O que são threads do processador e quais os benefícios do multithreading?

O que são threads do processador e quais os benefícios do multithreading?

Thread (linha de execução) é uma sequência de instruções que faz parte de um processo principal. Um software é organizado em processos. Cada processo é dividido em threads, que formam tarefas independentes, mas relacionadas entre si. CPUs podem realizar multithreading simultâneo (SMT) para ter mais desempenho.

O que são os threads do processador? (imagem: Emerson Alecrim/Tecnoblog)

ÍndiceComo funcionam os threads de um processador?O que é multithreading simultâneo (SMT)?O que é a tecnologia Hyper-Threading?Quais são as vantagens das threads em computação?Quanto mais threads, melhor o processador?Como saber o número de threads do processador?Como ver o número de threads no Windows?Como descobrir a quantidade de threads da CPU no Mac?Qual comando para ver o número de threads de CPU no Linux?Qual é a diferença entre multithreading e multi-core?Qual é a diferença entre thread e processo?

Como funcionam os threads de um processador?

Os sistemas operacionais organizam as tarefas a serem executadas em processos, que são divididos em um ou mais threads.

Cada processo é uma sequência de instruções que está ligada a um software. Se um processo está sendo executado por um núcleo do processador, significa que o software ligado a ele está em execução. Os threads formam conjuntos menores de instruções dentro de uma tarefa maior.

CPUs modernas suportam multithread (ou multithreading), conceito em que dois ou mais threads são executados simultaneamente para aumentar a eficiência do sistema. Para isso, cada thread é direcionado a um núcleo do processador.

Os núcleos físicos da CPU podem ainda ser divididos em núcleos virtuais por meio da técnica de SMT.

O que é multithreading simultâneo (SMT)?

Multithreading simultâneo (SMT) é uma técnica que permite que múltiplos threads sejam executados ao mesmo tempo por um único núcleo físico do processador.

As CPUs seguem um fluxo de processamento sequencial de dados, ao contrário da GPUs (chips para processamento gráfico), que podem ter até milhares de núcleos para permitir processamento paralelo. Ao possibilitar a execução simultânea de vários threads, o SMT compensa essa limitação nas CPUs.

As técnicas de SMT fazem os núcleos físicos serem divididos em núcleos virtuais, cada um deles também chamado de thread. Assim, se um processador quad-core tiver dois threads por núcleos, ele terá quatro núcleos e oito threads. Da mesma forma, um chip octa-core terá oito núcleos e 16 threads.

Na implementação do SMT, a execução dos threads não é exatamente simultânea. Os núcleos físicos fazem seu trabalho de modo sequencial, mas alternam tão rapidamente entre os threads que é como se a execução deles ocorresse ao mesmo tempo.

Nem sempre a quantidade de threads equivale ao dobro do número de núcleos. Nos chips Core de 12ª geração e sucessores, a Intel implementou dois threads somente nos núcleos de alto desempenho, deixando os núcleos de eficiência energética (menos potentes) com um thread cada.

O que é a tecnologia Hyper-Threading?

Hyper-Threading é o mecanismo de multithreading simultâneo (SMT) da Intel. A tecnologia permite que a CPU tenha aumento de eficiência ao fazer cada núcleo físico executar dois threads ao mesmo tempo, abordagem útil principalmente erm softwares complexos, como editores de vídeo.

A tecnologia Hyper-Threading está presente em linhas de processadores como Intel Core, Intel Core vPro (com recursos corporativos) e Intel Xeon (para servidores e workstations).

Hyper-Threading (imagem: Vitor Pádua/Tecnoblog)

Quais são as vantagens das threads em computação?

O uso de threads para execução de instruções tem as seguintes vantagens:

Aumento de velocidade: a divisão de tarefas em threads é um método de paralelismo que otimiza o fluxo de instruções a serem executadas, contribuindo para o aumento de desempenho da CPU;

Maior eficiência: o uso de threads diminui o risco de núcleos ficarem ociosos à espera de dados ou instruções;

Compartilhamento de recursos: como os threads estão relacionados em si, eles compartilham determinados recursos, como endereçamento de memória e dados específicos;

Controle de custos: a abordagem dos threads pode reduzir os custos de desenvolvimento de um chip porque a otimização do fluxo de execução elimina a necessidade de mais núcleos físicos.

Quanto mais threads, melhor o processador?

O multithreading otimiza o fluxo de execução, mas nem sempre isso é o suficiente para tornar um processador melhor do que outro. Uma implementação exagerada de threads por fazer o chip demandar muita energia ou exigir uma restruturação de arquitetura.

Além disso, o desempenho geral é determinado por vários outros parâmetros, como a velocidade do clock, o tamanho do cache do processador, o processo de litografia e, claro, número de núcleos físicos.

Como saber o número de threads do processador?

Os principais sistemas operacionais para desktops e servidores têm recursos nativos que permitem verificar o número de threads do processador em uso. No Windows, essa informação aparece no Gerenciador de Tarefas. No macOS e no Linux, há comandos que revelam esse detalhe.

Como ver o número de threads no Windows?

Se você usa o Windows 10 ou 11, basta digital digitar “Gerenciador de Tarefas” no campo de busca da Barra de Tarefas. O recurso também é encontrado na tela de bloqueio do sistema ou com o atalho de teclado Ctrl + Shift + Esc.

Com o Gerenciador de Tarefas aberto, vá em “Desempenho” e “CPU”. A quantidade de threads é informada abaixo do gráfico de desempenho, no campo “Processadores Lógicos”.

Número de threads no Windows 11 (imagem: Emerson Alecrim/Tecnoblog)

Como descobrir a quantidade de threads da CPU no Mac?

Um jeito rápido de descobrir o número de threads da CPU no macOS é abrindo o terminal e digitando o seguinte comando:

sysctl -n hw.logicalcpu

O número de threads será informado na linha logo abaixo do comando.

Checandos os threads da CPU no macOS (imagem: Emerson Alecrim/Tecnoblog)

Qual comando para ver o número de threads de CPU no Linux?

Nas distribuições Linux, o número de threads e outros detalhes da CPU são informados com o seguinte comando em um terminal:

lscpu

A informação está na linha “Thread(s) por núcleo”. Já a quantidade de núcleos é informado na linha “Núcleo(s) por soquete”. Basta então multiplicar um pelo outro. Em um chip dual-core com dois threads por núcleo, o número de threads é 4 (2 x 2).

Threads da CPU em distribuição Linux (imagem: Emerson Alecrim/Tecnoblog)

Qual é a diferença entre multithreading e multi-core?

O multithreading descreve a capacidade de um processador de lidar com múltiplos threads ao mesmo tempo. Já o multi-core identifica chips que têm dois núcleos físicos ou mais.

Essa diferenciação é importante porque o núcleo físico de um processador é uma unidade de execução completa, contendo Unidade Lógica e Aritmética (ULA), registradores e outros componentes. Já os threads funcionam como núcleos virtuais, fazendo os núcleos físicos alternarem rapidamente entre eles de modo a otimizar o fluxo de execução.

Multithreading e multi-core (imagem: Vitor Pádua/Tecnoblog)

Qual é a diferença entre thread e processo?

Um processo é uma sequência de instruções que corresponde a um software ativo. Cada processo ocupa um espaço individual de memória que contém os dados necessários para a sua execução. Um software pode gerar mais de um processo, com todos eles sendo vinculados a um processo principal.

Já um thread é um segmento de um processo, como se formasse uma subtarefa. Nos sistemas operacionais convencionais, um processo sempre tem um ou mais threads. Essa abordagem melhora o aproveitamento de recursos da CPU e otimiza o fluxo de execução de instruções, dando mais eficiência à operação.
O que são threads do processador e quais os benefícios do multithreading?

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Fonte: Tecnoblog