Bir program neden belirli bir minimum CPU çekirdeği gerektiriyor?

N'den az sayıda çekirdeğe sahip olan bir CPU'da çalışırken düzgün çalışmayan bir kod (veya bir kod yerine yazılım tamamlandı) yazmak mümkün müdür? Açıkça kontrol etmeden ve bilerek başarısız olmadan :

EĞER (noOfCores <4) SONRA bilerek düzgün çalışmaz

Bir oyunun ( Dragon Age: Inquisition ) minimum sistem gereksinimlerine bakıyorum ve minimum dört çekirdekli bir işlemci olduğu belirtiliyor. Birçok oyuncu iki çekirdekli işlemcide ve iki fiziksel ve iki mantıksal çekirdeğe sahip Intel Core i3'lerde EVEN'de çalışmadığını söylüyor . Ve bu bilgisayar gücü sorunu değil.

Anladığım kadarıyla, iş parçacıkları işletim sistemi tarafından CPU tarafından tamamen izole edilmiyor çünkü bu yapılamıyor.

Sadece işleri düzeltmek için:

Ben am DEĞİL "Ben kodundan işlemci çekirdeklerinin sayısını öğrenmek, ve amacına başarısız misin?" Soran ... Böyle bir kod kötü niyetli olacaktır (bir programı çalıştırmak için daha pahalı bir CPU almaya zorlar - hesaplama gücüne ihtiyaç duymaz). Örneğin, kodunuzun dört iş parçacığı olduğunu ve iki iş parçacığı aynı fiziksel çekirdeğin üzerinde çalıştığında (sistem bilgisini açıkça kontrol etmeden ve bilerek başarısız olmadan) başarısız olduğunu soruyorum .

Kısacası, birden fazla çekirdekten gelen ilave bilgi işlem gücüne ihtiyaç duymadan birden fazla çekirdek gerektiren bir yazılım olabilir mi? Sadece N ayrı fiziksel çekirdek gerektirir.

Çekirdek afinitesinin dikkatsiz kullanımıyla bunu "kazayla" yapmak mümkün olabilir. Aşağıdaki sahte kodu göz önünde bulundurun:

• iş parçacığı başlatmak
• Bu iş parçacığında, hangi çekirdek üzerinde çalıştığını bulmak
• CPU çekirdeğini bu çekirdeğe ayarla
• Sonsuza dek hesaplama yoğun / döngüsel bir şeyler yapmaya başla

İki çekirdekli bir işlemcideki bunlardan dördünü başlatırsanız, çekirdek çekicilik ayarında bir şey ters gider veya mevcut çekirdeği ve iki kez zamanlanmış bir diziyi bağlayan iki iş parçacığı ile bitirdiniz. Hiçbir noktada, toplamda kaç tane çekirdek olduğunu açıkça sormadı.

(Uzun süre çalışan iş parçacığınız varsa, CPU benzeşimi ayarlamak genellikle verimi artırır)

Oyun şirketlerinin insanları iyi bir sebep olmadan daha pahalı donanım almaya zorladıkları fikri pek makul değil. Sadece müşterilerini kaybedebilir.

Düzenleme: Bu yazı şimdi eğitimli tahmine dayanarak verilen oldukça fazla 33 33 oy aldı!

Görünüşe göre insanlar DA: Çift çekirdekli sistemlerde fena koşuyorum: http://www.dsogaming.com/pc-performance-analyses/dragon-age-inquisition-pc-performance-analysis/ Bu analiz Hiper-dişi açıldığında durumun büyük ölçüde düzeldiğini belirtir. HT'nin başka herhangi bir talimat sorunu birimi veya önbellek eklemediği göz önüne alındığında, yalnızca bir iş parçacığının çalışmasına izin verir, bir başkası bir önbellek kabini içindeyken, yalnızca iş parçacığı sayısıyla bağlantılı olduğunu kuvvetle önerir.

Başka bir poster, grafik sürücülerini değiştirmenin işe yaradığını iddia ediyor: http://answers.ea.com/t5/Dragon-Age-Inquisition/Working-solution-for-Intel-dual-core-CPUs/td-p/3994141 ; Grafik sürücülerinin perişan bir pislik ve villany kovanı olma eğiliminde olduğu göz önüne alındığında, bu şaşırtıcı değil. Ünlü şöförlerden oluşan bir set, QUAKE.EXE'den çağrıldığında seçilen "hızlı ve yanlış" kipine karşı "doğru ve yavaş" modunu kullanıyordu. Sürücülerin farklı sayıdaki görünür CPU'larda farklı davranması tamamen mümkündür. Belki (spekülasyona geri dönersek) farklı bir senkronizasyon mekanizması kullanılır. Spinlockların yanlış kullanılması ?

"Kilitleme ve senkronizasyon ilkellerinin yanlış kullanımı" çok, çok yaygın bir hata kaynağıdır. (Bu yazıyı yazarken işte aramam gereken hata "yazıcı ayarlarını yazdırma işi bittiği zaman değiştiriyorsanız kilitlenmedir").

Düzenleme 2: yorumlar, işletim sisteminin iplik açlığından kaçınmaya çalıştığını belirtiyor. Oyunun, konulara iş atamak için kendi yarı-zamanlayıcıya sahip olabileceğini ve grafik kartının kendisinde (etkin bir şekilde kendi başına bir çoklu görev sistemi olan) benzer bir mekanizma olacağına dikkat edin. Bunlardan birinde bir hata şansı veya aralarındaki etkileşim oldukça yüksektir.

www.ecsl.cs.sunysb.edu/tr/ashok.pdf (2008), normalde ilk kez ilk olarak sunulan programı kullanmaları gerektiğini açıkça ifade eden grafik kartları için daha iyi zamanlama üzerine yüksek lisans tezidir. önleyici olmayan sistemler. Durum düzeldi mi? Muhtemelen değil.

4 çekirdeğe sahip olmak gerekebilir çünkü uygulama paralel işlerde dört görevi yerine getirir ve neredeyse aynı anda bitmelerini bekler.

Her iş parçacığı ayrı bir çekirdek tarafından yürütüldüğünde ve tüm iş parçacıkları aynı hesaplamalı iş yüküne sahip olduğunda, kabaca aynı anda bitmeleri oldukça muhtemeldir (ancak garantili olmaktan uzaktır). Ancak iki diş bir çekirdekte çalıştığında, zamanlama çok daha az tahmin edilebilir olacaktır çünkü çekirdek her zaman iki diş arasındaki içeriği değiştirecektir.

Beklenmeyen iplik zamanlaması nedeniyle oluşan hatalara " yarış koşulları " denir .

Oyun geliştirme bağlamında, bu tür bir soruna sahip akla yatkın bir mimari, oyunun farklı özelliklerinin farklı CPU iş parçacıkları tarafından gerçek zamanlı olarak simüle edildiği bir yapı olabilir. Her özellik kendi çekirdeğinde çalıştığında, hepsi kabaca aynı hızda simüle edilir. Ancak iki özellik bir çekirdekte yayınlandığında, her ikisi de sadece garip davranışlara neden olabilecek oyun dünyasının yarısı kadar hızlı bir şekilde simüle edilecektir.

Belirli zamanlamalarla çalışan bağımsız iş parçacıklarına bağlı bir yazılım mimarisinin son derece kırılgan olduğunu ve eşzamanlı programlamanın çok kötü bir şekilde anlaşıldığının bir işareti olduğuna dikkat edin. Pratik olarak tüm okuyuculu API'lerde, bu tür problemleri önlemek için konuları net bir şekilde senkronize etmek için mevcut olan özellikler vardır.

Bu "asgari şartların" altında oyunun çalışmayacağı bir şeyi temsil etmesi muhtemel değildir. Çok daha büyük olasılıkla, oyunun kabul edilebilir performansla koşmayacağı bir şeyi temsil etmeleri muhtemeldir. Hiçbir oyun şirketi, yazılım teknik olarak çalışsa bile, tek çekirdekli 1 Ghz'lık bir kutuda çalışırken berbat performanstan şikayet eden birçok müşteri ile uğraşmak istemez. Bu yüzden, muhtemelen kasıtlı olarak, kendilerine kabul edilebilir performans verebilecek olandan daha az sayıda çekirdekli kutularda zorlanmayacak şekilde tasarlarlar.

Oyun performansındaki önemli bir ölçü kare hızıdır. Genellikle saniyede 30 veya 60 kare hızında çalışırlar. Bu, oyun motorunun mevcut durumu oyun durumundan belirli bir süre içinde görüntülemesi gerektiği anlamına gelir. 60 fps'ye ulaşmak için, bunu yapmak için 16 milisaniyeden biraz daha fazlası var. Üstün grafikleri olan oyunlar son derece CPU'ya bağlıdır ve bu nedenle daha yüksek kaliteye (daha fazla zaman alan) itmeye çalışmakla bu zaman diliminde kalma ihtiyacı arasında çok büyük bir işe yarar. Bu nedenle, her bir çerçeve için zaman bütçesi son derece sıkıdır.

Zaman bütçesi dar olduğundan, geliştirici ideal olarak bir veya daha fazla çekirdeğe özel erişim ister. Ayrıca, muhtemelen renderleme malzemelerini bir çekirdekte yapabilmeyi istiyorlar, çünkü o zaman bütçesinde yapılması gerekenler, dünya devletini hesaplamak gibi diğer şeyler yapamayacağı ayrı bir süreçte oluyor davetsiz.

Teoride, bütün bunları tek bir çekirdeğe tıkayabilirsiniz, ancak daha sonra her şey daha da zorlaşır. Birdenbire, tüm bu oyun durumlarının yeterince hızlı olduğundan emin olmalısınız ve renderlemenizin gerçekleşmesine izin verin. Bunları sadece iki yazılım dizisi oluşturamazsınız, çünkü işletim sisteminin "iş parçacığı A'nın iş parçacığı B'nin ne iş parçacığına bakılmaksızın 16 milisaniyede X miktarını doldurması gerekir" i anlamasını sağlamanın bir yolu yoktur.

Oyun geliştiricileri, yeni donanım satın almanıza ilgi duymuyor. Sistem gereksinimlerinin olmasının nedeni, alt uç makinelere destek maliyetinin buna değmemesidir.

Hiçbir zaman uyumayan üç gerçek zamanlı iplik ve bir başka iplik. Dörtten daha az sayıda çekirdek varsa, dördüncü iplik asla çalışmaz. Dördüncü iş parçacığının, gerçek zamanlı iş parçacığının bitmesi için gerçek zamanlı iş parçacıklarından biriyle iletişim kurması gerekiyorsa, kod dört çekirdekten daha az bitmeyecektir.

Açıkçası, gerçek zamanlı iş parçacıkları uyumasına izin vermeyen bir şeyi bekliyorsa (spinlock gibi) program tasarımcısı berbat etti.

Her şeyden önce, yazılım iş parçacıklarının donanım iş parçacıklarıyla ilgisi yoktur ve sık sık karıştırılır. Yazılım iş parçacıkları, işlem bağlamında kendi başına gönderilip çalıştırılabilen kod parçalarıdır. Donanım konuları çoğunlukla işletim sistemi tarafından yönetilir ve normal programlar hakkında konuşurken işlemcinin çekirdeğine gönderilir. Bu donanım iplikleri yüke göre gönderilir; donanım iplik dağıtıcısı, bir yük dengeleyici gibi az çok hareket eder.

Bununla birlikte, söz konusu oyun, özellikle üst seviye oyun söz konusu olduğunda, bazen donanım iplikleri oyunun kendisi tarafından yönetilir veya oyun donanım ipliği dağıtıcısına ne yapması gerektiğini bildirir. Bunun nedeni, her görev veya görev grubunun normal bir programdaki gibi aynı önceliğe sahip olmamasıdır. Ejderha çağı yüksek uçlu oyun stüdyosundan yüksek uçlu oyun stüdyosundan geldiği için "manuel" göndermeyi kullandığını ve ardından çekirdek sayısının minimum sistem gereksinimi haline geldiğini hayal edebiliyorum. Bir makinede çalışan 3. fiziksel çekirdeğe yalnızca 1 veya 2 çekirdekli bir kod parçası gönderdiğimde herhangi bir program çöküyor.

Sanallaştırmayı fizikselden daha fazla sanal çekirdeğe sahip olarak kullanmak mümkün olduğundan ve yazılım sanallaştırmaya çalıştığını bilmediğinden ve bunun yerine bu kadar çok fiziksel çekirdeğe sahip olduğunu düşüneceğinden, bu tür yazılımların mümkün olmadığını söyleyebilirim.

Yani, her zaman N çekirdeğinden daha az duracak bir yazılım yazmak mümkün değildir.

Diğerlerinin de belirttiği gibi, özellikle N süreçleri <N işlemcilerde çalıştığında kullanılan işletim sistemi ve kodun yarış koşullarına karşı çok az koruması varsa, potansiyel olarak kontrol edebilecek yazılım çözümleri vardır. Gerçek numara, N işlemciden daha az işlemciye sahip olduğunuzda başarısız olacak ancak N işlemcilere sahip olduğunuzda ancak N işlemciden daha azına iş atayabilecek bir işletim sistemine sahip olduğunuzda başarısız olacak koddur.

Bir şey yapan (arka planlar üreten veya NPC hareketi üreten) ve olayları dördüncü bir sayıya geçiren, olayları topladığı / filtrelediği ve görünüm modelini güncellemesi gereken üç iş parçacığı olabilir. Dördüncü iş parçacığı tüm olayları alamazsa (çünkü bir çekirdek üzerinde zamanlanmadı), görünüm modeli doğru şekilde güncellenmedi. Bu yalnızca düzensiz olabilir, ancak bu göbeklerin herhangi bir noktada kullanılabilir olması gerekir. Bu, neden sürekli yüksek CPU kullanımı göremediğinizi açıklayabilir, ancak oyun yine de düzgün çalışmıyor.

Bence Joshua doğru bir yöne doğru gidiyor, ama sonuç değil.

Diyelim ki yapabildikleri kadar yapmak için yazılan üç ipliğin olduğu bir mimariye sahipsin - yaptıklarını bitirdiklerinde tekrar yaparlar. Performansı korumak için bu iş parçacıkları hiçbir şey için denetimi serbest bırakmaz - Windows görev zamanlayıcısından kaynaklanan gecikme riskini almak istemezler. 4 ya da daha fazla çekirdek olduğu sürece, bu iyi çalışıyor, olmadığında kötü bir şekilde başarısız oluyor.

Genelde bu kötü programlama olabilir ancak oyunlar başka bir konudur - tüm donanımlarda yetersiz olan bir tasarımla ya da yeterince iyi donanımda üstün olan bir tasarımla veya düşük donanımlı oyun geliştiricilerinde başarısızlıkla karşılaşmayı tercih ettiğinizde genellikle donanım gerektirmek için.

Is it possible to write code (or complete software, rather than a piece of code) that won't work properly when run on a CPU that has less than N number of cores?

Kesinlikle. Gerçek zamanlı iş parçacığı kullanımı, bunun yalnızca mümkün değil, aynı zamanda işi yapmak için istenen yol (ve çoğu zaman tek doğru yol) olduğu durumlara iyi bir örnek olabilir. Ancak, gerçek zamanlı iş parçacıkları genellikle işletim sistemi çekirdeği ile sınırlıdır, genellikle bir tür donanım olayının belirli bir zaman diliminde ele alındığını garanti etmesi gereken sürücüler için. Normal kullanıcı uygulamalarında gerçek zamanlı iş parçacığı olmamalı ve Windows kullanıcı modu uygulamasında bir tanesine sahip olmanın bile mümkün olduğundan emin değilim. Genel olarak, işletim sistemleri belirli bir uygulamanın sistemin kontrolünü ele geçirmesine izin verdiği için, bunu kullanıcı alanından kesin olarak yapmayı imkansız kılar.

Kullanıcı arazi uygulamaları ile ilgili: Çalıştırmak için belirli sayıda iş parçacığını kontrol etmenin kasıtlı olarak kasıtlı olarak kötü niyetli olduğu varsayımınız doğru değildir. Örneğin, kendileri için bir çekirdeğe ihtiyaç duyan 2 uzun süreli ve performans yoğun göreviniz olabilir. CPU çekirdeği hızı ne olursa olsun, bir çekirdeği diğer dişlerle paylaşmak, iplik değiştirme işleminin (oldukça önemli olan) normal cezalarla birlikte önbellek çökmesinden dolayı ciddi ve kabul edilemez bir performans düşüşü olabilir. Bu durumda, tamamen makul olacaktır. özellikle bir oyun için, bu iş parçacıklarının her birinin, her biri için yalnızca belirli bir çekirdeğe bir afiniteye sahip olmasını ayarlamak ve daha sonra, bu diğer 2 çekirdeğin üzerinde afiniteye sahip olmayacak şekilde ayarlamak. Bunu yapmak için, yine de

Dikkat çekecek miktarda kilit çekişmesi olan spinlock'ları kullanan herhangi bir kod , iş parçacığı sayısı çekirdek sayısını aşarsa, korkunç bir şekilde (bir oyun gibi bir uygulama için - "işe yaramaz" diyebilirsiniz ) gerçekleşir.

Örneğin, 4 tüketici iş parçacığı sunan bir sıraya görevler gönderen bir üretici iş parçacığını düşünün. Sadece iki çekirdek var:

Üretici, döndürme kilidini elde etmeye çalışır, ancak diğer çekirdekte çalışan bir tüketici tarafından tutulur. Üretici dönerken iki çekirdek kilitlenip, serbest bırakılmayı bekliyor. Bu zaten kötü, ama alacağı kadar kötü değil.
Ne yazık ki, tüketici ipliği, zaman kuantumunun sonundadır, bu nedenle önlenir ve başka bir tüketici ipliği planlanır. Kilidi tutmaya çalışıyor, ama tabii ki kilit alındı, bu yüzden şimdi iki çekirdek dönüyor ve olamayacak bir şey bekliyor.
Üretici iplik zaman diliminin sonuna ulaşır ve önceden beklenir, başka bir tüketici uyanır. Yine, iki tüketici bir kilidin serbest bırakılmasını bekliyor ve bu iki kuantum geçmeden önce gerçekleşmeyecek.
[...] Sonunda, döndürme kilidini tutan tüketici kilidi serbest bıraktı. Diğer çekirdekte dönen kim tarafından hemen alınır. Tüketici için bir başka konu olma olasılığı% 75 (3'e 1). Başka bir deyişle, üreticinin hala durma olasılığı% 75'tir . Elbette bu, tüketicilerin de durduğu anlamına gelir. Üretici ortak görevleri olmadan, yapacak hiçbir şeyleri yoktur.

Bunun prensip olarak her türlü kilitle çalıştığını, sadece döndürme kilitleriyle değil - yıkıcı etki döndürme kilitleriyle daha belirgin olduğunu unutmayın; çünkü CPU hiçbir şey elde etmeden işlemcilerin yazma döngülerini sürdürür.

Şimdi, yukarıdakilere ek olarak, bazı programcıların, ilk çekirdeğe ayarlanmış afiniteye sahip özel bir iş parçacığı kullanmak için mükemmel bir fikre sahip olduğunu hayal edin, bu yüzden RDTSC tüm işlemcilerde güvenilir sonuçlar verecektir (yine de olmaz, ancak bazı insanlar böyle düşünüyor).

Ne sorduğunuzu anlarsam mümkün, ama bu çok çok kötü bir şey.

Tanımladığınızın kanonik örneği, birden çok iş parçacığı tarafından artırılan bir sayacı korumak olacaktır. Bu işlem, bilgisayar gücü termlerinde neredeyse hiçbir şey gerektirmez ancak dişliler arasında dikkatli bir koordinasyon gerektirir. Bir seferde yalnızca bir iş parçacığı bir artış yaptığı sürece (ki bu aslında bir yazma tarafından izlenen bir okumadır), değeri her zaman doğru olacaktır. Bunun nedeni, bir iş parçacığının her zaman doğru "önceki" değeri okuyacağı, bir tane ekleyeceği ve "sonraki" doğru değeri yazacağıdır. Aynı anda iki iş parçacığı alın ve her ikisi de aynı "önceki" değeri okuyacak, artıştan aynı sonucu alacak ve aynı "sonraki" değeri yazacaktır. İki iş parçacığının her birinin yaptığını düşündüğü halde sayaç etkili bir şekilde artırıldı.

Zamanlama ve doğruluk arasındaki bu bağımlılık bilgisayar biliminin bir yarış koşulu olarak adlandırdığı şeydir .

Yarış koşulları, paylaşılan bir veri parçası üzerinde çalışmak isteyen dişlilerin erişim için sıraya girmeleri gerektiğinden emin olmak için senkronizasyon mekanizmaları kullanılarak sıklıkla önlenir. Yukarıda açıklanan sayaç, bunun için bir okuma-yazma kilidi kullanabilir .

Dragon Age: Engizisyon'un iç tasarımına erişmeden herkesin yapabileceği tek şey neden böyle davrandığı hakkında spekülasyon yapmaktır. Ama kendi tecrübelerime göre yaptığım bazı şeylere dayanarak gidiyorum:

Program, ayarlanmış dört iş parçacığına dayanıyor olabilir, bu yüzden iş parçacıkları çoğunlukla kendi fiziksel çekirdeklerinde kesintisiz olarak çalıştığında her şey çalışır. "Ayarlama", yeniden düzenleme kodu biçiminde gelebilir veya gelişim sırasında kırpılan yarış koşullarına bağlı hataları azaltmak için stratejik yerlere uyku ekleyebilir. Yine, bunların hepsi bir varsayım, ancak saydığım umduğumdan çok daha fazla sürdüğü yarış koşullarının “çözüldüğünü” gördüm.

Böyle bir programın, ayarlandığı ortamdan daha az yetenekli herhangi bir şey üzerinde çalıştırılması, kodun hızlı bir şekilde veya daha büyük olasılıkla bağlam anahtarlarının çalışmamasının sonucu olan zamanlama değişikliklerini sağlar. Bağlam anahtarları fiziksel olarak gerçekleşir (yani, CPU'nun fiziksel çekirdeği, mantıksal çekirdeğin tuttuğu iş arasında geçiş yapar) ve mantıksal (yani, CPU üzerindeki işletim sistemi, çekirdeğe iş atar) yollarıdır; "beklenen" yürütme zamanlaması olurdu. Bu kötü davranış ortaya çıkarabilir.

Eğer Dragon Age: Engizisyon yapma basit adımı almaz emin EA'nın hatam, ilerlemeden önce yeterli fiziksel çekirdek mevcut bulunmaktadır. Muhtemelen, oyunu çok az donanımda çalıştırmaya çalışan insanlardan gelen destek çağrılarını ve e-postalarını almak için küçük bir servet harcıyorlar.

Windows yerleşik bir işleve sahiptir bunun için: function GetLogicalProcessorInformation , Windows içindedir API . Çekirdekler, sanal çekirdekler ve hiper-dişler hakkında bilgi almak için programınızdan çağırabilirsiniz.

Yani sorunuzun cevabı şöyle olurdu: Evet.