多处理器架构中堆栈指针和程序状态字是如何维护的？

Question

在多处理器架构中，寄存器是如何组织的？

例如，在 4 核处理器中，一次至少可以运行 4 个进程。
堆栈指针、程序状态寄存器和程序计数器是如何组织的？

其他通用寄存器呢？

我的猜测是，每个内核都有一组单独的寄存器。

Answer 1

想象一下 4 台完全独立的计算机，每台计算机都有一个单核 CPU。四核计算机就是这样；除了：

• 所有 CPU 共享相同的物理地址空间（并且都可以使用相同的 RAM、PCI 设备等）
• 可以设计中断/IRQ 控制器，以便操作系统可以告诉它哪些 CPU/s 应该被 IRQ 中断
• CPU 通常能够相互发送信号（例如“处理器间中断”）
• 一些 CPU 可能会共享一些缓存
• 一些 CPU 可能共享一些控制寄存器（例如用于电源管理、缓存配置等）
• 对于现代 CPU，某些 CPU 可能共享部分或全部执行单元（SMT、超线程等）
• 对于现代系统（其中内存控制器内置在物理芯片中），一些 CPU 可能共享相同的内存控制器

其中大部分对大多数软件来说都是“不可见的”。除非您正在编写控制电源管理的操作系统的一部分，否则您无需关心电源管理是否在 CPU 之间共享；除非您正在编写操作系统/内核的低级 IRQ 处理，否则您无需关心 IRQ 如何到达设备驱动程序等。

这同样适用于实际存在的 CPU 数量。操作系统/内核通常确保应用程序只需要关心更高级别的抽象（例如“线程”）。这种更高级别的抽象如何工作取决于操作系统 - 通常（对于大多数操作系统）操作系统 / 内核试图通过在它们之间“足够快地”（如果只有 4 个 CPU）切换来提供所有线程同时运行的错觉实际上最多有 4 个线程同时运行），但它通常比这复杂得多（涉及线程优先级、抢占规则等）并且（即使它相对罕见）它可能非常不同（例如，对于某些系统，出于容错/冗余目的，同一线程可能会同时在多个 CPU 上运行；对于某些系统，可能只有一个函数及其数据队列，其中多个函数同时运行；等等）。