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Re: Hyper Threading Technology
RaymannStyleZ - 04.05.2004, 21:15Hyper Threading Technology
Operating System
Microsoft Windows-Based Servers and
Intel Hyper-Threading Technology
By John Borozan
Microsoft Corporation
Updated: April 2002
Was ist Hyper-Threading?
Die Idee von Hyper-Threading kommt eigentlich aus dem Serverbereich, wo häufig Rechnersysteme mit mehr als nur einem Prozessor zum Einsatz kommen. Mit zwei Prozessoren ist es z.B. möglich, zwei Threads pro Taktzyklus zu verarbeiten, da jede CPU unabhängig mit Aufgaben beschäftigt werden kann. Wenn eine Anwendung vom Programmierer in mehrere Threads aufgeteilt wurde, lässt sich so die Geschwindigkeit deutlich steigern, wenn nicht sogar nahezu verdoppeln. Insbesondere bei Webserver-Applikation kann man nahezu von einer Verdoppelung der Leistung sprechen.
Die Hyper-Threading Technologie ist hierbei nichts anderes, als die Technik, die dieses simultane Multi-Threading in einem einzigen physikalischen Prozessor (mit Einschränkungen) ermöglicht. Dieser eine Prozessor spaltet sich somit in zwei logische Prozessoren auf, wobei sich die beiden logischen/virtuellen Prozessoren einen Teil der physischen Ausführungs-Ressourcen teilen, wobei die Umsetz-Logik (Architecture State) für jeden Prozessor einzeln und somit doppelt vorhanden ist. Ziel ist es, die vorhanden Ressourcen effektiver auszunutzen.
Abstract
This article provides an overview of how the Microsoft® Windows® Server operating system works with Intel® Hyper-Threading technology. It explains the implications for performance, compatibility, and licensing.
This is a preliminary document and may be changed substantially prior to final commercial release of the software described herein.
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Contents
Acknowledgements 1
Introduction 2
What is Hyper-Threading Technology? 2
Windows 2000 Server Family and Hyper-Threading Technology 4
Windows .NET Server Family and Hyper-Threading Technology 6
Windows Server Applications and Hyper-Threading Technology 7
Windows Server Performance on Processors with Hyper-Threading Technology 8
Windows Server Licensing on Systems Enabled with Hyper-Threading Technology 9
Frequently-Asked Questions 10
Appendix 11
Related Links 12
Acknowledgements
Bob Ellsworth, Brad Waters, Bruce Worthington, Carla Huffman, Hiroyuki Suzuki, Jim Livingston, Luisa Vacca, Mark Wood, Maurice Franklin, Peter Conway, Peter Johnston, Sean McGrane, Sunil Koduri, Velle Kolde, Wilhelmina Duyvestyn, William Lyon, Bryan Sutton, and John Kaiser.
Microsoft Corporation
Introduction
What is Hyper-Threading Technology?
Intel’s Hyper-Threading Technology allows a single physical processor to execute multiple threads (instruction streams) simultaneously, potentially providing greater throughput and improved performance.
Intel will introduce Hyper-Threading Technology in their Intel® Xeon™ processor family for servers in the first quarter of 2002. For more information, see Intel Demonstrates Breakthrough Processor Design at http://developer.intel.com/pressroom/archive/releases/20010828comp.htm.
These processors will contain two architectural states on a single processor core, making each physical processor act as two logical processors for the operating system. However, the two logical processors will still share the same execution resources of the processor core, so performance gains do not approximate having two complete, physical processors. For more information, see Introduction to Hyper-Threading Technology at http://developer.intel.com/technology/hyperthread/download/25000802.pdf.
Hyper-Threading Technology complements symmetric multi-processing (SMP) by allowing more threads to execute simultaneously per processor.
How Do Windows-Based Servers Recognize Processors with Hyper-Threading Technology?
Windows-based servers receive processor information from the BIOS. Each server vendor creates their own BIOS using specifications provided by Intel.
Assuming the BIOS is written according to Intel specifications, it begins counting processors using the first logical processor on each physical processor. Once it has counted a logical processor on all of the physical processors, it will count the second logical processor on each physical processor, and so on.
It is critical that the BIOS count logical processors in the manner described; otherwise, Windows 2000 or its applications may use logical processors when they should be using physical processors instead. For example, consider an application that is licensed to use two processors on the system diagrammed in Figure 1. Such an application will achieve better performance using two separate physical processors (such as 1 and 2) than it would using two logical processors on the same physical processor (such as 1 and 5).
Note: The numbers used in these diagrams reflect the order in which logical processors are recognized by the BIOS and used by Windows; they do not reflect the actual processor numbers reported by the operating system.
Windows 2000 Server Family and Hyper-Threading Technology
Windows 2000 Server does not distinguish between physical and logical processors on systems enabled with Hyper-Threading Technology; Windows 2000 simply fills out the license limit using the first processors counted by the BIOS. For example, when you launch Windows 2000 Server (4-CPU limit) on a four-way system enabled with Hyper-Threading Technology, Windows will use the first logical processor on each of the four physical processors, as shown in Figure 2; the second logical processor on each physical processor will be unused, because of the 4-CPU license limit. (This assumes the BIOS was written according to Intel specifications. Windows uses the processor count and sequence indicated by the BIOS.)
Wie funktioniert`s?
Da die Umsetzungs-Einheiten beim neuen Pentium 4 nun doppelt vorhanden sind, bzw. mit den neuen Hyper-Threading Prozessoren auch erstmals im Desktop-Bereich genutzt werden, und die üblichen Ressourcen geteilt werden, sind alle Voraussetzungen erfüllt, um zwei Threads parallel auszuführen. Da wir uns an dieser Stelle nicht in den Tiefen der komplizierten Prozessor-Theorie verlieren wollen, soll eine kleine Grafik an dieser Stelle verdeutlichen, wie bei ein- und demselben Prozessortakt ohne Hyper-Threading ein bzw. mit Hyper-Threading zwei Threads verarbeitet werden.
However, when you launch Windows 2000 Advanced Server (8-CPU limit) on a four-way system enabled with Hyper-Threading Technology, Windows will use all eight logical processors.
Although Windows recognizes all eight logical processors in this example, in most cases performance would be better using eight physical processors.
Windows .NET Server Family and Hyper-Threading Technology
When examining the processor count provided by the BIOS, Windows .NET Server distinguishes between logical and physical processors, regardless of how they are counted by the BIOS. This provides a powerful advantage over Windows 2000, in that Windows .NET Server only treats physical processors as counting against the license limit. For example, if you launch Windows .NET Standard Server (2-CPU limit) on a two-way system enabled with Hyper-Threading Technology, Windows will use all four logical processors.
Note: This reflects features defined at the Beta 3 release of the Windows .NET Server Family. CPU limits and product offerings are subject to change prior to final release. For more information, go to http://www.microsoft.com/windows.NETserver/evaluation/choosing/default.asp
This example illustrates the great benefit provided by Windows .NET Server on systems enabled with Hyper-Threading Technology—customers are able to harness the processing power of four logical processors using a 2-CPU license.
Windows Server Applications and Hyper-Threading Technology
Regardless of whether an application has been specifically designed to take advantage of Hyper-Threading Technology, or even whether the application is multi-threaded, Intel expects the existing body of applications in the market today to run correctly on systems enabled with Hyper-Threading Technology without further modification, and without being recompiled. For more information, see Introduction to Hyper-Threading Technology at http://developer.intel.com/technology/hyperthread/download/25000802.pdf.
Windows Server Performance on Processors with Hyper-Threading Technology
Intel has published several benchmarks demonstrating improved performance for Windows-based servers equipped with Intel® Xeon™ and Intel® Xeon™ MP processors. For more information, see Intel® Xeon™ Processors - Performance Indicators at http://developer.intel.com/design/xeon/perfbref/index.htm. Microsoft expects performance to vary depending on the application, system configuration, and version of Windows that is used.
Although Windows 2000 is compatible with Hyper-Threading Technology, we expect customers will get the best performance from Hyper-Threading Technology using Windows .NET Server. This is because the Windows .NET Server Family is engineered to take full advantage of the logical processors created by Hyper-Threading Technology.
Windows Server Licensing on Systems Enabled with Hyper-Threading Technology
Windows Server licensing is based on the number of physical processors on a system. For more information, see Processors with Hyper-Threading Technology at http://www.microsoft.com/business/downloads/licensing/hyper_threading_processors.doc.
Because Windows 2000 Server does not distinguish between physical and logical processors, Windows 2000 simply fills out the license limit using the first processors counted by the BIOS. For example, consider the system diagrammed in Figure 1. When launching Windows 2000 Server (4-CPU limit) on this system, Windows will use logical processors 1-4 and disregard logical processors 5-8.
In contrast, Windows .NET Server distinguishes between logical and physical processors, regardless of the way they’re counted by the BIOS. Consider the system diagrammed earlier. When launching Windows .NET Standard Server (2-CPU limit) on this system, Windows will use all four logical processors (1-4).
Note: This reflects features defined at the Beta 3 release of the Windows .NET Server Family. CPU limits and product offerings are subject to change prior to final release. For more information, see http://www.microsoft.com/windows.NETserver/evaluation/choosing/default.asp.
The table in the Appendix indicates the number and type of processors used by Windows-based servers on various systems.
Frequently-Asked Questions
Q: What is the difference between Hyper-Threading Technology and Jackson Technology (JT)?
A: Jackson Technology was the Intel code name for Hyper-Threading Technology.
Q: What is the difference between processors that contain Hyper-Threading Technology and multiple-core processors?
A: Processors enabled with Hyper-Threading Technology share more resources (for example, execution resources) on the same physical processor than do multiple-core processors. For example, multiple-core processors have separate execution units and first-level memory caches.
Q: Which applications will work with Hyper-Threading Technology?
A: Based on tests with off-the-shelf applications, Intel expects the existing body of applications in the market today to run correctly on systems enabled with Hyper-Threading Technology without further modification or recompiling. For more information, see Introduction to Hyper-Threading Technology at http://developer.intel.com/technology/hyperthread/download/25000802.pdf. Check with your application vendor for further details.
Appendix
The following table indicates the maximum number of physical/logical processors used by Windows-based servers on systems enabled with Hyper-Threading Technology.
2-way 4-way 8-way
Windows Server Product Physical Logical Physical Logical Physical Logical
Windows 2000 Server 2 4 4 4 n/a n/a
Windows 2000 Advanced Server 2 4 4 8 8 8
Windows 2000 Datacenter Server n/a n/a 4 8 8 16
Windows .NET Web Server 2 4 2 4 n/a n/a
Windows .NET Standard Server 2 4 2 4 n/a n/a
Windows .NET Enterprise Server 2 4 4 8 8 16
Windows .NET Datacenter Server n/a n/a 4 8 8 16
16-way 24-way 32-way
Physical Logical Physical Logical Physical Logical
Windows 2000 Server n/a n/a n/a n/a n/a n/a
Windows 2000 Advanced Server n/a n/a n/a n/a n/a n/a
Windows 2000 Datacenter Server 16 32 24 24† 32 32†
Windows .NET Web Server n/a n/a n/a n/a n/a n/a
Windows .NET Standard Server n/a n/a n/a n/a n/a n/a
Windows .NET Enterprise Server n/a n/a n/a n/a n/a n/a
Windows .NET Datacenter Server 16 32 24 24† 32 32†
† To ensure optimal performance, Hyper-Threading is disabled on partitions larger than 16 processors.
Note: This reflects features defined at the Beta 3 release of the Windows .NET Server Family. CPU limits and product offerings are subject to change prior to final release. For more information, see http://www.microsoft.com/windows.NETserver/evaluation/choosing/default.asp.
Related Links
See the following resources for further information:
Processors with Hyper-Threading Technology at http://www.microsoft.com/business/downloads/licensing/hyper_threading_processors.doc
Intel® Xeon™ Processors - Performance Indicators at http://developer.intel.com/design/xeon/perfbref/index.htm
Intel Demonstrates Breakthrough Processor Design at http://developer.intel.com/pressroom/archive/releases/20010828comp.htm.
Introduction to Hyper-Threading Technology at http://developer.intel.com/technology/hyperthread/download/25000802.pdf.
For the latest information about Windows 2000 Server, see the Windows 2000 Server Web site at http://www.microsoft.com/windows2000/server.
For the latest information about Windows .NET Server, see the Windows .NET Server Web site at http://www.microsoft.com/windows.netserver.
Was profitiert?
Da sich die virtuellen Prozessoren die Ausführungseinheiten teilen, dürften auch die Grenzen von Hyper-Threading ganz schnell klar werden. Sollte eine Anwendung tatsächlich einmal 100 Prozent einer Einheit (z.B. FPU) belegen, so würde eine zweite Anwendung, die ähnliche Ressourcen bevorzugt, dennoch warten müssen oder abwechselnd und somit im Endeffekt nicht schneller berechnet werden. Doch nicht einmal Seti@Home belastet eine Einheit so stark, dass zwei Seti-Instanzen nicht doch gewaltig von Hyper-Threading profitieren können. Als besonders reizvoll dürfte sich sicherlich die Tatsache heraus stellen, dass es Hyper-Threading ermöglicht, Floatingpoint- und Integerrechnung parallel laufen zu lassen.
Auch dürfte klar sein, dass Hyper-Threading nur dann Sinn macht, wenn beide Prozessoren mit Arbeit belastet werden. Und dies ist die Aufgabe des Betriebssystems. Sowohl Windows XP Home und Professional sowie Windows 2000 (nicht empfohlen, da nicht validiert) als auch Linux 2.4.18 sind hierfür geeignet. Was jetzt nur noch fehlt, sind geeignete Anwendungen, die in Threads programmiert wurden. Alternativ können die beiden Prozessoren auch durch mehrere Anwendungen zum Entfalten ihrer Kraft gebracht werden. Somit muss also zwischen Multitasking und Multithreading unterschieden werden. Bei Multitasking sollen sich durch Hyper-Threading vor allem die Reaktionszeiten merklich verringern. Wichtig ist hierbei, dass beide Anwendung auch wirklich prallel etwas tun - von Taskswitching erziehlt man in der Regel keinen großen Geschwindigkeitsvorteile.
Anders sieht das natürlich aus, wenn man mit Office-Anwendungen arbeitet und der berühmte Virenscanner im Hintergrund läuft. Hier haben wir echtes Multitasking. Das Gleiche gilt auch für das Musikhören beim Spielen sowie Seti@Home oder FlaskMPEG als Hintergrundprozess beim Arbeiten. Hier liegen die wahren Vorteile von Hyper-Threading.
Many Greetz
Re: Hyper Threading Technology
RaymannStyleZ - 04.05.2004, 21:18
http://www.intel.com/technology/itj/2002/volume06issue01/vol6iss1_hyper_threading_technology.pdf
Re: Hyper Threading Technology
RaymannStyleZ - 04.05.2004, 21:19
Hyper Threading Technology aktivieren
Die Hyper Threading Technologie ist eine Innovation, die die Leistung von Prozessoren
entscheidend verbessert.
Ein Hyperthreading-Prozessor gibt sich dem System als zwei Prozessoren zu erkennen,hat
aber keine zusätzlichen Recheneinheiten. Eine 2 CPU wird praktisch emuliert, dadurch sollen
Leistungssteigerungen von bis zu 40% möglich sein.
Der zweite Thread ist nur dazu da, die Auslastung der Recheneinheiten des Pentium 4
zu verbessern, was immerhin einige für den Mehrprozessorbetrieb ausgelegte Anwendungen um
ein paar Prozent beschleunigt. Zudem verbessert sich im Parallelbetrieb von mehreren Anwendungen
das Antwortverhalten.
Intel selbst spricht hier von einem gefühlten Performanceanstieg.
Der Geschwindigkeitsvorteil von Hyperthreading ist nur nutzbar, wenn man ein HT-fähiges
Betriebssystem und Software mit Threads oder Hyperthreading-fähige Software einsetzt.
Diese Technik wurde zunächst für Xeon Serverprozessoren entwickelt.
Inzwischen wurde sie durch den Intel Pentium 4 Prozessor auch für Desktop-PCs, Notebooks etc.
bereitgestellt.
Hyperthreading nachträglich aktivieren
Während beim Kauf eines neuen PC die richtigen Einstellungen werkseitig vorhanden sein sollten,
verhält es sich im Falle einer Aufrüstung anders. Hier müssen wahrscheinlich einige Änderungen
durchgeführt werden, damit das Betriebssystem den neuen HT Prozessor erkennt.
Erforderlich für die erfolgreiche Nutzung der HT Technologie sind:
Ein für die HT Technologie geeigneter Prozessor
Ein für die HT Technologie geeignetes Motherboard
Das ACPI Powermanagement (APM bietet keine Unterstützung).
Ein Betriebssystem, welches Optimierungen für diese Technik enthält.
Insbesondere Windows XP Pro und Home, Microsoft NET Server und Linux 2.4.x >. Windows 2000
bieten ebenfalls eine Unterstützung an, Benchmark Tests zeigen jedoch bei div. Anwendungen
nur eine geringe Leistungssteigerung.
Nachdem der Prozessor ausgetauscht wurde, wird im BIOS Hyper Threading Technology und ACPI
aktiviert. Die meisten Boards erkennen automatisch den neuen Prozessor und nehmen die ersten Einstellungen
automatisch vor - bitte prüfen.
Nachdem das OS gebootet ist, erkennt es zunächst nicht die neue Technik.
Nun wird über Start > Einstellungen > Systemsteuerung > System > Hardware der Geräte Manager aufgerufen.
Nach einem Klick auf den Eintrag Computer sollte der Eintrag ACPI Uniprozessor erscheinen.
Durch einen Rechtsklick wird nun dieser Treiber aktualisiert.
(Nicht suchen, sondern den neu zu installierenden Treiber selbst wählen).
In der anschließend erscheinenden Auflistung bitte den ACPI Multiprozessor PC nehmen.
Nach einem Neustart sollte der Prozessor auch vom Betriebssystem erkannt worden sein.
(bitte prüfen ob im Geräte- und Taskmanager 2 Prosessoren aufgeführt sind.
Etwas schwieriger ist es, wenn nach dem Klick auf den Gerätemanagereintrag Computer ein
Standard PC erscheint.
Dieser Eintrag bedeutet, das auf dem System APM installiert ist.
In diesem Falle funktioniert die obige Anleitung nicht.
Hier kann das OS nur noch komplett neu aufgesetzt bzw. die Reparaturoption genutzt werden.
Re: Hyper Threading Technology
RaymannStyleZ - 04.05.2004, 21:26
..... zum Nachrüsten ->
http://www.de.tomshardware.com/cpu/20030616/
Many Greetz
Mit folgendem Code, können Sie den Beitrag ganz bequem auf ihrer Homepage verlinken
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