ASIC多核架构多核架构处理器

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mob64ca14173efa 2023-11-24 05:54:42

文章标签 ASIC多核架构操作系统面试多线程时间片 文章分类 架构后端开发

操作系统的设计，可以归结为三点：

（1）以多进程形式，允许多个任务同时运行；
（2）以多线程形式，允许单个任务分成不同的部分运行；
（3）提供协调机制，一方面防止进程之间和线程之间产生冲突，另一方面允许进程之间和线程之间共享资源。

多核、多处理器（多CPU）、多线程

多核：几核就是真的有几个物理核心。CPU的性能主要靠提高核心工作频率来提高，由于物理限制，不能把频率无限提高，所以发展出多核心的CPU。即一枚处理器上集成多个计算引擎（内核），共享缓存、内存、寄存器。A8处理器是一款双核处理器。
多处理器：包含多个CPU，CPU之间共享内存、I/O设备、控制器、外部设备，整个硬件系统由统一的操作系统控制，在处理器和程序之间实现作业、任务、程序、数组及其元素各级的全面并行。目前主流的服务器架构，超级计算机，都是多CPU多核架构。
多线程：线程就是我们为了让一个进程能够同时干多件事情而发明的“分身术”，拥有最小系统资源，共享进程资源的基本调度单位。核是物理的，线程是虚拟的，双核4线程，看起来很像4核，但比真实的4核4线程慢，却比双核双线程快。

进程VS线程

`进程`：

就是进行中的程序（一组指令的有序集合），当一个程序被加载到内存中之后就变成了进程（进程=程序+执行）。进程有独立的地址空间，在保护模式下自己出了问题不会对其他进程产生影响。进程是操作系统分配资源的基本单位。进程的三种状态：

阻塞态：等待某个事件的完成
就绪态：等待系统分配CPU以便运行
执行态：占有CPU正在运行

`线程`：

是进程的一个实体，是CPU调度和分派的基本单位，自己拥有一点运行必不可少的资源（如程序计数器、一组寄存器和堆栈）与同属进程的其他线程共享进程的拥有的全部资源。

`进程与线程区别`

进程是cpu资源分配的最小单位，线程是cpu调度的最小单位。
一个程序至少有一个进程，一个进程至少有一个线程。线程依赖于进程才能运行
线程本身拥有很少资源（线程标识符、程序计数器、一组寄存器的值、堆栈），与同属进程的其他线程共享进程拥有的资源（代码段、数据段、打开的文件、I/O设备等）。
线程开销小，但一个线程死掉等于整个进程死掉，不利于资源管理和保护。而进程正好相反，开销大，但相对线程安全。

引入线程带来的主要好处：

以前进程既是资源分配也是调度的最小单位，后来为了更合理的使用cpu(实际上是cpu性能越来越好)，才将资源分配和调度分开，就有了线程。线程是建立在进程的基础上的一次程序运行单位。

在进程内创建、终止线程比创建、终止进程快
同一进程内切换线程比切换进程要快，尤其是用户级的线程切换。

线程对操作系统来说就是一段代码+运行时数据（主要是寄存器数据，还有线程中与资源相关的数据，比如打开的文件句柄）。多线程实现主要是靠硬件CPU（中央处理器）件来实现的，CPU有一个很重要的特性时间片，每一段获得CPU的代码只能运行一个时间片限定的时间，时间到后CPU就会把正在运行的代码暂停，接着发生一个中断，然后按照一定的规则选择另一段代码获得CPU来运行。

时间片设得太短会导致过多的进程切换，降低了CPU效率；而设得太长又可能引起对短的交互请求的响应变差。将时间片设为100毫秒通常是一个比较合理的折衷。

线程越多越好吗

线程多了，可以提高程序的执行效率，但并不是越多越好。

虽然线程本身拥有很少的资源（在iOS中，默认主线程1M，子线程512K），但是更多的线程意味着更多的内存开销。创建线程也是需要CPU开销的。
如果线程比核的数量多，则同一时间只能执行与核数量相等的线程数，线程过多会导致频繁的切换，消耗过多的CPU时间，降低了程序性能。
使用多线程就可能出现线程安全问题，为了解决线程安全需要使用锁，进而可能会出现死锁问题。过多的线程会增加程序设计的复杂性，浪费更多精力去处理多线程通信和数据共享（多线程安全、多线程死锁）。