Windows 处理器关联如何与超线程 CPU 配合使用？

Question

Windows 处理器关联如何与超线程 CPU 配合使用？让我们使用具有四个内核的系统的示例（如图），每个内核都有一个超线程虚拟内核。

1. 下面的每个“CPU”对应哪些核心？
2. 是否（例如）下面的 CPU 6 和 CPU 7 代表一个内核；HT和真正的核心？
3. 例如，如果 CPU 6 代表一个真正的核心，而 CPU 7 代表一个 HT 核心，那么只分配给 CPU7 的线程是否只能获得真正核心的剩余资源？（假设核心正在运行其他任务）
4. 超线程是否完全在处理器内进行管理，以便线程在内部进行处理？如果是，那是在 CPU 范围内还是在核心范围内？示例：如果 CPU 6 和 7 代表一个核心，那么分配给哪个进程无关紧要，因为 CPU 会为正在运行的线程分配适当的资源？
5. 我注意到长时间运行的单线程进程在核心周围反弹了很多，至少根据任务管理器。这是否意味着将进程分配给单个内核会稍微提高性能（通过避免上下文切换和缓存失效等）？如果是这样，我可以知道我没有分配给“只是一个虚拟核心”吗？

这对我来说都是非常模糊和混乱的。HT 很棒，但它似乎确实降低了资源分配的透明度。

Answer 1

下面的每个“CPU”对应哪些核心？

假设我们有核心 1、2、3 和 4，CPU4 和 CPU5 代表核心 3。

是否（例如）下面的 CPU 6 和 CPU 7 代表一个内核；HT和真正的核心？

两者之间没有区别——它们都有与 CPU 的物理硬件接口，逻辑接口是在硬件中实现的（更多详细信息，请参阅英特尔酷睿处理器数据表，第 1 卷）。基本上，每个内核都有两个独立的执行单元，但它们之间共享一些公共资源。这就是为什么在某些情况下超线程实际上会降低性能的原因。

例如，如果 CPU 6 代表一个真正的核心，而 CPU 7 代表一个 HT 核心，那么只分配给 CPU7 的线程是否只能获得真正核心的剩余资源？（假设核心正在运行其他任务）

看上面。分配给 ONLY CPU6 或 ONLY CPU7 的线程将以完全相同的速度执行（假设线程执行相同的工作，并且处理器中的其他内核处于空闲状态）。Windows 知道启用 HT 的处理器，并且进程调度程序会将这些事情考虑在内。

超线程是否完全在处理器内进行管理，以便线程在内部进行处理？如果是，那是在 CPU 范围内还是在核心范围内？示例：如果 CPU 6 和 7 代表一个核心，那么分配给哪个进程无关紧要，因为 CPU 会为正在运行的线程分配适当的资源？

两个都。实际的硬件本身并没有安排运行程序的内核，这是操作系统的工作。然而，CPU 本身负责在实际执行单元之间共享资源，英特尔规定了如何编写代码以使其尽可能高效。

我注意到长时间运行的单线程进程在核心周围反弹了很多，至少根据任务管理器。这是否意味着将进程分配给单个内核会稍微提高性能（通过避免上下文切换和缓存失效等）？如果是这样，我可以知道我没有分配给“只是一个虚拟核心”吗？

这是正常行为，不，将其分配给单个核心不会提高性能。话虽如此，如果出于某种原因您想确保单个进程仅在单个物理内核上执行，请将其分配给任何单个逻辑处理器。

进程“反弹”的原因是进程调度程序。这是正常行为，您很可能会通过限制进程可以在哪些内核上执行（无论它有多少线程）而导致性能降低，因为进程调度程序现在必须更加努力地工作，以使一切都在您施加的限制下工作。是的，在大多数情况下，这种惩罚可以忽略不计，但最重要的是，除非您有理由这样做，否则不要这样做！

Answer 2

应该对 CPU 布局进行组织，以便无法识别所有 CPU 的操作系统获得可能的最大性能。这意味着在列出来自任何物理内核的第二个虚拟内核之前，将列出来自每个物理内核的一个虚拟内核。

例如，假设您有四个超线程内核，称为 A、B、C 和 D。如果您假设 A 和 B 共享一个 L2 缓存，而 C 和 D 共享一个 L2 缓存，则顺序应该类似于：
0= A1 1=C1 2=B1 3=D1 4=A2 5=C2 6=B2 7=D2

这样，仅占用两个 CPU 的操作系统就可以使用所有 L2 缓存。此外，仅占用四个 CPU 的操作系统可以使用所有执行单元。

再一次，这就是它应该的方式。

当然，如果您使用的是了解您的 CPU 拓扑结构的操作系统，则没有关系。BIOS 填写一个表格，解释哪些内核共享执行单元，哪些共享缓存，等等。您可能使用的每个完全支持您的 CPU 的现代操作系统都了解完整的 CPU 拓扑。