Реферат на тему: SМР и Нyреr-Тhrеаding. Нyреr-Тhrеаding совместимость. Нyреr-Тhrеаding зачем она нужна

Введение

Казалось бы, не так уж и давно вышел Pentium 4 2,8 ГГц, но компания Intel видимо настолько горда способностью своего нового процессорного ядра к постоянному "разгону", что не дает нам покоя анонсами все новых и новых процессоров.

Однако сегодняшний процессор отличается от предыдущей топовой модели не только на 200 с небольшим мегагерц - то, о чем давно мечтали многие пользователи, наконец-то свершилось: технология эмуляции двух процессоров на одном процессорном ядре, ранее бывшая достоянием лишь сверхдорогих Xeon.

Все последующие модели Pentium 4, начиная с рассматриваемого, будут обладать поддержкой технологии Hyper-Threading. Однако кто-то может вполне резонно поинтересоваться: "А зачем мне двухпроцессорная машина дома? И действительно - зачем? Именно это я и постарался объяснить ниже. Итак: Hyper-Threading - что это такое и зачем он может быть нужен в обычных персональных компьютерах?

Как работает классическая SMP(Symmetric Multi-Processor) - система с точки зрения обычной логики? Не так уж велико количество пользователей, хорошо себе представляющих как работает SMP-система, и в каких случаях от использования двух процессоров вместо одного можно ожидать реального увеличения быстродействия, а в каких - нет.

Итак, представим, что у нас есть, к примеру, два процессора вместо одного. Что это дает?

В общем-то ничего. Потому что в дополнение к этому нужна еще и операционная система, умеющая задействовать эти два процессора. Эта система должна быть по определению многозадачной (иначе никакого смысла в наличии двух CPU просто быть не может), но кроме этого, ее ядро должно уметь распараллеливать вычисления на несколько CPU. Классическим примером многозадачной ОС, которая этого делать не умеет, являются все ОС от Microsoft, называемые обычно для краткости "Windows 9x" - 95, 95OSR2, 98, 98SE, Ме. Они просто-напросто не могут определить наличие более чем одного процессора в системе.

Поддержкой SMP обладают ОС этого же производителя, построенные на ядре NТ: Windows NТ 4, Windows 2000, Windows XР. Также этой поддержкой обладают все ОС, основанные на идеологии Unix - всевозможные Free- Net- BSD, коммерческие Unix (такие как Solaris, НР-UX, AIX), и многочисленные разновидности Linux.

Если же два процессора все же определились системой, то дальнейший механизм их задействования в общем довольно прост. Если в данный момент времени исполняется одно приложение - то все ресурсы одного процессора будут отданы ему, второй же будет просто простаивать. Если приложений стало два - второе будет отдано на исполнение второму CPU, так что по идее скорость выполнения первого не должна уменьшиться. Однако на самом деле все сложнее. Исполняемое пользовательское приложение может быть запущено всего одно, но количество процессов (т. е. фрагментов машинного кода, предназначенных для выполнения некой задачи) в многозадачной ОС всегда намного больше. Поэтому на самом деле второй CPU способен немного "помочь" даже одиночной задаче, взяв на себя обслуживание процессов, порожденных операционной системой.

Кроме того, даже одно приложение может порождать потоки (threads), которые при наличии нескольких CPU могут исполняться на них по отдельности. Так, например, поступают почти все программы рендеринга - они специально писались с учетом возможности работы на многопроцессорных системах. Поэтому в случае использования потоков выигрыш от SMP иногда довольно весом даже в "однозадачной" ситуации.

По сути, поток отличается от процесса только двумя вещами - он во-первых никогда не порождается пользователем (процесс может запустить как система, так и человек, в последнем случае процесс = приложение; появление потока инициируется исключительно запущенным процессом), и во-вторых - поток выгружается вместе с родительским процессом независимо от своего желания. Также не стоит забывать, что в классической SMP-системе оба процессора работают каждый со своим кэшем и набором регистров, но память у них общая. Поэтому если две задачи одновременно работают с ОЗУ, мешать они друг другу будут все равно, даже если CPU у каждой свой.

Ну и наконец, последнее: в реальности пользователь имеет дело не с одним, не с двумя, и даже не с тремя процессами. На приведенном коллаже (это действительно коллаж, потому что со скриншота Task Manager были удалены все пользовательские процессы, т. е. приложения, запускаемые "для работы") хорошо видно, что "голая" Windows XР, сама по себе, не запустив еще ни одного приложения, уже породила 12 процессов, причем многие из них к тому же еще и многопоточные, и общее количество потоков достигает двухсот восьми штук!

Поэтому рассчитывать на то, что удастся прийти к схеме "по собственному CPU на каждую задачу" совершенно не приходится, и переключаться между фрагментами кода процессоры будут все равно - и физические, и виртуальные. Впрочем, на самом деле все не так грустно - при грамотно написанном коде ничего в данный момент не делающий процесс (или поток) процессорного времени практически не занимает (это тоже видно на коллаже).

Теперь, разобравшись с "физической" многопроцессорностью, перейдем к Hyper-Threading. Фактически - это тоже многопроцессорность, только виртуальная. Ибо процессор Pentium 4 на самом деле один. А процессоров ОС видит - два. Как это ?

Классическому "одноядерному" процессору добавили еще один блок АS - IА-32 Architectural State. Architectural State содержит состояние регистров (общего назначения, управляющих, APIC, служебных). Фактически, АS#1 плюс единственное физическое ядро (блоки предсказания ветвлений, ALU, FPU, SIMD-блоки и пр.) представляет из себя один логический процессор (LP1), а АS#2 плюс все то же физическое ядро - второй логический процессор (LP2). У каждого LР есть свой собственный контроллер прерываний (APIC - Advanced Programmable Interrupt Controller) и набор регистров. Для корректного использования регистров двумя LР существует специальная таблица - RAT (Register Alias Table), согласно данным в которой можно установить соответствие между регистрами общего назначения физического CPU. RAT у каждого LР своя. В результате получается схема, при которой на одном и том же ядре могут свободно выполняться два независимых фрагмента кода т. е. де-факто - многопроцессорную систему!

Оглавление

- 1. Введение

- Hyper-Threading совместимость

- Hyper-Threading зачем она нужна

- 5. Заключение

Заключение

В очередной раз, к радости всего прогрессивного человечества, Intel выпустила новый Pentium 4, производительность которого еще выше, чем у предыдущего Pentium 4, и дело тут не только в лишних двухстах мегагерцах, а и в новой технологии под названием - Hyper-Threading

Технология Hyper-Threading с теоретической точки зрения выглядит весьма неплохо и соответствует реалиям сегодняшнего дня. Уже довольно редко можно застать пользователя с одним сиротливо открытым окном на экране - всем хочется одновременно и музыку слушать, и по Internet бродить, и диски с любимыми MP3 записывать, а может даже, и поиграть на этом фоне в какую-нибудь компьютерную игру.

Hyper-Threading позволяет увеличить коэффициент полезного действия процессора в определенных ситуациях. В частности - в ситуациях, когда одновременно исполняются разнородные по характеру приложения. Это конечно плюс, но он не является всеобъемлющим и глобальным. Потому что эффект от Hyper-Threading наблюдается исключительно в некоторых случаях. Понятно, что появление CPU, способного в два раза быстрее делать все то, что делалось ранее - это громадный прорыв. Однако Intel не стал инициировать начало новой эпохи перемен, просто добавив своему процессору возможность кое-что делать быстрее.

Однако Hyper-Threading нельзя назвать "бумажной" технологией, так как при определенных комбинациях она дает вполне ощутимый эффект. Даже намного больший эффект, чем иногда наблюдается при сравнении, к примеру, двух платформ с одним процессором на разных чипсетах. Хотя эффект этот наблюдается не всегда, и существенно зависит от стиля работы пользователя с компьютером. Причем именно здесь проявляется то что: Hyper-Threading - это не SMP. "Классический SMP-стиль", где пользователь рассчитывает на реакцию столь же классической "честной" многопроцессорной системы, здесь не даст желаемого результата.

"Стиль Hyper-Threading" - это сочетание процессов "развлекательных" или "служебных" с процессами "рабочими". Пользователь не получит существенного ускорения от CPU с поддержкой этой технологии в большинстве классических многопроцессорных задач, или если по привычке будет запускать только одно приложение в один момент времени. Но он скорее всего получит уменьшение времени исполнения многих фоновых задач, исполняемых в качестве "довеска" к обычной работе. Фактически, Intel просто еще раз напомнила всем нам, что операционные системы, в которых мы работаем - многозадачные. И предложила способ ускорения - но не столько одного какого-то процесса самого по себе, сколько комплекса выполняемых одновременно приложений. Это интересный и достаточно востребованный подход.