为什么说线程太多,永利娱乐网址登入:cpu切换线程会浪费很多时间?

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问题1:

假如有一个计算任务,计算1-100的和,每10个数相加,需要占用一个cpu时间片(1s)。如果起一个线程(模拟没有线程切换),完成任务需要多长时间?如果起5个线程,完成任务需要消耗多久时间?如果起20个线程,完成任务需要多长时间?如果起20个线程呢?20个线程呢?50个线程呢?
假设1:cpu是单核cpu
假设2:每个线程的优先级一样。
假设3:cpu在两个线程之间切换的时间消耗是0.1s。
 
答:
1.如果起1个线程(模拟没有线程切换)就要消耗10s的cpu时间能完成任务。
2.如果起5个线程,每个线程处理20个数相加,所以要占用2个cpu时间片,即10s,cpu要切换9次,即0.9s,总耗时10s+0.9s=10.9s;
3.如果起10个线程,每个线程处理10个数相加,要消耗1个cpu时间,即10s,cpu要切换9次,即0.9s,总耗时10s+0.9s=10.9s。
4.如果起20个线程,每个线程处理5个数相加,占用0.5个时间片,即消耗10s,cpu要切换19次,即1.9s,总耗时10s+1.9s=11.9s。
5.如果起50个线程,每个线程处理2个数相加,占用0.2个时间片,即消耗10s,cpu要切换50次,即5s,总耗时10s+5s=15s。
 
总结:1个线程最快,起5个线程和10个线程的耗时是一样的,20个线程会更慢,所以线程数不是越多越好。
 
问题2:
 
假如有一个计算任务,计算1-100的和,每10个数相加,需要占用一个cpu时间片(1s),同时要在本地文件(模拟io阻塞)记一次数,会阻塞2s。如果起1个线程,完成任务需要耗时多少?如果起5个线程,完成任务需要消耗多久时间?如果起10个线程,完成任务需要多长时间?如果起20个线程呢?50个线程呢?
假设1:cpu是单核cpu
假设2:每个线程的优先级一样。
假设3:cpu在两个线程之间切换的时间消耗是0.1s。
 
答:
1.如果起1个线程(模拟没有线程切换)处理数字相加需要消耗10s,写文件(阻塞)要消耗20s,总共需要消耗10s+20s=30s。
2.如果起5个线程,每个线程处理20个数相加,每个线程处理数字相加要2s,阻塞要4s。第一轮cpu时间片轮转导致线程切换,每个线程都计算完各自的10个数字,五个线程计算数字要5s,并且cpu切换了4次,切换要用0.4s,所以第一轮耗时5s+0.4s+=5.4s;然后开始第二轮,因为第二轮每个线程都是处理写文件的事情,那是dma的事情,线程会阻塞出让cpu,所以cpu直接切换,连续切换四次,加上第一轮到第二轮的切换,一共5次切换,切换占用0.5s,所以第二轮cpu都是耗在线程切换上,第二轮耗时0.5s。然后开始第三轮,这时候第一个线程还要阻塞1.5s(2-0.5=1.5)才能开始执行三轮,所以这1.5s范围内,cpu是空闲的。过了1.5秒之后,开始第三轮和第四轮,分别和前面的第一轮和第二轮一样,分别是,第三轮耗时5.4s,第四轮耗时0.5s。但是第四轮第5个线程切换之后,还要等待2s,第五个线程才完成文件io。所以起五个线程,cpu要切换四轮,总消耗5.4s(第一轮)+0.5s(第二轮)+1.5s(等待io)+5.4s(第三轮)+0.5s(第四轮)+2s(io等待)=15.3s。
3.如果起10个线程,每个线程处理10个数相加,要消耗1个cpu时间,即10s,cpu要切换9次,即0.9s,第一轮耗时10s+9s=10.9s;第二轮因为是io阻塞,直接切换,要切换10次,切换耗时1s,然后继续等待第五个线程的io完成,等待1s(io要2s,切换线程过了1s,2-1=1)即可;所以总耗时是10.9s+1s+1s=12.9s。
4.如果起20个线程,每个线程处理5个数相加,第一轮切换29次线程,切换占用2.9s,计算数字需要10s,每切换两个线程,就io阻塞一次,ios阻塞10次,最后一次切换线程之后,还要等待最后一个线程的io,要等待2s。所以一共耗时2.9s+10s+2s=14.9s。
5.如果起50个线程,每个线程处理2个数相加,第一轮切换49次线程,切换占用4.9s,每切换5次线程,就io阻塞一次,计算数字要10s,,最后一次切换线程之后,还要等待最后一个线程的io,要等待2s。所以总耗时是:4.9s+10s+2s=16.9s。
 
总结:1个线程最快,起5个线程和10个线程的耗时是一样的,20个线程会更慢,所以线程数不是越多越好。
 
以下附上两个自己画的图,便于理解:
 

 

 

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posted @ 2020-11-21 20:08  ismallboy  阅读(278)  评论(0编辑  收藏
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