东林博客

深入浅出理解CPU时间片

时间片即CPU分配给各个程序的时间,每个线程被分配一个时间段,称作它的时间片,即该进程允许运行的时间,使各个程序从表面上看是同时进行的。如果在时间片结束时进程还在运行,则CPU将被剥夺并分配给另一个进程。如果进程在时间片结束前阻塞或结束,则CPU当即进行切换。而不会造成CPU资源浪费。在宏观上:我们可以同时打开多个应用程序,每个程序并行不悖,同时运行。但在微观上:由于只有一个CPU,一次只能处理程序要求的一部分,如何处理公平,一种方法就是引入时间片,每个程序轮流执行。

为了提高程序执行效率,大家在很多应用中都采用了多线程模式,这样可以将原来的序列化执行变为并行执行,任务的分解以及并行执行能够极大地提高程序的运行效率。但这都是代码级别的表现,而硬件是如何支持的呢?那就要靠CPU的时间片模式来说明这一切。程序的任何指令的执行往往都会要竞争CPU这个最宝贵的资源,不论你的程序分成了多少个线程去执行不同的任务,他们都必须排队等待获取这个资源来计算和处理命令。先看看单CPU的情况。下面两图描述了时间片模式和非时间片模式下的线程执行的情况

1非时间片线程执行情况

多CPU的情况只是单CPU的扩展,当所有的CPU都满负荷运作的时候,就会对每一个CPU采用时间片的方式来提高效率

我们将CPU就类比为电话亭,每一个进程都是一个需要打电话的人。现在一共有4个电话亭(就好比我们的机器有4核),有10个人需要打电话。现在使用电话的规则是管理员会按照顺序给每一个人轮流分配1分钟的使用电话时间,如果使用者在1分钟内使用完毕,那么可以立刻将电话使用权返还给管理员,如果到了1分钟电话使用者还没有使用完毕,那么需要重新排队,等待再次分配使用。

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