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書名：走入IBM小型機世界
作者名： Orian編著
本章字數： 47字
更新時間： 2018-12-28 23:12:11

2.2 CPU特性

CPU是計算機的核心，操作系統、程序都依靠CPU執行，CPU的特性對程序和操作系統的使用影響巨大。

2.2.1 32/64位問題

盡管32位、64位已經成為過時的話題，但是很多32位的設備還在運行，特別是從我們“攢機器”的角度來看，經常要碰到舊機器，32位和64位成為不得不考慮的問題。這其中，有三種32/64位的技術分別：CPU有32位和64位之分，操作系統AIX（內核）有32位、64位之分，甚至應用程序接口（API）也有32/64位之分。

● 通過查看CPU型號，可以得到硬件32/64位信息：

        #lsattr -El proc0

將顯示CPU型號，其中64位的CPU包括：

（1）PowerPC_RS64。

（2）PowerPC_RS64 II。

（3）PowerPC_RS64 III。

（4）PowerPC_Power3。

（5）PowerPC_Power3 II。

（6）PowerPC_POWER4。

（7）PowerPC_POWER5。

（8）PowerPC_POWER6。

如果是以上類型CPU，則表示硬件支持64位。

● 檢查程序32/64位：

        #dump -ov filename | grep bit
        Magic = 0x1df（32-bit XCOFF）

如果是32，則這是32位程序，否則是64位的。

        # bootinfo -y

64 →64位硬件，否則是32位硬件。

        # bootinfo -K

32 →32位內核，否則是64位內核。

32位和64位的不同組合對我們有什么影響？最主要是兼容性問題。如表2-1所示，圖2-5則顯示了匹配關系。

表2-1 32位和64位內核的不同組合

注1：盡管AIX 5版本支持64位內核，但即使在64位硬件上安裝，在一些比較老的操作系統版本，例如5.1版本上，默認情況下也沒有開啟64位內核（執行64位程序沒有問題），需要手工開啟64位。

圖2-5 硬件、系統內核、應用程序（API）之間32/64位匹配關系

AIX 4.3或者5.1以上版本都可以提供對64位程序運行支持，但有如下要求：

1.安裝bos.64bit

如果沒有安裝，則找不到/etc/methods/cfg64文件，在SMIT中也就不能打開、關閉64位執行環境（實際上就是在inittab文件中增加了執行這個支持64位的程序）。通過：

        #lslpp -l bos.64bit

可以檢查是否安裝了bos.64bit程序包（通常在硬件支持64位的機器上安裝操作系統會自動安裝此程序包）。但安裝了此程序包也不等于可以打開64位運行環境，如果你在32位硬件的機器上安裝了此程序包，則你可以在這臺32位的機器上直接編譯出64位的執行程序，然而你不能執行它！

2.需要64位硬件

硬件列表請參考支持64位的CPU型號。

3.開啟內核64位支持

        #genkex | grep syscalls64

可能得到這樣的提示輸出：

        1ac8170           2b0 /usr/lib/drivers/syscalls64.ext

注意

安裝了64位驅動擴展并不等于內核是64位的。只有在AIX v5以上版本，才可能有真正64位內核。這個內核擴展驅動僅僅代表著可以在此32位內核的機器上編譯出64位的執行程序。而如果64位的CPU，但使用了32位的內核，則此syscalls64.ext程序允許執行64位的應用。

將內核徹底變為64位而不僅僅支持64位程序需要使用AIX 5以上版本的系統。在AIX 5.1以后版中，從64位內核轉為32位內核：

        #ln -sf /usr/lib/boot/unix_64 /unix
        #ln -sf /usr/lib/boot/unix_64 /usr/lib/boot/unix
        #lslv -m hd5         注：如果hd5有鏡像，則要在每個鏡像磁盤上都進行bosboot操作
        #bosboot -ad /dev/ipldevice（或者bosboot -ad /dev/hdisk0，以及另一個鏡像盤）
        #shutdown -Fr

從64位內核轉為32位內核：

        #ln -sf /usr/lib/boot/unix_up /unix
        注：多CPU的機器使用unix_mp替代unix_up，下同
        #ln -sf /usr/lib/boot/unix_up /usr/lib/boot/unix
        #lslv -m hd5
        #bosboot -ad /dev/ipldevice（或者bosboot -ad /dev/hdisk0，以及另一個鏡像盤）
        #shutdown -Fr

注意

最新發布的POWER 6小型機以及AIX 6.1操作系統已經不再提供對32位硬件和操作系統的支持，也就是AIX 6.1不提供32位內核，而POWER 6也不能運行32位內核。但這并不影響32位程序在POWER6和AIX 6.1上執行。

除了兼容問題，32/64位還有什么影響？系統性能和一些限制參數也隨32/64位情況不同，已經超出本書希望講述的內容，請參考后續出版的圖書。表2-2所列出的是32/64位內核所影響的系統參數。

表2-2 32/64位內核所影響的系統參數

注：

① 每個VG都有一個Major Number，有一些已經為操作系統和設備保留（例如rootvg的Major Number總是10），執行lvlstmajor命令可以查看可用的Major Number。Major數限制了一個操作系統中允許的最大設備數量，包括硬件設備和邏輯設備（例如一個邏輯卷或者一個VG）。

② 需要VMM映射的設備是被掛接（mount）后的JFS/CDRFS（日志/光盤）類型的文件系統、打開的JFS log（可以理解為是日志文件系統的更改記錄）設備、交換區（paging spaces），其中512，16保留給交換區。這些設備通過內核PDT（Page Device Table，內存頁面分配表）檢索，內核中的PDT是一個固定大小的數組。

③ 想達到最大的存儲空間1TB，必須用npbi=65,536（或者更高）的參數創建文件系統，而且frag設置為4096。

④ 為達到64G文件大小，文件系統必須用-a bf=true標記創建（或者在smit中選擇創建“big file enabled filesystem”，而且需要更改/etc/security/limits文件中對最大文件的限制（默認為2GB）。

2.2.2 查看CPU類型和主頻

非常遺憾，AIX 5.1以前的版本沒有專門的命令去查看CPU的頻率，但通過下面的命令可以看到一些關于CPU情況的信息：

        $uname -M
        IBM,7028-6C4

這個結果并不是那么明確，你需要“查表”來分析所得的結果。如果安裝了bos.pmapi perfagent.tools這個程序集則可以使用：

        # which_fileset pmcycles
        /usr/bin/pmcycles -> /usr/pmapi/bin/pmcycles bos.pmapi.pmsvcs 5.2.0.0
        /usr/pmapi/bin/pmcycles                  bos.pmapi.pmsvcs 5.2.0.0
        $pmcycles        → 查看CPU主頻

在5.1以上版本這個問題得以解決，直接執行prtconf可以得到我們所需要的關于設備的幾乎全部你需要了解的信息：

        $prtconf

另外有一個免費的程序可以查看CPU的類型，這就是lsc，可以從以下站點下載（下載后需要先用uncompress解壓縮，再用tar解包）：

ftp://ftp.software.ibm.com/aix/tools/perftools/perfpmr/perf53/perf53.tar.Z

2.2.3 HMT，SMT，HT技術

SMT（Simultaneous Multi-Thread，并發多線程）是POWER 5以后芯片的新技術，它支持一個CPU內核同時處理兩條指令，因此可以最高達到單一CPU兩倍的處理速度（實際測試通常能達到1.3倍，某些應用下可以實現最高1.7倍左右的性能）。平均而言，打開SMT支持（默認）比關閉SMT能提升30%以上的CPU處理能力。SMT的能力來源于CPU中有許多寄存器，但是由于CPU通常在每一時間點只能執行一條指令（即使是流水線方式，某個時間點真正執行占據運算器的也只有一條指令，其他并行執行的指令只能處于解碼、尋址等狀態），因此大部分寄存器都沒有工作，處于閑置。

針對這種情況，IBM特別設計了一種寄存器結構，能夠對CPU的處理狀態進行跟蹤，當發現有閑置的寄存器，而此時另一個線程又可以使用它的時候（恰好需要另一個寄存器，例如一個在執行整數運算，另一個執行浮點運算），就在保持當前線程正常運行的前提下，讓另一個線程同時執行（使用另一個寄存器），這樣在同一時間，一個CPU就可以處理兩個線程的指令。實際上并非如此簡單，因為一個RISC CPU通常采用超流水線的方式同時執行多條指令，因此實現SMT需要進行比較復雜的判斷，而且也并不能保證CPU永遠可以同時執行兩個線程，所以通常SMT并不能將性能翻倍，而只可以提高30%左右。

與SMT類似，HMT（Hardware Multi-Thread，硬件多線程）也是試圖同時執行多條指令線程的一種技術，但與SMT的不同之處在于HMT必須等當前指令流空閑下來，才能切換到另一條指令線程執行。在CPU執行指令發生中斷的時候，就是當前指令流空閑的時候，通常可能原因是指令/數據緩存未命中（由于跳轉和地址越界，緩存中沒有當前需要執行的指令）。由于HMT對指令是否可并行執行的要求更為苛刻，所以對性能提高并不十分顯著。不同多線程技術的區別如圖2-6所示。

圖2-6 不同的多線程技術區別

在圖2-6中，Coarse Gain Threading（粗并行線程方式）是最基本的多線程技術，幾乎每種操作系統、硬件都提供對這種功能的支持。在這種方式下，當一個指令流暫時中斷（例如等待IO），系統/CPU就可以切換到下一個指令流執行；Fine Gain Threading（精細并行線程方式）是HMT的實現方式，Simultaneous Multi-Threading是SMT或者HT（Hyper Thread，Intel對并發多線程的一種稱呼）的實現方式。

IBM的POWER系列CPU從RS64開始支持HMT，到POWER 5開始更增添了對SMT的支持，其中HMT是無條件使用，而SMT則可以通過操作系統開關控制使用或者關閉。

        #smtctl -?
        smtctl: Usage error : Usage: smtctl [ -m off | on [ -w boot | now]]
        -m用于開啟或者關閉SMT，-w用于控制此開關是重啟動后生效還是現在生效
        # smtctl -m off -w now               → 關閉SMT
        smtctl: SMT is now disabled.
        # smtctl                               → 查看SMT狀態
        This system is SSMT capable
        SMT is currently enabled
        SMT boot mod is not set
        Processor 0 has 2 SMT threads
        SMT thread 0 is bound with processor 0
        SMT thread 1 is bound with processor 1
        # lsdev -Cc processor                → 查看物理CPU狀態
        proc0 Available 00-00 Processor
        proc2 Available 00-02 Processor
        # bindprocessor -q                    → 查看可用的邏輯CPU
        The available processors are:  0 1 2 3
        # lsattr -El proc0                    → 查看CPU參數狀態
        frequency   1656000000     Processor Speed       False
        smt_enabled true            Processor SMT enabled False
        smt_threads 2               Processor SMT threads False
        state       enable         Processor state       False
        type        PowerPC_POWER5 Processor type        False
        AIX 5.3 SMT off with 1 CPU
        Shows one CPU for physical CPU
        # sar -P ALL 1 2                                    → SMT關閉狀態
        AIX chosin 3 5 00CC1C2C3C40    01/01/70
        System configuration: lcpu=1
        20:48:21 cpu    %usr    %sys    %wio   %idle
        20:48:22  3        0       0       0     100
        20:48:21 cpu    %usr    %sys    %wio   %idle
        20:48:22  3        0       0       0     100
                -        0       0       0     100
        # sar -P ALL 1 2                                    → SMT開啟狀態
        AIX chosin 3 5 00CC1C2C3C40    01/01/70
        System configuration: lcpu=2 ent=1.00
        20:36:24 cpu    %usr    %sys    %wio   %idle   physc   %entc
        20:36:25 2       50      10       0      70    0.60    60.0
                3        30      10       0      70    0.40    40.0
                -        80      20       0       0    1.00   100.0

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