廠門口那座巨大的風扇也得加大馬力給我們降溫了。

廠子里對這項技術的反對聲音開始不絕於耳。

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不過后來發生了一件事,讓人們不得不關閉這項技術。聽聞這個消息,我們都樂開了花,看來又可以繼續摸魚了······

彩蛋

每當有網絡數據包到來,網卡那家伙就通過中斷告訴我們CPU去處理。

可咱明明有8個車間,它非得一個勁的只給我們車間發中斷,搞得我們都沒法好好工作。

終於,我忍不住了······

預知后事如何,請關注后續精彩······


說明

超線程技術出現時間其實早於多核技術。本故事僅為敘述方便,不代表二者真實的發展順序。

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