对超线程几个不一样角度的解释

角度1：举个栗子

假设我是一个CPU，我如今须要process(吃)一些食物，我如今只有一张嘴。

假如我有多张嘴，确定就能够process更多的食物。这就是multi-core processor所要想要完成的任务。可是因为某些缘由及限制，有时候没法实现这种方式。

我只有一张嘴，我能够用手抓一片食物，送到嘴边，而后在嘴busy的时候，抓起下一片食物，继续送到嘴边。若是出现这种状况：当个人嘴已经吃完那一片食物了，这个时候手尚未将食物送到嘴边，这时候个人嘴就处于空闲状态。假如我有两只手，即便个人嘴并不能吃得更快，但个人嘴也不须要浪费任什么时候间，能够一直处于busy的状态。这就是hype-threading(超线程)，一个processor，而后加上很智能的调度系统，使得processor能够一直处于busy的状态。

超线程对单线程的任务，也就是后面一部分任务必须依赖于前面一部分任务，并无太大做用。

好比你要吃一个两勺冰淇淋锥，你必须先吃掉上面的部分，而后才能吃下面的部分。在这种状况下，增长更多的嘴或者手，都是没有什么意义的。

与之相反的，吃不少糖果。吃红色的糖和吃蓝色的糖之间，是没有任何前后关系的。若是如今我有多张手、多张嘴，确定是能够更多吃完这糖果的。

在现实生活中，受益于超线程和多核处理器的常见任务有：

• 编辑视频
• 3D渲染
• 繁重的多线程任务

好比编辑视频，视频是一帧一帧的，彻底能够在编辑这一帧的时候同时编辑另一帧。

总结一下：超线程的目的，就是使得processor busy，充分利用CPU资源。因此，超线程并无他名字听上去那么神奇，

角度2：超线程之于CPU的意义

首先须要理清楚CPU核core的关系：

上面这张图一图胜千言，CPU(processor)是一个物理上的小盒子，里面在物理上又分为多个core，每一个core在功能上市独立的，能够独立运行本身的线程。不一样的core之间共享一个3级缓存、共享common bus。相比多CPU单核，单CPU多核的优点在于不一样的core之间能够共享一部分资源，之间通讯也要相对容易不少；缺点在于复杂度提高，由于共享天然就会牵涉到不一样线程之间的协调、管理、锁等问题。

超线程是intel开发的，已经有10多年的历史了，它能够在同一时刻，执行两个线程，从而提升了单个CPU core的效率。以下图所示：

来简略看一下CPU的发展阶段： 刚开始，一个CPU只有一个core，一个CPU只能同时运行一个线程：

接着，CPU设计师开始往一个CPU里面添加更多的core，如今一个CPU就能够同时运行多个线程了：

为了进一步提升CPU的性能，Intel又发明了超线程。超线程把一个物理的core，在逻辑上分红了两个虚拟核（two virtual cores）。如今，在操做系统的眼里，这个2核CPU实际上就是一个4核CPU了。

在操做系统眼里，如今CPU有4个核，她能够把工做分摊给这4个(虚拟的)核。每一个core均可以独立地执行指令。 总结一下：超线程就是提升虚拟核的一种手段，减小了CPU处于空闲状态的时间。

角度3：超线程是如何实现的

咱们仍是从最开始、最简单的提及。

首先是单核CPU，树莓派使用的就是单核CPU，可是树莓派依然能够运行多任务的linux系统。为何呢？实际上在底层，操做系统在不停地切换不一样的任务，速度之快到让你以为他们是真的同时运行的。

而后是多核CPU，如上所说的，不一样的core之间在逻辑上是独立的，他们会共享一些资源。操做系统就能够给不一样的core分发不一样的任务，若是你要运行一个多线程的任务，你拥有的core越多，速度就会越快。

再而后就是超线程了。要在一个core上面实现两个线程，那么这个core该怎么设计呢？

把一个core的前半部分复制一下，而后合在一块儿，再和后半部分拼接一下，这种状况下，咱们就有了一个能够同时执行两个线程的FRONTEND，或者以一个程序员更容易理解的角度来讲，有了一个能够执行双线程的api接口，对于操做系统来讲，他能够"调用"这个接口，同时分两个任务给这个core！这样不就在一个core的基础上实现了双线程吗？（固然，在最后，这两个线程最终是须要合并的。）

把这种core组合一下，就成了多核CPU，且每一个CPU都支持超线程技术。

接着再来看一个现实生活中的栗子：地铁过安检。

排了有两个队，可是只有一个安检员。分三种状况讨论：

• 对面那队是空的，这种状况下我这一对能够很快经过。
• 对面那队阻塞了，这对我这一队没有影响，咱们能够不受影响地经过。
• 两队都是正常的，这个时候在安检员那儿，就会产生竞争核堵塞。

把队伍换成前面说的两个FRONTEND接口，把安检员看成是core，每一个接口都能独立得fetch指令，而后把指令传递给core。core在真正执行指令的时候，是会产生竞争的，**因此在性能上来讲，一个有超线程能力的单核CPU，是没法和一个双核CPU相比的。**只有当其中一个queue阻塞的时候，才能获得双倍的性能。通常而言，有超线程的核，性能上是没有超线程的核的1.25倍。

那么咱们来作一个计算题：一个6核12线程的CPU，和一个8核8线程的CPU，哪个综合性能要好一点？

• 6核12线程，也就是6个有超线程能力的物理核，实际上能够相等于6 * 1.25 = 7.5个核
• 8核8线程，就是8个核

因此，8核8线程的性能还要相对好一点。

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