多线程和超线程有什么区别？

Question

我听说过超线程和多线程这两个术语，但它们之间究竟有什么区别？什么样的英特尔处理器使用它们？

Answer 1

多线程是指在操作系统内运行多个执行线程的一般任务。多线程是更一般称为“多处理”，其中可以包括多个系统进程（Windows上的简单的例子是，例如，运行Internet Explorer和Microsoft Word在同一时间），或者它可以由具有多一个进程的线程内它。

多线程（或者我应该说，多处理）是一个软件概念。实际上，任何图灵完备 CPU 都可以执行多线程，即使计算机只有一个 CPU 内核并且该内核不支持超线程。为了支持多处理，CPU 将交错执行不同的执行线程，先执行一个，然后执行另一个，然后再执行另一个，其中操作系统会将可用时间划分为“片段”，并提供大致相等的时间来执行每个线程（时间不必相等，但这通常是完成的方式，除非进程请求更高的优先级）。

请注意，只要在任何给定时间尝试执行的软件线程数多于可用的硬件（同时）执行线程数，则这些软件线程将在可用内核之间“交错”。在“单处理器”（一个没有超线程的 CPU 核心）的情况下，如果您有多个软件线程，它们将始终被交错。如果你有一个带超线程的 4 核 CPU，那就是 8 个“硬件线程”，这意味着 CPU 可以同时执行 8 个同时执行的线程，所以如果你有 8 个软件线程试图运行，它们可以同时运行; 但是如果您有 9 个软件线程，其中一个硬件线程将不得不交错一对线程（所选择的确切线程对将取决于操作系统的调度程序实现）。

另一方面，超线程是指英特尔创建的一种非常特殊的硬件技术，它允许单个处理器内核更有效地交错执行多个线程。换句话说，具有超线程的 CPU 将提供略高于其他方面相同但没有超线程的 CPU 的性能，因为超线程 CPU 将能够同时平衡两个（有时更多，但超线程通常是 2-方式）在给定核心上的执行线程。

但是，超线程比完全独立的物理内核要慢得多，因为有些类型的操作会破坏超线程的性能优势，而完全独立的内核很少有操作会导致此类事件。

以以下示例为例，假设“1 核”在所有示例中的性能完全相同：

示例 1：2 个内核，没有超线程。
示例 2：4 核，无超线程。
示例 3：具有超线程的 2 个内核。
示例 4：具有超线程的 4 个内核。

在这种情况下，示例 4 将始终是最快的。对于极不适合利用超线程优化的工作负载，示例 2 有时可能与示例 4 一样快。

另一方面，示例 3 有时可能在超线程最有利的工作负载上几乎与示例 2 一样快，即使它的物理内核数量是示例 2 的一半。

当然，示例 1 将是所有示例中最慢的，但当运行不适合超线程的工作负载时，它有时可能与示例 3 一样快。

在现代英特尔 CPU 的现实世界基准测试中，我们通常会发现，与没有超线程相比，超线程的性能提高了 20% 到 40%（“无超线程”的情况是通过禁用超线程功能来进行基准测试的） BIOS）。偶尔会有禁用超线程显示性能优势的工作负载，但这些工作负载在实际使用中可能很少见。但是，如果让我在 4 核超线程或 8 核之间做出选择，假设每个核本身具有相同的性能，我每次都会选择 8 核 CPU。

Answer 2

多线程是操作系统级并行处理的术语。处理器与多线程无关。

超线程是英特尔的一个概念，它在单个处理器内核中实现多个线程的“同时”处理。操作系统看到两个处理器内核，尽管只有一个物理内核。