c++ - 单线程程序明显使用多核

Question

问题总结:运行单线程程序时使用了所有四个内核。为什么？

详细信息:我用 Xcode (C++) 编写了一个非并行程序。我正在对其进行并行处理，想看看我所做的是否真的导致使用了更多的内核。为此，我使用 Instruments 来查看核心用法。令我惊讶的是，虽然我的应用程序是单线程的，但所有四个内核都得到了利用。

为了测试它是否改变了性能，我将可用内核的数量调低到 1(您可以在 Instruments 和首选项中这样做)并且速度一点也没有降低。所以(据我所知)该程序没有以任何方式并行化。

我找不到任何关于使用多核执行单线程任务意味着什么的信息。我读错了仪器输出吗？或者单线程进程是否由于某种原因在不同的内核之间分流(比如在路上改变车道而不是同时在两条车道上行驶 - 即实际并行化)？

感谢任何人对此提供的任何见解。

使用 MWE 进行编辑(很抱歉最初没有这样做)。以下是在 Xcode 中编译的 C++ 代码，用于查找小于 500,000 的素数。

#include <iostream>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    clock_t start, end;
    double runTime;
    start = clock();
    int i, num = 1, primes = 0;
    int num_max = 500000;

    while (num <= num_max) {
        i = 2;
        while (i <= num) {
            if(num % i == 0)
                break;
                i++;
        }
        if (i == num){
            primes++;
            std::cout << "Prime: " << num << std::endl;
        }

        num++;
    }

    end = clock();
    runTime = (end - start) / (double) CLOCKS_PER_SEC;
    std::cout << "This machine calculated all " << primes << " under " << num_max << " in " << runTime << " seconds." << std::endl;

    return 0;
}

这在我的机器上运行大约 36 秒，如最终结果和我手机的秒表所示。当我分析它时(使用从 Xcode 中启动的工具)，它给出了大约 28 秒的运行时间。下图显示了核心用法。

instruments showing core usage with all 4 cores (with hyper threading)

现在我将可用核心数减少到 1。从分析器中重新运行(按下记录按钮)，它说运行时间为 29 秒；如下图所示。

instruments output with only 1 core available

这符合我的理论，即更多内核不会提高单线程程序的性能!不幸的是，当我实际用我的手机为程序计时时，上面的过程大约花费了 1 分 30 秒，因此打开所有内核可以获得有意义的性能提升。

让我很困惑的一件事是，如果你将核心数保留为 1，回到 Xcode 并运行程序，它再次说它需要大约 33 秒，但我的手机说它需要 1 分钟 50 秒.因此，改变核心是对内部时钟做一些事情(也许)。

希望能完整描述问题。我正在运行 2015 15 英寸 MBP，配备 2.2GHz i7 四核处理器。 Xcode 7.3.1

Answer 1

我想假设您的回答缺少大量信息，以便进行准确的诊断。无论如何，我将尝试向您解释 IHMO 最常见的原因，假设您的应用程序不使用以多线程方式执行的第 3 部分组件。

我认为这可能是调度器效应的结果。我将解释我的意思。

处理器的每个核心在系统中获取一个进程并在“短”时间内执行它。 This是桌面操作系统中最常见的解决方案。

您的进程在单个内核上执行了这段时间，然后停止以允许其他进程继续。当您恢复相同的进程时，它可以在另一个核心中执行(总是一个核心，但另一个核心)。因此，一个精度低且分辨率低的任务管理器可以记录所有内核的利用率，即使它没有记录。

为了验证是否是这个原因，我建议您查看应用程序运行时使用的 CPU 百分比。事实上，在单线程应用程序的情况下，CPU 应该约为 1/#numberCore ，在您的情况下为 25%。