cpu个数、核数、线程数、Java多线程关系的理解

2017年12月08日 15:35:37

一 cpu个数、核数、线程数的关系

cpu个数:是指物理上,也及硬件上的核心数;

核数:是逻辑上的,简单理解为逻辑上模拟出的核心数;

线程数:是同一时刻设备能并行执行的程序个数,线程数=cpu个数 * 核数

二 cpu线程数和Java多线程

首先明白几个概念:

(1) 单个cpu线程在同一时刻只能执行单一Java程序,也就是一个线程

(2) 单个线程同时只能在单个cpu线程中执行

(3) 线程是操作系统最小的调度单位,进程是资源(比如:内存)分配的最小单位

(4)Java中的所有线程在JVM进程中,CPU调度的是进程中的线程

(5)Java多线程并不是由于cpu线程数为多个才称为多线程,当Java线程数大于cpu线程数,操作系统使用时间片机制,采用线程调度算法,频繁的进行线程切换。

a 那么java多进程,每个进程又多线程,cpu是如何调度的呢?

个人理解:操作系统并不是单纯均匀的分配cpu执行不同的进程,因为线程是调度的最小单位,所以会根据不同进程中的线程个数进行时间分片,均匀的执行每个线程,也就是说A进程中有10个线程,而B进程中有2个进程,那么cpu分给进程的执行时间理论上应该是5:1才合理。

b cpu线程数和java线程数有直接关系吗?

个人理解:没有直接关系,正如上面所说,cpu采用分片机制执行线程,给每个线程划分很小的时间颗粒去执行,但是真正的项目中,线程要做很多的的操作,读写磁盘、数据逻辑处理、出于业务需求必要的休眠等等操作。

c 如何确定程序线程数?

个人理解:一般情况程序线程数等于cpu线程数的两到三倍就能很好的利用cpu了,过多的程序线程数不但不会提高性能,反而还会因为线程间的频繁切换而受影响,具体需要根据线程处理的业务考略,不断调整线程数个数,确定当前系统最优的线程数。

线程数是一种逻辑的概念,简单地说,就是模拟出的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。我们从任务管理器的性能标签页中看到的是两个CPU。 比如Intel 赛扬G460是单核心,双线程的CPU,Intel 酷睿i3 3220是双核心 四线程,Intel 酷睿i7 4770K是四核心 八线程 ,Intel 酷睿i5 4570是四核心 四线程等等。
       对于一个CPU,线程数总是大于或等于核心数的。一个核心最少对应一个线程,但通过超线程技术,一个核心可以对应两个线程,也就是说它可以同时运行两个线程。 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。

  CPU之所以要增加线程数,是源于多任务处理的需要。线程数越多,越有利于同时运行多个程序,因为线程数等同于在某个瞬间CPU能同时并行处理的任务数。

物理cpu:实际server中插槽上的cpu的个数,物理cpu的数量,可以数不重复的physical id 有几个

逻辑cpu:Linux用户对 /proc/cpuinfo 这个文件肯定不陌生. 它是用来存储cpu硬件信息的,信息内容分别列出了processor 0 – n 的规格。这里需要注意,如果你认为n就是真实的cpu数的话, 就大错特错了,一般情况,我们认为一颗cpu可以有多核,加上intel的超线程技术(HT), 可以在逻辑上再分一倍数量的cpu core出来,逻辑CPU数量=物理cpu数量 x cpu cores 这个规格值 x 2(如果支持并开启ht),备注一下:Linux下top查看的CPU也是逻辑CPU个数

# 总核数 = 物理CPU个数 X 每颗物理CPU的核数 
       # 总逻辑CPU数 = 物理CPU个数 X 每颗物理CPU的核数 X 超线程数

# 查看物理CPU个数
       cat /proc/cpuinfo| grep "physical id"| sort| uniq| wc -l

# 查看每个物理CPU中core的个数(即核数)
       cat /proc/cpuinfo| grep "cpu cores"| uniq

# 查看逻辑CPU的个数
       cat /proc/cpuinfo| grep "processor"| wc -l

#查看线程数                                                                                                                                                                                                     grep 'processor'        /proc/cpuinfo | sort -u | wc -l      注意,此处查看的线程数是总得线程数,可以理解为逻辑cpu的数量

CPU核数跟多线程的关系

一直以来有这样的疑惑,单核CPU适合多线程吗?是不是几个核的CPU开几个线程是最合适的?

今天就这一问题查了一些资料,现整理如下:

要说多线程就离不开进程,进程和线程的区别在这里就不详细说了,只将关键的几点:

a)进程之间是相互独立的,不共享内存和数据,线程之间的内存和数据是公用的,每个线程只有自己的一组CPU指令、寄存器和堆栈,对于线程来说只有CPU里的东西是自己独享的,程序中的其他东西都是跟同一个进程里的其他线程共享的。

b)操作系统创建进程时要分配好多外部资源,所以开销大。(这个跟操作系统有关,有人做过实验,window创建进程的开销大,linux创建进程的开销就很小。)

再来说一下CPU,在过去单CPU时代,单任务在一个时间点只能执行单一程序。之后发展到多任务阶段,计算机能在同一时间点并行执行多任务或多进程。虽然并不是真正意义上的“同一时间点”,而是多个任务或进程共享一个CPU,并交由操作系统来完成多任务间对CPU的运行切换,以使得每个任务都有机会获得一定的时间片运行。而现在多核CPU的情况下,同一时间点可以执行多个任务,具体到这个任务在CPU哪个核上运行,这个就跟操作系统和CPU本身的设计相关了。

我们假设一个极端的情况:在一台单核计算机上只运行2个程序,一个是我们的程序A,另一个是操作系统的程序B,每个程序是一个进程。单核CPU的时候,A和B在CPU上交替运行,具体的分配方式由操作系统来判断,我这里猜测应该跟A和B的线程数有关,因为线程是CPU级别的,如果A有5个线程,B也有5个线程,那么CPU分配给A和B的时间应该是1:1的;如果A增加到15个线程,CPU分配给A和B的时间应该是3:1的比例。所以此时如果A的线程数多,那么获得的CPU执行次数就多,处理的速度也就快了。以上假设的前提是:①A和B的优先级相同,②A和B都是只消耗CPU资源的程序。

如果相同的情况用一个双核的计算机来处理又会是什么结果呢?假设这个双核的计算机和操作系统比较傻,把A进程分配到核1上,B进程分配到核2上,那不管A有几个线程,都是用核1来处理,那么时间肯定是一样的。不过现实中应该不会有这么傻的CPU和操作系统吧。所以赶紧还是会根据线程来进行处理,当A的线程比B多时,会占用核2来处理A的线程。

刚才说的是只消耗CPU资源的程序,但这样的程序在实际应用中基本上是没有的,总会有跟资源打交道的。比如读个文件,查个数据库,访问一个网络连接等等。这个时候多线程才真正体现出优势,在一个进程中,线程a去读文件,线程b去查数据库,线程c去访问网络,a先用一下CPU,然后去读文件,此时CPU空闲,b就用一下,然后去查数据库,……,相对于读文件、查数据库、访问网络来说CPU计算的时间几乎可以忽略不计,所以多线程实际上是计算机多种资源的并行运用,跟CPU有几个核心是没什么关系的。

对于一个CPU,线程数总是大于或等于核心数的。一个核心最少对应一个线程,但通过超线程技术,一个核心可以对应两个线程,也就是说它可以同时运行两个线程。 
  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。 
  CPU之所以要增加线程数,是源于多任务处理的需要。线程数越多,越有利于同时运行多个程序,因为线程数等同于在某个瞬间CPU能同时并行处理的任务数。 
  在Windows中,在cmd命令中输入“wmic”,然后在出现的新窗口中输入“cpu get *”即可查看物理CPU数、CPU核心数、线程数。其中, 
  Name:表示物理CPU数 
  NumberOfCores:表示CPU核心数 
  NumberOfLogicalProcessors:表示CPU线程数

单核多CPU与多核单CPU

一台计算机的处理器部分的架构

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。

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。
如下图所示:

Name:表示物理CPU数 
NumberOfCores:表示CPU核心数 
NumberOfLogicalProcessors:表示CPU线程数
注释:VM虚拟机中的CPU选择的核心数实际是代表线程数。

输入“cpu get *”也可

2.在cmd命令中输入“systeminfo”,以下信息表示物理CPU有两个

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