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CPU主频和内核数量以及服务器性能之间的关系

在系统维护工作中曾经被问到CPU内核数量和主频之间的关系的一个问题,当时和服务器厂家磨叽了几个小时也没有得到一个令人信服的答案,只好通过查阅相关资料以及和同事讨论后有了个清晰的答案。现将该问题整理了一下分享出来,以供大家学习和参考。

疑惑1:服务器的主频怎么计算?单颗主频*内核数量吗?

疑惑2:服务器cpu的性能依赖于cpu的主频?

疑惑3:多核处理出现的原因?

疑惑4:多核处理器的优势在哪里?

疑惑5:多核处理器带来的挑战是什么?

疑惑6:如何发挥多核服务器应有的性能?

1. 服务器的主频怎么计算?单颗主频*内核数量吗?

服务器cpu的主频和内核的数量是没有关系的,也就是说如果你的cpu的一个线程(一个core)的主频是2GHZ的话那么你的服务器的主频就是2GHZ。

2. 服务器cpu的性能依赖于cpu的主频?

cpu的性能依赖于CPU的主频吗?非也,主频只是其中一个比较重要的参考依据而已,其中还有其他重要的参数指标决定了cpu的性能。

其中CPU的性能由主频、管线架构或长度、功能单元数目、缓存设计四个方面决定,我扪常将“管线架构或长度、功能单元数目、缓存设计”这三个方面统称为CPU的架构,也就是说CPU的性能由CPU的主频和CPU的架构这两个方面来综合决定。

从以往CPU发展历史来看,CPU频率的增长带来的是性能上量的增长,而架构的改变往往带来其性能上质的飞跃,所以相对而言同样的架构,主频高低不同,CPU处理能力才有可比较性;而不同架构的CPU之间性能的差别就可能给人们带来完全不同的体验了。也正是CPU架构方面的原应才造成了很多同频的AthlonXP比P4处理器更快这一现实。

所以只有在同一家族的CPU中进行比较,核心数量、主频与CPU的运行速度才有正比关系,还有影响的因素是2、3级缓存的大小。核心版本和工艺的升级也有影响。一般在同一家族的CPU中,核心越多、主频越高、缓存越多、版本越新的CPU越快。

3. 为什么会出现多核处理器呢?

多核技术的开发源于工程师们认识到,仅仅提高单核芯片的速度会产生过多热量且无法带来相应的性能改善,先前的处理器产品就是如此。他们认识到,在先前产品中以那种速率,处理器产生的热量很快会超过太阳表面。即便是没有热量问题,其性价比也令人难以接受,速度稍快的处理器价格要高很多。

CPU从诞生之日起,主频就在不断的提高,如今主频之路已经走到了拐点。面对主频之路走到尽头,Intel和AMD开始寻找其它方式用以在提升能力的同时保持住或者提升处理器的能效,而最具实际意义的方式是增加CPU内处理核心的数量。

英特尔工程师们开发了多核芯片,使之满足“横向扩展“(而非“纵向扩充“)方法,从而提高性能。

4. 多核处理器的优势有哪些?

该架构实现了“分治法“战略。通过划分任务,线程应用能够充分利用多个执行内核,并可在特定的时间内执行更多任务。多核处理器是单枚芯片(也称为“硅核“),能够直接插入单一的处理器插槽中,但操作系统会利用所有相关的资源,将它的每个执行内核作为分立的逻辑处理器。

通过在多个执行内核之间划分任务,多核处理器可在特定的时钟周期内执行更多任务。多核架构能够使目前的软件更出色地运行,并创建一个促进未来的软件编写更趋完善的架构。尽管认真的软件厂商还在探索全新的软件并发处理模式,但是,随着向多核处理器的移植,现有软件无需被修改就可支持多核平台。操作系统专为充分利用多个处理器而设计,且无需修改就可运行。为了充分利用多核技术,应用开发人员需要在程序设计中融入更多思路,但设计流程与目前对称多处理(SMP) 系统的设计流程相同,并且现有的单线程应用也将继续运行。现在,得益于线程技术的应用在多核处理器上运行时将显示出卓越的性能可扩充性。

5. 多核处理器带来的挑战又是什么?

挑战一:与单核处理器相比,多核处理器在体系结构、软件、功耗和安全性设计等方面面临着巨大的挑战。

挑战二:许多历史程序没有采用并行编程,例如一些文件压缩软件、部分游戏软件等等。对于这些单线程的程序,单独运行在多核处理器上与单独运行在同样参数的单核处理器上没有明显的差别。这样会导致服务器资源的闲置和浪费从而无法发挥服务器性能。

6. 如何更好的发挥多核服务器的性能?

1)程序采用线程级并行编程,那么这个程序在运行时可以把并行的线程同时交付给多个核心分别处理,因而程序运行速度得到极大提高。这类程序有的是为多路工作站或服务器设计的专业程序,例如专业图像处理程序、非线视频编缉程序、动画制作程序或科学计算程序等。

2)日常应用中的另一种模式是同时运行多个程序。许多程序没有采用并行编程,例如一些文件压缩软件、部分游戏软件等等。对于这些单线程的程序,单独运行在多核处理器上与单独运行在同样参数的单核处理器上没有明显的差别。但是,由于日常使用的最最基本的程序——操作系统——是支持并行处理的,所以,当在多核处理器上同时运行多个单线程程序的时候,操作系统会把多个程序的指令分别发送给多个核心,从而使得同时完成多个程序的速度大大加快。

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