Eşzamanlı çoklu iş parçacığı nasıl çalışır

(blog.codingconfessions.com)

3 puan yazan GN⁺ 2024-07-29 | Henüz yorum yok. | WhatsApp'ta paylaş

SMT’nin kullanılma nedeni: İşlemci kaynaklarının kullanım verimliliğini artırmak için kullanıma alındı. İşlemcide yüzlerce kayıt, birden fazla yükleme/depolama birimi ve aritmetik birim bulunur. Bunları daha iyi kullanmak için komut düzeyi paralellik (ILP) teknikleri kullanılır.
Komut ardışık düzeni: Komut yürütmeyi birden fazla aşamaya bölerek her çevrimde yeni komutların ek olarak işlenmesini sağlar. Ardışık düzenin derinliği arttıkça daha fazla komut paralel olarak işlenebilir.
Superscalar mimari: Her çevrimde birden fazla komut yayınlayabilir. Örneğin modern Intel Core i7 işlemcileri her çevrimde 4 komut yayınlayabilir.
Yatay ve dikey israf: Yeterli sayıda bağımsız komut bulunamadığında ortaya çıkan kaynak israfıdır. Yatay israf, işlemci yeterince bağımsız komut bulamadığında; dikey israf ise tüm komutlar o anda yürütülen komutlara bağımlı olduğunda meydana gelir.

Mimari durumun kopyalanması: İki iş parçacığını aynı anda çalıştırmak için işlemcinin mimari durumu kopyalanır. Bu sayede tek bir fiziksel işlemci, işletim sistemine iki mantıksal işlemci olarak görünür.
Kaynak paylaşımı ve kopyalama: Bazı kaynaklar kopyalanır, bazıları ise paylaşılır. Bunun kopyalanıp kopyalanmayacağına güç tüketimi ve yonganın kapladığı fiziksel alan gibi çeşitli etkenlere göre karar verilir.

Frontend, backend ve retirement birimi: İşlemci mikro mimarisi üç bölüme ayrılır. Frontend komutları getirir ve çözümler, backend yürütme kaynaklarını tahsis eder ve komutları çalıştırır. Retirement birimi ise çalıştırılan komutların sonuçlarını mimari duruma commit eder.

Frontend: Komut işaretçisi, trace cache, ITLB cache, uop kuyruğu gibi çeşitli bileşenlerden oluşur. Her bileşen, iki mantıksal işlemciyi desteklemek için ya kopyalanır ya da paylaşılır.
Backend: Kaynak tahsis edici, register renaming, komut hazır kuyruğu, komut zamanlayıcısı gibi bölümlerden oluşur. Kaynak tahsis edici her çevrimde mantıksal işlemciler arasında geçiş yapar.
Retirement birimi: Komutların mimari duruma commit edilmeye hazır olup olmadığını izler ve bunları doğru sırayla commit eder.

TLB: Sanal adresleri fiziksel adreslere çeviren küçük bir önbellektir. İki mantıksal işlemci arasında dinamik olarak paylaşılır.
L1, L2, L3 önbellekleri: Her CPU çekirdeğinin kendine ait bir L1 önbelleği vardır. L2 önbelleği mikro mimariye göre değişebilir, L3 önbelleği ise çekirdekler arasında paylaşılır.

Tek iş parçacıklı çalışma: SMT etkin bir çekirdekte tek iş parçacığı çalıştırıldığında, kaynaklar paylaşıldığı için performans düşebilir.
İki iş parçacığı çalıştırma: Performans, önbellek erişim desenine göre değişebilir. Birbirini tamamlayan iş parçacıkları performansı artırabilirken, rekabet eden iş parçacıkları performansı düşürebilir.
Güvenlik açıkları: Son yıllarda SMT ile ilgili güvenlik sorunları keşfedildi. Kaynak paylaşımı ve komutların spekülatif yürütülmesi nedeniyle hassas verilerin sızma ihtimali bulunur.

SMT kullanıp kullanmama kararı: SMT, CPU kaynaklarının kullanım verimliliğini artırmak ve komut işleme verimini yükseltmek için tasarlanmıştır; ancak performans ve güvenlik açısından bazı trade-off’lar içerir. İş yüküne göre SMT’nin kullanılıp kullanılmayacağına karar vermek önemlidir.

SMT’yi anlamak: SMT, CPU kaynaklarının kullanım verimliliğini artırmak ve komut işleme verimini yükseltmek için tasarlanmıştır.
Performans ve güvenlik: SMT performans artışına yardımcı olabilir; ancak kaynak rekabeti ve güvenlik açıkları nedeniyle performans düşüşü ve güvenlik sorunları yaşanabilir.
Kullanım kararı: İş yüküne göre SMT’nin kullanılıp kullanılmayacağı dikkatle değerlendirilmelidir. Yüksek performans gerektiğinde SMT’yi devre dışı bırakmak daha iyi olabilir.
İlgili projeler: AMD’nin SMT uygulaması ve ARM işlemcilerinde SMT performans analizi projeleri de incelenmeye değerdir.

İlgili okumalar