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(zhǔn)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(jì)考慮的大量消費(fèi)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(yàn)。因?yàn)樘嵘到y(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(gè)進(jìn)程和線程在同時(shí)運(yùn)行；同時(shí)，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(zhǔn)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(tái)上看看這些技術(shù)能在多大程度上改善一個(gè)非常流行的、實(shí)際的消費(fèi)性應(yīng)用（網(wǎng)頁瀏覽）的用戶體驗(yàn)。
BrowsingBench 是一個(gè)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(shí)間，并以可靠的方式進(jìn)行，以生成可重復(fù)而有用的結(jié)果。它可以在任何一個(gè)有網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上運(yùn)行。與合成測試(Synthetic Test *) 不同，BrowsingBench 的運(yùn)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(zhǔn)測試程序，但沒有一種能夠像BrowsingBench 一樣，可提供代表真實(shí)世界聯(lián)網(wǎng)設(shè)備用戶體驗(yàn)的性能指標(biāo)。
我們在一個(gè)以MIPS32® 1004K™ 一致處理系統(tǒng)(CPS) 為基礎(chǔ)的系統(tǒng)上運(yùn)行BrowsingBench。在最高配置方面，1004K CPS 能支持最多4 個(gè)核、每個(gè)核配備2 個(gè)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(gè)核兩個(gè)VPE 的配置，總計(jì)有4 個(gè)VPE。根據(jù)MIPS 的多線程技術(shù)，VPE 實(shí)際上是邏輯CPU，在1004K 的每個(gè)核中兩個(gè)VPE 共享一條物理流水線。
我們系統(tǒng)上的軟件平臺(tái)是Android，測試中采用了每套Android 系統(tǒng)都會(huì)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(gè)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(hào) |
核的數(shù)目 |
每個(gè)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(yàn)。為做到這點(diǎn)，Android 在處理瀏覽工作負(fù)荷時(shí)，必須能使用并行的進(jìn)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?yàn)椴捎肕C 和MT 技術(shù)而得到大幅提升。
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配置代號(hào) |
核的數(shù)目 |
每個(gè)核的VPE 數(shù) |
邏輯CPU 數(shù) |
相對BrowsingBench 分?jǐn)?shù) |
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C1V1 |
1 |
1 |
1 |
1.00 |
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C1V2 |
1 |
2 |
2 |
1.43 |
|
C2V1 |
2 |
1 |
2 |
2.13 |
|
C2V2 |
2 |
2 |
4 |
2.54 |
一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)是，當(dāng)完整配置與基本配置相比時(shí)，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(jìn)一步查看Android 系統(tǒng)中的情況，確實(shí)顯示出有許多進(jìn)程都是以并行方式運(yùn)行。系統(tǒng)中的兩個(gè)主要進(jìn)程，一個(gè)為Android 瀏覽器本身，另一個(gè)稱為“系統(tǒng)服務(wù)器(system server)”。后者負(fù)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(yùn)行多進(jìn)程和/或多線程時(shí)，通過提高核的流水線利用率來實(shí)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(shí)，大部分現(xiàn)有的軟件并沒有針對這些技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。今天，情況已經(jīng)改變。Android 是一個(gè)復(fù)雜的軟件平臺(tái)，同時(shí)也是一個(gè)大量消費(fèi)性平臺(tái)的絕佳范例，它正快速演進(jìn)和優(yōu)化，會(huì)為聯(lián)網(wǎng)世界提供優(yōu)秀的用戶體驗(yàn)。
在MIPS，我們對此基準(zhǔn)測試結(jié)果感到非常高興，因?yàn)樗浞直砻髁宋覀兊腗C 和MT 技術(shù)與幾年前的標(biāo)準(zhǔn)硬件相比，可提供高出許多的性能，從而給智能手機(jī)、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(jì)的測試程序針對軟件系統(tǒng)中的多個(gè)組件分別測試。應(yīng)用測試(Application Test/Benchmark) 則通過真實(shí)世界中的應(yīng)用來做測試。