1 引言
随着计算机应用的日益普及，用户对计算机的处理能力的需求也在成指数级增长。为了满足用户的需求，处理器生产厂商也采用了诸如超流水，分支预测，超标量，乱序执行，缓存等技术提高处理器的性能，但是这些技术的采用也增加了微处理器的复杂性，带来了诸如材料，功耗，光刻，电磁兼容性等一系列问题。因此处理器设计人员开始寻找新的途径来提高处理器的性能。Intel公司于2002年底推出了超线程技术，通过共享处理器的执行资源，提高CPU的利用率，让处理单元获得更高的吞吐量。
2 超线程技术背景
传统的处理器内部存在着多种并行操作方式。①ILP(Instruction Level Paramllelism,指令级并行)：既同时执行几条指令，单CPU就能完成。但是传统的单CPU处理器只能同时执行一个线程，很难保证CPU资源得到100%的利用，性能提高只能通过提升时钟频率和改进架构。②TLP（Thread Level Paramllesim，线程级并行）：可以同时执行多个线程，但是需要多处理器系统的支持，通过增加CPU的数量来提高性能。
超线程微处理器将SMT（Simultaneous Multi-Threading,同时多线程技术）引入Intel体系结构，支持超线程技术的操作系统将一个物理处理器视为两个逻辑处理器，并且为每个逻辑处理器分配一个线程运行。物理处理器在两个逻辑处理器之间分配高速缓存，执行单元，总线等执行资源，让暂时闲置的运算单元去执行其它的线程代码，从而最大限度的提升CPU资源的利用率。
Superscalar粗粒度多线程细粒度，细粒度多线程以及同时多线程的执行时空图的比较。不同颜色表示不同程序的指令，白色表示空闲，同一横行中的指令在同一时刻执行。我们可以看出的同时多线程的系统利用率最高,系统的吞吐量也最高。
Intel 超线程技术通过复制、划分、共享Intel的Netburst微架构的资源让一个物理CPU中具有两个逻辑CPU。（1）复制的资源：每个逻辑CPU都维持了一套完整的体系结构状态，包括通用寄存器，控制寄存器，高级可编程寄存器（APIC），以及一些机器状态寄存器，体系结构状态对程序或线程流进行跟踪，从软件的角度，一旦体系结构状态被复制了，就可以将一个物理CPU视为两个逻辑CPU。（2）划分的资源：包括重定序（re-order)缓冲，Load/Store缓冲，队列等。划分的资源在多任务模式总分给两个逻辑CPU使用，在单任务模式时合并起来给一个逻辑CPU使用。（3）共享的资源：包括cache，执行单元等，逻辑 CPU共享物理CPU的执行单元进行加，减，取数等操作。
在线程调度时，体系结构状态对程序或线程流进行跟踪，各项工作（包括加、乘、加载等）由执行资源（处理器上的单元）负责完成。每个逻辑处理器可以单独对中断做出响应。第一个逻辑处理器可以跟踪一个线程，同时第二个逻辑处理器跟踪另一个线程。例如，当一个逻辑处理器在执行浮点运算时，另一个逻辑处理器可以执行加法运算和加载操作。
对于拥有超线程技术的CPU可以同时执行处理两个线程，它可以将来自两个线程的指令同时发送到处理器内核执行，处理器内核采用乱序指令调度并发执行两个线程，以确保其执行单元在各时钟周期均处于运行状态。传统的双处理器系统，每个处理器有一套独立的体系结构状态和处理器执行资源。每个处理器上只能同时执行一个线程。支持超线程的双处理器系统，每个处理器有两套独立体系结构状态，可以独立的响应中断。
3 Linux超线程感知调度优化
Linux从2.4.17开始支持超线程技术，传统的Linux O(1)调度器不能区分物理CPU和逻辑CPU，因此不能充分利用超线程处理器的特性。Ingo Monlar编写了“HT-aware scheduler patch”，针对超线程技术对O(1)调度器进行了调度算法优化，首先优先安排线程在空闲的物理CPU的逻辑CPU上运行，避免资源竞争带来的性能下降，并且在线程调度时考虑到了在两个逻辑CPU之间进行线程迁移的开销远远小于物理CPU之间的迁移开销以及逻辑CPU共享cache等资源的特性。这些优化的相关算法被Linux的后期版本吸收，具体如下：
