《操作系统导论》第10章读书笔记：多处理器调度(高级)

—— 杭州 2024-03-26 夜

1.背景：多处理器架构

2.别忘了同步

3.最后一个问题：缓存亲和度

4.单队列调度和多队列调度

5.Linux多处理器调度和小结

6.补充笔记：多线程和多进程在单核CPU和多核CPU上的并行和并发情况况(GPT第一次回答)

在讨论多线程和多进程在单核和多核CPU上的并行和并发情况时，重要的是要理解“并行”和“并发”的区别：

• 并行（Parallelism）：是指两个或更多任务同时执行。在多核CPU中，可以实现真正的并行，因为不同的核可以同时执行多个任务。

• 并发（Concurrency）：是指管理多个同时处于开启状态的任务的能力。在单核CPU中，任务被快速地切换执行，给人一种多任务同时进行的错觉。

单核CPU上的多线程和多进程

在单核CPU上，无论采用多进程还是多线程，都只能实现并发，而不是真正的并行。

• 多线程：在单核CPU上，多线程是通过时间片轮转或其他调度技术实现的。这意味着线程会被操作系统快速切换执行，每个线程运行一小段时间后让出CPU给其他线程。尽管看起来像是同时在执行，但实际上在任何给定的时间点，CPU只执行一个线程的任务。

• 多进程：与多线程类似，多进程在单核CPU上也只是并发执行。操作系统会在不同的进程间进行上下文切换，以允许每个进程交替地使用CPU资源。同样，进程切换会给系统带来一定的开销。

多核CPU上的多线程和多进程

在多核CPU上，可以实现真正的并行处理。

• 多线程：如果一个应用程序创建了多个线程，现代操作系统可以将这些线程分配给不同的CPU核心，从而实现并行执行。这样，线程之间可以同时运行，加速任务的完成。但并行也引入了新的挑战，例如线程同步和数据一致性问题。

• 多进程：多核CPU同样可以让多个进程并行运行，每个核心上运行一个独立的进程。这提高了应用程序的性能和响应能力，特别是对于计算密集型的任务。由于每个进程拥有独立的地址空间，这也减少了进程间的干扰和潜在的错误传播。

总结

• 在单核CPU上，无论是多线程还是多进程，我们都只能实现并发，因为任务实际上是交替执行的。
• 在多核CPU上，我们可以实现并行，因为可以有多个任务（线程或进程）在同一时间内在不同的核上运行。

并行和并发都可以提高程序的性能，但必须通过适当的同步机制来管理，以避免竞态条件、死锁等多任务处理中常见的问题。

7.补充笔记：多线程和多进程在单核CPU和多核CPU上的并行和并发情况(GPT第二次回答)

在解释多线程和多进程在单核和多核CPU上的并行和并发情况之前，让我们先定义并行和并发的含义：

• 并发（Concurrency）: 是指系统能够处理多个任务的能力；在单个核心的CPU上，它通过任务间快速切换（上下文切换）来实现，给用户一种同时执行多个任务的感觉。
• 并行（Parallelism）: 是指系统同时进行多个任务的能力；在多个核心的CPU上，不同的核心可以同时执行不同的任务。

下面是一个表格，概述了多线程和多进程在单核和多核CPU上的并行和并发性：

CPU类型	多线程	多进程
单核CPU	并发执行（通过线程间的快速切换）	并发执行（通过进程间的快速切换）
多核CPU	并行执行（如果有足够的核心，线程可以同时运行）	并行执行（如果有足够的核心，进程可以同时运行）

单核CPU

• 多线程:

  • 并发: 是的。单核CPU可以在不同的线程间进行快速切换，从而实现并发。
  • 并行: 否。由于只有一个核心，不能真正同时执行多个线程。

• 多进程:

  • 并发: 是的。同样，单核CPU可以在不同的进程间进行快速切换，提供并发执行能力。
  • 并行: 否。单核中的进程无法真正并行执行。

多核CPU

• 多线程:

  • 并发: 是的。多线程非常适合多核CPU，因为可以在不同的核心上同时运行多个线程。
  • 并行: 是的。当有多个核心时，可以真正同时运行多个线程，实现并行。

• 多进程:

  • 并发: 是的。多进程也可以实现并发，操作系统可以在多个核心之间分配进程。
  • 并行: 是的。与多线程相同，多个进程可以在多核CPU的不同核心上并行运行。

在选择多线程或多进程时，应考虑其他因素，如共享数据的需求、上下文切换的开销、内存使用、开发复杂性等。多线程共享同一进程的内存空间，这使得线程间的数据共享更简单，但也可能带来同步复杂性。而多进程则拥有各自独立的内存空间，这提供了更好的隔离性，但数据共享更为复杂，通常需要使用进程间通信（IPC）机制。