c# - 使用 C# 和 APM 时 CPU 使用率不会达到 100% 的原因是什么？

Question

我有一个 CPU 密集型应用程序。当在单线程上处理数据时，CPU 使用率会在很多分钟内达到 100%。所以应用程序的性能似乎受 CPU 的限制。我对应用程序的逻辑进行了多线程处理，从而提高了整体性能。但是，CPU 使用率几乎不会超过 30%-50%。我希望 CPU(和许多内核)达到 100%，因为我同时处理多组数据。

下面是我用来启动线程的逻辑的简化示例。当我运行这个示例时，CPU 达到 100%(在 8/16 核机器上)。但是，我使用相同模式的应用程序却没有。

public class DataExecutionContext
{
    public int Counter { get; set; }

    // Arrays of data
}

static void Main(string[] args)
{
    // Load data from the database into the context
    var contexts = new List<DataExecutionContext>(100);
    for (int i = 0; i < 100; i++)
    {
        contexts.Add(new DataExecutionContext());
    }

    // Data loaded. Start to process.
    var latch = new CountdownEvent(contexts.Count);
    var processData = new Action<DataExecutionContext>(c =>
    {
        // The thread doesn't access data from a DB, file, 
        // network, etc. It reads and write data in RAM only 
        // (in its context).
        for (int i = 0; i < 100000000; i++)
            c.Counter++;
    });

    foreach (var context in contexts)
    {
        processData.BeginInvoke(context, new AsyncCallback(ar =>
        {
            latch.Signal();
        }), null);
    }

    latch.Wait();
}

我已将锁的数量减少到严格的最小值(只有闩锁在锁定)。我发现最好的方法是创建一个线程可以在内存中读/写的上下文。上下文不在其他线程之间共享。线程无法访问数据库、文件或网络。换句话说，我分析了我的应用程序，但没有发现任何瓶颈。

为什么我的应用程序的 CPU 使用率不到 50%？这是我使用的模式吗？我应该创建自己的线程而不是使用 .Net 线程池吗？有什么陷阱吗？有什么工具可以推荐给我来查找我的问题吗？

谢谢!

Answer 1

有很多事情可能会导致这种行为。

首先，你有什么类型的 CPU？如果您有 i7 或类似处理器，操作系统会将其视为具有 8 个内核，而实际上，它具有 4 个内核和 2 个超线程/内核。对于大多数操作，超线程并不真正提供与第二个内核相同的可扩展性，即使操作系统是这样看待它的。我遇到过这个问题，导致我的整体 CPU 使用率在操作系统看来较低...

其次，您可能会发生某种形式的真正共享。您提到您有锁定 - 即使它保持在最低限度，锁定也可能会阻止您有效地安排它。

另外，现在，您要预先安排所有 100 个工作项。操作系统将不得不调入和调出这 100 个线程。您可能希望将此限制为仅允许在给定时间处理特定数量。使用新的任务并行库要容易得多(只需使用 Parallel.ForEach 和 ParallelOptions 设置以获得最大线程数)- 但可以自己完成。

鉴于您要安排所有 100 个项目同时处理，分页可能会妨碍获得最大吞吐量的能力。

此外，如果您正在做任何其他“更真实”的工作——您可能会遇到错误的共享问题，尤其是当您使用共享的数组或集合时(即使您正在处理的元素不是共享)。

我建议在 VS 2010 的并发分析器下运行它 - 它会让您更清楚地了解正在发生的事情。