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以下是一些单核 cpu 多线程的疑问，求解答（都指单核）。
1.如果一个进程有 n 个任务要处理，因为终究是在一个 cpu 上跑，所以这 n 个任务在一个线程还是多个线程上跑，执行的总时间是一样的（多线程，线程切换可能更浪费时间）？
2.是否进程开多线程就能抢到更多的 cpu 时间， python 这种带 GIL 的估计是没戏了，那么 java 呢？
3.自己抢到更多 cpu ，机器上的其它程序不就 cpu 时间少了么？是因为 cpu 大部分时间都是空闲的，不怕抢？还是因为在做应用层开发的时候，是不用考虑其它程序能不能抢到 cpu 时间的。
4.一个进程所有线程能抢到的时间片总和是有最大值吗？一个线程一次能拿到多长的 cpu 时间？
综上，我的最大疑问就是：对于单核 cpu 而言，开多线程难倒只能防止阻塞么？
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Oi0Ydz26h9NkGCIz 2015-11-11 20:39:08 +08:00
我也有这疑惑，不知单核 cpu 跑程序编译时要不要开启多线程。
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kamushin 2015-11-11 20:45:55 +08:00
写个应用程序， 就准备跑在单核上？
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feikaras 2015-11-11 20:48:37 +08:00
为什么用 python ， java 那么慢的语言却在操心操作系统的调度开支？
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pythonee 2015-11-11 20:51:56 +08:00
吞吐量
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webflier 2015-11-11 20:54:28 +08:00  1
通常一个任务不光 cpu 上要花时间， io 上也要花时间（不如去数据库查数据，去抓网页登）。
一个进程在等 io 的时候， cpu 是闲置的，另一个进程正好可以利用 cpu 把 cpu 该做的事做完。 多几个进程一起跑，可以把 io 和 cpu 都跑满了。 大概就是这个意思 |
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br00k 2015-11-11 21:10:32 +08:00
充分利用 CPU 空闲啊。超线程技术也是一样。
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jonah 2015-11-11 21:25:30 +08:00 via Android
如果自己实现任务 A 阻塞时去运行 B ，效率有可能比多线程要高，多线程就是把这种调度转交给了操作系统。而且还有设计和逻辑上的便利，比如一个线程负责一个不同类型的工作。
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ryd994 2015-11-11 21:33:33 +08:00
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lzhip 2015-11-11 21:34:15 +08:00 1
1 、不一定，多线程可以在 io 的时候切换到其他线程执行。如果单线程那就只能等了。
2 、一般是的，一个要看你线程的操作。一般你在单核机器上写一个死循环，基本整个机器都卡了。但是如果你起下次一百个线程都是 sleep ，那也不会太占用 cpu 。另外操作系统调度线程不依赖进程。 3 、当然要考虑啊！要不把用户机器卡死了，人家就不用你的程序了。 4 、看什么平台吧， windows 好像不支持抢占。线程只能被系统调用。 |
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chairuosen 2015-11-11 21:42:11 +08:00 2
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xuyinan503 2015-11-11 21:54:46 +08:00
真是 iV2ex 啊，这都能黑到 windows
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aalska 2015-11-11 21:55:54 +08:00
这图不错 |
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HentaiMew 2015-11-11 21:56:32 +08:00
@feikaras java 早就不是黑执行效率了，它在有 GC 功能语言中已经算足够快的了。 Java 该黑的是它的内存消耗....
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yuelang85 2015-11-11 21:58:01 +08:00
是的，就是为了防止堵塞。
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Oi0Ydz26h9NkGCIz 2015-11-11 22:05:52 +08:00
@chairuosen 神了，这是奔腾 D 吗
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Codist 2015-11-11 22:50:21 +08:00 1
1 、如果一个进程执行 N 个任务，而这些任务又属于 I/O 型的任务，通过 CPU 的调度是可以提高效率的，通常网络 I/O 阻塞的时间比线程 context switch 的时间要长多了。
2 、在 Linux 下线程进程的调度策略相同，如果一个进程中包含更多线程的话，我猜会拿到更多的执行时间。 CPython 的 GIL 只是给多线程的执行加了锁，限制了多线程的并行执行，单核下 GIL 应该就跟没有一样。 3 、 CPU 的计算速度太快了，进程的调度已经比较完善，通常应用层面程序不需要考虑底层进程的调度对程序的影响，但是要考虑程序 CPU 资源的消耗，写一个死循环跑一会儿 CPU 都能煎鸡蛋了。 大多数情况下 CPU 的计算都是不饱和的，通常服务器 CPU 利用率达到 80%的时候就要扩容了。 4 、没有听过类似这种限制，太细的东西不清楚。 开多线程并一定是为了性能，很多场景下你的业务逻辑是并发的，所以你的程序逻辑也是并发的。 |
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congeec 2015-11-11 23:08:48 +08:00
你说的是系统级的线程还是 CPU 级的线程？照你的描述，你想表达的是多进程。一句话，单核 CPU 没法跑系统级的多进程。单核多线程主要是为了增加 I/O 利用率。如果有支持超线程技术(HT)的单核 CPU ，请告诉我。
线程的概念其实有些模糊，比如： CPU 级线程就是操作系统级进程。程序自己也可以把系统级线程看做进程，并自己实现多线程。这种程序自己实现的多线程就是所谓的协程(coroutine)或纤程(fiber thread)。 |
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adadada 2015-11-11 23:48:26 +08:00
@congeec 这里的“系统级的多进程”指的是操作系统内核实现的进程还是 CPU 的 HW Thread ？如果是前者，操作系统的还是可以实现多进程的啊？只是这样的多进程只具备 currency 而不具备 parallelism 。
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leavic 2015-11-12 00:03:23 +08:00 1
我仅仅从一个 5 年单片机码农所理解的角度回答一下这些问题：
1.如果一个进程有 n 个任务要处理，因为终究是在一个 cpu 上跑，所以这 n 个任务在一个线程还是多个线程上跑，执行的总时间是一样的（多线程，线程切换可能更浪费时间）？ A ：对于单核 CPU 来说，所谓的线程，就是 task ， CPU 就是依靠调度器在这 N 个 task 之间来回切换，同一时刻只有一个 task 在运作。 2.是否进程开多线程就能抢到更多的 cpu 时间， python 这种带 GIL 的估计是没戏了，那么 java 呢？ A ：这个涉及到操作系统的设计原理， windows 和 linux 本质上都不是实时系统，如何分配 CPU 时间在不同的操作系统上有不同的规则，一般来说是按优先级分配。但你一个人开了多个任务，总概率上讲分配到更多 CPU 资源的概率是更高的。 3.自己抢到更多 cpu ，机器上的其它程序不就 cpu 时间少了么？是因为 cpu 大部分时间都是空闲的，不怕抢？还是因为在做应用层开发的时候，是不用考虑其它程序能不能抢到 cpu 时间的。 A:这个取决于你应用到底能 CPU 密集到什么程度，对一般的应用来说，你是不需要担心别的程序没有 CPU 资源可用的，唯一需要注意的是避免进入死循环，在单片机中，中断里出现一个死循环的结果就是占用全部 CPU 资源。 4.一个进程所有线程能抢到的时间片总和是有最大值吗？一个线程一次能拿到多长的 cpu 时间？ 综上，我的最大疑问就是：对于单核 cpu 而言，开多线程难倒只能防止阻塞么？ A ：这个依然取决于操作系统的设计。对于单核 CPU 而言，多线程是几乎唯一合理的利用 CPU 资源的方式，一颗 CPU 如果只有一个线程，那基本就是个弱智级别的 CPU 。 |
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congeec 2015-11-12 00:29:13 +08:00 via iPhone
@adadafa 抱歉还是没说清楚。用单核 cpu 的系统不可能有真正的多进程，虽然咱可以调用多进程 API ，但那是假的。楼上也说了，现在 cpu 是靠分配时间来分配资源，在切换（ switch ）到另一个任务（ task ）的时候，上一个任务的上下文） context ）要保留下来，如此往复。这和线程有什么区别？所以，所谓的进程、线程、协程都是线程(thread), 一层套一层。明白人为了区分他们搞出来一大堆新术语，结果大家更迷了。你说的最后一句很对，单核只有 concurrency ，没有 parallelism 。可以去搜搜 Linus 为什么喷“ parallel 浪费大家时间”。
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sgissb1 2015-11-12 01:14:28 +08:00 1
LZ ，你没有完全理解多线程的意义。或者没有完全理解什么是多线程，包括现在很多写代码的人，总在说多线程，有时候甚至把多线程和多并发或者多线程和多吞吐处理给混为一谈。
首先说一下一个进程里面为何要开多线程问题，和 cpu 是否多核，或者主板是否多路 cpu 关系是有的，但也是有限定条件的，具体内容如下： 1 ，由于部分 api 不支持异步方式执行，仅仅支持同步执行。例如读取一个文件，当每次读取的文件的数据很大时，内存缓存中没有足够的内存提交给调用者，这时 api 或者操作系统会代用户去从磁盘上读取文件，而磁盘相对于内存和 cache 来说属于慢速设备，并且在操作系统调度层面，对于此类操作是，现成被阻塞住（即挂起），然后转为执行其他任务。 为了让整个进程不进入假死（僵死）情况，需要在开一个线程来维持其他任务的执行。 2 ，在多路 cpu 的系统中，多线程可以提高任务处理的效率。即理想情况下，每个线程独占一路 cpu 处理能。 3 ，特殊多路系统，在非对称多路系统中，每个线程（进程）都执行在不同的核上，所访问的硬件资源不同，所以需要开多个线程。 至于你说的抢 cpu 执行时间问题，要分操作系统看，目前我们常用的 windows 和 linux 都是抢占式操作系统。对于 linux 我不是很熟，对 windows 略知一二： 1 ，操作系统调度粒度是线程+进程。即操作系统调度的最小单位是线程，但是否决定该线程执行，除了看线程执行时间和未执行间隔以外，还需要看总进程内的执行情况。 其中还存在进线程优先级问题，中断优先级， cpu 执行平衡问题，就近执行原则等。 2 ，一个进程中，线程并非越开越多就好。因为非分时的非实时操作系统的任务调度周期很有可能是不准的，操作系统是否要打断一个线程的执行，转而交给另外一个线程执行，除了调度周期到来的调度扫描，还有任务执行的优先级， IRQL 级别，线程处于什么状态等。 3 ，过多的线程不仅不能抢到有效的 cpu 执行时间，还会导致线程环境切换的浪费。因为每次线程的切换其中伴随的态转换，以及堆栈移动、寄存器恢复、内存调度等问题。频繁切换线程，只会得不偿失，不管是 python 或者 java 或者 c++或者 c#都是一样的，因为是操作系统在管理线程执行。 至于你提出的第四个疑问，在单核 cpu 里面开多线程的事情。我只能和你说，设计决定一切。 |
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theoractice 2015-11-12 07:36:36 +08:00 via Android
单核纯计算不要开多线程。有 io 的话性能瓶颈可能不在 cpu 上。参考 amdahl 定律。
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zhangdawei 2015-11-12 09:43:44 +08:00
CPU 快， IO 慢，不多线程， CPU 效率不高，操作系统效率也不高。
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aiqier OP @chairuosen 这什么意思。。。大多程序只跑一个核？
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aiqier OP @sgissb1 那么是不是说，瓶颈如果是 io ，使用异步 io ，比如 nodejs ， nginx ， epoll ，之流比多线程更合适？
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yuchting 2015-11-12 11:18:41 +08:00
@sgissb1
@leavic 两位说的很清楚了。感觉楼主把多线程和多核搞混了，把操作系统和执行程序搞混了。这个可能和和市面上的多核宣传有关系吧，多核就可以一边看电影一边压缩文件之类的宣传，然后把单核或者少核鄙视一把，让人们更新换代，增加自己的销量。 还有一个叫多任务的概念，是对比以前 DOS 系统的单任务，也是宣传。 计算机科学貌似在很早很早的时候，就进行了时分多任务的改进了，和多核没关系，唯一的目的就是让 cpu 的空闲时间变少(等待用户操作，等待网络、磁盘等输入输出设备 io)。 而这个改进是操作系统完成的，和硬件关系相对较少。如果真的有兴趣想理解计算机，操作系统和编译原理的基础知识必不可少。 说完了。 |
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SIFT2009 2015-11-12 14:27:21 +08:00
单核要跑多线程，有多大意义？
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kaneg 2015-11-14 18:00:05 +08:00 via iPhone
多线程对 GUI 程序非常有用，因为没有多线程支持， javascript 要实现一个 并行的任务有多难
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