Question

单进程单线程的程序，同时能占用1个CPU的1个核，那么单进程多线程的程序，同一时能占用1个CPU的多个核？

单进程的多线程是否能够实现跨cpu核心调度？ 如果能够，那么一个进程的多个线程访问同一个资源怎么样实现线程同步？ 是否要实现指令级别的同步？

Answer 1

多线程程序可以同时占用多个核心；
调度CPU核心的任务会由操作系统来完成，程序员只须创建新线程即可；
多线程共享资源时可通过调用操作系统提供的线程同步API来实现线程同步；
windows的Interlocked函数族即为指令级别的同步API

追问

每个CPU核心上都并行的运行线程的指令，怎么提供指令级别的同步呢？ 虽然有CAS提供指令级别的同步，但是我觉得这只适合单核cpu。多个cpu核心运行不同的线程，都对同一个变量进行操作，如：cpu1取值，然后改变，cpu2也取值，但是cpu1还没有更改该变量的值，cpu2读取旧值做运算更改，这样怎么同步呢？

追答

多核CPU会提供这样一类指令：当指令访问某一内存地址时，CPU会在总线上维持一个硬件信号，这个信号会阻止其他核心访问同一个内存地址。前面我提到的Interlocked函数族实际上就是运用这类指令实现的。

另外这只是实现线程同步的方法之中的一种，即用户级别的线程同步。这种方法不能将线程切换到等待状态。如果使用这种指令构造一个限制对共享资源访问的临界区，当一个线程试图访问某个已被占有的资源，它会不停地循环检测资源的占有状态，一直占据CPU时间，直到该资源被释放为止。
另外一种线程同步的实现方法时内核级线程同步：当一个线程试图访问共享资源时，会从用户模式切入到内核模式，然后由内核级的操作系统代码检查共享资源的占有状况，如果已被占有，会直接由系统的任务调度器把该线程切换到等待状态，也就是把线程调出CPU核心，什么时候共享资源被释放，什么时候把等待线程切换回准备状态，参加正常的CPU调度。这样就解决了用户级别线程同步的循环查询持续占据CPU时间的问题。

Answer 2

可以实现线程与CPU的绑定，用于将线程均衡地分布在不同的CPU上运行，在Linux下可以实现，Windows的没有试过。
另外，线程间访问同一个资源需要使用临界区(CRITICAL_SECTION), 它是实现同一进程下不同线程间的对资源互斥访问的方法。主要函数有：InitializeCriticalSection, DeleteCriticalSection, EnterCriticalSection, LeaveCriticalSection. 可以查阅MSDN了解每个函数的详细用法。