multithreading - 每个内核的多个线程中存在的并行级别

Question

所以我一直在研究一些实现每个内核多线程的技术（比如英特尔的超线程），我想知道这些技术的并行程度如何。是真正的并行还是更有效的并发？看起来他们仍然共享相同的执行单元和核心资源，基本上看起来只是虚拟化使用。所以我不确定真正的并行性是如何发生的。如果是这种情况，那么有什么好处呢？您可以通过有效的线程上下文切换来实现并发。

Answer 1

我不是专家，但从我所读到的（启用超线程技术的英特尔处理器上的长时间自旋等待循环）：

每个物理处理器都有两个逻辑处理器。每个逻辑处理器都有自己独立的架构状态，但几乎共享物理处理器上的所有其他资源，例如高速缓存、执行单元、分支预测器、控制逻辑和总线。

因此，基本上，如果一个逻辑处理器正在使用一个物理单元（例如，FPU，浮点单元），则允许另一个逻辑处理器使用另一个资源（例如，ALU，算术逻辑单元）。

根据我所读到的，您可以预期在最佳情况下性能会提高 15-20%。我没有任何实际数字，但不要期望与添加另一个物理处理器所期望的相同水平的性能提升。

Answer 2

所以有很多因素决定了超线程的好处。首先，由于它们共享资源，显然没有真正的并行性，但它们的并发性有所增加，具体取决于处理器的类型。

硬件线程分为三种类型。细粒度以循环方式切换线程，以增加吞吐量为目标，但代价是增加单个线程延迟。切换是在时钟到时钟的基础上完成的。当然，它更像是上下文切换，其中处理器在发生停顿或某种内存获取时切换线程。然后是线程切换在同一时钟同时发生，这意味着在 Reorder Buffer 和 Pipeline 中同时存在多个线程数据。它们描述如下。

超线程对应于该图中的 SMT。正如所见，设计的有效性主要取决于一件事：管道的繁忙程度。在动态调度的处理器中，目标是保持管道和执行单元尽可能繁忙，其优点是收益递减，与我所看到的相比大约 0% 到 5%。对于流水线有很多停顿的静态调度处理器，其好处更为普遍，并且根据编译器对指令重新排序的能力，可以看到大约 20% 到 40% 的增益。