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  • 比如,可以通过一个CPU核心数模拟出2线程CPU,也就是说,这个单核心的CPU被模拟成了一个类似双核心CPU的功能。 CPU线程数概念仅仅只针对Intel的CPU才有用,因为它是通过Intel超线程技术来实现的,最早应用在...

    核心概念

    CPU个数:CPU芯片个数

     

    CPU的核心数:是指硬件上存在着几个核心。

    比如,双核就是包括2个相对独立的CPU核心单元组,四核就包含4个相对独立的CPU核心单元组。

     

    线程数:一种逻辑的概念,是指模拟出的CPU核心数。

    比如,可以通过一个CPU核心数模拟出2线程的CPU,也就是说,这个单核心的CPU被模拟成了一个类似双核心CPU的功能。

    CPU的线程数概念仅仅只针对Intel的CPU才有用,因为它是通过Intel超线程技术来实现的,最早应用在Pentium4上。如果没有超线程技术,一个CPU核心对应一个线程。所以,对于AMD的CPU来说,只有核心数的概念,没有线程数的概念。 

     

    核心(Die)又称为内核,是CPU最重要的组成部分。CPU中心那块隆起的芯片就是核心,是由单晶硅以一定的生产工艺制造出来的,CPU所有的计算、接受/存储命令、处理数据都由核心执行。各种CPU核心都具有固定的逻辑结构一级缓存二级缓存、执行单元、指令级单元和总线接口逻辑单元都会有科学的布局。

     

    多核心处理器(英语:Multi-core processor),又称多核心微处理器,是在单个计算组件中,加入两个或以上的独立实体中央处理单元(简称核心,英语:Core)。这些核心可以分别独立地运行程序指令,利用并行计算的能力加快程序的运行速度。只有两个核心的处理器,称为双核心处理器(dual-core processor)。“多核心”通常是对于中央处理器(Central Processing Unit,CPU)而论的,但是某些时候也指数字信号处理器(DSP)和系统芯片(SoC)。

     

    单核多CPU,那么每一个CPU都需要有较为独立的电路支持,有自己的Cache,而他们之间通过板上的总线进行通信。(一致性问题)

    假如在这样的架构上,我们要跑一个多线程的程序(常见典型情况),不考虑超线程,那么每一个线程就要跑在一个独立的CPU上,线程间的所有协作都要走总线,而共享的数据更是有可能要在好几个Cache里同时存在。这样的话,总线开销相比较而言是很大的,怎么办?那么多Cache,即使我们不心疼存储能力的浪费,一致性怎么保证?

     

    多核单CPU,那么我们只需要一套芯片组,一套存储,多核之间通过芯片内部总线进行通信,共享使用内存。在这样的架构上,如果我们跑一个多线程的程序,那么线程间通信将比上一种情形更快。

    多个CPU常见于分布式系统,用于普通消费级市场的不多,多用于cluster,云计算平台什么的。多CPU架构最大的瓶颈就是I/O,尤其是各个CPU之间的通讯,低成本的都用100M以太网做,稍微好一点的用1000M以太网,再好的就用光纤等等,但无论如何速度和通量都比不上主板的主线。所以多CPU适用于大计算量,对速度(时间)不(太)敏感的任务,比如一些工程建模,或者像SATI找外星人这种极端的,跑上几千年都不着急的。而且多CPU架构更简单清晰,可以用消费级产品简单做数量堆叠,成本上有优势。而多核单CPU则适合对通讯I/O速度要求较快的应用,(相同核数量下)成本上也高一些,好像只有在超级计算机里会用到以万为单位的核心数,普通消费级产品也就是到16核封顶了,因为成本控制的原因。

     

    超线程(HT, Hyper-Threading)是英特尔研发的一种技术,于2002年发布。超线程技术原先只应用于Xeon 处理器中,当时称为“Super-Threading”。之后陆续应用在Pentium 4 HT中。早期代号为Jackson。

    通过此技术,英特尔实现在一个实体CPU中,提供两个逻辑线程。之后的Pentium D纵使不支持超线程技术,但就集成了两个实体核心,所以仍会见到两个线程。超线程的未来发展,是提升处理器的逻辑线程。英特尔于2016年发布的Core i7-6950X便是将10核心的处理器,加上超线程技术,使之成为20个逻辑线程的产品。

     

    超频overclocking)是把一个电子配件的时脉速度提升至高于厂方所定的速度运作,从而提升性能的方法,但此举有可能导致该配件稳定性以及配件寿命下降。

    常被超频的配件有中央处理器主板显卡主内存

     

    查看CPU信息

    Windows

    在Windows中,在cmd命令中输入“wmic”,然后在出现的新窗口中分别输入“cpu get Name”,“cpu get NumberOfCores”,“cpu get NumberOfLogicalProcessors”即可查看物理CPU数、CPU核心数、线程数。

    1、windows+r 打开运行,输入cmd。

    2、命令行输入:msinfo32

    3、查看CPU信息

    Centos

    键入以下指令:

    cat /proc/cpuinfo

     

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  • 对768个浮点数据做多线程计算,分别在gtx1050 ti与r5 3600下测试了其运行效率。结果显示,在gpu与cpu分别利用率达到95%以上时,多线程效率r5 3600要比gtx 1050ti高出50%。

    分别在gtx1050 ti与r5 3600下对768个浮点数据做多线程计算。结果显示,在gpu与cpu的利用率分别达到95%以上时,多线程效率r5 3600要比gtx 1050ti高出50%。

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  • CPU和内存 程序(线程)关系

    千次阅读 2018-04-23 23:14:27
    1. 通过控制器从内存中读入指令数据到寄存器中并根据结果来控制整个计算机 2. 而运算器负责运算从内存读入的寄存器的数据 3. 时钟负责发出CPU开始计时的时钟信号 4. 运行速度:CPU>内存>硬盘 5....

    先来介绍下CPU:
    CPU容量小 需要别人给她指令但是运转速度快 主要是寄存器构成的
    1. 通过控制器从内存中读入指令和数据到寄存器中并根据结果来控制整个计算机
    2. 而运算器负责运算从内存读入的寄存器的数据
    3. 时钟负责发出CPU开始计时的时钟信号
    4. 运行速度:CPU>内存>硬盘
    5. 只是用来运行指令 但是不能保存指令 指令是在内存中
    6. 第一条指令是在内存的最顶端

    寄存器有很多类型 可以存指令还有数据

    电脑的运行过程

    CPU一开始从内存中读入指令 是跳转指令然后去BIOS(系统的自检 检查内存 硬盘显卡之类的有无问题) 从中断向量表获取指令    然后把操作系统从硬盘中唤醒 运输到内存中
    **总结:CPU运转很快 但是 得从别人那获取指令才知道做什么** 
    比如指向一个斐波那契数列 是操作系统设置好进程 设置好程序计数器然后让CPU开始计算 如果之前的程序抢占了CPU 那CPU就会执行那个程序的指令 而被抢占的则是保存记录 等待继续操作
    

    CPU最重要的是寄存器和程序计数器(用来记住要执行的下一条指令地址)

    CPU还有个缓存 如果CPU访问内存一个位置 以后还会多次访问 并且附近的位置也会很快被访问到 这是程序的局部性原理把他们加入到缓存里会快很多 但是操作系统如果做程序切换那么缓存会失效。
    CPU还可以进行流水线操作

    CPU所在的是一个批处理的计算机系统 意思就是说 内存中有多个任务 而CPU的任务就是运行计算完成这些任务 如果一个任务遇到了IO操作(速度很慢 内存和硬盘都在加载数据) 那么操作系统就让CPU执行下一个任务 
    注意:程序在内存中是由地址的动态重定位意思就是 每次运行的时候会记录下每个程序的其实地址 CPU专门有个寄存器来存储初始位置  这样子切换程序的时候不会有数据覆盖
    CPU还会增加一个寄存器来记录程序在内存中的长度 这样每次程序访问的时候都会拿地址和这个长度比较判断有没有越界
    上述的寄存器和计算内存地址的方法 统称 MMU(内存管理单元)
    

    磁盘缓存就是将硬盘的东西读入内存中 下次访问的时候速度快一点

    但是遇到问题 程序很大怎么办?
    这个时候根据 局部性原理 把一个程序分成多个小块 按块装在到内存中 叫页框
    因为大部分程序都是集中运行在着几个页框中 于是这些页也叫做工作集 这些工作的真实内存映射到对应的物理内存 这个程序其他未加载的部分其实并没有运行 这就涉及到了 虚拟内存是把磁盘作为部分的内存使用 通过分页式或者分段式将正在运行的内容加载到内存中不用的放在磁盘里 这样看起来内存变大了 其实没有
    如果真实的内存满了 那么久将现有的页框置换到硬盘上 加载其他的页框进来
    每次运行的内存中页框都是要去找对应 物理内存 于是就 将那些最常访问的页框以及对应的物理内存放在缓存中

    对于CPU加载程序的时候会分段加载到内存中 对应的也对程序进行标准话 分为代码段 数据段 堆栈段之类的 然后操作系统记住每一段的开始和结束地址 如果一个程序非法访问那么就 杀死它

    CPU涉及到函数的调用 : 这个时候可以先介绍一下线程
    1. 线程生活在线程池里面
    2. 程序可以理解为多个线程的结合体
    3. 线程被加载到内存 然后进入CPU 但是需要排队 如果线程赖着CPU不走 就会被垃圾回收掉
    4. 每个线程只能在CPU上运行一端时间(或者被其他线程抢占资源打断或者出现IO流这样的耗时操作) 然后再保存自己的信息再等待 等着被唤醒
    在就绪和运行中轮转 知道把工作做完
    5. 线程有时候需要加锁 如果出现死锁 那么就得kiss掉一个 所以加锁的时候要记住 按照操作系统的算法比较大小 然后从最大的开始加锁
    6. 线程是存在线程池中 如果电脑重启那么一切都会置空
    7. 线程是被加载到内存中然后开始操作的 过程是 先将class文件加载到方法区中

    class的过程:
    1. class文件进入方法区等待调用一个线程 线程进来提取了代码指令就开始在工作台进行操作(栈帧)也可以说是一个函数调用 多个工作台组成一个java栈 一个工作台就是一个栈帧依次执行最上的 然后销毁 加入的话也是压在最上面 在工作台里面还有一个局部变量区和操作数栈 最后把操作后的数弹出 这里的操作数算是在操作数栈里面 而不像CPU是放在一个个寄存器里

    总结:1. 程序(线程集)被加载到内存中
    注意:程序是分段的 意思就是说 程序不是整个都被加载到内存中 而是加载目前需要的个体 也可以理解为线程
    2. 从线程从方法区中的class调用指令 然后逐个执行里面线程中的函数调用(栈帧)
    执行的过程是CPU来操作的 CPU从内存中读取指令和数据到寄存器 然后根据结果操作整个计算机
    3. 线程在栈帧操作的时候会创建栈区 临时保存变量 结束后删除 如果是new的话就会在堆中创建长期的对象 如果不用了就垃圾回收系统自动回收对象。
    4. 线程也可被中断 因为CPU去执行其他线程了
    5. 函数的调用 CPU执行线程中的指令的时候 逐行往下执行 遇到函数调用就 根据目标函数的地址进入改函数继续执行 最后到结尾 返回函数调用的结果和执行指令(跳转到调用初始的位置的下一行) 回到函数调用的位置执行下一行

    额外涉及补充:

    • 通过DLL实现函数共有 节约内存

    • 哈夫曼编码大幅提升压缩比率

    • 运行环境是操作系统+硬件

    • windows克服了应用在不同cpu的差异

    源代码如何运行

    编译器可以通过freeBSD的ports机制生成合适的本地代码但是本地文件( obj文件)无法直接运行 需要链接成可执行的exe文件 需要导入库和   直接和exe文件结合的静态链接库 可执行文件的运行条件是需要  再配置信息
    

    堆栈方法区

    程序加载的时候还会创建堆和栈: 简单讲一下堆栈方法区

    数据都保存在栈中 操作的时候把数据一个一个加入那个桶 得出计算结果然后返回
    2. 堆的话是 如果new一个对象出来 对象就在堆里面 内部有个计数器 如果没有标志使用就是废弃的对象会被垃圾回收 干掉

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  • CPU、核心,进程、线程,串行、并发、并行

    注意看修饰词。

    1、计算机硬件基本组成

    一个计算机(冯·诺依曼结构)【主要】硬件组成:

    • 主板:是“交通枢纽”,各个部件工作的所在平台,它负责将各个部件紧密连接在一起,各部件通过主板进行数据传输
    • CPU:中央处理器(Central Processing Unit),决定电脑的性能等级。主要有3大组成部分
      • 运算器:算术逻辑运算单元(ALU,Arithmetic Logic Unit),负责执行所有的数学和逻辑工作
      • 控制器:控制单元(CU,Control Unit),控制计算机的所有其他部件,如输入输出设备以及存储器
      • 寄存器:存储单元,包括CPU片内缓存和寄存器组,是CPU中暂时存放数据的地方
    • 内存:将输入设备接收到的信息以二进制的数据形式存到存储器中
      • RAM
      • ROM
      • CMOS
    • 外存:辅助存储器,像硬盘等,能长期保存信息
    • 显卡、网卡、声卡、电源、键盘、鼠标、显示器等
      在这里插入图片描述

    win10下观察其内存动态使用图:
    在这里插入图片描述
    CPU是一块超大规模的集成电路,是一台计算机的运算核心(Core)和控制核心( Control Unit)。它的功能主要是解释计算机指令、处理计算机软件中的数据。
    在这里插入图片描述
    CPU工作原理图:
    在这里插入图片描述

    windows10下 CPU动态使用图:
    在这里插入图片描述
    上述这款CPU的 构造:
    在这里插入图片描述
    这就是我们购买电脑时,所看到的CPU参数:该电脑拥有1个CPU,它有4个内核(表示有4个相对独立的CPU核心单元组,这是物理概念)

    上述这个CPU可描述为:单CPU 4核心 4线程。4核 指的是物理核心(物理概念)。4线程(线程数是一个逻辑概念)。

    上述这个CPU不支持 超线程技术。超线程技术、虚拟化技术 是两个不同的东西。

    也可以通过cmd,wmiccpu get查看:

    • NumberOfCores:表示CPU核心数
    • NumberOfLogicalProcessors:表示CPU线程数

    多核 是指一个CPU有多个核心处理器,处理器之间通过CPU内部总线进行通讯。

    多CPU是指简单的多个CPU工作在同一个系统上,多个CPU之间的通讯是通过主板上的总线进行的。

    在这里插入图片描述

    参考文章:
    CPU个数,核心数,线程数

    2、进程(process)、线程(thread)

    在这里插入图片描述
    注意下方语句中的 主体:操作系统、CPU

    进程:操作系统(OS)进行资源(CPU、内存、磁盘、IO、带宽等)分配的最小单位;

    是OS对正在运行的程序的一种抽象,是应用程序的执行实例,每个进程是由私有的虚拟地址空间、代码、数据和其它各种系统资源组成。

    打开一个浏览器、一个聊天窗口分别是一个进程。进程可以有多个子任务,如聊天工具接收消息、发送消息,这些子任务是线程。
    资源分配给进程,线程共享进程资源。

    线程:CPU调度和分配的基本单位。
    一个进程可由多个线程的执行单元组成,每个线程都运行在同一进程的上下文中,共享同样的代码和全局数据。
    每个进程至少有一个主执行线程,它无需由用户主动创建,一般由系统自动创建。系统创建好进程后,实际上就启动了执行该进程的执行主线程,执行主线程以函数地址形式,即程序入口函数(如 main函数),将程序的启动点提供给操作系统。主执行线程终止了,进程也就随之终止。

    线程数 是一种逻辑概念,是模拟出的CPU核心数。

    进程和线程的关系:进程可以简单理解为一个容器,有自己独立的地址空间,其内部的各个线程共享该地址空间。
    其实严格讲应该是线程能够获得CPU资源,进程对CPU资源的获取也是体现在线程上的。至于CPU内核数,和进程线程没直接关系。操作系统(OS)可以把某个进程部署在某个CPU核上,当然这要取决于系统设计。

    线程是CPU调度和分配的最小单位,操作系统会根据进程的优先级和线程的优先级去调度CPU。一个计算机可以并发(同时)的线程数,等于计算机上的逻辑处理器的个数(CPU个数 *每个CPU核心数 *每个内核线程数)。

    进程、线程是操作系统调度的,进程本身不会负责调度线程。在操作系统看来,线程和进程其实差不多,不同点是线程是迷你的进程,并且进程可以包含多个线程。

    对比进程线程
    定义进程是程序运行的一个实体的运行过程,是系统进行资源分配和调配的一个独立单位线程是进程运行和执行的最小调度单位
    系统开销创建撤销切换开销大,资源要重新分配和收回仅保存少量寄存器的内容,开销小,在进程的地址空间执行代码
    拥有资产资源拥有的基本单位基本上不占资源,仅有不可少的资源(程序计数器,一组寄存器和栈)
    调度资源分配的基本单位独立调度分配的单位
    安全性进程间相互独立,互不影响线程共享一个进程下面的资源,可以互相通信和影响
    地址空间系统赋予的独立的内存地址空间由相关堆栈寄存器和和线程控制表TCB组成,寄存器可被用来存储线程内的局部变量

    线程切换

    • CPU给线程分配时间片(也就是分配给线程的时间),执行完时间片后会切换都另一个线程。

    • 切换之前会保存线程的状态,下次时间片再给这个线程时才能知道当前状态。

    • 从保存线程A的状态再到切换到线程B时,重新加载线程B的状态的这个过程就叫上下文切换

    • 而上下切换时会消耗大量的CPU时间。

    线程开销

    • 上下文切换消耗
    • 线程创建和消亡的开销
    • 线程需要保存维持线程本地栈,会消耗内存

    程序与进程、线程的关系

    程序 只是一组指令的有序集合,它本身没有任何运行的含义,只是一个静态的实体。
    而进程则不同,它是程序在某个数据集上的执行(即 进程是程序的一次执行),是一个动态的实体,有自己的生命周期,因创建而产生、因调度而运行、因等待资源或事件而被处于等待状态、因任务完成而被撤销,反映的是一个程序在一定的数据集上运行的全部动态过程。

    进程和程序并不是一一对应的:一个程序执行在不同的数据集上就成为不同的进程,可以用进程控制块来唯一地标识每个进程。这是程序无法做到的,因为程序没有和数据产生直接的联系,即使是执行不同的数据的程序,但它们的指令的集合依然是一样的,因此无法唯一地标识出这些运行在不同数据集上的程序。
    一般来说,一个进程肯定有一个与之对应的程序,而且只有一个。而一个程序有可能没有与之对应的进程(因为它没有执行)、也可能有多个进程与之对应(运行在不同的数据集上)。

    不同的进程可以执行同一段程序,比如读取同一个文件数据,它们的读取函数的代码是相同的,并被2个进程或线程运行了。

    一般情况下,写一个程序,没有单独开线程,那么默认这个程序的一次运行就是一个单进程;而如果调用了fork,这时将会有2个进程,调用thread,则这个进程就会有2个线程。

    进程是一个实体,每一个进程都有它自己的内存地址段(heap、stack等),进程是执行中的程序。

    程序是一个没有生命的实体,只有处理器赋予程序生命时,才能成为一个活动的实体。

    线程,程序执行的最小单元,每个程序都至少有一个线程,若程序只有一个线程,那就是它程序本身。单线程的进程可以简单地理解为只有一个线程的进程。一个进程在同一时间只做一件事,但有了多线程后,一个进程同一时间可以做多件事,每个线程可以处理不同的事务。无论系统有几个CPU,其实进程运行在单CPU上,多线程也可以是进程并发处理多个事务。一个线程阻塞不会影响另一个线程。

    多线程的进程可以尽可能地利用系统CPU资源,但也不是线程越多越好,线程越多,CPU分配给每个线程的时间就越少。

    线程 包含了表示进程内执行环节所必需的信息:标识线程的线程ID、一组寄存器值、栈、调度优先级和策略、信号屏蔽字、errno变量、线程私有数据。
    对于内存而言,堆内存、代码区一般属于一个进程,但是栈却是属于一个线程的,且每个线程拥有一个独立的栈。
    errno也是属于单个线程的,每个线程中的errno是独立的。
    进程内所有信息对于线程是共享的,包括执行代码、全局变量、堆内存、栈、文件描述符。

    总结:
    进程和线程都是一个时间段的描述,是CPU工作时间段的描述:

    • 进程就是上下文切换的程序执行时间总和 = CPU加载上下文+CPU执行+CPU保存上下文
    • 线程是共享了进程的上下文环境,的更为细小的CPU时间段。

    3、串行、并发、并行

    这些概念对于进程、线程都适用。

    3.1、串行

    多个任务,执行时一个执行完再执行另一个。

    3.2、并发(concurrency)

    多个线程在单个核心运行,同一时间一个线程运行,系统不停切换线程,看起来像同时运行,实际上是线程不停切换。

    即一个指令 和另一个指令交错执行,操作系统实现这种交错执行的机制称为:上下文切换。上下文是指操作系统保持跟踪进程或线程运行所需的所有状态信息,如寄存器文件的当前值、主存内容等

    3.3、并行(parallelism)

    每个线程分配给独立的核心,线程同时运行。

    单核CPU多个进程或多个线程内能实现并发(微观上的串行,宏观上的并行);多核CPU线程间可以实现微观上并行。

    总结:
    1、单CPU中进程只能是并发,多CPU计算机中进程可以并行。
    2、单CPU单核中线程只能并发,单CPU多核中线程可以并行。
    3、无论是并发还是并行,使用者来看,看到的是多进程,多线程。

    4、CPU处理程序

    4.1、单核CPU处理程序

    在单CPU计算机中,有一个资源是无法被多个程序并行使用的:CPU。

    单进程多线程处理:

    在一个程序里,有两个功能:听歌、发送消息,这就是单进程2线程。如果听歌线程获取了锁,那么这个线程将获取CPU的运行时间,其他线程将被阻塞。但CPU始终处于运行状态,影响计算时间的其实只是加锁、解锁的时间,并不会发生CPU空闲的现象,CPU利用率100%。

    线程阻塞:一般是被动的,在抢占资源中得不到资源,被动的挂起在内存,等待某种资源或信号将它唤醒。(释放CPU,不释放内存)

    多进程处理:
    将听歌、发消息分别写出两个独立的程序,独立运行,与上面不同的是,如果进程间需要通信,比如交换数据,则会需要很多步骤,效率低。

    4.2、多核CPU处理程序

    单进程多线程处理:线程可以跨核处理,进程之间则不能,如同支付宝不能访问QQ一样(安全性)。
    跟单核对比:如果A核处理听歌线程阻塞,B核空闲,则CPU工作效率下降一半;没有阻塞时,QQ的A线程听歌、B线程发消息,多核CPU效率比单核快很多。

    多进程多线程处理:不同的程序,不可能一个进程融合QQ、支付宝、浏览器等

    多核下线程数量选择

    • 计算密集型
      程序主要为复杂的逻辑判断和复杂的运算。
      CPU的利用率高,不用开太多的线程,开太多线程反而会因为线程切换时切换上下文而浪费资源。

    • IO密集型
      程序主要为IO操作,比如磁盘IO(读取文件)和网络IO(网络请求)。
      因为IO操作会阻塞线程,CPU利用率不高,可以开多点线程,阻塞时可以切换到其他就绪线程,提高CPU利用率。

    总结:

    • 提高性能的一种方式:提高硬件水平,处理速度或核心数。
    • 另一种方式:根据实际场景,合理设置线程数,软件上提高CPU利用率。

    进程:处理任务多,每个进程都有独立的内存单元,占用CPU资源相对较少。缺点是 进程间切换开销大。进程之间通信就如同两个程序之间的通信。

    线程:处理任务相对较少,同时为了处理【并发】,多个线程共享内存单元,占用资源少。线程之间的通信就如同一个程序里的两个函数间通信,在函数里定义一个全局变量,两个线程(两个函数)都能用,线程间共享内存。

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  • 深度学习(1): 深度学习简介

    万次阅读 多人点赞 2019-08-09 11:10:29
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空空如也

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显卡和cpu的线程