CPU相关的知识

本文介绍多CPU、物理核、逻辑核、超线程、进程、线程、并发、并行，以及Linux查询CPU和核的信息的方法

易混淆概念

多处理器

认真辨别语境，一般是多CPU的意思；有时可能是多逻辑处理器即多核的意思，好像老外经常把一个CPU里有多个核心当成多个CPU来描述。

逻辑处理器

就是逻辑核的意思，Windows 10的中文翻译了这个特别特别容易误解的词。

逻辑CPU

有些博客用了这个词表示逻辑核的意思，个人怀疑其有没有这样的用法的根据，很容易导致误解，因为我会认为，核就是核，CPU就是CPU，为什么混为一谈，好像核就是CPU一样

CPU的一~四级缓存

CPU缓存（Cache Memory）的出现是弥补CPU和主存（主内存，即内存条的）的速度差太大，用于提高效率的，有时可能也叫高速缓存。

高速缓存也分了很多层，一到四级，四级很少听但确实是有。一二级是各个核心独有的，三级缓存是所有核共享的，四级缓存似乎是为了解决CPU的集显和CPU的速度差问题（CPU内可以有显卡）。一般CPU商品中只标出了三级缓存，其他都不标注。如图所示

（这里看不到L4 Cache，可能是因为只有L1~L3才封装在CPU里）

同样的多个核之间的L1、L2也会有缓存一致性问题，类似多核CPU有一些协议保证多个CPU内部缓存之间一致性的协议，同一个CPU内部的多核内部的缓存的一致性问题应该也是有方案解决的。

物理核、逻辑核和超线程

• 物理核：是CPU里实实在在封装的物理硬件

• 逻辑核：利用超线程技术模拟出来的核，一般一个物理核可以虚拟出2个，就是CPU商品标出的线程数，有些资料也叫逻辑CPU数

• 超线程：HT，Hyper-Threading，超线程技术就是让一个核模拟出两个核的技术

• 物理CPU：即主板上插了多少个的CPU芯片

• 虚拟CPU：假的、虚拟的CPU，类似VMWare虚拟机中的CPU

疑惑：

逻辑核似乎有些时候被翻译成逻辑处理器，而处理器通常被我理解为CPU，所以逻辑核，就是逻辑CPU吗? 但这种翻译真的会有点模糊不清容易造成误解。

线程和核的关系

线程需要 核 执行，一个核在同一时间只能执行一条线程，这里的核指逻辑核。

决定同时执行线程数的是逻辑核还是物理核

逻辑核心多少个，就可以 “同时” 执行多少线程。

n个物理核，一般有2n个逻辑核，如果只能同时运行物理核数个个线程（n），那超线程技术模拟出来的核有什么用? 况且很多CPU的商品也不标 “逻辑核数”，用的词是 “线程数”，意思应该就是逻辑核心多少个就能同时运行多少个线程（2n）。

x核y线程（y比x大）是什么意思

CPU商品说的2核4线程，指2个物理核，4个逻辑核。4线程就是4个逻辑核的意思。

进程和线程

• 进程是操作系统层面的概念，线程是CPU层面的东西，CPU真正执行的是线程而不是进程
• 进程是是静态的概念，是一些资源的集合，比如进程有自己的内存；而线程是动态的概念
• 进程可以有多个线程，这些线程共享同一份进程的资源
• 多进程，目前多核的情况下，可以做到多个进程同时执行；当然也就可以做到多个线程同时执行。但是单核的CPU无法做到 “同时”
• 进程是一定有端口号吗? 不一定，没网络暴露的就没有

并发和并行

并发（concurrency）和并行（parallelism）

参考这里

简单说，

• 并行是说物理上的 “同时” 被执行。

• 并发是一种程序设计，能够让多个任务在逻辑上交织执行。

  并发设计的程序，可以启动n个线程，比如2个，然后交给2个核，这时两个线程就是并行执行的（“同时”）；这两个线程也可以被1个核 “交替” 执行。

很多时候，会认为并行就是真的同时执行，而并发就是交替执行，这是一般的理解，但是并发真正含义是指设计的程序允许同时 或 交替执行，是一种程序设计方案。

多CPU 和 单CPU多核

估计是提高计算能力的两个方案，最终选择单CPU多核方案多一点。

多CPU 估计也有市场，也有些服务器是多CPU的。

不过作为程序员，公司买的服务器似乎真的见不到多CPU的。

为什么单CPU多核方案更胜一筹，主要是这个方案更好，多个核心之间通信不需要走外部的总线，只需要走CPU内部总线，会快得多。另外单CPU多核也成本较多CPU低，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。

多核CPU缓存一致性协议有MSI、MESI（Illinois Protocol）、MOSI、Synapse、Firefly及 Dragon Protocol等。

单CPU多核内部缓存一致性协议：暂不清楚，请自行搜索。

多CPU 的市场：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。

单CPU单核

单CPU单核 跑多线程效率一定降低吗?

不一定

• 降低：如果多线程跑的都是CPU密集型任务，有可能会降低效率，因为仅有的一个核被用满了还要被调度来调度去浪费时间
• 提升：如果多线程跑的都是IO密集型任务，有可能会提高，因为IO比CPU运行慢得多，来回切换线程，让这个核物尽其用。其调度损耗是值得的。

举个例子：我有两家店（两个任务），这两家店隔了一条街道，我招了一个工人（一个CPU核），如果打理一家店铺就很忙得不可开交，你还让他打理两家店，来回在两家店跑来跑去，这反而降低了效率。如果这两个店铺都是处理1小时事情之后闲3个小时的，显然让他来回在两家店跑能榨干他的价值，能提高效率

单CPU多核

经常会听到 CPU都普及多核了，编程应该好好利用，其实确实是存在目前的编程没有充分利用多核CPU的性能，不过可能是因为多线程的编程比较复杂的原因。

单CPU多核，对于多线程确实提升作用大。不要钱的话肯定是多核比单核CPU好的呀。

Linux中查看CPU和核信息

cat /proc/cpuinfo 得到的信息应该是以逻辑核为单位的列表信息。每个逻辑核的信息包括其归属的物理核ID（core id），以及其归属的物理CPU的ID（physical id）

一、列出物理CPU及各自的物理核数

cat /proc/cpuinfo | grep -E "physical id|cpu cores" | sed 'N;s/\n/ /' | sort | uniq

假设输出如下，则表示有2个物理CPU，第一个CPU有4个物理核，第二个CPU也是4个：
physical id : 0 cpu cores : 4
physical id : 1 cpu cores : 4

二、列出物理CPU及各自的逻辑核数

cat /proc/cpuinfo | grep "physical id" | sort | uniq -c

假设输出如下，则表示有两个物理CPU，各自包含8个逻辑核
8 physical id : 0
8 physical id : 1

三、查询CPU类型（虚拟、真实）

cat /proc/cpuinfo后查看model name，

例如Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2682 v4 @ 2.50GHz 大概表示是真实CPU

或者QEMU Virtual CPU version (cpu64-rhel6) 表示虚拟CPU

四、查询CPU是否支持超线程

按照上面两个结果

physical id : 0 cpu cores : 4
physical id : 1 cpu cores : 4

和

8 physical id : 0
8 physical id : 1

可以得出第一个CPU（physical id是0）支持，因为其物理核4个逻辑核却又8个，第二个CPU（id是1）同样也支持。

如果物理核和逻辑核的数量不等，不代表不支持，可能没打开开关。

五、top命令显示的核数是?

输入top按1可以展示出所有逻辑核，从Cpu0~CpuN，就是说有N+1个逻辑核。

是逻辑核数。

六、Java进程占用CPU超过100%

top查看进程的%CPU值，为什么会CPU占用率超过100%

因为该进程占用超过一个核，占满2个核就是200%了。

七、/proc/cpuinfo文件解释

* model name：是CPU的型号主频一些信息，
例如`Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2682 v4 @ 2.50GHz`
或者`QEMU Virtual CPU version (cpu64-rhel6)`
应该能大概看得出是虚拟CPU还是真实的CPU

* processor：指逻辑核ID，比如0，表示第1个逻辑核，不是零个逻辑核意思
* physical id：物理CPU的ID，0表示第一个
* core id：物理核的ID，0表示第一个
* cpu cores：该物理CPU有多少个物理核
* siblings：该物理CPU有多少个逻辑核（跟cpu cores不一样表示开启了超线程技术，否则表示不支持该技术或者未开启）

八、其他补充

其实有了上面的教程，就没必要看这个了，由于非常多其他博客也列出来了，这里也列出来。

1、物理CPU数

cat /proc/cpuinfo | grep 'physical id' | uniq |wc -l

uniq是为了去掉多个逻辑核同属于一个物理CPU

2、物理核数（所有CPU）

cat /proc/cpuinfo | grep 'core id' | uniq |wc -l

uniq为了去掉多个逻辑核属于同一个物理核

上述计算方式是计算所有CPU加起来有多少核，并不是计算某个CPU有多少核

3、物理核数（某个CPU）

cat /proc/cpuinfo 后查看cpu cores，该值记录了对应的物理CPU（以该条目中的physical id标识）有多少个物理核。

4、逻辑核数（所有CPU）

逻辑核数，有些地方会逻辑CPU数

cat /proc/cpuinfo | grep 'processor' | wc -l

5、逻辑核数（某个CPU）

cat /proc/cpuinfo后查看siblings，该值记录了对应的物理CPU（以该条目中的physical id标识）有多少个逻辑核。

6、查看是否支持超线程

cat /proc/cpuinfo后查看siblings和cpu cores不一致，说明该physical id的CPU支持超线程，如果一致，明不支持超线程，或者超线程未打开。

最后：补充关于超线程

写这篇文章已经过了很久了，补充一点内容。

我们经常听到双核四线程、四核八线程等等概念，通常是n核2n线程这样通常是2倍的（我还没听过不是2倍的）

究竟超线程是什么呢? 这里我靠着之前看的资料的记忆，写一点。

比喻
cpu像作坊（比喻成工厂也行，但是一般作坊的人数小一点，人数相当于物理核数，cpu的物理核数一般不会很多，所以作坊比较合适）

人就像物理核，每个工人有两条传送带，人在两条传送带上来回切换，将人的时间榨到最尽。两条传送带，意思就是2个物理核。4核八线程，意思就是作坊里有4个人，每个人有2条传送带，即总共8条传送带（线程）。

PS：传送带给传送的是待处理的零部件，相当于指令带上传送的指令。

进一步
对于4核4线程(A)，和4核8线程(B)，和8核8线程©，哪个效率更高? 肯定是C其次B最后A，毕竟真8核比 “假” 8核和真4核肯定是快的。但是你说哪个性价比最高? B最高。

超线程技术应该就是因特尔长期观察、总结的经验，即CPU的核心经常不能跑满，为了尽量榨干性能，所以模拟出了虚拟的核。

问题：你说4核8线程这种技术，真的能在同一时刻执行程序的8条线程吗? 我感觉似乎不行，毕竟是假的8核。就有点点像是Java里的多线程一样。