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SMTの基本理解 - 同時マルチスレッディング

Posted at 2020-11-13

#プロセス・スレッドの復習

マルチスレッドの意義は独立に動かし、かつ同じプロセス内のメモリ空間を共有することができること

#SMT (同時マルチスレッディング)とは

###CPU構造

###CPU中の回路全部使ってることはない

##性能は単純に二倍ではない

4コア8スレッドの場合でも、4コアよりは早いが8コアより遅いなど性能は単純比例しない
- ハイパースレッディングの方がコンテキストスイッチは減る
1コア2スレッドの場合、2スレッドでCPUを占有できるのでベスト
- 追加でもう1スレッド立ち上げるなど、受け手側＝コア側のキャパ超えたら処理は早くならない

##シングルスレッド/マルチスレッド

1プロセスで複数のスレッドを使うかどうかは、アプリケーションの作り方
シングルスレッドは枝分かれしない処理であり、CPUコアをたくさん搭載しても、意味がない
マルチスレッドは 1プロセスで複数の処理を並行実行可能
- マルチスレッドでは、あるプロセスに所属するスレッドはメモリ領域を共有するので注意
- 排他制御を行う必要がある
- スレッドのデータは親プロセスのメモリ領域に保持
- スレッド切り替えで利用する仮想アドレス空間の切り替えが起きない（TLBフラッシュ不要）

処理途中で他スレッドの割り込み発生すると結果が正しく反映されない
synchronizedブロックで排他制御

##コンテキストスイッチとは

SMT：ある瞬間で並行して実行されている命令数
マルチタスク：短い時間で並行して実行されているプログラムの数
- マルチタスクによって実行するアプリケーションを細かく切り替え、同時に動いているように見せることができる
- CPUのコンテキストがプロセスに紐づいててプロセスで最後に実行した状態が保存される
- また順番が回ってきたらそのコンテキスト情報を元に処理を継続
コンテキストスイッチ：マルチタスク実行時の処理切替のこと
- 例：割り込み処理で一定間隔でタイマー割り込みをかけている時（Thread0~2使用）
  - Thread0で0番目の処理が終わった段階で、タイマー割り込み処理をかける
  - CPUは割り込みが入ったことで処理を止めて、割り込みプログラム書いたところに処理を飛ばす
  - 終了後、 CPUはコンテキストスイッチをかけることで次のThread1に処理を移し処理を実行
  - Thread1が終わったらコンテキストスイッチでThread2へと、順にくりかえず
- これを高速にやるとCPUは一度に一個の処理しかできないのにあたかも複数の処理ができるように見える

##MMU（Memory Management Unit）とは

プロセス毎に専用の物理メモリ領域を確保し、その物理領域にアクセスするための仮想アドレスを用意
- メモリにデータを読み書きする際には1つ1つメモリのアドレスを指定する
- 競合しないよう、他のプロセスが使っていないアドレスを探す必要がある
- このメモリ管理の仕事を、プロセッサ内のMMUが行なっている
プロセスからは仮想アドレスを指定してメモリアクセスを行い、MMUが仮想アドレスから物理アドレスへの解決を行う

##TLBフラッシュとは