超线程和多线程的对比分析

目录

• 超线程和多线程的对比分析
  • 本质区别
  • 逻辑核等待的类型

超线程和多线程的对比分析

本质区别

特性	Intel 超线程技术	程序的多线程
层面	硬件层面，是CPU的一种功能特性。	软件层面，是程序设计的一种方法。
目的	让一个物理CPU核心“看起来”像两个逻辑核心，目的是当一个线程在等待（如等待数据从内存加载）时，另一个线程可以立刻使用该核心的闲置计算单元，从而提高单个核心的内部资源利用率。	将一个大型任务拆分成多个可以同时执行的小任务，目的是将工作负载分配到多个物理核心上，实现真正的并行计算，从而缩短总执行时间。
实现者	由CPU制造商（如Intel）在硬件设计中实现。	由程序员通过代码（如使用Java的Thread类、C++的std::thread、Python的threading模块等）实现。
对操作系统的视图	操作系统看到的是逻辑处理器的数量翻倍了。例如，一个4核8线程的CPU，操作系统会识别为8个可用的CPU。	操作系统看到的是一个进程中的多个执行流（线程），然后由操作系统的调度器将这些线程分配到可用的逻辑/物理核心上执行。
性能提升	“锦上添花”。它不能使单个核心的计算能力翻倍，通常能带来15-30%的性能提升，高度依赖于具体应用。如果应用本身就能占满核心的所有资源，超线程带来的提升微乎其微，甚至可能因为资源竞争而略有下降。	“大力出奇迹”。在理想情况下（任务可完美拆分，无资源竞争），使用N个物理核心，性能可以接近提升N倍。

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简单来说，Intel的超线程技术是硬件层面的“虚拟”多线程，目的是提高CPU核心的资源利用率；而我们程序使用的多线程是软件层面的“真实”多线程，目的是将任务分解以利用多个核心并行处理。

• 超线程：提高CPU核心的资源利用率，一个逻辑核处于等待中的话，转到另一个逻辑核执行。

• 多线程：将任务分解以利用多个核心并行处理。

逻辑核等待的类型

• IO等待

• 缓存未命中：这是最常见的情况。当线程A需要的数据不在L1/L2缓存中，需要从L3缓存甚至内存中读取时（这需要等待几十甚至几百个时钟周期），线程B可以立即使用核心的计算单元。

• 分支预测失败：CPU需要清空流水线，重新取指令，这个过程会产生空闲周期。

• 访问内存：即使是访问主内存，也比CPU运算慢几个数量级。

• 等待浮点运算单元：某些复杂的浮点运算可能需要多个周期完成。

在这些“空隙”时间里，另一个逻辑线程见缝插针地执行指令，使得CPU的背部（如ALU算术逻辑单元、EU执行单元等）始终保持忙碌状态。