超线程

发表于： 更新于：
字数： 751 阅读：≈ 2分钟

分类

我们平时说的超线程可能指同时多线程（SMT），也可能指 Intel 的超线程（HT）。

flowchart TD
    SMT("Simultaneous multithreading (SMT)")
    HT("Hyper-threading (HT)")
    TMT("Temporal multithreading, or super-threading")
    SMT -->|Intel's implementation| HT
    TMT <-->|SMT 同一条流水线能执行来自多个线程的指令，另外一个不能| SMT
	HT -.-> HT_note("两个逻辑线程共享包括 TLB 和 cache 等资源，但 CR3 等资源独立")

也存在一个物理核心对应超过 2 个逻辑线程的 SMT 实现，比如 IBM Power8: 12 cores, 8T each, (32 FX + 32 FP) registers per thread，FX 是定点数，FP 是浮点数。

更完整的分类：

We can consider that Super-Threading the same as Temporal multithreading (coarse-grain). I.e. types of multithreading is vary as follows - from shared anything to shared nothing in CPU-core between threads: None (fully software multithreading), TM (fine-grained) in barrel processors, TM (coarse-grained) - Super Threading, SMT - Hyper Threading, CMT (Chip Multithreading) - multicore with shared expensive resource (single FPU on some cores), CMP (Chip Multiprocessors) - multicore with shared Last Level Cache & interconnect.

这段文字来自 https://stackoverflow.com/a/33702200 ，是对 https://ece757.ece.wisc.edu/lect03-cores-multithread.pdf#page=9 这一页幻灯片的提炼。

我的理解：Temporal multithreading（super-threading）也是硬件实现，肯定是比软件实现的单核多线程要快，但是不能像 SMT 那样充分利用 CPU 的资源。CMT 和 CMP 都是指芯片级别的多线程，指的是核心间的合作方式，而其他几个指的是单核的多线程方式。现在的 CPU 用 SMT + CMP 比较常见，未来有去除超线程的趋势。

Hyper-threading

逻辑线程不共享的资源：

  • CR3 register，这是顶级页表寄存器。
  • 通用寄存器，比如 x86 中的 AX, BX, CX, DX。
  • 控制寄存器。
    • 指令标志寄存器，比如 x86 的 EFLAGS。
    • 中断掩码寄存器。
    • 内存管理单元（MMU）寄存器。
    • 状态寄存器 / 标志寄存器 / 条件码寄存器，都是一个意思，比如 x86 的 FLAGS。

是否并非所有寄存器都需要多一份？为何没有文章有“所有寄存器”这个说法？

But essentially, a hyper-threaded core duplicates the minimal amount of state required to make it seem as if there’s another full core present (basically the registers). – https://stackoverflow.com/a/39076156

Hyper-threading works by duplicating certain sections of the processor—those that store the architectural state—but not duplicating the main execution resources. – https://en.wikipedia.org/wiki/Hyper-threading

参考资料