如何進行numa架構(gòu)與性能的解析

如何進行numa架構(gòu)與性能的解析，針對這個問題，這篇文章詳細介紹了相對應(yīng)的分析和解答，希望可以幫助更多想解決這個問題的小伙伴找到更簡單易行的方法。

說到服務(wù)器的NUMA架構(gòu)，大家或許都知道。NUMA架構(gòu)在中大型系統(tǒng)上一直非常盛行，也是高性能的解決方案，尤其在系統(tǒng)延遲方面表現(xiàn)都很優(yōu)秀。但NUMA架構(gòu)對服務(wù)器的相關(guān)性能到底有什么影響，怎樣設(shè)置會更好呢？小編在此解析一下。

  1、什么是NUMA

  NUMA（Non Uniform Memory Access Architecture）是一種用于多處理器的電腦記憶體設(shè)計，內(nèi)存訪問時間取決于處理器的內(nèi)存位置。 在NUMA下，處理器訪問它自己的本地存儲器的速度比非本地存儲器（存儲器的地方到另一個處理器之間共享的處理器或存儲器）快一些。

  NUMA架構(gòu)在邏輯上遵循對稱多處理（SMP）架構(gòu)。 它是在二十世紀九十年代被開發(fā)出來的，開發(fā)商包括Burruphs （優(yōu)利系統(tǒng)）， Convex Computer（惠普），意大利霍尼韋爾信息系統(tǒng)（HISI）的（后來的Group Bull），Silicon Graphics公司（后來的硅谷圖形），Sequent電腦系統(tǒng)（后來的IBM），通用數(shù)據(jù)（EMC）， Digital （后來的Compaq ，HP）。 這些公司研發(fā)的技術(shù)后來在類Unix操作系統(tǒng)中大放異彩，并在一定程度上運用到了Windows NT中。

  NUMA 的主要優(yōu)點是伸縮性。NUMA 體系結(jié)構(gòu)在設(shè)計上已超越了 SMP 體系結(jié)構(gòu)在伸縮性上的限制。通過 SMP，所有的內(nèi)存訪問都傳遞到相同的共享內(nèi)存總線。這種方式非常適用于 CPU 數(shù)量相對較少的情況，但不適用于具有幾十個甚至幾百個 CPU 的情況，因為這些 CPU 會相互競爭對共享內(nèi)存總線的訪問。NUMA 通過限制任何一條內(nèi)存總線上的 CPU 數(shù)量并依靠高速互連來連接各個節(jié)點，從而緩解了這些瓶頸狀況。

  2、NUMA的幾種架構(gòu)方案

  NUMA 系統(tǒng)通常比一致內(nèi)存訪問系統(tǒng)(UMA)更加經(jīng)濟且性能更高。一致內(nèi)存訪問系統(tǒng)必須平等地為所有 CPU 提供內(nèi)存，而 NUMA 系統(tǒng)則能夠為直接連接到 CPU 的內(nèi)存提供高速互連，同時為與 CPU 相隔較遠的內(nèi)存提供較為便宜但更高延遲的連接。

使用 NUMA 時，會經(jīng)常遇到下面幾種方案，以SQL SERVER數(shù)據(jù)庫為例。(參閱technet資料)

A. 沒有端口到 NUMA 的關(guān)聯(lián)

這是具有硬件 NUMA 和單個 SQL Server 實例的計算機中的默認設(shè)置。所有通信流量都通過一個單獨的端口輸入并采用循環(huán)方式分布到任何可用的 NUMA 節(jié)點。NUMA 增大了內(nèi)存和 CPU 訪問的區(qū)域并增加了 I/O 和惰性編寫器線程的數(shù)量。在建立連接后會立即將其作用域限定為此節(jié)點。它提供了 NUMA 節(jié)點間的自動負載平衡?？蛻舳藨?yīng)用程序可以連接到單個端口，而且可以輕松地進行部署。

B. 將單個端口關(guān)聯(lián)到多個節(jié)點以提高主要應(yīng)用程序的性能

將一個端口關(guān)聯(lián)到多個用于主要應(yīng)用程序的硬件 NUMA 節(jié)點。將第二個端口關(guān)聯(lián)到另一個用于第二個次要應(yīng)用程序的硬件 NUMA 節(jié)點。用于這兩個應(yīng)用程序的內(nèi)存和 CPU 資源量非常不平衡，用于主要應(yīng)用程序的本地內(nèi)存和 CPU 資源量是用于次要應(yīng)用程序的三倍。次要應(yīng)用程序可以是數(shù)據(jù)庫引擎的第二個實例，它在同一數(shù)據(jù)庫引擎實例中，甚至在同一數(shù)據(jù)庫中提供次要的功能。通過向優(yōu)先使用的連接提供額外資源，它提供了一種線程優(yōu)先執(zhí)行的方式。

C. 將多個端口關(guān)聯(lián)到多個節(jié)點

可以將多個端口映射到同一 NUMA 節(jié)點。這樣，您就可以為不同的端口配置不同的權(quán)限。例如，您可以通過控制對相應(yīng) TCP 端點的權(quán)限來嚴格限制由某個端口提供的訪問。在此示例中，端口 1450 在 Intranet 上普遍可用。端口 1433 則設(shè)置為通過防火墻連接到 Internet，并對它的訪問進行嚴格的限制。兩個端口都可以充分、平等、安全地利用 NUMA。

  3、如何設(shè)置，遵循什么原則

  那么在虛擬化場景中，如何設(shè)置NUMA呢？原則是什么？

  例如一臺配置了兩顆八核處理器以及128GB內(nèi)存的服務(wù)器，我們需要在其上分配CPU和內(nèi)存資源并劃分虛機。

  首先在NUMA架構(gòu)中，每個處理器能夠控制64GB的物理內(nèi)存，每個處理器的八個核心中的每個核心將對應(yīng)一個8GB的NUMA節(jié)點。這將會如何影響虛擬機性能？由于每個處理器核心訪問NUMA節(jié)點內(nèi)內(nèi)存的速度要比其他節(jié)點快，因此當虛擬機內(nèi)存大小少于或者等于NUMA節(jié)點的內(nèi)存大小時，虛擬機在理論上能夠獲得最好的性能。如果給虛擬機分配更多的內(nèi)存，則虛擬機必然要訪問其NUMA節(jié)點之外的部分內(nèi)存，這樣或多或少會影響其性能。如果應(yīng)用能夠感知NUMA，那就更好了。vSphere使用vNUMA可以創(chuàng)建能夠感知NUMA的虛擬機。該虛擬機將會被分割為虛擬NUMA節(jié)點，每個vNUMA節(jié)點將會被放置到一個不同的物理NUMA節(jié)點。盡管虛擬機仍舊在兩個NUMA節(jié)點之間擴展，但虛擬機內(nèi)的操作系統(tǒng)和應(yīng)用能夠感知NUMA，資源使用將會得到優(yōu)化。

  NUMA現(xiàn)已經(jīng)對在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器上安裝及選擇內(nèi)存的方式帶來了很多改變。在給服務(wù)器增加物理內(nèi)存時，我們需要注意增加的內(nèi)存要在NUMA節(jié)點之間進行平衡及匹配以使主板上的每個處理器擁有相同的內(nèi)存。如果在我們所舉例的服務(wù)器上配置更多的內(nèi)存，那么必須在處理器之間平衡這些內(nèi)存模塊。如果增加64GB的內(nèi)存，那么每個處理器將分配到32GB的內(nèi)存（每個處理器可支配的內(nèi)存將增加到96GB，服務(wù)器總內(nèi)存數(shù)將達到192GB），每個NUMA節(jié)點的內(nèi)存大小將從8GB增加到12GB。由于每個Socket控制的內(nèi)存插槽是不同的，因此要確保內(nèi)存插槽是均勻的。例如192G內(nèi)存分為12個16G的內(nèi)存條，那么應(yīng)該4個插在一個Socket的內(nèi)存插槽中，另8個插在另兩個socket的內(nèi)存插槽中。在為虛機分配vCPU資源時，也盡可能按照Socket/Core的倍數(shù)分配，比如1X1, 1X2, 1X 4, 1X8, 2X1, 2X2, 2X4, 2X8等組合，但不要使用2X3, 2X5, 2X7這種組合。后面的組合會引起跨Socket的內(nèi)存調(diào)用，從而容易導致性能下降。

  結(jié)合實踐，不同的業(yè)務(wù)對內(nèi)存會有不同的要求，但最好不要跨NUMA單元去進行調(diào)用，盡可能的使每個CPU訪問它的直連內(nèi)存單元。遵循這些簡單的原則，就會使性能更好。

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