并行与并发

多台处理器和一台处理器的多个核是不一样的。

多个单核CPU,那么每一个CPU都需要有较为独立的电路支持,有自己的Cache,而他们之间通过板上的总线进行通信。假如在这样的架构上,我们要跑一个多线程的程序(常见典型情况),不考虑超线程,那么每一个线程就要跑在一个独立的CPU上,线程间的所有协作都要走总线,而共享的数据更是有可能要在好几个Cache里同时存在。这样的话,总线开销相比较而言是很大的,怎么办?那么多Cache,即使我们不心疼存储能力的浪费,一致性怎么保证?如果真正做出来,还要在主板上占多块地盘,给布局布线带来更大的挑战,怎么搞定?

如果我们选择多核单CPU,那么我们只需要一套芯片组,一套存储,多核之间通过芯片内部总线进行通信,共享使用内存。在这样的架构上,如果我们跑一个多线程的程序,那么线程间通信将比上一种情形更快。如果最终实现出来,对板上空间的占用较小,布局布线的压力也较小。

这就像为什么你要去公司上班而不是在家里上班一样。去公司上班(多核CPU)的话,资源共享(共享缓存),沟通方便(CPU内数据传输速度远大于总线速度)。
除非信息技术(类比总线)上有突破性进展,否则我们还是每天要挤公车去公司上班(多CPU方案无法取代多核)。


多核可以通过软件封装让普通用户看成一个处理器(最开始就是单核cpu,即一个处理器一个核心,这是很自然的人类设计),这样原来在单机上跑的程序设计基本不用更改就能获得不错的性能,最初的目的是提升普通PC计算能力的同时不增加原有程序的复杂性。但是在研究领域这是一个很好地研究方向,未来可能前景不错。

多个CPU则由于排名第一说的那些总线带宽等原因,最终形成分布式系统(当然,其实多核从内部看也是分布式结构的,但从外部看就可以简单认为是单个处理器了),从而必然面临的数据一致性,以及一些主从关系控制,可靠性保障之类的问题,一般人搞不来这种程序,因为调试,运行,故障等等问题太多。

举一个形象的例子。
形象的任务目标: 你需要搬很多砖,你现在有一百支手。
实际的任务目标: 你有一个很大的计算任务,你有很多cpu。
实现方式: 你可以全把100支手安在一个人身上(多核),亦可以安在100个人身上,每个人1个手(多个单核CPU)。

分析:
多核实现,(即100支手安在一个人身上):
这个人再笨,再不会用 ,干活速度也比只有1个手的人快不少。但快的有限。
即使人有一百只手,可一次搬的板砖太多了,脊椎估计顶不住,他在某些地方存在瓶颈(比如I/O),可能脑子控制不过来(内部的协调逻辑,调度策略复杂)。
但是科学家很喜欢这种东西,你有瓶颈,我就可以研究啊,可以想办法提高啊,优化啊,什么的。

完全的分布式实现,(即100只手安在100个人身上):
人多力量大,100个人协调好了,必然效率非常高,Google,阿里巴巴,等等大公司都喜欢这种东西。价格便宜量又足(对比另一个)。
但是,协调不好,各种问题就来了。

  1. 可能俩人抢着搬一块砖(数据一致性)
  2. 可能一个人搬着砖走了一半不走了(单点故障),最要命的是别人都没看见他不走了!那块砖最后搞不好就丢了!
  3. 可能因为任务没分配好(任务调度),几个人累死,几个人傻看着
  4. 到了饭点和发工资的日子,人们可能会发生争抢。(稀缺资源的分配,如I/O)
  5. 拜占庭问题,时钟不同步问题等等,一大堆了。 都是多少年的老问题。

最后用一句我最喜欢的话结束:
There is no magic in computer science.


解释一:并行是指两个或者多个事件在同一时刻发生;而并发是指两个或多个事件在同一时间间隔发生。
解释二:并行是在不同实体上的多个事件,并发是在同一实体上的多个事件。
解释三:并行是在多台处理器上同时处理多个任务,如hadoop分布式集群。并发是在一台处理器上“同时”处理多个任务,所以并发编程的目标是充分的利用处理器的每一个核,以达到最高的处理性能。


分布式和集中式是一对儿概念。
http://www.liaoxuefeng.com/wiki/0013739516305929606dd18361248578c67b8067c8c017b000/001374027586935cf69c53637d8458c9aec27dd546a6cd6000/


多进程单线程模型与单进程多线程模型之争
http://www.jianshu.com/p/c61a7746d139

多进程单线程模型典型代表:nginx
单进程多线程模型典型代表:memcached


iOS编程串行并行并发,同步异步阻塞非阻塞的区别。
进程:一个可执行的程序。
任务:一块可执行的代码。
线程:指的是一个独立的代码执行路径,线程是代码执行路径的最小分支。
串行和并行:串行是一次只能执行一个任务,并行是一次能执行多个任务。
并行是CPU的多核芯同时执行多个任务,并发是CPU的单核心交替执行两个任务。


简单说,多核并行 + 单核并发,并行与并发说的是一台cpu的事情。
集中式与分布式才是一个cpu与多个cpu的区别。
进程是资源分配的单位,线程是调度的单位。


一. 进程和线程的区别

下面是在网上看到的一个科普贴:

单进程单线程:一个人在一个桌子上吃菜。
单进程多线程:多个人在同一个桌子上一起吃菜。
多进程单线程:多个人每个人在自己的桌子上吃菜。
多线程的问题是多个人同时吃一道菜的时候容易发生争抢,例如两个人同时夹一个菜,一个人刚伸出筷子,结果伸到的时候已经被夹走菜了。。。此时就必须等一个人夹一口之后,在还给另外一个人夹菜,也就是说资源共享就会发生冲突争抢。

对于 Windows 系统来说,【开桌子】的开销很大(创建进程的时间开销很大),因此 Windows 鼓励大家在一个桌子上吃菜。因此 Windows 多线程学习重点是要大量面对资源争抢与同步方面的问题。

对于 Linux 系统来说,【开桌子】的开销很小,因此 Linux 鼓励大家尽量每个人都开自己的桌子吃菜。这带来新的问题是:坐在两张不同的桌子上,说话不方便。因此,Linux 下的学习重点大家要学习进程间通讯的方法。

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