多核心可擴展性

現代晶片有許多 CPU 核心——4 個、16 個、64 個或更多——而可擴展性問的是：加核心究竟能不能讓工作真的變快。理想上，把核心加倍應該讓時間減半。實務上它很少如此。想像一間廚房：多一名廚師幫助很大，但到了某個程度，太多廚師擠著同一個水槽與同一座爐子，再加人就不再有幫助，甚至拖慢進度。瓶頸從「做事」轉移到「協調誰能做事」。

在作業系統內部，主要障礙是由鎖看守的共享狀態。若許多核心都需要同一把鎖去更新同一個資料結構（比方說一個單一的全域就緒佇列），它們就排隊等待，核心被序列化而非平行執行——這就是鎖競爭。對策是減少共享：用細粒度的鎖取代一把大鎖、給每個核心各自的逐核資料讓它很少需要與他人交談，以及採用無鎖或以讀為主的技術（例如讀取複製更新 RCU），讓讀者不會被擋住。硬體效應也很要緊：快取一致性流量與偽共享（兩個核心其實碰的是不同變數，卻為同一條快取行爭鬥）會悄悄摧毀擴展性。例如 Linux 排程器就刻意維持逐核的執行佇列，正是為了讓核心不必在一把全域鎖上競爭。

這裡誠實的定律是 Amdahl 定律：只要工作中哪怕一小部分必須序列執行（一把人人都要的鎖、一個共享的計數器），無論你加多少核心，那個序列部分都會限制住加速。所以完美的線性擴展是例外而非常態。可擴展性的藝術在於把藏匿各處的序列化拔除；殘酷的現實是：總有一些會留下來。