多核程序设计-2
多核处理器体系结构及并行程序设计
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Floating Point
Integer
Floating Point
Integer
L1 D-Cache and D-TLB
L1 D-Cache and D-TLB
Even 2 floating point threads can be executed at the same time now (per processor) as there are multiple floating point execution units
– 只共享系统总线，独立缓存 – 高性能，资源冲突少
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双核技术 VS. 超线程技术
• 双核是真正意义上的双处理器
– 不会发生资源冲突 – 每个线程拥有自己的缓存、寄存器和运算器
• 一个3.2GHz Smithfiled在性能上并非等同于3.2GHz P4 with HT 的2 倍
Integer
Rename/Alloc uop Queues Schedulers
BTB & I-TLB Decoder
Trace Cache
Floating Point
uCode ROM
2 threads CANNOT be executed at the same time (per processor) if
BTB & I-TLB Decoder
Trace Cache
Floating Point
uCode
ROM
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多核技术与超线程技术的结合
Dual Core
2 threads/socket
Dual Core with Hyper-Threading
基于多核的OpenMp并行程序设计
基 于 多核 的Ｏ ｐ ｅｎＭｐ并 行 程 序 设 计
彭 曦 顾炳根 李展 涛 （桂林理工大学 信 息科 学与工程 学院 广西 桂林 ５４１００４）
摘 要 ： 介绍 多核计算 的出现和 一种面 向共享存储 器的 多处理器 多线程并行 编程语 言ＯｐｅｎＭｐ，然后再 以一个 实例来说 ＂￣ＯｐｅｎＭｐ在多核 下如何进 行并行程 序设 计，通过计算 加速 比说 明使用ＯｐｅｎＭｐ编程后程序 执行效率得 到显著提 高
ＯｐｅｎＭＰ是 一种 面 向共 享存 储器 的多处 理器 多 线程 并行 编程 语 言 ，线 程 间通 过共 享变 量传 递数 据结 果 。ＯｐｅｎＭＰ标 准形 成 于１９９７年 ，它 是一 种ＡＰＩ， 用于 编 写可 移植 的 多线 程应 用 程序 。ＯｐｅｎＭＰ程 序 设计 模 型提 供 了一 组 与平 台无 关 的编 译指 令 、指 导命 令 、 函数 调用 和环 境变 量 ，可 以显 式地 指 导编 译器 如何 以及何 时利 用 应用 程 序 中的 并行 性 。ＯｐｅｎＭＰ通 过对 原有 的 串行 代 码 插 入 一 些 指 导 性 的注 释 ，并 进 行必 要 的修 改 ，可 以 快 速 的 实现 并 行 编 程 ，而 这些 注释 的解 析 由编译 器所 完成 。 目前 ，Ｃ，ｃ＋＋，Ｆｏｒｔｒａｎ语 言都 支 持ＯｐｅｎＭｐ，所 有ＯｐｅｎＭｐ的并 行化 都 是通 过使用 嵌 入到ｃ，ｃ＋＋或 Ｆｏｒｔｒａｎ源 代 码 中 的编 译制 导语 句来 达到 的 。
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ—ｂｌｏｃｋ
ＯｐｅｎＭＰ的所有 编 译指 导 语句 以＃ｐｒａｇｍａ ｏｍｐ开 始 ，其 中ｄｉｒｅｃｔｉｖｅ部分 就 包 含 Ｏｐｅｎｌｌｅｌ ｆｏｒ、
ｓｅｃｔｉｏｎ、 ｓｅｃｔｉｏｎｓ、 ｓｉｎｇｌｅ、 ｍａｓｔｅｒ、 ｃｒｉｔｉｃａｌ、 ｆｌｕｓｈ、 ｏｒｄｅｒｅｄ，
《基于FPGA的多核处理器系统的研究与设计》范文
《基于FPGA的多核处理器系统的研究与设计》篇一一、引言随着科技的快速发展，处理器性能的需求不断提升，传统单核处理器已经难以满足日益增长的计算需求。
因此，多核处理器系统成为了研究的热点。
本文以基于FPGA（现场可编程门阵列）的多核处理器系统为研究对象，对其进行了详细的研究与设计。
二、研究背景及意义FPGA作为一种可编程的硬件设备，具有高度的并行性、灵活性和可定制性，因此被广泛应用于高性能计算、信号处理等领域。
而多核处理器系统则通过集成多个处理器核心，实现了更高的计算性能和更快的处理速度。
将FPGA和多核处理器系统相结合，可以构建出高性能、高灵活性的多核处理器系统，对于提高计算性能、降低功耗、增强系统稳定性等方面具有重要的意义。
三、FPGA多核处理器系统的设计（一）系统架构设计基于FPGA的多核处理器系统主要由多个FPGA芯片组成，每个FPGA芯片上集成了多个处理器核心。
系统采用共享内存的方式，实现了各个处理器核心之间的数据交换和通信。
此外，系统还包含了控制模块、接口模块等部分，以实现系统的整体控制和外部接口的连接。
（二）处理器核心设计处理器核心是FPGA多核处理器系统的核心部分，其设计直接影响到整个系统的性能。
在处理器核心设计中，需要考虑指令集设计、数据通路设计、控制单元设计等方面。
指令集设计需要考虑到指令的兼容性、可扩展性和执行效率；数据通路设计需要考虑到数据的传输速度和带宽；控制单元设计则需要考虑到处理器的控制流程和时序。
（三）系统通信设计系统通信是FPGA多核处理器系统中非常重要的一部分，它涉及到各个处理器核心之间的数据交换和通信。
在系统通信设计中，需要考虑到通信协议的设计、通信接口的选择、通信速度和带宽等方面。
常用的通信协议包括总线协议、消息传递协议等，需要根据具体的应用场景进行选择和设计。
四、系统实现与测试（一）硬件实现在硬件实现阶段，需要根据设计要求选择合适的FPGA芯片和开发工具，完成电路设计和布局布线等工作。
多核技术
多核技术魏宇新（电子信息科学与技术12-2）摘要：多核技术就是把多个处理器集成在一个芯片内，是对称多处理系统的延伸，设计的主要思想是通过简化超标量结构设计，将多个相对简单的超标量处理器核集成到一个芯片上，从而避免线延的影响，并充分开发线程级并行性，提高吞量。
关键词：多核技术概念，产生，分类，技术，应用。
文献标识码：AMulti-core technologyW E I Y u x i nAbstract:Multi-core technology is the integration of multiple processors in a single chip, is a symmetric multiprocessing system extension, the main idea is that by simplifying the design of a superscalar design, the number of relatively simple superscalar processor core integrated into a on the chip, thereby avoiding the influence line extension, and thread-level parallelism to fully develop and improve throughput capacity.Keywords: multi-core technology concept generation, classification, technology and application0引言所谓“双核技术”，就是在处理器上拥有两个一样功能的处理器核心，即将两个物理处理器核心整合人一个内核中。
两个处理核心在共享芯片组存储界面的同时，可以完全独立地完成各自地工作，从而能在平衡功耗的基础上极大地提高CPU性能。
C语言中的并行计算与多核处理器编程
C语言中的并行计算与多核处理器编程C语言是一门广泛应用于嵌入式系统、操作系统和科学计算等领域的高级编程语言。
它以其高效性和灵活性而闻名，而并行计算和多核处理器编程是当今计算机领域中的热门话题。
本文将详细介绍C语言中的并行计算和多核处理器编程，包括并行计算的概念、多核处理器的原理以及如何有效地在C语言中实现并行计算。
一、并行计算的概念并行计算是指多个操作同时进行，以提高计算速度和系统性能的计算方式。
与串行计算不同，串行计算是指按照顺序逐个执行操作。
并行计算的主要形式有数据并行和任务并行。
数据并行是指将大规模的数据集分解成多个小规模的数据集，然后分配给多个处理器同时处理。
任务并行是指将一个大任务分解成多个小任务，然后分配给多个处理器同时执行。
二、多核处理器的原理多核处理器是指在一个物理芯片上集成了多个处理器核心，每个处理器核心都具有独立的运算和存储能力。
多核处理器通过并行计算的方式，可以同时执行多个任务，提高系统的性能。
多核处理器采用了多级缓存、数据共享和并行调度等技术，以实现任务的分配和协调，从而更有效地利用处理器的资源。
三、C语言中的并行计算在C语言中实现并行计算需要依赖并行计算库和多线程编程技术。
常用的并行计算库有OpenMP和MPI。
OpenMP是一种基于共享内存的并行计算库，可以通过在代码中插入指令来实现并行化。
MPI是一种基于消息传递的并行计算库，用于在不同处理器之间进行通信和协调。
同时，C语言还提供了多线程编程技术，可以通过创建多个线程来实现并行计算。
四、多核处理器编程在多核处理器编程中，任务的划分和调度是关键。
可以通过任务划分和负载均衡来实现有效的并行计算。
任务划分是将一个大任务分解成多个小任务，然后分配给多个处理器核心执行。
负载均衡是保持各个处理器核心的工作量大致相同，避免出现任务执行时间过长或者某个处理器核心空闲的情况。
在C语言中，可以使用线程库如pthread来创建多个线程，并利用线程的特性进行任务划分和负载均衡。
多核计算机上的并行计算
表 １用算法 ２进行求和并行计算 的加速 比和效率
双核
Ｐ
ｌ ２
四核
， ％） ｒ Ｉ （ Ｐ
１ ２
ｔｓ （）
０５ｌ ． ５ Ｏ
．
Ｓ ｐ
ｔｓ （）
＂
Ｓ ｐ
１９ ３ ＂９
ｍ（ ） ％
９ ６ ９． ４
ｏ ｒ ｕｔ ｎ ＋ Ｃ ｆ ｄ ｃｉ （ ：Ｃ） ； ｒｅ ｏ
３ 结语
通过 以上算例在各种 环境 下的运行 结果可 以看 出，拥 有 多核 Ｃ Ｕ的计算 机实际上是并行计算机 ，串行程序 只使 用 了 Ｐ
多核 Ｃ Ｕ的一个核 ，由于多核 Ｃ Ｕ拥有共享 主存 ，因此 对于 Ｐ Ｐ
变 ，由于设计理 念的不 同 ，在单 核 Ｃ Ｕ上运行 良好 的软件或 Ｐ 者传统 的算法不 能使多核 Ｃ Ｕ发挥其 最大效 能 ，要想 高效利 Ｐ 用 多核 Ｃ Ｕ，就必 须将 编程 思想从 “ Ｐ 串行 ”转 变 到 “ 行 ” 并 上 ，改进 原有 的程序 和算法 。
算法 ２ （ 使用 Ｏ ｅ ＭＰ的归约求 和算法） ｐｎ
得满意的多核并行效果 。
ｋ ｎ ＋ ） Ｃ［ Ｄ ＋ ＜ ；ｋ ＋ ｉ 】 ＝ａ［ 【】 ］ ｉ ｋ 】 ｂ【】 Ｄ； ｋ 】｝
算法 ４ （ｐ ｎ Ｏ ｅＭＰ环境下矩阵乘积并行算法）
＃ ｎ ｌ ｄ ｏ ．＞ ｉ ｃ ｕ ｅ＜ ｍｐｈ
ｍ ｉ ａｎ ０
｛ ｏ ｐ ｓｔｎ ｍ ｔｒａ ｓ （ ｐｏ ）； ＃ ｒｇ ａ ｏ ｐ ｐ ｒｌ ｌ ｍ — ｅ ｕ ＿ｈ ｅ ｄ Ｎ ｒｃ ＿ ｐａ ｍ ｍ ａａ ｅ ｌ
ｆｒ （ ｌ ＜＝ ；ｉ ＋ ｓ ｍ＝ ｕ ｉ ｏ ｉ ；ｉ ｎ ＋ ） ｕ ｓ ｍ＋ ； ＝ ｝
2009并行计算与多核程序设计03-04并行计算基础
并行性措施及困难
一、并行性措施
时间重叠：时间上错开，轮流重叠使用硬件：如流水线 资源重复：空间重叠，以量取胜 资源共享：多用户按时间顺序轮流使用同一套资源：如分时系统 任务分配非常困难
二、并行性困难
可并行性：任务的并行性划分和分发
算法对并行性的限制
算法不仅与问题有关，还与硬件有关
/fatlab
(a)二叉树
(b)星形连接
(c)二叉胖树
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网络参数
/fatlab
浙 江 大 学 软 硬 件 协 同 设 计 实 验 室
静态互连网络与动态互连网络
静态互连网络
处理单元间有着固定连接的一类网络，在程序执行期 间，这种点到点的链接保持不变；典型的静态网络有 一维线性阵列、二维网孔、树连接、超立方网络、立 方环、洗牌交换网、蝶形网络等 用交换开关构成的，可按应用程序的要求动态地改变 连接组态；典型的动态网络包括总线、交叉开关和多 级互连网络等。
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浙 江 大 学 软 硬 件 协 同 设 计 实 验 室
静态互连网络----二维网孔
N×N二维网孔（2-D Mesh）
/fatlab
每个节点只与其上、下、左、右的近邻相连（边界节点除外）， 节点度为4，网络直径为 2N-1，对剖宽度为N 在垂直方向上带环绕，水平方向呈蛇状，就变成Illiac网孔了，节 点度恒为4，网络直径为N-1，而对剖宽度为2N 垂直和水平方向均带环绕，则变成了2-D环绕（2-D Torus）， 节点度恒为4，网络直径为2[N/2]，对剖宽度为2N
处理机之间的通信开销限制
当通信开销大时并行处理技术得不偿失
基于MPICH的多核并行程序设计
消息传递编程模型 ， 义了一个 实现消息传递模 型标准 的程 定
序库 ， 最终 目的是服务于进程 问通 信这一 目 标 。Ｍ Ｉ 并 Ｐ合
了包括异构性管理 、 模块化 程序创 建 、 迟 （ 步操作 ） 理 延 异 管
以及全局操作 （ 集合操作 ） 等各方面 的复杂支持 ， 成功地成 为 并行计算机的标准编程模型 Ｊ 。 ＭＰＣ ＩＨ是一种最 重要 的 ＭＰ Ｉ实现 ， 版 本开 发 与 ＭＰ 其 Ｉ 规范制定 同步 ， 现行 最新版本为 Ｍ Ｉ Ｈ ＰＣ ２—１０ ８ 可以从 ｈ— ．． ， ｔ
力 。在 这种 背景 下 ， 主 流 处 理 器 厂 商 纷 纷 将 产 品 战 略 从 提 各
ＭＰＣ Ｉ Ｈ是 ＭＰ 一２的完全实 现。ＭＰＣ Ｉ ＩＨ除包 含 ＭＰ 函数库 Ｉ 之外 ， 还包含 了一套程 序设计 与运行环 境 （ 包括 并行性 能可
视化分 析 工 具 和 性 能 测 试 工具 等 ） 支 持 Ｕ Ｉ Ｌｎｘ和 ， Ｎ Ｘ、 ｉｕ
核 的存 在 ， 需要 把 软 件 设 计 成 多 进 程 ， 且 将 这 些 进 程 与 底 并
其 主要特 点是 ： 开放源码 ； 高效率 、 ① ② 可移植性好 、 功能强 大 ； 支持 多核 （ ｌ—ｏ ） 多程序 多数据 （ ｕｔ ｌ ｐｏｒ ③ Ｍｕｔｃｒ 、 ｉ ｅ ｍ ｌｐｅ ｒｇａ ｉ ｍ
个原因 ： 一是半导体 工艺 的逐渐 提高 ； 二是 处理器 体系结 构 的不断发展。但 是 ， 进入 ２ 世纪 以来 ， ｌ 传统 的处理器体 系结
构技术 已面临瓶颈 ， 处理器集成 的晶体 管数 目已经超 过上亿
个， 很难单纯通过提 高主频 来提 升性能 ， 而且 主频 提高 的同 时也带来 功耗 的增加 ， 从而直接促使处理器 从单核 向多 核发 展。另一 方面 ， 日益 复杂 的多媒体 、 学计算 、 业智 能 、 科 商 数 据挖掘 、 图像处理等多个应用领域都呼唤更 为强大 的计算 能
C++ 多核编程 第一章
● 配置 3 代表了当前多处理器的发展趋势，它在一个芯片上提供完整的多个处理器。 如同您将在第 2 章所看到的，一些多核设计在核的内部支持超线程。例如，一个使用 了超线程技术的双核处理器可以将自己作为四核处理器呈现给操作系统。
在本书中，目标平台是多核平台。为了充分利用多核平台，您需要理解做些什么工作 才能获得 CMP 的性能。您需要理解 CMP 中的哪些部分是可以控制的。您将看到可以通过 编译器、操作系统调用/库、语言特性、应用程序级库来访问 CMP。但首先，为了理解如 何处理 CMP 访问，需要对处理器体系结构有基本的理解。
1.2 多核体系结构
CMP 有多种形式：两个处理器(双核)、四个处理器(四核)和八个处理器(八核)结构。有 些结构是多线程，有些结构不是。在新的 CMP 中，高速缓冲存储器(cache)和内存的处理 方式有着几种变体，在不同的实现中，处理器与处理器之间的通信方法也不同。来自各大
主要芯片生产商的 CMP 实现中，在处理 I/O 总线和前端总线(Front Side Bus，FSB)上均不 相同。
3
C++多核高级编程
的诱惑。例如，您可能会倾向于相信在文本中进行并行关键字搜索理所当然地比顺序搜索 快，但是这依赖于需要搜索的文本的规模，同时还依赖于启动多个并行搜索 agent 所需要 的时间和开销数量。设计决策者若赞成使用并发的解决方案，则必须考虑盈亏临界点和问 题规模。在多数情况下，软件设计和软件实现是分开进行的，而且很多时候是由不同的小 组来执行的。但是当主要的系统需求是软件加速或性能优化时，软件设计小组必须至少清 楚软件实现的选择，而软件实现选择必须知道潜在的目标平台。
C语言的多核编程与并行执行
C语言的多核编程与并行执行概述C语言是一种广泛使用的编程语言，可以用于开发各种类型的应用程序。
在当今计算机硬件技术的快速发展中，多核处理器已经成为主流。
多核处理器具有多个独立的CPU核心，可以同时执行多个任务。
为了充分利用多核处理器的潜力，开发人员需要使用适当的技术和编程模型来进行多核编程和并行执行。
本文将介绍C语言中的多核编程和并行执行的基本概念和技术，并提供一些实例来帮助读者理解。
什么是多核编程和并行执行多核编程是指在多核处理器上编写代码以利用多个CPU核心并行执行任务的过程。
在单核处理器上，程序的执行是线性的，即一次只能执行一个指令。
而在多核处理器上，不同的CPU核心可以同时执行不同的代码片段，从而加快程序的执行速度。
并行执行是指多个任务同时进行，每个任务在一个独立的线程中执行。
通过在不同的CPU核心上创建线程，可以实现多个任务的并行执行。
多核编程的挑战虽然多核处理器有助于提高计算机系统的性能，但多核编程也带来了一些挑战。
以下是一些常见的挑战：数据共享和同步在多核编程中，多个线程可以同时访问和修改共享的数据。
这可能导致数据竞争和不一致的结果。
为了解决这个问题，开发人员需要使用同步机制来确保线程之间的正确协同工作，例如使用互斥锁、条件变量等。
负载平衡在多核处理器上，任务的负载应该平衡在不同的CPU核心上。
如果负载不平衡，某些核心可能一直处于空闲状态，而其他核心却忙于处理更多的任务。
开发人员需要设计和实现合适的调度算法来平衡任务的负载。
可扩展性多核编程要求程序能够有效地扩展到多个CPU核心上。
如果程序的设计和实现不具备可扩展性，增加CPU核心的数量可能无法提高性能。
开发人员需要使用可扩展的算法和数据结构来实现可扩展的程序。
C语言中的多核编程技术C语言提供了一些用于多核编程的技术和库。
以下是一些常用的技术：线程库C语言提供了线程库（pthread）来创建和管理线程。
线程库提供了创建线程、销毁线程、同步线程等功能。
国开电大C语言程序设计形考任务2参考答案
题目1.当处理特定问题时的循环次数已知时，通常采用的语句是（）。
a. forb. whilec. do-whiled. switch【答案】：for题目2.在switch语句的每个case块中，假定都是以break语句结束的，则此switch语句容易被改写成的语句是（）。
a. forb. ifc. dod. while【答案】：if题目3.for语句能够被改写成的语句是（）。
a. 复合b. ifc. switchd. while【答案】：while题目4.下面循环语句执行结束后输出的i值为（）。
for(int i=0; i<n; i++) if(i>n/2) {cout<<i<<endl; break;}a. n/2b. n/2+1c. n/2-1d. n-1【答案】：n/2+1题目5.在下面循环语句中，内层循环体S语句的执行总次数为（）。
for(int i=0; i<n; i++)for(int j=i; j<n; j++) S;a. n2b. (n+1)/2c. n(n-1)/2d. n(n+1)/2【答案】：n(n+1)/2题目6.在下面的do循环语句中，其循环体被执行的次数为（）。
int i=0; do i++; while(i*i<10);a. 4b. 3c. 5d. 2【答案】：4题目7.在下面的一维数组定义中，有语法错误的选项是（）。
a. int a[]={1,2,3};b. int a[10]={0};c. int a[];d. int a[5];【答案】：int a[];题目8.在下面的二维数组定义中，语法正确的选项是（）。
a. int a[5][];b. int a[][5];c. int a[][3]={{1,3,5},{2}};d. int a[](10);【答案】：int a[][3]={{1,3,5},{2}};题目9.假定一个二维数组的定义语句为“int a[3][4]={{3,4},{2,8,6}};”，则元素a[1][1]的值为（）。
多线程程序设计中的常见问题及解决途径
中图分类号：Ｔ ３１ Ｐ １
文献标识码 ：Ａ
文章编号：１０—５９ ２１） ６ ２３ ２ ０７９９ （ ２ １— ２— ０ ０ ０
一
多核 处 理器 的 出现和 普及 为提 高计 算机 的性 能 提供 了 性 。除此 之外 ，还 有一 类数 据竞 争 ，是在 编程 时构 造 出来 个 新 的计 算平 台 ，在 多核 体系 结构 上获得 性 能 的提 升 ， 的 ：一个 数据 整体 由跨 越 几个 单元 的部 分组 成 ，在 读 取或 者 写入 这个数 据整 体 时要 保证对 这 个整 体进 行 原予 的读和 写 ，否则 ，读 取或 者 写入 就是 已被 混淆 的数 据 。另外 ，小 仅 对 共享 的非 同步访 问会 引起 数据 竞争 ， 即使是 同步访 问 ， 如果 同步 的层 次 比较 低 ，也可 能 出现数 据竞 争 。
解 决数据竞争 的有很多同步策略，其 中最简单的就是 “ ” 具 体方 法是 ， 一个 要访 问共享 数据 片 的任务 在访 锁 。 每
分 解方 式 ，所 以在 设计 的后 期很 难进 行修 正 ，本文 总 结 了 问数据前必须 申请得到锁， 然后执行计算， 最后要释放锁， 多线程程序设计中一些常见 问题 以及它们 的特征和解决途 以便其他 任务 可 以对这 些数据 执行 别 的操作 。 在使 用锁 时要避 免的 问题 是死 锁 ，它往 往造 成组 装 失 径 ，便 于程序 员开发 。 败 。产 生死 锁 的原 因是 因为锁 不具 有 组合性 。程 序 中 ，小 线 程 是程 序 中 的一 个 实体 ，是被 系 统调度 和 分配 的基 能 保证 由两 部 分 以锁 为基 础 、能 正确运 行 的代 码合 并得 到 本 单元 。线程 只 占用很 少 的系 统资 源 ，但可 与 同属 一 个进 的程序 能够 正确 运行 。而 现代 软件 开 发的基 础 正是将 小 程 程 的其 他 线程 共享 所属 进 程的 全部 资源 ， 同一个进 程 中 的 序库合并为更大程序 的组装能力，因此，要做到考察组件 多个 线程 之 间可 以并 发执 行 ，从而 更好 地 改善 了系 统资源 的实现 能力 ，才 能再 此基础 上 组装大 的软 件 。 的利 用 。 要 避 免死 锁 ，最好 的方法 是 复制 原本 需要 互斥 的访 问 资源 ，这 样每 一个 线程 都拥有 一 个资 源 的私有 副本 。每 个 ２１ 线程 过 多 ． 线 程访 问 自己副本 ，从 而可 以避 免使 用锁 。如 果无 法被 复 多线 程 是为 不 同的程 序 比较 合理地 安 排运行 时间 ，更 制 ， 么 可 以按 照一 定上 网顺序 获取 资源 （ ） 那 锁 ，保存 一 致
多核处理器任务并行调度算法设计与优化
多核处理器任务并行调度算法设计与优化随着计算机技术的快速发展，多核处理器成为了当前计算机系统的主要设计方向之一。
多核处理器拥有多个处理核心，可以同时处理多个任务，提高计算机的处理性能和并行计算能力。
然而，如何有效地调度和管理多核处理器上的任务，成为了一个重要的课题。
本文将介绍多核处理器任务并行调度算法的设计与优化。
首先，我们需要了解多核处理器任务并行调度算法的基本原理。
多核处理器上的任务调度是指将不同的任务分配到不同的处理核心上，以最大程度地提高处理器的利用率和性能。
而并行调度算法则侧重于如何将任务分配到不同的处理核心上，并保持任务之间的并行执行，以实现更高效的任务处理。
在多核处理器上，任务并行调度算法需要考虑以下几个关键因素。
首先是任务之间的依赖关系。
如果一个任务依赖于另一个任务的结果，那么在调度时需要确保被依赖的任务先于依赖任务调度执行。
其次是处理核心之间的负载均衡。
为了实现最佳的性能，需要确保每个处理核心上的任务负载平衡，避免出现某个处理核心负载过高而其他核心空闲的情况。
最后是通信开销。
在多核处理器上，任务之间的通信会引入额外的开销，调度算法需要尽量减少通信开销，提高整体的执行效率。
在设计多核处理器任务并行调度算法时，可以采用以下的一些经典算法。
首先是最短作业优先（SJF）调度算法。
该算法将任务按照执行时间进行排序，先执行执行时间最短的任务，从而减少任务的等待时间，提高整体的处理效率。
其次是先来先服务（FCFS）调度算法。
该算法按照任务到达的顺序进行调度，保证任务的公平性，但不能有效地利用处理器资源。
再次是最高响应比优先（HRRN）调度算法。
该算法通过计算任务等待时间和服务时间的比值，选择具有最高响应比的任务进行调度，以提高任务的响应速度和处理器利用率。
最后是多级反馈队列（MFQ）调度算法。
该算法将任务分为多个队列，根据任务的优先级进行调度，优先处理优先级高的任务，并逐渐降低任务的优先级，以实现负载均衡。
Erlang程序设计(第2版)读书笔记Erlang安装和基础语法电脑资料
Erlang程序设计（第2版）读书笔记：Erlang安装和基础语法 -电脑资料这篇文章主要介绍了Erlang程序设计（第2版）读书笔记：Erlang安装和基础语法,需要的朋友可以参考下正如《代码的未来》中所说，为了充分利用多核，并发变成将成为未来发展的趋势，对于并发编程的支持，Erlang确实是不二之选，Erlang在国内仍然较为小众，经典书籍相对也要少很多，最终选择了《Erlang程序设计第2版》作为了我的第一本Erlang入门书籍，Erlang程序设计（第2版）读书笔记：Erlang安装和基础语法。
Erlang ：/Erlang安装：对于Ubuntu和Debian发行版可采用：apt-get install erlang 来安装；对于其他 UNIX 和 Linux 平台，可以下载源代码并手工构建它，具体如下所示：Download：/download.html代码如下:1. 解压源代码：$ tar zxf otp_src_17.3.tar.gz2. $ cd opt_src_17.33. $ ./configure4. $ make5. $ make installErlang是函数式编程语言，被设计主要用来解决自下而上的编写并发式、分布式、容错、可扩展和软实时系统等问题。
由于之前没有接触过函数式编程，还是从简单的顺序编程一步步来吧。
Erlang进入shell编程环境很简单，与Python类似，在终端直接输入erl即可，退出可使用 Ctrl+c 再输入 a 的方法，但这样可能导致某些数据的破坏，最好使用 q.注释：%变量：所有变量名都必须以大写字母开头，变量一经赋值，不许改变，模式匹配操作：Lhs = Rhs意思是计算右侧的值，然后将结果与左侧的模式相匹配；X = Expression，如果X之前没有被赋值，一定会匹配成功，X = AnotherExpression，则只有在Expression = AnotherExpression时才匹配成功，否则匹配失败；浮点数：使用“/”给两个整数做除法时，结果会自动转换为浮点数；要从除法里获得整数，必须使用div和rem；例如：5 div 3. 结果为1，5 rem 3. 结果为2；原子：原子被用于表示常量值，具有全局性，原子以小写字母开头，后接一串字母，数字，下划线或@符号；原子可以放在单引号中，可以创建以大写字母开头或包含字母数字以外字符的原子，如：‘Monday‘，‘+‘，‘a test paper‘等，原子的值就是它本身；元组：为了方便理解，元组最好加上标签，例如：{point, 10, 45}.创建元组：F = {firstName, joe}. L = {lastName, Tom}. P = {person, F, L}.提取firstName：{_, {_, Who}, {_, _}} = P.列表：列表中的各元素可以是任何类型，[H|T]中H为列表头，T为列表尾，例如：L = [{name, tom}, 1, 2.0, test, {point, 10, 23}].[H|T] = L.则，H = {name, tom}, T = [1, 2.0, test, {point, 10, 23}].字符串：字符串字面量就是用双引号围起来的一串字符，例如：N = "Hello". "Hello"其实只是一个列表的简写，这个列表包含了代表字符串里各个字符的整数字符代码，电脑资料《Erlang程序设计（第2版）读书笔记：Erlang安装和基础语法》。
龙芯 2G 处理器用户手册 上册 - 多核处理器架构、寄存器描述与系统软件编程指南说明书
龙芯2G处理器用户手册上册多核处理器架构、寄存器描述与系统软件编程指南2012年3月中国科学院计算技术研究所龙芯中科技术有限公司版权声明本文档版权归北京龙芯中科技术有限公司所有，并保留一切权利。
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龙芯中科技术有限公司Loongson Technology Corporation Limited地址：北京市海淀区中关村科学院南路10号No.10 Kexueyuan South Road, Zhongguancun Haidian District, Beijing电话(Tel)：************传真(Fax)：************阅读指南本手册分为两部分，第一部分（第1章~第10章）介绍龙芯2G多核处理器架构与寄存器描述，对芯片系统架构、主要模块的功能与配置、寄存器列表及位域进行详细说明；第二部分（第11章~第16章）是系统软件编程指南，对BIOS和操作系统开发过程中的常见问题进行专题介绍。
关于龙芯2G多核芯片所集成的GS464高性能处理器核的相关资料，请参阅《龙芯GS464处理器核用户手册》。
IV修订历史目录图目录.......................................................................................................................... I V 表目录 (V)第一部分 (7)1 概述 (1)2 系统配置与控制 (3)2.1 控制引脚说明 (3)2.2 Cache一致性 (4)2.3 系统节点级的物理地址空间分布 (4)2.4 地址路由分布与配置 (6)2.5 芯片配置及采样寄存器 (11)3 GS464处理器核 (13)4 二级Cache (15)5 矩阵转置模块 (17)6 处理器核间中断与通信 (20)7 I/O中断 (22)8 DDR2/3 SDRAM控制器配置 (25)8.1 DDR2/3 SDRAM控制器功能概述 (25)8.2 DDR2/3 SDRAM读操作协议 (26)8.3 DDR2/3 SDRAM写操作协议 (26)8.4 DDR2/3 SDRAM参数配置格式 (27)9 HyperTransport控制器 (73)9.1 HyperTransport硬件设置及初始化 (73)9.2 HyperTransport协议支持 (74)9.3 HyperTransport中断支持 (76)9.4 HyperTransport地址窗口 (76)9.4.1 HyperTransport空间 (76)9.4.2 HyperTransport控制器内部窗口配置 (77)9.5 配置寄存器 (78)9.5.1 Bridge Control (80)9.5.2 Capability Registers (80)9.5.3 自定义寄存器 (82)9.5.4 接收地址窗口配置寄存器 (83)9.5.5 中断向量寄存器 (85)9.5.6 中断使能寄存器 (87)9.5.7 Interrupt Discovery & Configuration (88)9.5.8 POST地址窗口配置寄存器 (89)9.5.9 可预取地址窗口配置寄存器 (90)9.5.10 UNCACHE地址窗口配置寄存器 (91)9.5.11 HyperTransport总线配置空间的访问方法 (92)10 低速IO控制器配置 (94)10.1 LPC控制器 (94)10.2 UART控制器 (96)10.2.1 数据寄存器（DAT） (96)10.2.2 中断使能寄存器（IER） (96)10.2.3 中断标识寄存器（IIR） (97)10.2.4 FIFO控制寄存器（FCR） (98)10.2.5 线路控制寄存器（LCR） (98)10.2.6 MODEM控制寄存器（MCR） (100)10.2.7 线路状态寄存器（LSR） (100)10.2.8 MODEM状态寄存器（MSR） (102)10.2.9 分频锁存器 (102)10.3 SPI控制器 (103)10.3.1 控制寄存器（SPCR） (103)10.3.2 状态寄存器（SPSR） (104)10.3.3 数据寄存器（TxFIFO） (104)10.3.4 外部寄存器（SPER） (104)10.4 IO控制器配置 (106)第二部分 (110)11 中断的配置及使用 (111)11.1 中断的流程 (111)11.2 中断路由及中断使能 (111)11.2.1 中断路由 (112)11.2.2 中断使能 (114)11.3 中断分发 (115)12 串口的配置及使用 (117)12.1 可选择的串口 (117)12.2 PMON的串口配置 (117)12.3 Linux内核的串口配置 (118)13 EJTAG调试 (120)13.1 EJTAG介绍 (120)13.2 EJTAG工具使用 (121)13.2.1 环境准备 (121)13.2.2 PC采样 (121)13.2.3 读写内存 (121)13.2.4 执行说明 (121)14 地址窗口配置转换 (125)14.1 一二级交叉开关地址窗口配置方法 (125)14.2 一级交叉开关地址窗口 (125)14.3 一级交叉开关地址窗口配置时机 (127)14.4 二级交叉开关地址窗口 (127)14.5 对地址窗口配置的特别处理 (128)14.6 HyperTransport地址窗口 (129)14.6.1 处理器核对外访问地址窗口 (130)14.6.2 外部设备对处理器芯片内存DMA访问地址窗口 (131)14.6.3 低速设备地址窗口 (131)14.7 地址空间配置实例分析 (131)14.7.1 一级交叉开关实例1 (132)14.7.2 一级交叉开关实例2 (133)14.7.3 二级交叉开关实例1 (134)14.7.4 二级交叉开关实例2 (135)15 系统内存空间分布设计 (137)15.1 系统内存空间 (137)15.2 系统内存空间与外设DMA空间映射关系 (140)15.3 系统内存空间的其它映射方法 (141)16 X系统的内存分配 (142)龙芯2G处理器用户手册图目录图目录图1-1龙芯2G芯片结构 (1)图3-1 GS464结构图 (14)图7-1龙芯2G处理器中断路由示意图 (22)图8-1 DDR2 SDRAM行列地址与CPU物理地址的转换 (25)图8-2 DDR2 SDRAM读操作协议 (26)图8-3 DDR2 SDRAM写操作协议 (26)图9-1龙芯2号中HT协议的配置访问 (93)图11-1 2G-690e中断流程图 (111)图11-2 龙芯2G处理器中断路由示意图 (112)图13-1 EJTAG调试系统 (120)图16-1显卡处理图像显示的过程 (142)表目录表2-1 控制引脚说明 (3)表2-2 节点级的系统全局地址分布 (4)表2-3 节点内的地址分布 (5)表2-4 节点内的地址分布 (6)表2-5 一级交叉开关地址窗口寄存器表 (6)表2-6 2级XBAR处，标号与所述模块的对应关系 (9)表2-7 MMAP字段对应的该空间访问属性 (9)表2-8二级XBAR地址窗口转换寄存器表 (9)表2-9二级XBAR缺省地址配置 (10)表2-10芯片配置寄存器（物理地址0x1fe00180） (11)表2-11 芯片采样寄存器（物理地址0x1fe00190） (11)表4-1 二级Cache锁窗口寄存器配置 (15)表5-1 矩阵转置编程接口说明 (17)表5-2 矩阵转置寄存器地址说明 (18)表5-3 trans_ctrl寄存器的各位解释 (18)表5-4 trans_status寄存器的各位解释： (19)表6-1处理器核间中断相关的寄存器及其功能描述 (20)表6-2 0号处理器核核间中断与通信寄存器列表 (20)表6-3 1号处理器核的核间中断与通信寄存器列表 (20)表6-4 2号处理器核的核间中断与通信寄存器列表 (21)表6-5 3号处理器核的核间中断与通信寄存器列表 (21)表7-1中断控制寄存器 (23)表7-2 IO控制寄存器地址 (23)表7-3中断路由寄存器的说明 (23)表7-4中断路由寄存器地址 (24)表8-1 DDR2 SDRAM配置参数寄存器格式 (27)表9-1 H yperTransport总线相关引脚信号 (73)表9-2 HyperTransport接收端可接收的命令 (75)表9-3 两种模式下会向外发送的命令 (75)表9-4 默认的HyperTransport地址窗口的地址 (76)表9-5 龙芯2G处理器HyperTransport接口地址窗口分布 (77)表9-6龙芯2号处理器HyperTransport接口中提供的地址窗口 (77)表9-7本模块中所有软件可见寄存器 (78)表10-1 LPC控制器地址空间分布 (94)表10-2 LPC配置寄存器含义 (95)表10-3 IO控制寄存器 (106)表10-4寄存器详细描述 (107)表11-1中断路由寄存器的说明 (112)表11-2中断路由寄存器地址 (113)表11-3中断控制位连接及属性配置 (114)表14-1 【请给出表头】 (126)表14-2 【请补充表头】 (127)第一部分多核处理器架构、寄存器描述1概述龙芯2G是一个3-4核的处理器，采用65nm工艺制造，最高工作频率为1GHz，主要技术特征如下：•片内集成3-4个64位的四发射超标量GS464高性能处理器核；•片内集成4 MB的分体共享二级Cache(由4个体模块组成，每个体模块容量为1MB) ；•通过目录协议维护多核及I/O DMA访问的Cache一致性；•片内集成2个64位400MHz的DDR2/3控制器；•片内集成1个16位800MHz的HyperTransport控制器；•片内集成1个LPC、2个UART、1个SPI、16路GPIO接口；龙芯2G芯片整体架构基于两级互连实现，结构如图1-1所示。
多核处理器的优化算法设计
多核处理器的优化算法设计在当今互联网时代，处理器的性能与效率至关重要。
多核处理器作为一种比传统单核处理器更加先进的处理器，其性能远远超过了传统单核处理器。
然而，为了充分发挥多核处理器的性能，需要设计优化算法。
优化算法是指将一个问题的解向最优化方向移动时所采取的各种数学方法和计算模型。
对于多核处理器，优化算法的设计比单核处理器更具复杂性，需要考虑如何合理地分配处理能力，充分运用各核资源等问题。
为了提高多核处理器的效率，可以使用以下优化算法：1. 并行算法并行算法是一种可以在多核处理器上并行执行的算法，其核心思想是将一个问题拆分成多个小问题，并分配给不同的处理核心，最终合并各核心处理结果。
这种算法可以充分发挥多核处理器的性能，提高处理速度和效率。
例如，对于图像处理问题，可以将图像分成多个部分，在多核处理器上并行执行，最终合并各部分处理结果，可以大大提高图像处理速度。
2. 动态调度算法动态调度算法是指根据系统负载情况、处理器资源利用率等因素，动态调整处理器的运行状态，以达到最佳的处理效果。
该算法可以让多核处理器在运行过程中灵活地分配核心资源，并根据系统负荷自动调整核心运行状态，最终达到最佳性能。
例如，当系统负荷较重时，动态调度算法可以调整核心的运行状态，以降低系统负荷、提高处理效率。
3. 遗传算法遗传算法是一种基于自然选择和遗传机制的算法，其核心思想是通过模拟进化过程，逐步优化问题的解。
对于多核处理器，可以使用遗传算法优化处理器的计算核心数量、各核心的运行速度等参数，最终得到最优的核心分配方案。
例如，可以利用遗传算法来优化多核处理器在高负荷情况下的性能表现，避免因处理器资源利用率不均衡导致性能下降。
除了以上算法外，还可以使用深度学习算法、进化算法、神经网络算法等多种优化算法来提高多核处理器的性能。
但需要注意的是，在使用优化算法时，要根据具体问题的特点和处理器的实际情况进行合理选择，才能达到最佳的优化效果。
OpenMP多核并行程序的设计与实现
（ １ ， Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｘ ｉ’ ａ ｎ ｐ ｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｘ ｉ’ ａ ｎ ， ７ １ ０ ０ ６ ５ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ：
能， 提 出将单 一任 务 分解 成若 干个 子任 务 ， 分 别在 不 同 的节 点 执行 时 ， 这 时候 ， 主线 程会 派 生 出子线程 或者 启用 系 统原 有线 上运行。 在 多核 处理 机 上 ， 研 究并 行算法 的实现 技术 与 并行 后 程 来 并行执 行任 务 。 在 执行 的过 程 中 ， 主线程 协 同子 线程 共 同 系 统 的性能 ， 具 有非常 重要 的理论 与现实 意义 。
二 次 分配 问题（ Ｑ Ａ Ｐ ） 是 一种经 典 的组合 优 化 问题 ， 易 于描 述而 难于求 解 ， 已经 归入 Ｎ Ｐ － ｈ ａ ｒ ｄ问题 。Ｑ Ａ Ｐ不仅 以各种不 同
ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｏ ｐ ｅ ｎ Ｍ Ｐ．
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄ ｓ ：ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ — ｃ ｏ ｒ ｅ： Ｏ ｐ ｅ ｎ Ｍ Ｐ： ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｗ ａ ｒ ｍ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
３ ，Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｘ ｉ’ ａ ｎ ｐ ｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｘ ｉ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ６ ５ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
多线程与多核编程
第13章 多线程与多核编程多任务的并发执行会用到多线程（multithreading ），而CPU 的多核（mult-core ）化又将原来只在巨型机中才使用的并行计算（parallel computing ）带入普通PC 应用的多核程序设计（multi-core programming ）中。
13.1 进程与线程进程（process ）是执行中的程序，线程（thread ）是一种轻量级的进程。
13.1.1 进程与多任务现代的操作系统都是多任务（multitask ）的，即可同时运行多个程序。
进程（process ）是位于内存中正被CPU 运行的可执行程序。
参见图15-1。
图15-1 程序与进程目前的主流计算机采用的都是冯·诺依曼（John von Neumann ）体系结构——存储程序计算模型，程序（program ）就是在内存中顺序存储并以线性模式在CPU 中串行执行的指令序列。
对于传统的单核CPU 计算机，多任务操作系统的实现是通过CPU 分时（time-sharing ）和程序并发（concurrency ）完成的。
即在一个时间段内，操作系统将CPU 分配给不同的程序，虽然每一时刻只有一个程序在CPU 中运行，但是由于CPU 的速度非常快，在很短的时间段中可在多个进程间进行多次切换，所以用户的感觉就像多个程序在同时执行，我们称之为多任务的并发。
13.1.2 进程与线程程序一般包括代码段、数据段和堆栈，对具有GUI （Graphical User Interfaces ，图形用户界面）的程序还包含资源段。
进程（process ）是应用程序的执行实例，即正在被执行的程序。
每个进程都有自己的虚拟地址空间，并拥有操作系统分配给它的一组资源，包括堆栈、寄存器状态等。
线程（thread ）是CPU 的调度单位，是进程中的一个可执行单元，是一条独立的指令执行路径。
线程只有一组CPU 指令、一组寄存器和一个堆栈，它本身没有其他任何资源，而是与拥有它的进程共享几乎一切，包括进程的数据、资源和环境变量等。
本科专业认证《程序设计、算法与数据结构(二)》实施方案
2021~2022学年第二学期《程序设计、算法与数据结构（二）》课程教学实施方案一、课程概况【课程名称】程序设计、算法与数据结构（二）【课程性质】计算机类专业基础课程【教学对象】四年制大一本科生【前修课程】程序设计、算法与数据结构（一）【后修课程】程序设计、算法与数据结构（三）二、教学地位与作用及主要教学目的【地位作用】程序设计、算法与数据结构（二）是计算机、软件工程、网络工程、通信工程专业基础课程，融合了面向对象程序设计基础（C++语言）和数据结构部分内容，包括类与对象、封装、继承、多态、容器、栈、队列、树等。
通过本课程的学习，使学生掌握基本的面向对象的编程思想与能力，并能将面向对象的编程方法和技术应用于数据结构中栈、队列、树等简单问题的实现，培养学生基本的抽象能力、问题解决能力，为后续的专业课程的学习打下坚实的基础。
【教学目的】通过本课程的教学，使学生把握C++面向对象的程序设计方法，掌握一定的抽象思维能力。
利用面向对象的基本机制进行问题的抽象、封装、继承，应用面向对象的技术来进行数据结构的学习、实践，更好地培养学生的程序思维、动手实践能力。
【能力目标】1)掌握c++面向对象方法和数据结构基础知识，能针对一些数据存储、数据表达和数据分析等复杂问题进行建模并求解。
2)能针对一些复杂数据结构问题，自己查阅相关文献和资源，分析问题求解思路，给出合理解决方案。
3)掌握面向对象程序设计复用、迭代、多态等多种结构知识；针对计算机数据结构实现的多样性、复杂性，培养学生对同一工程问题或数据结构进行多种解答的能力，具备自主学习和终身学习的意识。
三、教学手段和方法采取课前预习、针对授课、作业修订、上机实验、主题研讨、阶段考试、作业批改、课后指导等手段督促学生主动学习、编程实现、完成作业。
特别是在每个星期会安排一次研讨，其内容是一个主题知识点的综合应用，能够显著提升学生的思考能力、知识获取与组织能力、交流能力、动手实践能力。
Intel多核工具对并行程序的设计,调试和优化
Ｉｔｌ ｎｅ多核工具对油 田公 司百 口 泉采 油厂 信息所；２ 、新疆油 田公 司社保 中心 ｏ ｅ ． 令， ｏ ： ｐ ｎ 指 ｍｐ 为ｆ ｒ 循环创建的区域 定义多线 引入的例子 是查找素 数的例子。 下面是主 程 ， 实测， 性能提 升到０８ 秒 （ ．１ 之前串行时间是 要的循 环程序段 ： １２ｓｃ 。 ．１ｅ ） Ｆ ｒ （１ ｎ ｎ ｍ ｂ ｒ ０ ｏ ｇ ｕ ｅ 五． 串行系统调试和优化技术 ３ｎ ｍｂ ｒ ＝ ｎ ｍｂ ｒ ＝ ） ｌｕ ｅ ＜ Ｎ；ｕ ｅ＋ ２ 利用Ｉｔ ｈｅｄ ｐｏ ｌ ２： ｎｅ ｔｒａ ｒｆｅ Ｅ ｌ ｉ ｒ 艮可以更快 的 多核并行化 目 标 ｛ Ｔ ｓＦ ｒ ｒ （ ｍ ｅ） Ｉ ｅｔｏＰ ｉ ｎ ｂ ｒ ｆ（ ｍｅ ｕ ） 优化线程 。 它可以识 别影 响性能 的同步对象。 突 多核时 代已经来临 ， 可是软件仍然 运行在 Ｐｒｉ 【 ｎ１ｍｂｅ ＿ ｆ ｐｒ ｍｅ 十 出显示 线程工作的 负载 不均衡 ， ｍｅ ｓ ． １ ｏ ＿ ｉ 】 ｒ ｓ｝ 显示使用内核 多核的某一 个核上 ， 没有 实现充分利 用其他的 的数量 ， 确定位出现问题的源代码行， 精 支持 多 ＝ｎ ｍｂ ｒ｝ ｕ ｅ； ， 核的 资源。 因此 ， 多核并行 化的 目标就 是通 过 它可以监控的ＡＰ 有线 Ｉ 外 部循 环一 次 迭代可能 是素 数 的数 字。 种操作系统和编程语言。 将 串行程 序进行并行化 改造， 从而 使其可以充 Ｔ ｓＦ ｒ ｉｍｅ ｌ ｕ ｅ的 因子， ｅｔ ｏＰｒ ￣ｌ 试ｎ ｍｂ ｒ 检测是否该 程和进程控制的ＡＰ ， Ｉ包括线程的创建 ， 终止， 分利用多核 多ｃ ｕ ｐ 资源， 实现负载均衡 的， 程 线 数是素数 。 暂停， 复和退出。 恢 同步的ＡＰ包括 互斥， Ｉ 临界 安全的， 可扩展的， 运行结果和 串行一致的并行 对串行程序进行并行化分析， 将采用ｖ ｕ ｅ 区， 信号量 ， 程池， ｔｎ 锁， 线 计时器， 消息 ， Ｃ ＡＰ 和 程序 ， 从而跟 上多核硬 件的发展 。 而在这个过 阻塞的Ａ Ｐ ， Ｉ 包括 睡眠和超 时， 用户Ｉ Ｏ ／ 性能分析 器。 ｎ ｅ Ｖ ｕ ｅ Ｉ ｔｌ ｔ ｎ ： 是性能分析器， 主要 事件。 程中， ｎ ｅ Ｉ具发挥 了重要的作用， Ｉｔｌ 体现在对性 通 过 对串行 程 序 的数 据 采样 ， 调用 图功 能和 等。 能 的分析， 对程 序操作系统级 别潜在错 误的指 计数器管理 器对 程序 的热点进行 分析 ， 热点即 对上面的并行程序用ｌｔｌ ｒ ｆｌｒ ｎｅ ｐ ｏ ｅ进行分 ｉ 正和修改， 对系统级 内存使用的分析等 ， 都提供 为占用处 理器时间最 长的代码 段， 即为要 并 析如下图： 也 了帮助， 是多核开发中的不可缺少的工具。 本文 图 ３ ｐｏｉ ｒ ｒｆ ｅ： ｌ 分析图 行的部 分。 通过ｖ ｕ ｅ Ｉ ｌ ｒ ｐ 如图２ ｔ ｎ 的 ｃ ｌ ｇ ａ ｈ（ ａｌ 所 搞要 ：本文阐述 了 如何将ｌｔ 多核 工具 ｎｌ ｅ
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2008年8月18日
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浙 江 大 学 嵌 入 式 研 发 中 心
处理器的频率提高遭遇瓶颈
在90年代是处理器性能的唯一标尺 长久以来在摩尔定律指引下保持高速发展
CPU速度每18个月提高一倍 而价格下降为原来的二分之一 频率对于处理器综合性能的影响力开始减弱。 同样可以拥有其标称值(PR)性能
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超线程技术的优点（续一）
超线程技术的优点还在于，它通过添加少数的硬件以及软 件支持的“小付出”做到了提高CPU的使用率、提高系统 性能的“大回报” 有数据表明，超线程技术的使用利用5%的硬件投入使系 统性能提高了25%！
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超线程技术的优点（续二）
超线程技术在Web服务、SQL数据库等很多服务器领域的 应用中表现优异； 主流的桌面芯片组基本都已可以支持超线程技术，用户无 需额外的花费； Windows XP已经针对超线程技术做出优化，在运行多个 不支持多线程的程序时，性能也可能会获得提高。即便带 来损失，也会显得比较轻微； 在某些支持多线程的软件应用上能够得到30%左右的性 能提升，如3dsmax、Maya、Office、Photoshop等。 Intel甚至在一项测试中取得了90%的提高。
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双核处理器的挑战与未来
双核的挑战——功耗 双核处理器面临的最大挑战之一就是处理器能耗的极限！ 性能增强了，能量消耗却不能增加。 双核的未来——多核 多核处理器看来将成为未来的发展方向
Intel双核心处理器Smithfield
简单把两个Pentium 4所采用的Prescott核心整合在同一个处理 器内部 两个核心共享前端总线 每个核心都拥有独立的1MB二级缓存 两个核心加起来一共拥有2MB
Hyper-Threading
双核
两个厨师分开煮两个食物 双核心还会拥有Hyper-Threading技术，即代表两个厨师两只手，同一时间可以 运作四个线程。
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技术剖析-Intel篇
从原理上来说，超线程技术属于Intel版本的多线程技术 超线程技术中的两个逻辑处理器没有独立的执行单元、整数单元、寄 存器甚至缓存等资源。它们在运行过程中仍需要共用执行单元、缓存 和系统总线接口 在执行多线程时，两个逻辑处理器交替工作 如果两个线程都同时需要某一个资源时，其中一个要暂停并要让出资 源，要待那些资源闲臵时才能继续 因此，超线程技术所带来的性能提升远不能等同于两个相同时钟 频率处理器带来的性能提升。可以说Intel的超线程技术仅可以看做是 对单个处理器运算资源的优化利用。
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与HT(超线程)技术对比
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浙 江 大 学 嵌 入 式 研 发 中 心
单核
一位厨师在同一时间只能做出一道美味的菜肴 下一道菜必需等上一道菜完成后才可以继续 起一个炉头做饭 一个厨师用两手同一时间熟两个食物 效率比单线称处理好些 有很多限制
超线程技术如何工作？
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浙 江 大 学 嵌 入 式 研 发 中 心
超线程如何工作？（续一）
1. 2. 3.
4.
两个逻辑处理器都处于空闲等待状态，等待请求执行的 线程； 第一个线程到来，第一个逻辑处理器接受并跟踪执行此 线程； 第二个线程到来，CPU立即组织空闲的处理单元，第二 个逻辑处理器利用这些单元在执行第一个线程的同时接 受第二个线程并执行； 当两个线程同时需要某一个共享资源（如加法器、总线 等）时，通过一定的调度方式让其中一个逻辑处理器先 使用此资源，而另一个逻辑处理器等待到资源可用为止。
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新技术引入-双/多核心处理器
双核心处理器
在一块CPU基板上集成两个处理器核心 通过并行总线将各处理器核心连接起来
是CMP(Chip Multi Processors，单芯片多处理器)中最 基本、最简单、最容易实现的一种类型 RISC处理器领域
双核心甚至多核心都早已经实现 Intel和AMD相继推出自己的双核心处理器
目前多核进入X86领域
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双核处理器的发展
高端的RISC处理器中 在上个世纪末，HP和IBM已经提出双核处理器的可行性设计，成功推出了拥有双内核的HP PA8800 和IBM Power4处理器。 Sun在2003年10月微处理器论坛中，发表双核心UltraSPARCⅣ处理器 x86平台 AMD和Intel在2004年公布了各自的双核计划，AMD率先在服务器和工作站领域引入双核架构，而 Intel则是率先在台式机领域引入双核技术！
英特尔P4 超线程技术有两个运行模式，Single Task Mode（单任 务模式）及Multi Task Mode（多任务模式） 当程序不支持Multi-Processing（多处理器作业）时，系统会停止其 中一个逻辑CPU的运行 此时资源集中于单个逻辑CPU中，使单线程程序不会因其中一个逻辑 CPU闲臵而减低性能 然而，被停止运行的逻辑CPU还是会等待工作，占用一定的资源
处理器的频率进入了“G”时代
AMD低频产品 Intel迅驰平台低频移动处理器
现有工艺下单核频率难于提升
性能没有质的飞跃 功耗散热、成品率、成本控制困难 Intel
3GHz成为了AMD无法逾越的一道坎
发布3.8GHz的产品 宣布停止4GHz的产品计划
超线程技术并不像两个真正的CPU那样，各CPU都具有独 立的资源 如果两个线程都同时需要某一个资源时就会出现资源冲突 解决冲突时会出现延迟或需要重新开始执行某个程序；尤 其当冲突大量出现时，性能就会降低，甚至会比没有超线 程技术时更差！
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超线程技术的不足
超线程技术主要有以下两个缺点： ※单任务模式下逻辑处理器的闲臵会造成资源浪费 ※解决两个逻辑处理器资源冲突时会产生延迟，冲突 大量出现时会降低系统性能
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频率超过2GHz以后无法大幅度提升
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AMD
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CPU的高功耗和高发热
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浙 江 大 学 嵌 入 式 研 发 中 心ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
CPU功耗发展图
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浙 江 大 学 嵌 入 式 研 发 中 心
浙 江 大 学 嵌 入 式 研 发 中 心
超线程技术与双核心技术的区别
很多普通用户可能分不清楚超线程技术与双核心技术。例 如，开启了超线程技术的Pentium 4 530与Pentium D 530在操作系统中都同样被识别为两颗处理器 它们究竟是不是一样的呢？这个问题确实具有迷惑性
因此具有超线程功能的CPU运行Single Task Mode程序模式时， 有可能达不到不带超线程功能的CPU性能，虽然性能差距不会太大
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超线程技术的不足（续三）
超线程技术还有一个由资源冲突引起的不可避免的缺陷
通过在硬件上的微小改变 ——增加独立的一套指令指针、寄存器别名 返回栈指针、高级编程中断控制器 等一些硬件投入
利用特殊的硬件指令
表、
从软件和操作系统的角度来看,单处理器CPU表现为两个或更多的逻 辑CPU ——逻辑CPU间采用共享的Cache、总线等重要 资源，从而 能保持较低的成本增加
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浙 江 大 学 嵌 入 式 研 发 中 心
超线程技术与双核心技术的区别（续一）
从最简单的方面讲：
双核心技术可以理解为两个“物理”处理器，是一种“硬” 的方式
超线程技术只是两个“逻辑”处理器，是一种“软”的方 式
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超线程技术的优点
由于线程级并行的实现，它能通过两种方式改进系统性 能：
※每个逻辑CPU运行同一应用程序的不同线程，从而
加速原本是多线程的应用程序的速度； ※ 每个逻辑CPU运行不同应用程序的线程，在这种方 式下它能增加包含多个应用的多任务系统的工作量。
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浙 江 大 学 嵌 入 式 研 发 中 心
超线程技术和双核心技术的区别（续四）
双核心技术是通过“硬”的物理核心实现多线程工作 每个核心拥有独立的指令集、执行单元，与超线程中所采用的模拟共享机制 完全不一样 在操作系统看来，它是实实在在的双处理器，可以同时执行多项任务，能让 处理器资源真正实现并行处理模式，其效率和性能提升要比超线程技术要高 得多，不可同日而语 因此超线程技术是通过少量的硬件增加，实现大量资源共享，从而得到 系统性能的提高。而双核心技术则是运用资源重复的原理在系统中设臵两个 处理器，来达到对系统性能的大幅度提高。
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什么是超线程技术？——概念（续）
单处理器能使用线程级并行计算 兼容多线程操作系统和软件 减少了CPU的闲臵时间，提高了CPU的运行效率