可以在多核CPU上并行运行多个OS进程吗？

Question

所以我开始讨论多核CPU是否允许并行执行单独的进程。

据我所知，每个核心允许执行不同的线程，但它们都必须属于一个进程。或者我错了吗？

我的理由是，虽然每个核心都有独立的寄存器和L1 / L2缓存（取决于硬件），但它们都必须共享其他东西，如L3缓存或TLB（我没有很多关于cpu架构的知识，请随时纠正我。）

我试着寻找答案，但无法找到任何结果（也许问题太愚蠢了）。

非常感谢你。

Answer 1

可以安排多个进程的多个线程在单个核心上运行。当然，在给定时间只有一个线程在核心上运行。在核心上运行的进程队列由调度程序管理。一个好的调度程序将为核心提供CPU绑定和I / O绑定进程的良好组合，以便机器中的所有组件都具有良好平衡的负载。

因此，多核CPU不仅允许并行执行，还允许并发执行进程。另一方面，单核CPU只允许并行执行。单核机器中没有并发性。

核心的所有资源都被赋予当前在其上运行的线程/进程（但不是在超线程中）。如果我没有错的话，第一个同时拥有多个进程的资源是主内存或RAM。所有进程都使用RAM的某些部分，即使它们没有在核心上运行。要将进程加载到内核，通过将寄存器，地址空间和堆栈设置为进程所处的相同状态，从核心卸载以便为其他进程提供时间，从RAM加载进程控制块（PCB）

每个流程的时间量从few ms to a few hundred ms开始变化。与之相比，L1 / L2高速缓存访​​问是几ns，主存储器访问是几百ns。下面的图片应该很有趣：

Answer 2

两个进程或线程可以在不同的核上同时运行，前提是它们不在电子级别的共享资源上竞争。

在英特尔芯片中最明显的问题是L3缓存和RAM。如果您有两个或更多英特尔芯片，他们就QPI相互交谈。虽然这允许每个CPU集群都有自己的内存控制器在SMP配置中运行，但如果线程需要来自另一个芯片内存的数据，那么它就会成为另一回事。

在AMD芯片中，每个核心都有一个内存控制器，Hypertransport负责合成SMP配置。令人高兴的是，即使在多芯片系统中（所有芯片内部和外部也都是Hypertransport），所有内核在各处都非常相似。

英特尔和AMD都在创建架构方面做得非常出色，这些架构可以最大限度地减少多核，对称多处理系统中发生的内存争用，而不必过多考虑我们编写软件的方式。如果你想要绝对最硬的硬件，你可以编程考虑底层的NUMA硬件架构，你可能（这真的很难）减少一些正在发生的争论。

可能阻止真正并发执行的其他因素是，如果有专门的子系统为多个核心提供服务。例如，UltraSPARC T1在8个内核之间共享一个浮点单元。显然他们不能一次全部使用它！

FPGA通常被认为是可并行计算（如FFT）的绝佳选择。但是它们的内存有限，如果计算开始需要存储更多数据，则必须使用外部RAM。这会立即限制可以实现的并行度，因为FPGA的不同部分开始争夺对外部RAM的访问权。在这种情况下，FPGA是否是正确的方法是值得怀疑的;一个时钟频率为500MHz的FPGA访问RAM（速度也非常慢），没有先进的板载缓存，也不会像具有高级缓存和多存储控制器子系统的优秀设计CPU一样快。