41、Linux多核处理器性能优化与调试指南（上）

Linux多核处理器性能优化与调试指南（上）

1. 多核处理器概述

多核CPU如今已广泛应用于多种架构。为简化讨论，主要关注AMD和Intel基于英特尔架构的实现，不过相关问题适用于所有架构。
第一代Intel和AMD的多核CPU是双核的。从功能上看，双核CPU相当于两个单核CPU（如在多处理器主板上）。每个核心都有自己的寄存器、缓存、指令流水线、执行单元、MMU等。原则上，双核处理器的性能与运行在相同时钟频率下的两个单核处理器的SMP系统相当。
未来的双核和四核CPU会在一定程度上共享片上缓存，这有优缺点。一方面，它限制了单个CPU在不与其他CPU竞争的情况下可访问的缓存量；另一方面，共享缓存减少了同步单独缓存所需的周期数。因此，一些应用程序会从多处理器间的缓存共享中受益，而另一些则会受到影响，很难简单判定哪种方式更好。

2. SMP机器上的编程

大多数应用程序无需知道自己运行在多处理器机器上，硬件和操作系统会处理大部分细节。操作系统负责在CPU间分配任务和平衡负载。不过，有些应用程序需要了解CPU的数量和类型，以充分利用硬件资源。

2.1 Linux调度器与SMP

Linux内核2.0版本引入了SMP。SMP调度器试图在CPU间高效分配任务和线程，充分利用硬件资源。其启发式算法基于一些假设，最基本的是所有CPU是相等的，这也是“对称多处理”中“对称”的含义。
但SMT和多核处理器等创新对这一假设提出了挑战。在先进的多处理器架构中，往往需要应用程序了解硬件特性并为调度器提供信息。
SMP调度器倾向于将进程保持在同一个CPU上，因为（由于延迟TLB刷新）进程很可能能够重用TLB。但对于SMT