¿Qué es un vCPU? - Rendimiento frente a CPU

• Una vCPU es comparable a un hilo de procesamiento.

Eso significa que, si contratas una instancia o máquina virtual con 4 vCPU, en realidad no estás contratando un servidor con 4 núcleos, sino que se está emulando un servidor de 2 núcleos, ejecutando 4 hilos de procesamiento. Sin embargo, no es una comparación del todo justa porque el rendimiento de una vCPU de 4 hilos puede ser un poco mayor que el rendimiento de un procesador de 2 cores y 4 hilos por la gestión de los hilos.

Por ejemplo, si contratas una instancia c5.large de AWS que cuenta con 2 vCPU, tu programa se ejecutará, junto con muchos otros de otras personas, en un ordenador muy potente que puede tener decenas de núcleos físicos.

La gestión entre los hilos y los núcleos físicos se hacen a través de un hipervisor, que en caso de AWS se llama Nitro. El hipervisor se encarga de la creación y gestión de las máquinas virtuales que se ejecutan en el servidor físico.

Nitro decide a qué hilos asignar tu VM en función de la cantidad de potencia de procesamiento necesaria, de forma muy similar a como lo hace un programador de tareas en un entorno de escritorio normal.

Con 2 VCPU, el peor caso es que tu aplicación se ejecute en un único núcleo porque tus dos hilos estarán en el mismo núcleo y si utilizas la máquina al 100% tus hilos pueden entrar en conflicto y causar pequeñas ralentizaciones. Sin embargo, Nitro intenta evitar esta casuística por lo que probablemente, si contratas 2 vCPU, obtendrás el 100% de rendimiento de cada hilo, sin mermas.

En resumen, para una misma CPU, si la CPU está en tu ordenador, al hacer uso de los dos hilos de un núcleo obtendrás un rendimiento total del 130%. Al contratar esa misma en forma de vCPU deberíamos obtener un rendimiento de un 200%.

Sin embargo, la velocidad de procesamiento del vCPU dependerá del hardware real en el que se está ejecutando. No es lo mismo un núcleo de un Intel E6300 del 2007 que un núcleo de un 9900K.

Las instancias más baratas suelen correr en procesadores más antiguos. Por ejemplo, las instancias T3a de AWS utilizan las CPUs AMD EPYC de alto número de núcleos, funcionan un poco más despacio, pero cuestan menos debido a que el hardware es mucho más barato por núcleo.

¿Podemos ver esos hilos o subprocesos en el sistema?

No de una forma demasiado detallada, pero si, podremos verlos, tanto en Windows como Mac.

En el caso de Windows, tan solo tendremos que abrir al administrador de tareas y situarnos sobre “rendimiento”. Luego pulsaremos abajo en el enlace de “monitor de recursos”. En esta nueva ventana tendremos dividido cada proceso en consumo de la CPU y en subprocesos (threads), estos será los hilos.

En el monitor de actividad de Mac, tendremos directamente los subprocesos enumerados en la pantalla principal.

Los programas, procesos e hilos

Todos sabemos qué es un programa, es un código que se almacena en nuestro ordenador y que está destinado a llevar a cabo alguna tarea concreta. Una aplicación es un programa, un driver también lo es e incluso el sistema operativo es un programa capaz de ejecutar otros programas en su interior. Todos ellos están almacenados en forma binaria, ya que el procesador solo entiende de unos y ceros, corriente / no corriente.

Los procesos del programa

Aquí es donde hacen acto de presencia los hilos de procesamiento, denominados subprocesos en los sistemas operativos. Un hilo es la unidad de ejecución de un proceso. Podemos dividir el proceso en subprocesos, y cada uno de ellos será un hilo de ejecución.

Si un programa no es multi-hilo, los procesos dentro de él solamente tendrán un hilo, así que solamente se podrán procesar de una sola vez. Por el contrario, si tenemos procesos multi-hilo, estos podrán dividirse en varios trozos, y cada uno de esos hilos comparte los recursos asignados al proceso. Por eso dijimos que la ejecución en múltiples hilos es más eficiente.

Además, cada hilo cuenta con su propia pila de registros por lo que podrán procesarse dos o más de ellos al mismo tiempo, al contrario que un solo proceso, que tendrá que ejecutarse todo de una sola vez. Los subprocesos son tareas más sencillas que permiten ejecutar un proceso de forma dividida. Y esta es básicamente la función final de los hilos de procesamiento. Cuantos más hilos, mayor división de procesos, y mayor volumen de cálculos simultáneos y entonces, mayor eficiencia.

Todavía no hemos terminado, aún tenemos la pregunta pendiente de ¿Qué ocurre entonces con un núcleo con doble hilo? Ya dijimos que cada núcleo es capaz de ejecuta una sola instrucción a la vez. La CPU cuenta con un complejo algoritmo que divide de la forma más eficiente posible los tiempos de ejecución, así asigna a cada tarea un determinado intervalo de ejecución. El cambio entre tareas es tan rápido, que dará la sensación de que el nucleo ejecuta tareas de forma paralela.

Fuentes:

https://www.wikiversus.com/informatica/procesadores/que-es-vcpu/

https://www.profesionalreview.com/2019/04/03/que-son-los-hilos-de-un-procesador/