physical CPU vs logical CPU vs Core vs Thread vs Socket(翻译)
原文地址: http://www.daniloaz.com/en/differences-between-physical-cpu-vs-logical-cpu-vs-core-vs-thread-vs-socket/
水平所限,翻译不准确的地方望指正。
当我们使用像 nproc或者 lscpu等命令 来在CPU级别上获取计算机的架构和性能的时候,我们常常会发现我们不能够正确的解释这些命令的结果,原因在于我们搞不清楚一些术语的含义,例如: 物理CPU (physical CPU)、 逻辑CPU(logical CPU)、虚拟CPU(virtual CPU)、核数(core)、线程数(thread)、颗数(socket)等。如果再加上 超线程(不要与多线程搞混了)的概念,我们就完全搞不清楚我们的机器是多少核(Core)的了,比如说,我们明明购买的是一个配置为 4核处理器的机器,使用htop命令的结果却显示我们有8个cpu。总而言之,真是一团乱麻 o(╯□╰)o。
为了阐述清楚这些问题,我将使用一组简单的图表,希望能够让你容易地明白上面这些概念,从此不再困惑。
起步:单核CPU ( single core CPUs )和超线程(HyperThreading)
但是后来Intel意识到 在一台多处理器的机器上不同处理器之间的通信非常的低效,因为这样的通信必须经过系统总线(the system bus),而系统总线通常速度都很慢。这样就常常会造成性能瓶颈,无法充分利用每一个CPU提供的计算能力。
为了应对上面提到的问题,发明了超线程技术(HyperThreading), 超线程的原理是在同一个cpu芯片内部有些内部组件会存在多份,比如 寄存器或者一级缓存,这样同一个cpu就可以用来执行多个线程或者进程,并且它们之间的通信是在cpu内部,不会造成因为要经由系统总线通信而造成的性能瓶颈。如果一个进程因为等待一个中断而阻塞,那另一个进程就可以继续使用这个cpu来计算(注: 所以实际上超线程并不能真正意义上实现并行)。
这种方式的确可能加速多个计算进程,并提供比传统的处理器更为强大的整体性能。某种程度上来说,此时的操作系统是被欺骗了的,因为超线程实际上仅仅提供了两个虚拟或者逻辑CPU(LCPU)就让操作系统可以"同时"执行两个进程了(注:注意 同时 加了引号)。需要重点指出的是: 使用超线程技术的处理器 是无法提供一个传统处理器两倍的计算能力的,也不能够实现真正意义上的并行计算。(注: 这就是前面 同时 加了引号的原因)
因此,从Linux或者其他操作系统的角度来看:一个单核处理器却展现出拥有两个处理器的能力。 只不过这两个逻辑cpu运行在同一个物理cpu内部而已。
下面这张图说明了 超线程的实现原理:
进一步改进:多核架构的出现(multi-core architectures)
就像前面说的那样,尽管超线程技术提供了更强的处理性能,但是终究无法像两个独立的物理处理器那样。所以进一步的改进是 将所有处理器组件做的更小,实现在同一个芯片上可以同时存在多个处理器。在同一个芯片上的每一个处理器我们称之为 核(Core),同一个芯片上的多个核也无需通过慢速的系统总线通信,因为在这个芯片内部存在内部总线。
注: 我们常说的几颗几核的含义: Core(核) 代表一个独立的Cpu, Socket(颗) 本意是插槽, 代表一个主板上的芯片,多核架构就是在一个芯片上放多个处理器,就像上面说的那样, 所以如果我们说 2颗4核, 代表主板上有2个芯片插槽,每个芯片上存在4个cpu,所以我们有8个物理cpu,如果存在超线程,我们还可能多出8个逻辑cpu,总共16个逻辑cpu
下面这张图展示了一个 四核CPU,并且使用了超线程技术,我们可以看到这四个核都存在于同一个芯片上(CPU chip),它们通过内部的BUS INTERFACE通信。
与超线程技术不同,现在我们完全拥有了成倍的处理能力。而且从性能上来说, 一个一颗四核的处理器要更优于四个一颗一核(也就是传统的单核CPU)的处理器。
在操作系统层面上来看,一个物理的四核处理器将被看做四个独立的处理器。如果提供了超线程,那么可能会再多出4个逻辑处理器(LCPU),这样的话我们通过命令行查看的话就会显示出有8个cpu,但是就像我们前面已经指出的那样,因为超线程才拥有的这8个cpu肯定比不上 一个没有超线程的物理的8核处理器。
1 LCPU = 1 thread
有时候我们会发现处理器标称每核有4线程,2线程或类似的说法,简单来说这就是指每核cpu上能够“同时”运行的线程或进程数(注意同时依旧加了引号),基本上就是一个逻辑cpu(LCPU)能运行一个进程或线程。如果每核能执行2个或更多的线程,那么一定使用了超线程技术,否则每一核就只能运行一个线程或进程。
Logical CPU vs Virtual CPU
虚拟CPU基本等同于逻辑CPU,但是存在一点不同:虚拟CPU更多的是限定在 计算虚机化的语境内。虚拟CPU映射到 虚拟化底层的宿主机硬件资源,通常来说,一个宿主机上的逻辑cpu就映射为一个虚拟机内部的虚拟CPU,所以他们基本上是同一个术语。
注:
最后附上我的一台环境的cpu信息,这是一个运行虚拟机的宿主机,我们看到它有40个逻辑cpu, 我在虚拟化管理台上给一个虚拟机分配40个cpu的时候会报错,39个就能成功创建,某种程度上证明了上面关于虚拟cpu的说法: