NUMA体系结构详解

    由于OpenStack Kilo增加很多针对NUMA体系结构的增强功能，所以又重新温习了下NUMA相关的知识，简单做个笔记。

   1. NUMA的几个概念（Node，socket，core，thread）

   对于socket，core和thread会有不少文章介绍，这里简单说一下，具体参见下图：

    一句话总结：socket就是主板上的CPU插槽; Core就是socket里独立的一组程序执行的硬件单元，比如寄存器，计算单元等; Thread：就是超线程hyperthread的概念，逻辑的执行单元，独立的执行上下文，但是共享core内的寄存器和计算单元。

   NUMA体系结构中多了Node的概念，这个概念其实是用来解决core的分组的问题，具体参见下图来理解（图中的OS CPU可以理解thread，那么core就没有在图中画出），从图中可以看出每个Socket里有两个node，共有4个socket，每个socket 2个node，每个node中有8个thread，总共4（Socket）× 2（Node）× 8 （4core × 2 Thread） = 64个thread。

   另外每个node有自己的内部CPU，总线和内存，同时还可以访问其他node内的内存，NUMA的最大的优势就是可以方便的增加CPU的数量，因为Node内有自己内部总线，所以增加CPU数量可以通过增加Node的数目来实现，如果单纯的增加CPU的数量，会对总线造成很大的压力，所以UMA结构不可能支持很多的核。

                                  《此图出自：NUMA Best Practices for Dell PowerEdge 12th Generation Servers》

    根据上面提到的，由于每个node内部有自己的CPU总线和内存，所以如果一个虚拟机的vCPU跨不同的Node的话，就会导致一个node中的CPU去访问另外一个node中的内存的情况，这就导致内存访问延迟的增加。在有些特殊场景下，比如NFV环境中，对性能有比较高的要求，就非常需要同一个虚拟机的vCPU尽量被分配到同一个Node中的pCPU上，所以在OpenStack的Kilo版本中增加了基于NUMA感知的虚拟机调度的特性。（OpenStack Kilo中NFV相关的功能具体参见：《OpenStack Kilo新特性解读和分析（1）》）

2. 如何查看机器的NUMA拓扑结构

   比较常用的命令就是lscpu，具体输出如下：

dylan@hp3000:~$ lscpu Architecture:          x86_64CPU op-mode(s):        32-bit, 64-bitByte Order:            Little EndianCPU(s):                48                                       //共有48个逻辑CPU（threads）On-line CPU(s) list:   0-47Thread(s) per core:    2                               //每个core有2个threadsCore(s) per socket:    6                                //每个socket有6个coresSocket(s):             4                                      //共有4个socketsNUMA node(s):          4                               //共有4个NUMA nodesVendor ID:             GenuineIntelCPU family:            6Model:                 45Stepping:              7CPU MHz:               1200.000BogoMIPS:              4790.83Virtualization:        VT-xL1d cache:             32K                           //L1 data cache 32kL1i cache:             32K                            //L1 instruction cache 32k  （牛x机器表现，冯诺依曼+哈弗体系结构）L2 cache:              256KL3 cache:              15360KNUMA node0 CPU(s):     0-5,24-29      NUMA node1 CPU(s):     6-11,30-35NUMA node2 CPU(s):     12-17,36-41NUMA node3 CPU(s):     18-23,42-47

从上图输出，可以看出当前机器有4个sockets，每个sockets包含1个numa node，每个numa node中有6个cores，每个cores包含2个thread，所以总的threads数量=4（sockets）×1（node）×6（cores）×2（threads）=48.

另外，也可以通过下面的脚本来打印出当前机器的socket，core和thread的数量。

#!/bin/bash# Simple print cpu topology# Author: kodangofunction get_nr_processor(){    grep '^processor' /proc/cpuinfo | wc -l}function get_nr_socket(){    grep 'physical id' /proc/cpuinfo | awk -F: '{            print $2 | "sort -un"}' | wc -l}function get_nr_siblings(){    grep 'siblings' /proc/cpuinfo | awk -F: '{            print $2 | "sort -un"}'}function get_nr_cores_of_socket(){    grep 'cpu cores' /proc/cpuinfo | awk -F: '{            print $2 | "sort -un"}'}echo '===== CPU Topology Table ====='echoecho '+--------------+---------+-----------+'echo '| Processor ID | Core ID | Socket ID |'echo '+--------------+---------+-----------+'while read line; do    if [ -z "$line" ]; then        printf '| %-12s | %-7s | %-9s |\n' $p_id $c_id $s_id        echo '+--------------+---------+-----------+'        continue    fi    if echo "$line" | grep -q "^processor"; then        p_id=`echo "$line" | awk -F: '{print $2}' | tr -d ' '`     fi    if echo "$line" | grep -q "^core id"; then        c_id=`echo "$line" | awk -F: '{print $2}' | tr -d ' '`     fi    if echo "$line" | grep -q "^physical id"; then        s_id=`echo "$line" | awk -F: '{print $2}' | tr -d ' '`     fidone < /proc/cpuinfoechoawk -F: '{     if ($1 ~ /processor/) {        gsub(/ /,"",$2);        p_id=$2;    } else if ($1 ~ /physical id/){        gsub(/ /,"",$2);        s_id=$2;        arr[s_id]=arr[s_id] " " p_id    }} END{    for (i in arr)         printf "Socket %s:%s\n", i, arr[i];}' /proc/cpuinfoechoecho '===== CPU Info Summary ====='echonr_processor=`get_nr_processor`echo "Logical processors: $nr_processor"nr_socket=`get_nr_socket`echo "Physical socket: $nr_socket"nr_siblings=`get_nr_siblings`echo "Siblings in one socket: $nr_siblings"nr_cores=`get_nr_cores_of_socket`echo "Cores in one socket: $nr_cores"let nr_cores*=nr_socketecho "Cores in total: $nr_cores"if [ "$nr_cores" = "$nr_processor" ]; then    echo "Hyper-Threading: off"else    echo "Hyper-Threading: on"fiechoecho '===== END ====='

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