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CPU那些事儿

没有主见,没有生活常识,完全以自我为中心从不考虑别人的感受。好高骛远,眼高手低,什么事儿一说就懂一问就蒙,做事没有拼劲儿和韧性。嘴上一直说要努力改变现状,一旦没有人监管就放任自我。找不到生活的意义,像只寄生虫一样只能依靠别人苟活。

寄存器

  1. 寄存器(Register)是中央处理器内用来暂存指令、数据和地址的电脑存储器。寄存器的存贮容量有限,读写速度非常快。在计算机体系结构里,寄存器存储在已知时间点所作计算的中间结果,通过快速地访问数据来加速计算机程序的运行。

  2. 参考一


原子操作实现

  1. 原子操作是指不会被线程调度机制打断的操作,这种操作一旦开始就会一直运行到结束,中间不会有任何context switch

  2. 参考二


L1/L2/L3缓存


CPU密集型、IO密集型

  1. CPU密集型
          CPU密集型也叫计算密集型,指的是系统的硬盘、内存性能相对CPU要好很多,此时,系统运作CPU读写IO(硬盘/内存)时,IO可以在很短的时间内完成,而CPU还有许多运算要处理,因此,CPU负载很高。

      CPU密集表示该任务需要大量的运算,而没有阻塞,CPU一直全速运行。CPU密集任务只有在真正的多核CPU上才可能得到加速(通过多线程),而在单核CPU上,无论你开几个模拟的多线程该任务都不可能得到加速,因为CPU总的运算能力就只有这么多。

      CPU使用率较高(例如:计算圆周率、对视频进行高清解码、矩阵运算等情况)的情况下,通常,线程数只需要设置为CPU核心数的线程个数就可以了。 这一情况多出现在一些业务复杂的计算和逻辑处理过程中。比如说,现在的一些机器学习和深度学习的模型训练和推理任务,包含了大量的矩阵运算。

  1. IO密集型
          IO密集型指的是系统的CPU性能相对硬盘、内存要好很多,此时,系统运作,大部分的状况是CPU在等IO (硬盘/内存) 的读写操作,因此,CPU负载并不高。

      IO密集型的程序一般在达到性能极限时,CPU占用率仍然较低。这可能是因为任务本身需要大量I/O操作,而程序的逻辑做得不是很好,没有充分利用处理器能力。CPU 使用率较低,程序中会存在大量的 I/O 操作占用时间,导致线程空余时间很多,通常就需要开CPU核心数数倍的线程。其计算公式为:IO密集型核心线程数 = CPU核数 / (1-阻塞系数)。

      当线程进行 I/O 操作 CPU 空闲时,启用其他线程继续使用 CPU,以提高 CPU 的使用率。例如:数据库交互,文件上传下载,网络传输等。

  1. 总结
          一个计算为主的应用程序(CPU密集型程序),多线程或多进程跑的时候,可以充分利用起所有的 CPU 核心数,比如说16核的CPU ,开16个线程的时候,可以同时跑16个线程的运算任务,此时是最大效率。但是如果线程数/进程数远远超出 CPU 核心数量,反而会使得任务效率下降,因为频繁的切换线程或进程也是要消耗时间的。因此对于 CPU 密集型的任务来说,线程数/进程数等于 CPU 数是最好的了。

      如果是一个磁盘或网络为主的应用程序(IO密集型程序),一个线程处在 IO 等待的时候,另一个线程还可以在 CPU 里面跑,有时候 CPU 闲着没事干,所有的线程都在等着 IO,这时候他们就是同时的了,而单线程的话,此时还是在一个一个等待的。我们都知道IO的速度比起 CPU 来是很慢的。此时线程数可以是CPU核心数的数倍(视情况而定)。