處理器設(shè)計(jì)師總是關(guān)注于不同的性能提升策略，為的是在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成盡可能多的計(jì)算。更快的頻率、更大的數(shù)據(jù)路徑以及不同的指令集方式都提升了性能。但是，性能提升最可能引起誤解的一個(gè)方面就是超線程對(duì)處理器性能的影響。

超線程能夠提升處理器效率已經(jīng)得到了證實(shí)，但是其并不適用于所有場(chǎng)景，而且現(xiàn)代處理器設(shè)計(jì)可能會(huì)令超線程成為明日黃花。

超線程工作原理

傳統(tǒng)的處理器隊(duì)列指令在傳輸?shù)教幚砥鞯膱?zhí)行引擎之前會(huì)通過(guò)流水線架構(gòu)。應(yīng)用設(shè)計(jì)以及需求差異總是會(huì)在處理器的指令管道中留有空隙，導(dǎo)致存在空閑的處理器時(shí)鐘周期。糟糕的程序設(shè)計(jì)可能會(huì)浪費(fèi)時(shí)鐘周期并降低處理器性能。

為了優(yōu)化處理器架構(gòu)并提升多任務(wù)處理的可能性，處理器設(shè)計(jì)人員增加了與一級(jí)管道共享執(zhí)行引擎的二級(jí)管道。設(shè)計(jì)人員想讓第二個(gè)線程或者任務(wù)的相關(guān)指令在單個(gè)管道中排隊(duì)，當(dāng)?shù)谝粋�(gè)指令管道空閑時(shí)再通過(guò)執(zhí)行核心運(yùn)行這些指令。Intel開(kāi)發(fā)了超線程技術(shù)，增強(qiáng)了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上的多線程并行處理。

在處理器核心中包括第二級(jí)指令管道，操作系統(tǒng)會(huì)識(shí)別到兩個(gè)獨(dú)立的處理器。能夠?qū)⒒顒?dòng)分解為單獨(dú)任務(wù)的應(yīng)用程序能夠利用處理器超線程技術(shù)。單獨(dú)的指令序列幫助處理器調(diào)度工作負(fù)載以有效地使用其指令引擎，這反過(guò)來(lái)提升了核心的計(jì)算能力。

然而，處理器核心仍舊只有一個(gè)執(zhí)行引擎，因此超線程帶來(lái)的性能提升取決于正在被調(diào)度的工作負(fù)載的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方式。性能改善從不會(huì)超過(guò)通過(guò)增加第二個(gè)核心所帶來(lái)的提升，增加第二個(gè)核心通常會(huì)使處理器的計(jì)算資源成倍增加。

在實(shí)現(xiàn)超線程之前需要具備哪些條件

處理器、BIOS、操作系統(tǒng)以及工作負(fù)載構(gòu)成了超線程服務(wù)器應(yīng)具備的四大基本元素。當(dāng)代大多數(shù)操作系統(tǒng)能夠支持超線程： 2002年Intel在至強(qiáng)處理器中就引入了目前已經(jīng)很完善的超線程技術(shù)，現(xiàn)在Itanium以及Atom處理器也支持超線程。

然而，處理器需要特定的軟硬件元素，包括服務(wù)器主板對(duì)BIOS提供支持。超線程的成熟特性幾乎保證了對(duì)BIOS的合理支持，通過(guò)設(shè)置BIOS允許系統(tǒng)技術(shù)人員啟用超線程及相關(guān)的活動(dòng)。

由于OS在指令隊(duì)列中解析工作負(fù)載任務(wù)并處理任務(wù)調(diào)度，因此操作系統(tǒng)也必須支持超線程。目前，大多數(shù)企業(yè)級(jí)操作系統(tǒng)，包括Windows Server 2012以及SuSE和Red Hat Linux的某些新的發(fā)行版都支持HT和SMT。檢查操作系統(tǒng)文檔以確認(rèn)HT支持所有數(shù)據(jù)中心平臺(tái)。

最后，應(yīng)用設(shè)計(jì)本身也影響超線程。設(shè)計(jì)為能夠借助超線程優(yōu)勢(shì)的SMT應(yīng)用要比只是部署在啟用超線程服務(wù)器的應(yīng)用性能更好。因?yàn)樘幚砥靼姹�、BIOS版本、OS版本以及應(yīng)用設(shè)計(jì)都影響超線程，因此很難準(zhǔn)確判斷對(duì)性能有多大提升。

超線程如何影響虛擬服務(wù)器

超線程通常提升了單核處理器的性能，但不幸的是，處理器性能提升并不等于更不可能超越多核的性能優(yōu)勢(shì)。你無(wú)法基于核心或者插槽來(lái)選擇啟用或者禁用超線程，而且在某些情況下，超線程有可能會(huì)對(duì)處理器虛擬化帶來(lái)不良影響。因此，很多管理員選擇禁用超線程。

超線程技術(shù)增強(qiáng)了處理器組織及調(diào)度應(yīng)用任務(wù)的方式，提升了性能。然而現(xiàn)代企業(yè)服務(wù)器至少使用有8到10個(gè)核心的多核處理器。在大多數(shù)情況下和超線程相比，可用的計(jì)算資源能夠帶來(lái)更好的性能提升。超線程還可能會(huì)對(duì)處理器虛擬化的方式帶來(lái)不良印象。

例如，當(dāng)啟用超線程時(shí)虛擬化特性比如CPU關(guān)聯(lián)性并非總是能夠很好地運(yùn)行。超線程在每個(gè)核心上創(chuàng)建了兩個(gè)邏輯處理器，但是這些邏輯處理器仍舊共享物理核心的計(jì)算資源。因此，當(dāng)虛擬機(jī)或者單個(gè)SMP虛擬機(jī)試圖使用位于同一個(gè)物理核心上的vCPU時(shí)可能會(huì)發(fā)生資源爭(zhēng)用，出現(xiàn)性能瓶頸。

實(shí)際上，服務(wù)器上可用的核心數(shù)量可能會(huì)導(dǎo)致超線程浪費(fèi)計(jì)算資源。如果一臺(tái)服務(wù)器包括4顆10核處理器，那么一共有40個(gè)核心，運(yùn)行在Windows Server 2008 R2的Hyper-V服務(wù)器支持64個(gè)邏輯處理器。如果啟用超線程，服務(wù)器將提供80個(gè)邏輯處理器，這樣就有16顆邏輯處理器處于空閑狀態(tài)，而且?guī)缀趵速M(fèi)了整個(gè)處理器插槽。在這種情況下超線程帶來(lái)的性能提升不會(huì)超過(guò)物理核心所增加的計(jì)算能力。