對超線程幾個不一樣角度的解釋

角度1：舉個栗子

假設我是一個CPU，我如今須要process(吃)一些食物，我如今只有一張嘴。

假如我有多張嘴，確定就能夠process更多的食物。這就是multi-core processor所要想要完成的任務。可是因爲某些緣由及限制，有時候沒法實現這種方式。

我只有一張嘴，我能夠用手抓一片食物，送到嘴邊，而後在嘴busy的時候，抓起下一片食物，繼續送到嘴邊。若是出現這種狀況：當個人嘴已經吃完那一片食物了，這個時候手尚未將食物送到嘴邊，這時候個人嘴就處於空閒狀態。假如我有兩隻手，即便個人嘴並不能吃得更快，但個人嘴也不須要浪費任什麼時候間，能夠一直處於busy的狀態。這就是hype-threading(超線程)，一個processor，而後加上很智能的調度系統，使得processor能夠一直處於busy的狀態。

超線程對單線程的任務，也就是後面一部分任務必須依賴於前面一部分任務，並無太大做用。

好比你要吃一個兩勺冰淇淋錐，你必須先吃掉上面的部分，而後才能吃下面的部分。在這種狀況下，增長更多的嘴或者手，都是沒有什麼意義的。

與之相反的，吃不少糖果。吃紅色的糖和吃藍色的糖之間，是沒有任何前後關係的。若是如今我有多張手、多張嘴，確定是能夠更多吃完這糖果的。

在現實生活中，受益於超線程和多核處理器的常見任務有：

• 編輯視頻
• 3D渲染
• 繁重的多線程任務

好比編輯視頻，視頻是一幀一幀的，徹底能夠在編輯這一幀的時候同時編輯另一幀。

總結一下：超線程的目的，就是使得processor busy，充分利用CPU資源。因此，超線程並無他名字聽上去那麼神奇，

角度2：超線程之於CPU的意義

首先須要理清楚CPU核core的關係：

上面這張圖一圖勝千言，CPU(processor)是一個物理上的小盒子，裏面在物理上又分爲多個core，每一個core在功能上市獨立的，能夠獨立運行本身的線程。不一樣的core之間共享一個3級緩存、共享common bus。相比多CPU單核，單CPU多核的優點在於不一樣的core之間能夠共享一部分資源，之間通訊也要相對容易不少；缺點在於複雜度提高，由於共享天然就會牽涉到不一樣線程之間的協調、管理、鎖等問題。

超線程是intel開發的，已經有10多年的歷史了，它能夠在同一時刻，執行兩個線程，從而提升了單個CPU core的效率。以下圖所示：

來簡略看一下CPU的發展階段： 剛開始，一個CPU只有一個core，一個CPU只能同時運行一個線程：

接着，CPU設計師開始往一個CPU裏面添加更多的core，如今一個CPU就能夠同時運行多個線程了：

爲了進一步提升CPU的性能，Intel又發明了超線程。超線程把一個物理的core，在邏輯上分紅了兩個虛擬核（two virtual cores）。如今，在操做系統的眼裏，這個2核CPU實際上就是一個4核CPU了。

在操做系統眼裏，如今CPU有4個核，她能夠把工做分攤給這4個(虛擬的)核。每一個core均可以獨立地執行指令。 總結一下：超線程就是提升虛擬核的一種手段，減小了CPU處於空閒狀態的時間。

角度3：超線程是如何實現的

咱們仍是從最開始、最簡單的提及。

首先是單核CPU，樹莓派使用的就是單核CPU，可是樹莓派依然能夠運行多任務的linux系統。爲何呢？實際上在底層，操做系統在不停地切換不一樣的任務，速度之快到讓你以爲他們是真的同時運行的。

而後是多核CPU，如上所說的，不一樣的core之間在邏輯上是獨立的，他們會共享一些資源。操做系統就能夠給不一樣的core分發不一樣的任務，若是你要運行一個多線程的任務，你擁有的core越多，速度就會越快。

再而後就是超線程了。要在一個core上面實現兩個線程，那麼這個core該怎麼設計呢？

把一個core的前半部分複製一下，而後合在一塊兒，再和後半部分拼接一下，這種狀況下，咱們就有了一個能夠同時執行兩個線程的FRONTEND，或者以一個程序員更容易理解的角度來講，有了一個能夠執行雙線程的api接口，對於操做系統來講，他能夠"調用"這個接口，同時分兩個任務給這個core！這樣不就在一個core的基礎上實現了雙線程嗎？（固然，在最後，這兩個線程最終是須要合併的。）

把這種core組合一下，就成了多核CPU，且每一個CPU都支持超線程技術。

接着再來看一個現實生活中的栗子：地鐵過安檢。

排了有兩個隊，可是隻有一個安檢員。分三種狀況討論：

• 對面那隊是空的，這種狀況下我這一對能夠很快經過。
• 對面那隊阻塞了，這對我這一隊沒有影響，咱們能夠不受影響地經過。
• 兩隊都是正常的，這個時候在安檢員那兒，就會產生競爭核堵塞。

把隊伍換成前面說的兩個FRONTEND接口，把安檢員看成是core，每一個接口都能獨立得fetch指令，而後把指令傳遞給core。core在真正執行指令的時候，是會產生競爭的，**因此在性能上來講，一個有超線程能力的單核CPU，是沒法和一個雙核CPU相比的。**只有當其中一個queue阻塞的時候，才能獲得雙倍的性能。通常而言，有超線程的核，性能上是沒有超線程的核的1.25倍。

那麼咱們來作一個計算題：一個6核12線程的CPU，和一個8核8線程的CPU，哪個綜合性能要好一點？

• 6核12線程，也就是6個有超線程能力的物理核，實際上能夠相等於6 * 1.25 = 7.5個核
• 8核8線程，就是8個核

因此，8核8線程的性能還要相對好一點。

關注個人微信公衆號