多线程和CPU的关系

Posted 2020-10-06 起帆的岛

1. 什么是CPU

（1）         Central  Progress  Unit 中央处理器，是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心和控制核心。

（2）         CPU包括 运算器，高速缓冲存储器，总线。

（3）         它的工作，主要是解释计算机中的指令，和处理计算机软件中的数据。它在计算机中起着最重要的作用，构成了系统的控制中心，对各个应用程序进行统一协调和控制。

 

1. 线程

（1）         进程，一个进程就是一个具有独立功能的应用程序，关于某个数据集合上的一次运行活动。进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

（2）         线程，线程是进程的实体，属于进程，是CPU调度和分派的基本单位。

 资源分配给进程，所有线程共享该进程的资源

 

（3）         操作系统的设计，可以归纳为3点。

1. 以多进程形式，允许多个任务同时运行。
2. 以多线程形式，允许一个任务拆分成多个线程运行。
3. CPU提供协调机制，允许线程之间共享资源，防止线程之间产生冲突。
4. CPU和线程的关系

（1）         第一阶段，单CPU时代，单CPU在同一时间点，只能执行单一线程。比如，的某一刻00:00:00 这一秒，只计算1＋1=2（假设cpu每秒计算一次）

（2）         第二阶段，单CPU多任务阶段，计算机在同一时间点，并行执行多个线程。但这并非真正意义上的同时执行，而是多个任务共享一个CPU，操作系统协调CPU在某个时间点，执行某个线程，因为CPU在线程之间切换比较快，给人的感觉，就好像多个任务在同时运行。比如，电脑开了两个程序qq和qq音乐，假设这两个程序都只有一个线程。人能够感觉到CPU切换的频率是一秒一次，假设当前cpu计算速度是1秒1次，那么我们就能明显感到卡顿，当聊天，点击发送按钮时候，qq音乐就会停止运行。当前cpu计算速度是1秒100次，也就是它能在一秒之内在这两个进程见切换100次，那么我们就感不到卡顿，觉得QQ和QQ音乐是同时在运行。

（3）         第三阶段，多CPU多任务阶段，真正实现的，在同一时间点运行多个线程。具体到哪个线程在哪个CPU执行，这就跟操作系统和CPU本身的设计有关了。

1. 举例说明

（1）假设一种极端情况，一台单核计算机，只运行2个程序A和B。

假设A和B的优先级相同，A有3个线程，B有1个线程，那么CPU分配给A和B的执行时间应该是3:1。

（2）假设同一种情况发生在一台多核计算机，核1处理A和B各一个线程，核2处理A剩下的线程。

（3）刚才说的是线程只消耗CPU，在实际应用中这种情况是不存在的，程序总会跟资源打交道，比如读个文件，查询数据库，访问网络，这个时候多线程才能体现出优势。在一个进程中，让A先用一下CPU去查询数据库，在A查询数据库的时候CPU空闲，B就用一CPU去读文件，让C去访问网络。相对于查询数据库，读取文件这些操作来说，CPU的计算时间几乎可以忽略不计。所以，多线程，实际上是计算机多种资源的并行运用，跟CPU有几个核心没什么关系。