前提概要

所谓，知彼知己百战不殆，针对于计算机的优化技术来讲，最底层也不过是针对于CPU技术的优化了，但是如果要区优化程序，涉及到CPU的执行能力，那必须要了解CPU的原理和概念以及执行过程等概念，所以小编写了本片的目的就是针对于CPU的相关知识进行讲解，当你对CPU不在陌生的时候，也就是你超神的时候了，哈哈......

CPU相关的知识

本文介绍涉及到的知识点包含，多CPU、物理核、逻辑核、超线程、进程、线程、并发、并行，以及Linux查询CPU和核的信息的方法

易混淆概念

多处理器

认真辨别语境，通常是多CPU的意思；有时多是多逻辑处理器即多核的意思，好像老外常常把一个CPU里有多个核心当成多个CPU来描述。

逻辑处理器

就是逻辑核的意思，Windows 10的中文翻译了这个特别特别容易误解的词，我觉得就是可以理解为内核程序单位。

逻辑CPU

有人用了这个词表示逻辑核的意思，但是用法的根据我保持怀疑，很容易致使误解，由于我会认为，核就是核，CPU就是CPU，为何混为一谈，好像核就是CPU同样缓存。

CPU的一~四级缓存

CPU缓存（Cache Memory）的出现是弥补CPU和主存（主内存，即内存条的）的速度差太大，用于提升效率的，有时可能也叫高速缓存。

高速缓存也分了不少层，一到四级，四级不多听但确实是有。一二级是各个核心独有的，三级缓存是全部核共享的，四级缓存彷佛是为了解决CPU的集显和CPU的速度差问题（CPU内能够有显卡）。通常CPU商品中只标出了三级缓存，其余都不标注。如图所示：

这里看不到L4 Cache，多是由于只有L1~L3才封装在CPU里。

一样的多个核之间的L1、L2也会有缓存一致性问题，相似多核CPU有一些协议保证多个CPU内部缓存之间一致性的协议（MESI），同一个CPU内部的多核内部的缓存的一致性问题应该也是有方案解决的。

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物理核、逻辑核和超线程

• 物理核：是CPU里实实在在封装的物理硬件并发。
• 逻辑核：利用超线程技术模拟出来的核，通常一个物理核能够虚拟出2个，就是CPU商品标出的线程数，有些资料也叫逻辑CPU数
• 超线程：HT，Hyper-Threading，超线程技术就是让一个核模拟出两个核的技术性能
• 物理CPU：即主板上插了多少个的CPU芯片
• 虚拟CPU：假的、虚拟技术实现的CPU，相似VMWare虚拟机中的CPU

疑惑：

逻辑核彷佛有些时候被翻译成逻辑处理器，而处理器一般被我理解为CPU，因此逻辑核，就是逻辑CPU吗? 但这种翻译真的会有点模糊不清容易形成误解。

线程和核的关系

• 线程须要核执行，一个核在同一时间只能执行一条线程，这里的核指逻辑核。
• 决定同时执行线程数的是逻辑核
• 逻辑核心多少个，就能够 “同时” 执行多少线程。

总结

n个物理核，通常有2n个逻辑核，若是只能同时运行物理核数个线程（n），那超线程技术模拟出来的核有什么用? 何况不少CPU的商品也不标 “逻辑核数”，用的词是 “线程数”，意思应该就是逻辑核心多少个就能同时运行多少个线程（2n）。

x核y线程（y比x大）是什么意思

CPU商品说的2核4线程，指2个物理核，4个逻辑核。4线程就是4个逻辑核的意思。

进程和线程

进程是操做系统层面的概念，线程是CPU层面的东西，CPU真正执行的是线程而不是进程 进程是是静态的概念，是一些资源的集合，好比进程有本身的内存；而线程是动态的概念，进程能够有多个线程，这些线程共享同一份进程的资源多进程，目前多核的状况下，能够作到多个进程同时执行；

• 固然也就能够作到多个线程同时执行。可是单核的CPU没法作到 “同时”执行进程。此外进程是必定有端口号吗? 不必定，没网络暴露的就没有。但是肯定有进程号就对了。

并发和并行

并发（concurrency）和并行（parallelism）

• 并行是说物理上的 “同时” 被执行。
• 并发是一种程序设计，可以让多个任务在逻辑上交织执行。

并发设计的程序，能够启动n个线程，好比2个，而后交给2个核，这时两个线程就是并行执行的（“同时”）；这两个线程也能够被1个核 “交替” 执行。

不少时候，会认为并行就是真的同时执行，而并发就是交替执行，这是通常的理解，可是并发真正含义是指设计的程序容许同时或交替执行，是一种程序设计方案。

多CPU 和 单CPU多核

估计是提升计算能力的两个方案，最终选择单CPU多核方案多一点。

多CPU估计也有市场，也有些服务器是多CPU的。

为何单CPU多核方案更胜一筹，主要是这个方案更好?

• 多个核心之间通讯不须要走外部的总线，只须要走CPU内部总线，会快得多。另外单CPU多核也成本较多CPU低，只须要一套芯片组，一套存储，多核之间经过芯片内部总线进行通讯，共享使用内存。

• 多核CPU缓存一致性协议有MSI、MESI（Illinois Protocol）、MOSI、Synapse、Firefly及 Dragon Protocol等。

多CPU的市场：多CPU适用于大计算量，对速度（时间）不（太）敏感的任务，好比一些工程建模，或者像SATI找外星人这种极端的，跑上几千年都不着急的。

单CPU单核

单CPU单核 跑多线程效率必定下降吗?

不必定：

• 下降：若是多线程跑的都是CPU密集型任务，有可能会下降效率，由于仅有的一个核被用满了还要被调度来调度去浪费时间
• 提高：若是多线程跑的都是IO密集型任务，有可能会提升，由于IO比CPU运行慢得多，来回切换线程，让这个核物尽其用。其调度损耗是值得的。

举个例子：我有两家店（两个任务），这两家店隔了一条街道，我招了一个工人（一个CPU核），若是打理一家店铺就很忙得不可开交，你还让他打理两家店，来回在两家店跑来跑去，这反而下降了效率。若是这两个店铺都是处理1小时事情以后闲3个小时的，显然让他来回在两家店跑能榨干他的价值，能提升效率。

单CPU多核

常常会听到CPU都普及多核了，编程应该好好利用，其实确实是存在目前的编程没有充分利用多核CPU的性能，不过多是由于多线程的编程比较复杂的缘由。

单CPU多核，对于多线程确实提高做用大。不要钱的话确定是多核比单核CPU好的呀。

Linux中查看CPU和核信息

cat /proc/cpuinfo 

获得的信息应该是以逻辑核为单位的列表信息。每一个逻辑核的信息包括其归属的物理核ID（core id），以及其归属的物理CPU的ID（physical id）

列出物理CPU及各自的物理核数

cat /proc/cpuinfo | grep -E "physical id|cpu cores" | sed 'N;s/\n/ /' | sort | uniq

假设输出以下，则表示有2个物理CPU，第一个CPU有4个物理核，第二个CPU也是4个：

physical id : 0 cpu cores : 4
physical id : 1 cpu cores : 4

列出物理CPU及各自的逻辑核数

cat /proc/cpuinfo | grep "physical id" | sort | uniq -c

假设输出以下，则表示有两个物理CPU，各自包含8个逻辑核

8 physical id : 0
8 physical id : 1

查询CPU类型（虚拟、真实）

cat /proc/cpuinfo后查看model name，

例如：

Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2682 v4 @ 2.50GHz 大概表示是真实CPU或者QEMU Virtual CPU version (cpu64-rhel6) 表示虚拟CPU

查询CPU是否支持超线程

• 物理内核和物理CPU列表展示：两个物理CPU中各存在4个物理内核

physical id : 0 cpu cores : 4
physical id : 1 cpu cores : 4

• 逻辑内核数码，和对应的物理CPU的id

8 physical id : 0
8 physical id : 1

能够得出第一个CPU（physical id是0）支持，由于其物理核4个逻辑核却又8个，第二个CPU（id是1）一样也支持。若是物理核和逻辑核的数量相等，不表明不支持，可能没打开超线程技术开关。

top命令显示的核数是?

输入top按1能够展现出全部逻辑核，从Cpu0~CpuN，就是说有N+1个逻辑核。

是逻辑核数。

6、Java进程占用CPU超过100% top查看进程的%CPU值，为何会CPU占用率超过100%

由于该进程占用超过一个核，占满2个核就是200%了。

/proc/cpuinfo文件解释

• model name：是CPU的型号主频一些信息

例如Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2682 v4 @ 2.50GHz或者QEMU Virtual CPU version (cpu64-rhel6)应该能大概看得出是虚拟CPU仍是真实的CPU

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• processor：指逻辑核ID，好比0，表示第1个逻辑核，不是零个逻辑核意思
• physical id：物理CPU的ID，0表示第一个
• core id：物理核的ID，0表示第一个
• cpu cores：该物理CPU有多少个物理核
• siblings：该物理CPU有多少个逻辑核（跟cpu cores不同表示开启了超线程技术，不然表示不支持该技术或者未开启）

指令总结（重点学习，以后可能会用的上哦！）

• 一、物理CPU数

cat /proc/cpuinfo | grep 'physical id' | uniq |wc -l

uniq是为了去掉多个逻辑核同属于一个物理CPU

• 二、物理核数（全部CPU）

cat /proc/cpuinfo | grep 'core id' | uniq |wc -l

uniq为了去掉多个逻辑核属于同一个物理核

上述计算方式是计算全部CPU加起来有多少核，并非计算某个CPU有多少核

• 三、物理核数（某个CPU）

cat /proc/cpuinfo 后查看cpu cores，该值记录了对应的物理CPU（以该条目中的physical id标识）有多少个物理核。

• 四、逻辑核数（全部CPU）

逻辑核数，有些地方会逻辑CPU数

cat /proc/cpuinfo | grep 'processor' | wc -l

• 五、逻辑核数（某个CPU）

cat /proc/cpuinfo后查看siblings，该值记录了对应的物理CPU（以该条目中的physical id标识做分组）有多少个逻辑核。

• 六、查看是否支持超线程

cat /proc/cpuinfo后查看siblings和cpu cores不一致，说明该physical id的CPU支持超线程，若是一致，明不支持超线程，或者超线程未打开。