NUMA、NODE、SOCKET、CPU关系深度探索

最新推荐文章于 2025-03-04 10:26:26 发布

犀牛卫士

最新推荐文章于 2025-03-04 10:26:26 发布

阅读量3.8k

点赞数 14

分类专栏：操作系统 dpdk 文章标签：系统架构 linux

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/danpianjiai/article/details/134192568

版权

dpdk 同时被 2 个专栏收录

11 篇文章

订阅专栏

操作系统

3 篇文章

订阅专栏

往期相关文章链接

DPDK 系列第三篇：CPU 亲和性及实际应用-优快云博客

概念介绍

NUMA（Non-Uniform Memory Access）：NUMA是一种内存访问模型，用于多处理器系统中。在NUMA架构中，系统的内存和处理器被组织成多个节点（或称为NUMA节点）。每个节点都有自己的本地内存和与之关联的处理器。这种架构旨在减少处理器与内存之间的延迟，并提高系统性能。

节点（Node）：节点是NUMA架构中的基本单元。每个节点由一组处理器和与之关联的本地内存组成。节点之间通过互连（如快速总线或互连网络）进行通信。每个节点都有一个唯一的标识符，通常称为节点号。

插槽（Socket）：插槽是物理处理器的概念，也称为CPU插槽。在多处理器系统中，每个插槽可以容纳一个或多个物理处理器。每个插槽通常对应一个物理套接字（socket），其中包含一个或多个物理处理器核心。

CPU（Central Processing Unit）：CPU是计算机中用于执行指令和处理数据的核心部件。在多处理器系统中，每个物理处理器可以包含一个或多个CPU核心。每个CPU核心都可以独立执行指令，并具有自己的缓存和寄存器。

深入人心的问题

大部分linux 开发人员可能知道 numa 和socket 的存在，知道 numa系统中访问自身近内存性能会高，也知道通过linux grub 命令行配置可以关闭numa （假关闭），但是假如系统有 A、B、C、D 四个numa，进程运行在A numa 所属core 上，那你是否知道A numa core 上的进程访问B、C、D哪个numa 的内存性能会更高？或者浅一层的问题，你认为 NUMA 和 SOCKET是一对一的关系吗？

核心点-SOCKET和NUMA的关系

为了说明问题，后续部分会以AMD EPYC 系列芯片的NUMA设计展开

设计服务器芯片是一个平衡的过程，需要在系统成本、芯片面积、内存带宽、内存延迟等方面进行权衡。AMD考虑进入服务器市场时，面临着一项艰巨的任务。公司需要设计一款性能与英特尔的至强处理器相竞争的处理器，同时能够提供差异化，并且仍然保持100%的x86软件兼容性。AMD的EPYC处理器似乎正是实现了这一目标。该公司设计和制造了一款服务器处理器，提供了比英特尔至强设计更多的内存和I/O带宽，同时建造成本也更低，这要归功于多芯片模块（MCM）技术和公司的新Infinity Fabric（IF）技术的高效利用。

MCM技术为AMD提供了一个机会，利用更小、更易制造的芯片来构建一个功能强大的服务器处理器。AMD还开发了Infinity Fabric，这是公司HyperTransport技术的延伸，作为一种无缝、可扩展的互连技术，可用于芯片内部、封装内部和多封装之间的通信。由此设计产生的处理器包括其组成处理器芯片之间的分层路径，形成了非均匀内存访问（NUMA）模型。

如下图所示，AMD在构建EPYC处理器时采用了多个Zeppelin芯片，用于构建可扩展的服务器系统。多芯片的方法具有优势，因为它允许AMD构建具有高核心数、内存带宽和I/O的服务器处理器，而无需使用更昂贵且产量较低的芯片制造工艺。使用多个芯片的折衷之处在于，芯片之间的内存访问会增加额外的延迟。

如贴图所示，该系统存在两个socket，每个socket 上为一颗EPYC处理器，EPYC处理器由四个面积为213 mm2的Zeppelin芯片组成。虽然再外封装是一颗处理器，但是实际里边有四个芯片处理单元，那那个处理单元都有自己的进内存，这样的情况下，就可以将一个插槽分割为4个NUMA节点，所以到这里各位看官应该明了 SOCKET 和 NUMA 非一一对应关系了吧。

当然这是AMD的设计，其他公司单SOCKET 或NUMA的情况也会有，可能基于多内存通道等等技术。

访问本NUMA 外的哪个NUMA能更块？

现代操作系统中，基于性能考虑，会使用CPU亲和性（不清楚的，可以参考之前的博文DPDK 系列第三篇：CPU 亲和性及实际应用-优快云博客）将软件任务调度到特定的核心或核心池上，然后将数据加载到特定核心所属的NUMA内存中（称为“内存亲和性”）。

但是，随着业务的增多或者硬件架构的特异性，难免会出现A NUMA core上的进程需要访问B NUMA 上的数据，或者某个进程需要绑定在多个NUMA 的情况，以进程绑定在多个NUMA这种情况下来说，我们应该怎么选择进程绑定再哪些NUMA上呢？

其实上一小节的贴图就很能说明问题，访问本芯片组内的NUMA，一定是能优于访问另外一个SOCKET所属NUMA的，但是在实际使用中，我们不可能去查，也不太容易获取到芯片设计资料，那这种时候，可以如下使用numactl 工具来确认。

node distances 是一个二维矩阵，node[i][j] 表示 node i （numa i ，概念介绍里已经进行了明确，node 是numa 管理的基本单元）访问 node j 的内存的相对距离。比如 node 0 访问 node 0 的内存的距离是 10，而 node 0 访问 node 1 的内存的距离是 21。