Cpu(处理器) Core(物理核) Thread(逻辑核) 与 进程 线程

一、介绍：

选自：认识cpu、核与线程

1、物理核：物理核数量=cpu数(机子上装的cpu的数量)*每个cpu的核心数

2、逻辑核：所谓的4核8线程，4核指的是物理核心。通过超线程技术，用一个物理核模拟两个虚拟核，每个核两个线程，总数为8线程。在操作系统看来是8个核，但是实际上是4个物理核。

通过超线程技术可以实现单个物理核实现线程级并行计算，但是比不上性能两个物理核。---超线程技术实现了单个物理核心同时两个线程，也就是别人常说的虚拟内核数。比如单物理核心实现的双线程，它同时可以处理两个线程，它的物理核心数其实是是1个，通过Hyperthreading技术实现的线程级并行(Thread Lever Parallelism)。

并发(Concurreny)与并行(Parallelism)
小明可以一边玩手机一边看电视，但是事实上，他的眼睛在看电视的时候不能看手机，他在看手机没法盯着屏幕，他的眼睛飞快在两个屏幕上切换。这不是真正意义上的同时进行，但又是客观存在同时进行两件事，这叫并发。
但是小明可以一天坐公交一边听音乐，这两件事同时进行互不干扰，做到真正意义的同步同时进行，这叫并行。

3、进程是操作系统进行资源（包括cpu、内存、磁盘IO等）分配的最小单位。

4、线程是cpu调度和分配的基本单位。即，多进程中每个进程有自己的地址空间，而同一进程的多线程则共享地址空间。

二、绑定

对于普通的应用，操作系统的默认调度机制是没有问题的。但是，当某个进程需要较高的运行效率时，就有必要考虑将其绑定到单独的核上运行，以减小由于在不同的核上调度造成的开销。把某个进程/线程绑定到特定的cpu核上后，该进程就会一直在此核上运行，不会再被操作系统调度到其他核上。但绑定的这个核上还是可能会被调度运行其他应用程序的。

可以使用多种方法把进程/线程指定到特定的cpu核上运行。见网络。

三、查看：

参看：Linux中CPU亲和性(affinity)

1、  Linux下查看CPU相关信息

…

2、  Linux查看某个进程运行在哪个逻辑核上

...

3、  Linux查看某个线程运行在哪个逻辑核上

…

四、有趣的问题

单核单线程的CPU中，当一个空的死循环使CPU达到100%时，CPU还能做其它事嘛？如：输入或者run另一个进程。于是，我在一个单物理核单逻辑核的CPU上，测试各种死循环：

0、环境信息：

/tmp # cat /proc/cpuinfo
system type : QCA955x
cpu MHz : 720
processor : 0
cpu model : MIPS 74Kc V5.0
BogoMIPS : 359.42
wait instruction : yes
microsecond timers : yes
tlb_entries : 32
extra interrupt vector : yes
hardware watchpoint : yes, count: 4, address/irw mask: [0x0000, 0x0ff8, 0x0ff8, 0x0ff8]
ASEs implemented : mips16 dsp
shadow register sets : 1
core : 0
VCED exceptions : not available
VCEI exceptions : not available

/tmp #

1、空的死循环

#include <stdio.h>

int main(char argc, char *argv[])
{
    while(1)
    {
    }
    return 0;
}

[CPU: 96.0%左右 usr  0.5%左右 sys  0.0% idle][R 90%左右 ./while1.out]（即CPU占用率100%）。

---空的死循环（即在循环中没有调用sleep()或者阻塞函数_{[阻塞函数]}），并未占尽所有时间片，Linux操作系统还是会按时间片轮转执行其他进程的线程，只不过它线程得到操作系统切换过去执行的可能性极低。相反需要知道，进程在sleep()或阻塞的时候是不占用CPU的时间的。

2、调用函数

2.1、printf()

#include <stdio.h>

int main(char argc, char *argv[])
{
    while(1)
    {
        printf("while1 %s\n", argv[1]);
    }
    return 0;
}

[CPU: 10.0%左右 usr  9.0%左右 sys  76.0%左右 idle][R或S 18%左右 ./while1.out 111]。
串口很卡顿，但进程很容易被Ctrl+c掉。

---由于串口不停的在打印，所以导致串口很难响应任何串口输入，但疯狂敲击串口也能输入，因而看起来很卡。相反，当改为./while.out > /dev/null执行时，串口正常。

2.2、system()

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(char argc, char *argv[])
{
    char cmd[128] = {0};

    while(1)
    {
        sprintf(cmd, "echo while1 > %s.txt", argv[1]);
        system(cmd);
    }
    return 0;
}

[CPU: 18.0%左右 usr  75.5%左右 sys  0.0% idle][ 高概率R(偶尔会S) 18%左右 ./while1.out 111] (即CPU占用率100%)。
串口流畅，但进程很难被Ctrl+c掉。

---虽然用户态进程CPU占用率低，但是由于此处调用了” 写文件“导致sys内核态执行占用了大量CPU时间，而导致整体CPU占用率100%。正因为此，系统虽能及时响应串口，却很难响应串口输入Ctrl+c。

3、调用sleep()

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(char argc, char *argv[])
{
    while(1)
    {
        sleep(atoi(argv[1]));
    }
    return 0;
}

3.1、Sleep(1)

[CPU: 0.0%左右 usr  0.0%左右sys  90.%左右 idle][S 0.0% ./while1.out 1]

3.2、Sleep(0)

[CPU: 0.3%左右 usr  0.7%左右 sys  95 %左右idle][高概率R(偶尔会S) 0.0% ./while1.out 0]

注意，以上程序是前台执行：./while1.out，而改为后台执行：./while1.out &结果也是一样的。

综上，即使是在单核单线程CPU中，当进程中一个空的死循环使CPU达到100%时，也不会导致别的进程完全得不到时间运行，如此时串口也是可以正常输入的，这是因为Linux操作系统按时间片轮转执行。

    关于[阻塞函数]理解，我是通过反向理解的，理解不深，如下仅代表个人观点：
    首先，进程有如下的状态：
Linux进程状态：R (TASK_RUNNING)，可执行状态。
只有在该状态的进程才可能在CPU上运行。而同一时刻可能有多个进程处于可执行状态，这些进程的task_struct结构（进程控制块）被放入对应CPU的可执行队列中（一个进程最多只能出现在一个CPU的可执行队列中）。进程调度器的任务就是从各个CPU的可执行队列中分别选择一个进程在该CPU上运行。
很多操作系统教科书将正在CPU上执行的进程定义为RUNNING状态、而将可执行但是尚未被调度执行的进程定义为READY状态，这两种状态在linux下统一为 TASK_RUNNING状态。
Linux进程状态：S (TASK_INTERRUPTIBLE)，可中断的睡眠状态。
处于这个状态的进程因为等待某某事件的发生（比如等待socket连接、等待信号量），而被挂起。这些进程的task_struct结构被放入对应事件的等待队列中。当这些事件发生时（由外部中断触发、或由其他进程触发），对应的等待队列中的一个或多个进程将被唤醒。
    然后，什么是阻塞函数：
当进程调用一个阻塞的系统函数时，该进程被置于睡眠（Sleep）状态，这时内核调度其它进程运行，直到该进程等待的事件发生了（比如网络上接收到数据包，或者调用sleep指定的睡眠时间到了）它才有可能继续运行。