第一部分 intel頻率調(diào)節(jié)的進(jìn)化

在intel第六代skylake問(wèn)世之前，cpu頻率的調(diào)節(jié)都是由操作系統(tǒng)os控制的。這個(gè)時(shí)候windows是根據(jù)在一段時(shí)間內(nèi)cpu的繁忙程度，以利用率為量度，當(dāng)利用率超過(guò)上限閾值時(shí)提高頻率，利用率低于下限閾值時(shí)降低頻率。這種原始的頻率調(diào)節(jié)需要windows隔一段時(shí)間就檢測(cè)一次cpu利用率，時(shí)間段長(zhǎng)了達(dá)不到及時(shí)調(diào)頻的目的，時(shí)間段短了又會(huì)增加開(kāi)銷(xiāo)，都會(huì)白白浪費(fèi)能源。于是在skylake，intel引入了speedshift技術(shù)，這只是個(gè)商業(yè)說(shuō)法，本質(zhì)上就是硬件頻率調(diào)節(jié)HWP（hardware p-state）。這個(gè)技術(shù)要求windows也要有相應(yīng)的內(nèi)核修改，因此windows和intel共同引入了epp（energy performance preference）的概念，只需要windows將epp的值寫(xiě)入cpu上的一個(gè)特殊的寄存器就可以由cpu自己根據(jù)這個(gè)性能能效的要求自主調(diào)頻，調(diào)頻的時(shí)間間隔可以短到以微秒計(jì)，精確的同時(shí)又節(jié)能。

一直到11代都是這么過(guò)來(lái)的，但是自從12代大小核架構(gòu)出現(xiàn)后，windows的內(nèi)核又做了一個(gè)小的修改?，F(xiàn)在windows可以對(duì)線程分類(lèi)了，它可以在每一個(gè)線程開(kāi)始執(zhí)行之前，根據(jù)這個(gè)線程的類(lèi)型往cpu寄存器寫(xiě)入不同的epp值，這樣不同的線程就會(huì)以不同的速度執(zhí)行，可以有重點(diǎn)的將能源向高性能要求的線程傾斜。這個(gè)功能對(duì)內(nèi)核的修改很小，因?yàn)閑pp的機(jī)制都是現(xiàn)成的，是windows變著花樣玩罷了，這個(gè)epp機(jī)制成為后面我對(duì)未來(lái)intel硬件線程調(diào)度的完全體設(shè)想的基礎(chǔ)。

第二部分 intel thread director只是硬件“輔助”調(diào)度

從intel披露的所有信息和國(guó)外有人做過(guò)的研究來(lái)看，intel thread director（簡(jiǎn)稱(chēng)ITD）算不上是真正的硬件調(diào)度，充其量只是硬件輔助系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度而已。ITD增加的內(nèi)容是線程在cpu核心上執(zhí)行時(shí)指令的差異信息和性能能效的具體信息，提供給windows，而最終仍然是要由windows自己來(lái)作出調(diào)度決策，也就是說(shuō)windows完全可以不鳥(niǎo)ITD的建議，這導(dǎo)致了很多購(gòu)買(mǎi)了12代酷睿的用戶有著各種各樣的調(diào)度問(wèn)題，各種神奇的毛病，還是具體問(wèn)題具體分析的那種。ITD提供了一張也是以極高的頻率更新的量表，可以顯示每一個(gè)線程的指令類(lèi)型，在核心上運(yùn)行時(shí)候的性能（pe值）和能效（ee值），windows就是參考的這些信息來(lái)進(jìn)行調(diào)度的。但是問(wèn)題還是，如果調(diào)度仍然需要系統(tǒng)親力親為，那么延遲就會(huì)像頻率由系統(tǒng)決定的那樣大，而且系統(tǒng)作出的調(diào)度決策還不一定是精確的。所以未來(lái)如果intel要發(fā)展更多類(lèi)型的核心（至少現(xiàn)在第三個(gè)類(lèi)型的超低功耗核心已經(jīng)出來(lái)了），那么調(diào)度的硬件化就是未來(lái)的必然趨勢(shì)。

第三部分 硬件調(diào)度的最終形態(tài)

現(xiàn)在我講講自己對(duì)intel如何利用現(xiàn)有條件實(shí)現(xiàn)純硬件調(diào)度的絕妙想法。第一步也是最關(guān)鍵的一步就是線程接口的虛擬化，也就是說(shuō)cpu只向windows暴露“cpu總共有幾個(gè)線程（框框）”的信息，windows只能看到有幾個(gè)框框可以用，哪些正在被使用，哪些是空閑的。第一步實(shí)際上是將系統(tǒng)對(duì)cpu線程的調(diào)度與實(shí)際上的cpu調(diào)度解綁。舉個(gè)例子就是windows調(diào)用了第三個(gè)框框，但實(shí)際上軟件線程是在第六個(gè)小核上執(zhí)行的。

Windows之所以不需要關(guān)注軟件線程在哪個(gè)核心上執(zhí)行，是因?yàn)樗恍枰儡浖€程對(duì)性能和能效的偏好如何，而這正好就是已經(jīng)有的機(jī)制！你想想在沒(méi)有大小核架構(gòu)之前，windows如果想要線程執(zhí)行的更快，那減少這個(gè)線程的epp值不就行了嘛。有了大小核架構(gòu)后，windows也只需要事先定下這個(gè)線程的epp，然后cpu自己就能分析這個(gè)線程在哪一類(lèi)核心的哪一個(gè)具體核心上最能夠滿足epp值的要求。前面ITD提供的那張表就不需要系統(tǒng)去參考而是作為cpu自己的分析的一部分了。

epp值如何在調(diào)度中起作用呢？可以與pe值和ee值相結(jié)合。因?yàn)閑pp值本身就是性能和能效偏好程度的度量。在cpu上這個(gè)值范圍是0到255，它映射到系統(tǒng)上時(shí)是0到100，epp值為0時(shí)表明只要性能不考慮能效，epp值為100時(shí)只要能效不考慮性能。所以我們只需要根據(jù)epp值來(lái)作加權(quán)對(duì)pe值和ee值進(jìn)行綜合就好！綜合值稱(chēng)為ce的話那么公式就是

ce=(epp/100)*ee+（1-epp/100）*pe

當(dāng)epp=0時(shí)，ce=pe，當(dāng)epp=100時(shí)，ce=ee，當(dāng)epp=50時(shí)，ce=1/2*(pe+ee)

完美符合要求！這時(shí)候cpu只要根據(jù)ce值選擇ce值最大的那個(gè)核心就解決了調(diào)度問(wèn)題！這樣我們就利用上了intel的所有現(xiàn)有條件，在不增加任何系統(tǒng)負(fù)擔(dān)的情況下將調(diào)度完全硬件化了，這很可能就是未來(lái)intel的發(fā)展方向。核心類(lèi)型越多，每個(gè)核心的頻率都各不相同的情況下這種硬件化的調(diào)度的優(yōu)勢(shì)會(huì)相當(dāng)大。Intel可以把性能核心進(jìn)一步分化為計(jì)算密集型的核心（計(jì)算資源巨大）和內(nèi)存密集型的核心（像amd那樣搞巨大的緩存），cpu在自主分析下就可以以極高的精度將線程調(diào)度到最適合的核心上，windows只要像傻子一樣有空閑線程就調(diào)度線程然后指定一個(gè)epp值就ok了。