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隨著計算機技術(shù)的不斷進步，多核 CPU 已經(jīng)成為現(xiàn)在計算機的主流。而多核 CPU 的實現(xiàn)，離不開并發(fā)計算原理。在 Linux 中，CPU 線程起到了至關(guān)重要的作用。本文將圍繞 Linux CPU 線程展開，解析多核 CPU 并發(fā)計算原理。
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一、多核 CPU 的原理
多核 CPU 的實現(xiàn)是通過在 CPU 內(nèi)部集成多個處理器核心來實現(xiàn)的。每個核心都有自己的寄存器和算術(shù)邏輯運算單元，以及一些共享資源，如緩存和總線。每個核心獨立地執(zhí)行指令，這樣就可以并行地執(zhí)行多個指令，從而提高 CPU 的執(zhí)行效率。
CPU 的執(zhí)行效率可以通過以下幾種方式來衡量：
1.時鐘頻率
時鐘頻率是 CPU 內(nèi)部基準時鐘所發(fā)出的脈沖信號的頻率。它通常以 GHz 為單位。時鐘頻率越高，每秒鐘執(zhí)行指令的次數(shù)就越多，從而可以在更短的時間內(nèi)完成更多的計算。但時鐘頻率也存在一定的局限性，因為高頻率意味著高能耗，同時還會產(chǎn)生過多的熱量，對 CPU 的壽命造成影響。
2.指令級別并行
指令級別并行是通過在同一時鐘周期內(nèi)執(zhí)行多個指令來提高 CPU 的執(zhí)行效率。它需要硬件支持，在 CPU 中實現(xiàn)。它可以有效地提高單個核心的性能，但不能提高整個 CPU 的執(zhí)行效率。
3.線程級別并行
線程級別并行是通過在多個核心上同時執(zhí)行不同的線程來提高 CPU 的執(zhí)行效率。每個線程都是一個獨立的執(zhí)行單元，可以執(zhí)行不同的指令和不同的程序。線程級別并行可以提高整個 CPU 的執(zhí)行效率，因為不同的線程可以在不同的核心上并行執(zhí)行，從而有效地利用 CPU 的多個核心。
4.進程級別并行
進程級別并行是通過在不同的 CPU 上同時執(zhí)行不同的程序來提高 CPU 的執(zhí)行效率。每個程序都是一個獨立的進程，可以在不同的 CPU 上并行執(zhí)行。進程級別并行可以有效地利用多臺計算機的計算資源，從而提高整個集群的執(zhí)行效率。
二、Linux CPU 線程的實現(xiàn)原理
Linux CPU 線程是通過在用戶空間和內(nèi)核空間之間創(chuàng)建一個虛擬的執(zhí)行單元來實現(xiàn)的。每個線程都有自己的棧和寄存器，以及一個標識符，用于標識該線程。它們共享相同的地址空間，并且可以在不同的 CPU 上并行執(zhí)行。
Linux CPU 線程的實現(xiàn)原理涉及到以下兩個概念：
1.用戶線程和內(nèi)核線程
用戶線程是在用戶空間中實現(xiàn)的，它們由應(yīng)用程序負責管理。內(nèi)核線程是在內(nèi)核空間中實現(xiàn)的，它們由操作系統(tǒng)負責管理。用戶線程比內(nèi)核線程更輕量級，但需要應(yīng)用程序自己來管理線程的調(diào)度和同步。內(nèi)核線程較重量級，但由操作系統(tǒng)調(diào)度和同步，具有更好的可靠性和穩(wěn)定性。
2.NPTL（Native POSIX Thread Library）
NPTL 是 Linux 中的線程管理庫，是一個 POSIX 線程標準的實現(xiàn)。它提供了一套 API，用于管理用戶線程和內(nèi)核線程。NPTL 內(nèi)部通過調(diào)用 Linux 內(nèi)核提供的系統(tǒng)調(diào)用實現(xiàn)線程的創(chuàng)建、銷毀、切換和同步等功能。由于 NPTL 實現(xiàn)了對 POSIX 標準的完整支持，所以它可以在不同的 Linux 發(fā)行版上運行。
三、Linux CPU 線程的使用方法
在 Linux 中，可以通過以下幾種方式來使用 CPU 線程：
1.pthread_create 函數(shù)
使用 pthread_create 函數(shù)可以創(chuàng)建一個新線程，函數(shù)的原型如下：
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void *), void *arg);
其中，thread 是要創(chuàng)建的線程的標識符，attr 是線程的屬性，start_routine 是線程函數(shù)的指針，arg 是傳遞給線程函數(shù)的參數(shù)。如果創(chuàng)建成功，該函數(shù)返回0，否則返回錯誤碼。
2.pthread_join 函數(shù)
使用 pthread_join 函數(shù)可以等待一個線程結(jié)束，函數(shù)的原型如下：
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
其中，thread 是要等待的線程的標識符，retval 是返回值地址的指針。如果等待成功，該函數(shù)返回0，否則返回錯誤碼。需要注意的是，如果線程還沒有結(jié)束，該函數(shù)會阻塞當前線程，直到目標線程結(jié)束為止。
3.pthread_exit 函數(shù)
使用 pthread_exit 函數(shù)可以結(jié)束當前線程，函數(shù)的原型如下：
void pthread_exit(void *retval);
其中，retval 是線程的返回值。該函數(shù)不返回任何值，它會直接結(jié)束當前線程并返回 retval。
四、
本文主要介紹了 Linux CPU 線程的實現(xiàn)原理和使用方法，以及多核 CPU 的實現(xiàn)原理。在多核 CPU 上有效利用并發(fā)計算原理，可以提高 CPU 的執(zhí)行效率，從而更快地完成計算任務(wù)。為了便于開發(fā)者使用，Linux 提供了完善的線程管理庫和 API，使得開發(fā)者可以快速地實現(xiàn)基于 CPU 線程的應(yīng)用程序。
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- 如何在Linux系統(tǒng)中，查看某個進程中線程占用cpu或內(nèi)存等信息
如何在Linux系統(tǒng)中，查看某個進程中線程占用cpu或內(nèi)存等信息
1、查看物理CPU的坦隱亮個數(shù)
# cat /proc/cpuinfo |grep “physical id”|sort |uniq|wc -l
2、查看邏輯CPU的個數(shù)
# cat /proc/cpuinfo |grep “processor”|wc -l
3、查看CPU是幾核（即，核心數(shù)）
# cat /proc/cpuinfo |grep “cores”|uniq
cpu cores : 4
4、讓寬查看CPU的主頻
# cat /proc/cpuinfo |grep MHz|uniq
cpu MHz: 2499.982
5、當前操作系統(tǒng)內(nèi)核信息
# uname -a
Linux MysqlCluster01 2.6.32-431.20.3.el6.x86_64 #1 P Thu Jun 19 21:14:45 UTC 2023 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux
6、當攜輪前操作系統(tǒng)發(fā)行版信息
# cat /etc/issue
CentOS release 6.4 (Final)
Kernel \r on an \m
7、內(nèi)存使用情況
# free -m
totalusedfree shared buffers cached
Mem:
-/+ buffers/cache:
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