多核和多線程技術(shù)可大幅提升 Android 網(wǎng)頁瀏覽性能
2012-02-23
作者：Eyal Barzilay/ 應(yīng)用和基準測試經(jīng)理
采用多核技術(shù)提升CPU 馬力，是一種通過硬件提供更高系統(tǒng)性能的日益常見的做法。即使對許多視成本和功耗為重要設(shè)計考慮的大量消費性應(yīng)用，也是如此。但是，升級到多核系統(tǒng)并無法保證一定能夠提升性能或改善用戶體驗。因為提升系統(tǒng)性能不僅是硬件方面的問題，軟件也必須能充分利用并行硬件資源。然而軟件一直在改變——系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，以至于在許多情況下，多個進程和線程在同時運行；同時，應(yīng)用程序也在被優(yōu)化，以便在多處理硬件的趨勢中更加受益。
基于以上考慮，我們最近采用EEMBC 的BrowsingBench™ 基準測試程序來評估MT" title="MT">MT) 技術(shù)能帶來的性能提升。我們的目標(biāo)是在Android™ 軟件平臺上看看這些技術(shù)能在多大程度上改善一個非常流行的、實際的消費性應(yīng)用（網(wǎng)頁瀏覽）的用戶體驗。
BrowsingBench 是一個可靠而應(yīng)用廣泛的工具，受到多家領(lǐng)先的科技公司的信任與采用。它可以測量大量不同內(nèi)容頁面的加載和渲染時間，并以可靠的方式進行，以生成可重復(fù)而有用的結(jié)果。它可以在任何一個有網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上運行。與合成測試(Synthetic Test *) 不同，BrowsingBench 的運行方式與用戶在聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上的操作完全相同。我們過去曾采用多種其他適用于評估MC/MT 系統(tǒng)性能的基準測試程序，但沒有一種能夠像BrowsingBench 一樣，可提供代表真實世界聯(lián)網(wǎng)設(shè)備用戶體驗的性能指標(biāo)。
我們在一個以MIPS32® 1004K™ 一致處理系統(tǒng)(CPS) 為基礎(chǔ)的系統(tǒng)上運行BrowsingBench。在最高配置方面，1004K CPS 能支持最多4 個核、每個核配備2 個硬件線程（亦稱為虛擬處理單元或VPE）。但為了簡化測試，我們采用雙核、每個核兩個VPE 的配置，總計有4 個VPE。根據(jù)MIPS 的多線程技術(shù)，VPE 實際上是邏輯CPU，在1004K 的每個核中兩個VPE 共享一條物理流水線。
我們系統(tǒng)上的軟件平臺是Android，測試中采用了每套Android 系統(tǒng)都會配備的Android 瀏覽器。
為評估多核和多VPE 對網(wǎng)絡(luò)瀏覽器產(chǎn)生的性能提升，我們采用4 個不同的配置來執(zhí)行BrowsingBench，如下表所示。在所有的案例中，測試都是在相同的雙核1004K 系統(tǒng)上執(zhí)行，不過我們通過操作系統(tǒng)來啟用和禁用核與VPE。
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配置代號 |
核的數(shù)目 |
每個核的VPE 數(shù) |
邏輯CPU 數(shù) |
說明 |
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C1V1 |
1 |
1 |
1 |
基本配置：單核、單VPE |
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C1V2 |
1 |
2 |
2 |
單核、啟用MT |
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C2V1 |
2 |
1 |
2 |
雙核、關(guān)閉MT |
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C2V2 |
2 |
2 |
4 |
完整配置：雙核、啟用MT |
我們想要回答的重要問題是，Android 是否能利用這些多重處理資源來更快地載入和渲染網(wǎng)頁，從而改善用戶體驗。為做到這點，Android 在處理瀏覽工作負荷時，必須能使用并行的進程和線程。
測試結(jié)果顯示于下表和下圖。毫無疑問，Android 的網(wǎng)絡(luò)瀏覽性能因為采用MC 和MT 技術(shù)而得到大幅提升。
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配置代號 |
核的數(shù)目 |
每個核的VPE 數(shù) |
邏輯CPU 數(shù) |
相對BrowsingBench 分數(shù) |
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C1V1 |
1 |
1 |
1 |
1.00 |
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C1V2 |
1 |
2 |
2 |
1.43 |
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C2V1 |
2 |
1 |
2 |
2.13 |
|
C2V2 |
2 |
2 |
4 |
2.54 |
一個重要的發(fā)現(xiàn)是，當(dāng)完整配置與基本配置相比時，瀏覽性能提升了超過2.5 倍。由于在Android 中有大量的并行處理，瀏覽器的確能夠從MT 和MC 的結(jié)合中受益。再進一步查看Android 系統(tǒng)中的情況，確實顯示出有許多進程都是以并行方式運行。系統(tǒng)中的兩個主要進程，一個為Android 瀏覽器本身，另一個稱為“系統(tǒng)服務(wù)器(system server)”。后者負責(zé)管理包括顯示系統(tǒng)在內(nèi)的許多Android 組件，在BrowsingBench 執(zhí)行期間一直都非常忙碌。
即使我們將系統(tǒng)限制為單核，MIPS MT 技術(shù)也能讓BrowsingBench 性能提升43%。MT 的主要特性之一是能夠提升核的性能效率，這是當(dāng)運行多進程和/或多線程時，通過提高核的流水線利用率來實現(xiàn)的。因此，對于需要小巧芯片面積的系統(tǒng)來說，選用多線程的核心是提升系統(tǒng)性能的一種極佳方式。
當(dāng)多核和多線程系統(tǒng)首度問世時，大部分現(xiàn)有的軟件并沒有針對這些技術(shù)進行優(yōu)化設(shè)計。今天，情況已經(jīng)改變。Android 是一個復(fù)雜的軟件平臺，同時也是一個大量消費性平臺的絕佳范例，它正快速演進和優(yōu)化，會為聯(lián)網(wǎng)世界提供優(yōu)秀的用戶體驗。
在MIPS，我們對此基準測試結(jié)果感到非常高興，因為它充分表明了我們的MC 和MT 技術(shù)與幾年前的標(biāo)準硬件相比，可提供高出許多的性能，從而給智能手機、平板電腦、聯(lián)網(wǎng)數(shù)字電視等各種上網(wǎng)設(shè)備的終端用戶帶來重要影響。
注：
合成測試(Synthetic Test/Benchmark) 通過專門設(shè)計的測試程序針對軟件系統(tǒng)中的多個組件分別測試。應(yīng)用測試(Application Test/Benchmark) 則通過真實世界中的應(yīng)用來做測試。