HT超線程技術(shù)

在8O年代中期，線程的概念被引入到操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，它是比進(jìn)程更小的能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位．操作系統(tǒng)中引入進(jìn)程的目的，是為了使多個(gè)程序并發(fā)執(zhí)行，以改善資源利用率及提高系統(tǒng)的吞吐量．進(jìn)程有兩個(gè)基本屬性：(1)進(jìn)程是一個(gè)可擁有資源的獨(dú)立單位；(2)進(jìn)程是可以獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位．因?yàn)檫M(jìn)程是一個(gè)資源擁有者，所以在進(jìn)程的創(chuàng)建、撤消和切換中，系統(tǒng)必須為之付出較大的時(shí)空開(kāi)銷．因而，在系統(tǒng)中所設(shè)置的進(jìn)程數(shù)目不宜過(guò)多，進(jìn)程切換的頻率也不宜過(guò)高，也就限制了并發(fā)程度的進(jìn)一步提高．產(chǎn)生線程的概念，也是由于上述原因，有不少操作系統(tǒng)的學(xué)者們想到，將進(jìn)程的兩個(gè)屬性分開(kāi)進(jìn)行處理．即對(duì)作為調(diào)度和分派的基本單位，不同時(shí)作為獨(dú)立分配資源的單位，以使之輕裝運(yùn)行，而對(duì)擁有資源的基本單位，又不頻繁地對(duì)之進(jìn)行切換．在引入線程的操作系統(tǒng)中，線程是進(jìn)程中的一個(gè)實(shí)體，是被系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位。線程自己基本上不擁有系統(tǒng)資源，只擁有一點(diǎn)在運(yùn)行中必不可少的資源(如程序計(jì)數(shù)器、一組寄存器和棧)，但它可與同屬一個(gè)進(jìn)程的其它線程共享進(jìn)程所擁有的全部資源．一個(gè)線程可以創(chuàng)建和撤消另一個(gè)線程；同一進(jìn)程中的多個(gè)線程之間可以并發(fā)執(zhí)行．由于線程之間的相互制約，致使線程在運(yùn)行中也呈現(xiàn)出間斷性．相應(yīng)地，線程也同樣有就緒、阻塞和執(zhí)行三種基本狀態(tài)，有的系統(tǒng)中線程還有終止?fàn)顟B(tài)等．1．2 超線程技術(shù)(Hyper—Threading Technology縮寫(xiě)為HTT)超線程技術(shù)就是利用特殊的硬件指令，把兩個(gè)邏輯內(nèi)核模擬成兩個(gè)物理芯片，讓單個(gè)處理器都能使用線程級(jí)并行計(jì)算．具體講，就是通過(guò)CPU的寄存器構(gòu)成了兩個(gè)邏輯處理器，來(lái)共享處理器的物理執(zhí)行單元，并同步進(jìn)行加、乘、負(fù)載等操作．操作系統(tǒng)或者應(yīng)用軟件的多線程可以同時(shí)運(yùn)行于一個(gè)HTT處理器上，兩個(gè)邏輯處理器共享一組處理器執(zhí)行單元，并行完成加、乘、負(fù)載等操作，這樣就可以使得運(yùn)行性能提高，這是因?yàn)樵谕粫r(shí)間里，應(yīng)用程序可以使用芯片的不同部分．雖然單線程芯片每秒鐘能夠處理成千上萬(wàn)條指令，但是在任一時(shí)刻只能夠?qū)σ粭l指令進(jìn)行操作．而超線程技術(shù)可以使芯片同時(shí)進(jìn)行多線程處理，使處理器性能得到提升。

CPU發(fā)展到今天，其整體速度雖然越來(lái)越快，內(nèi)部的執(zhí)行單元卻越來(lái)越得不到充分的利用．為什么呢

當(dāng)今的處理器發(fā)展普遍向著提高處理器指令平鋪速率的方向邁進(jìn)，但由于所使用的處理器資源會(huì)有沖突，因此性能提升的效果并不理想。而通過(guò)Hyper-Threading技術(shù)，通過(guò)在一枚處理器上整合兩個(gè)邏輯處理器（注：是處理器而不是運(yùn)算單元）單元，使得具有這種技術(shù)的新型CPU具有能同時(shí)執(zhí)行多個(gè)線程的能力，而這是現(xiàn)有其它微處理器都不能做到的。

簡(jiǎn)單的說(shuō)，Hyper Threading是一種同步多執(zhí)行緒（SMT，simultaneous Multi-threading）技術(shù)，它的原理很簡(jiǎn)單，就是把一顆CPU當(dāng)成兩顆來(lái)用，將一顆具Hyper-Threading功能的“實(shí)體”處理器變成兩個(gè)“邏輯”處理器而邏輯處理器對(duì)于操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)跟實(shí)體處理器并沒(méi)什么兩樣，因此操作系統(tǒng)會(huì)把工作線程分派給這“兩顆”處理器去執(zhí)行，讓多種應(yīng)用程序或單一應(yīng)用程序的多個(gè)執(zhí)行緒（thread），能夠同時(shí)在同一顆處理器上執(zhí)行；不過(guò)兩個(gè)邏輯處理器是共享這顆CPU的所有執(zhí)行資源。

盡管提高CPU的時(shí)鐘頻率和增加緩存容量后的確可以改善性能，但這樣的CPU性能提高在技術(shù)上存在較大的難度。實(shí)際上在應(yīng)用中基于很多原因，CPU的執(zhí)行單元都沒(méi)有被充分使用。如果CPU不能正常讀取數(shù)據(jù)（總線/內(nèi)存的瓶頸），其執(zhí)行單元利用率會(huì)明顯下降。另外就是大多數(shù)執(zhí)行線程缺乏ILP（Instruction-Level Parallelism，多種指令同時(shí)執(zhí)行）支持。這些都造成了CPU的性能沒(méi)有得到全部的發(fā)揮。因此，Intel則采用另一個(gè)思路去提高CPU的性能，讓CPU可以同時(shí)執(zhí)行多重線程，就能夠讓CPU發(fā)揮更大效率，即所謂“超線程（Hyper-Threading，簡(jiǎn)稱“HT”）”技術(shù)。超線程技術(shù)就是利用特殊的硬件指令，把一個(gè)物理內(nèi)核模擬成兩個(gè)邏輯內(nèi)核，讓單個(gè)處理器都能使用線程級(jí)并行計(jì)算，進(jìn)而兼容多線程操作系統(tǒng)和軟件，減少了CPU的閑置時(shí)間，提高的CPU的運(yùn)行效率。

采用超線程及時(shí)可在同一時(shí)間里，應(yīng)用程序可以使用芯片的不同部分。雖然單線程芯片每秒鐘能夠處理成千上萬(wàn)條指令，但是在任一時(shí)刻只能夠?qū)σ粭l指令進(jìn)行操作。而超線程技術(shù)可以使芯片同時(shí)進(jìn)行多線程處理，使芯片性能得到提升。2100433B