图说超线程技术(Hyper-Threading Technology)

在操作系统中，有多线程（multi-threading）的概念，这很好理解，因为线程是进程最小的调度单位，一个进程至少包含一个线程。本文将介绍CPU特有的超线程技术。简单来说就是，多线程比较软，超线程比较硬，二者本质上都是虚拟化。

1. 什么是超线程（hyper-threading）?

超线程(hyper-threading)其实就是同时多线程(simultaneous multi-theading),是一项允许一个CPU执行多个控制流的技术。它的原理很简单，就是把一颗CPU当成两颗来用，将一颗具有超线程功能的物理CPU变成两颗逻辑CPU，而逻辑CPU对操作系统来说，跟物理CPU并没有什么区别。因此，操作系统会把工作线程分派给这两颗（逻辑）CPU上去执行，让（多个或单个）应用程序的多个线程，能够同时在同一颗CPU上被执行。注意：两颗逻辑CPU共享单颗物理CPU的所有执行资源。因此，我们可以认为，超线程技术就是对CPU的虚拟化。

2. 超线程技术的由来（资料来源： https://en.wikipedia.org/wiki/Hyper-threading）

Hyper-Threading Technology is a form of simultaneous multithreading technology
introduced by Intel, while the concept behind the technology has been patented
by Sun Microsystems. 

超线程技术是同时多线程技术的一种实现形式，由Intel公司提出，而该技术背后的概念则是Sun公司的专利。Sun公司虽然倒下了，但它永远是一个伟大的公司。

纵观计算机的历史，有两个需求是驱动计算机科技进步的持续动力。

• 第一，人类想让计算机做得更多；
• 第二，人类想让计算机跑得更快。

从这个意义上讲，那些把工程师当做机器的资本家或资本家豢养的打手在榨取程序员的剩余价值的时候，就是不断地追求上述两个需求。超线程技术的发明，就是基于这样的考虑，不榨干处理器的最后一滴油决不罢休。

3. 单线程v.s.超线程 （图片来源：http://www.gethow.org/what-is-hyper-threading-technology-in-processors）

常规的CPU需要大约两万个时钟周期做不同线程间的切换，而超线程的CPU可以在单个时钟周期的基础上决定要执行哪一个线程。这使得CPU能够更好地利用它的处理资源。例如：假设一个线程必须等到某些数据被装入到cache中，那么CPU就可以继续去执行另一个线程。

o Intel公司的超线程技术

图片来源： http://www.slideshare.net/am_sharifian/intel-hyper-threading-technology

HT allows single processor to fetch and execute two separate code streams simultaneously. 超线程允许单个处理器在同一时刻并行地抓取和执行两个独立的代码流。

4. 超线程是如何工作的

图片来源： http://argentows.blogspot.com/2011/05/hyperthreading.html

维基百科的解释如下：

In this high-level depiction of HTT, instructions are  fetched  from
RAM (differently colored boxes represent the instructions  of   four
different programs), decoded and reordered by the front end   (white
boxes represent pipeline bubbles), and passed to the execution  core
capable of executing instructions from two different programs during
the same clock cycle.

图片来源： https://en.wikipedia.org/wiki/Hyper-threading#/media/File:Hyper-threaded_CPU.png

5. 超线程技术的好处

资料来源： What is Hyper-Threading Technology?

6. 实现超线程技术的前提条件

• 需要CPU支持
• 需要主板芯片组支持
• 需要BIOS支持
• 需要操作系统支持
• 需要应用软件支持

由此可见，超线程技术虽然很酷，但需要方方面面的支持，否则就玩不转。 类似地，如果想最大可能地榨取程序员的剩余价值的话，给程序员提供实现超线程运行的软硬件环境也是必须地，否则一味地让他们拼体力(加班)实在不是个好办法，因为人毕竟不是机器，人只有需要休息好了才可能有创造力，疲惫的人们大多时候是在瞎折腾，往往事倍功半。

小结： 超线程(hyper-threading)本质上就是CPU支持的同时多线程(simultaneous multi-threading)技术，简单理解就是对CPU的虚拟化，一颗物理CPU可以被操作系统当做多颗CPU来使用。