多核处理器AMP/SMP/BMP介绍

更新: 2/25/2025 字数: 0 字 时长: 0 分钟

多核处理器的分类

从硬件的角度来看，多核设计分为两类。如果所有的核心或CPU具有相同的构架，那么定义为同构多核（homogeneous）；如果架构不同，那么称为异构（heterogeneous）多核。

• 同构多核架构：系统中的处理器在架构上是相同的
• 异构多核架构：系统中的处理器在架构上是不同的

同构多核架构在硬件与软件设计上比较简单，通用性高。

多核处理器运行模式

从软件的角度看，多核处理器的运行模式有AMP、SMP和BMP三种运行模式。

AMP （Asymmetric Multiprocessing，非对称多处理）

AMP 指多个内核相对独立的运行不同的任务，每个内核相互隔离，可以运行不同的操作系统（OS）或裸机应用程序。

特点

• 处理器不对等：不同的 CPU 可能运行不同的操作系统、不同的任务或不同的执行模式。
• 通常没有统一的调度：每个 CPU 可能使用不同的任务调度器。
• 适用于特定任务分工：比如实时任务由一个核处理，普通任务由另一个核处理。

典型应用

• 嵌入式系统：
  • 例如 ARM Cortex-A（运行 Linux）+ Cortex-M（运行 RTOS 或裸机程序）的组合。
• DSP+MPU 结构：
  • 例如 TI 的 DSP + ARM 组合，ARM 处理应用层，DSP 处理信号计算。
• 大核+小核（big.LITTLE）：
  • ARM big.LITTLE 架构，big 核处理高性能任务，LITTLE 核处理低功耗任务。

SMP （Symmetric Multiprocessing，对称多处理）

SMP 指多个 CPU 完全对等，共享相同的内存和 I/O 设备，运行相同的操作系统，由同一个调度器统一管理任务。几乎所有现代多核 CPU（如 Intel、AMD 服务器和桌面 CPU）都采用 SMP 设计。

特点

• 所有处理器对等：所有 CPU 核心都有相同的访问权限和能力。
• 统一调度：操作系统调度器（如 Linux CFS、Windows 调度器）会自动在多个 CPU 之间分配任务。
• 共享内存：所有 CPU 访问同一片物理内存，使用共享缓存或者缓存一致性协议（如 MESI）来保持数据同步。
• 扩展性较强：可以通过增加 CPU 数量来提升性能（但受限于调度、总线争用等因素）。

典型应用

• 服务器和桌面 CPU：
  • Intel、AMD 的现代 CPU 都采用 SMP 方式，多个核心共享同一个操作系统。
• 高性能计算（HPC）：
  • 例如超算集群中的单节点通常采用 SMP 方案，以提高计算密度。
• 云计算、虚拟化：
  • SMP 架构下可以更高效地分配 CPU 资源，如 KVM、VMware 等虚拟机调度。

BMP （Bound Multiprocessing，绑定多处理）

BMP 是 SMP 的一个变种，其中某些任务被 绑定 到特定的 CPU 上，以减少调度开销，或保证某些核心处理特定任务（类似 AMP，但仍然使用 SMP 的统一调度器）。

特点

• 部分 CPU 专用：
  • 可以手动绑定特定任务到特定 CPU（比如 Linux taskset 命令）。
• 提高缓存局部性：
  • 绑定任务后，任务数据更可能留在 CPU 缓存中，提高性能。
• 减少任务迁移：
  • 任务不会频繁在 CPU 之间迁移，减少上下文切换的开销。

典型应用

• 实时系统：
  • 某些关键任务可以绑定到某个 CPU，以确保响应时间。
• 高性能计算（HPC）：
  • 绑定计算任务到特定 CPU，减少调度器的开销，提高计算效率。
• 游戏和多媒体应用：
  • 绑定渲染、物理计算等任务到固定核心，优化性能。

参考与致谢

• [CSDN]多核处理器基础：SMP、AMP和BMP 以及 AP、BP和CP