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Linux NUMA(Non-Uniform Memory Access) 技术说明

2016-10-20 13:27 6267 0 转载 Linux
作者: dave


    随着科学计算、事务处理对计算机性能要求的不断提高,SMP(对称多处理器)系统的应用越来越广泛,规模也越来越大,但由于传统的SMP系统中,所有处理器都共享系统总线,因此当处理器的数目增大时,系统总线的竞争冲突加大,系统总线将成为瓶颈,可扩展能力受到极大限制。


http://www.cndba.cn/dave/article/296

    NUMA(Non-Uniform Memory Access Architecture)技术有效结合了SMP系统易编程性和MPP(大规模并行)系统易扩展性的特点,较好解决了SMP系统的可扩展性问题。http://www.cndba.cn/dave/article/296


    现在的机器上都是有多个CPU和多个内存块。以前都是将内存块看成是一大块内存,所有CPU到这个共享内存的访问消息是一样的。这就是之前普遍使用的SMP模型。但是随着处理器的增加,共享内存可能会导致内存访问冲突越来越厉害,且如果内存访问达到瓶颈的时候,性能就不能随之增加。


    NUMA就是这样的环境下引入的一个模型。比如一台机器是有2个处理器,有4个内存块。将1个处理器和两个内存块合起来,称为一个NUMA node,这样这个机器就会有两个NUMA node。在物理分布上,NUMA node的处理器和内存块的物理距离更小,因此访问也更快。


    比如这台机器会分左右两个处理器(cpu1, cpu2),在每个处理器两边放两个内存块(memory1.1, memory1.2, memory2.1,memory2.2),这样NUMA node1的cpu1访问memory1.1和memory1.2就比访问memory2.1和memory2.2更快。所以使用NUMA的模式如果能尽量保证本node内的CPU只访问本node内的内存块,那这样的效率就是最高的。


 

    在运行程序的时候使用numactl -membind和-physcpubind就能制定将这个程序运行在哪个cpu和哪个memory中。当程序只使用一个node资源所需要的时间远小于使用多个node资源。所以限定程序在numa node中运行是有实际意义的。http://www.cndba.cn/dave/article/296

 

    但是呢,指定numa也就其弊端,当服务器还有内存的时候,发现它已经在开始使用swap了,甚至已经导致机器出现停滞的现象。这个就有可能是由于numa的限制,如果一个进程限制它只能使用自己的numa节点的内存,那么当自身numa node内存使用光之后,就不会去使用其他numa node的内存了,会开始使用swap,甚至更糟的情况,机器没有设置swap的时候,可能会直接死机。



可以使用如下命令查看NUMA的信息:

[root@web8 ~]# numastat
                           node0           node1
numa_hit               735166632       261638764
numa_miss                  12766         1411671
numa_foreign             1411671           12766
interleave_hit             11097           11138
local_node             735166389       261590090
other_node                 13009         1460345
[root@web8 ~]#
[root@web8 ~]# numactl --show
policy: default
preferred node: current
physcpubind: 0 1 2 3 4 5 6 7 
cpubind: 0 1 
nodebind: 0 1 
membind: 0 1 
[root@web8 ~]# numactl --hardware
available: 2 nodes (0-1)
node 0 cpus: 0 1 2 3
node 0 size: 8113 MB
node 0 free: 5567 MB
node 1 cpus: 4 5 6 7
node 1 size: 8192 MB
node 1 free: 5871 MB
node distances:
node   0   1 
  0:  10  21 
  1:  21  10
[root@web8 ~]# numactl
usage: numactl [--interleave=nodes] [--preferred=node]
               [--physcpubind=cpus] [--cpunodebind=nodes]
               [--membind=nodes] [--localalloc] command args ...
       numactl [--show]
       numactl [--hardware]
       numactl [--length length] [--offset offset] [--shmmode shmmode]
               [--strict]
               [--shmid id] --shm shmkeyfile | --file tmpfsfile
               [--huge] [--touch] 
               memory policy | --dump | --dump-nodes
memory policy is --interleave, --preferred, --membind, --localalloc
nodes is a comma delimited list of node numbers or A-B ranges or all.
cpus is a comma delimited list of cpu numbers or A-B ranges or all
all ranges can be inverted with !
all numbers and ranges can be made cpuset-relative with +
the old --cpubind argument is deprecated.
use --cpunodebind or --physcpubind instead
length can have g (GB), m (MB) or k (KB) suffixes
[root@web8 ~]#


综上所述得出的结论就是,根据具体业务决定NUMA的使用。

1)如果你的程序是会占用大规模内存的,建议关闭numa node的限制,可以使用numactl --interleave=all来取消numa node的限制。否则会导致swap的使用,影响性能。

2)如果你的程序并不占用大内存,而是要求更快的程序运行时间。建议选择限制只访问本numa node的方法来进行处理。


操作系统层面关闭NUMA,有如下方法:

1)BIOS中关闭NUMA设置

http://www.cndba.cn/dave/article/296
http://www.cndba.cn/dave/article/296

2)在操作系统中关闭,可以直接在/etc/grub.conf的kernel行最后添加numa=off,如下所示:http://www.cndba.cn/dave/article/296

  kernel /vmlinuz-2.6.32-220.el6.x86_64 ro root=/dev/mapper/VolGroup-root rd_NO_LUKS.UTF-8 rd_LVM_LV=VolGroup/root rd_NO_MD quiet SYSFONT=latarcyrheb-sun16 rhgb crashkernel=auto rd_LVM_LV=VolGroup/swap rhgb crashkernel=auto quiet KEYBOARDTYPE=pc KEYTABLE=us rd_NO_DM numa=off


http://www.cndba.cn/dave/article/296

数据库层面:

1)Oracle数据库层面关闭:

_enable_NUMA_optimization=false  (11g中参数为_enable_NUMA_support)


2)启动MySQL的时候,关闭NUMA特性:

  numactl --interleave=all mysqld

当然,最好的方式是在BIOS中关闭。http://www.cndba.cn/dave/article/296


  vm.swappiness是操作系统控制物理内存交换出去的策略。它允许的值是一个百分比的值,最小为0,最大运行100,该值默认为60。vm.swappiness设置为0表示尽量少swap,100表示尽量将inactive的内存页交换出去。

  具体的说:当内存基本用满的时候,系统会根据这个参数来判断是把内存中很少用到的inactive 内存交换出去,还是释放数据的cache。cache中缓存着从磁盘读出来的数据,根据程序的局部性原理,这些数据有可能在接下来又要被读 取;inactive 内存顾名思义,就是那些被应用程序映射着,但是 长时间 不用的内存。


 一般来说,MySQL,特别是InnoDB管理内存缓存,它占用的内存比较多,不经常访问的内存也会不少,这些内存如果被Linux错误的交换出去了,将浪费很多CPU和IO资源。 InnoDB自己管理缓存,cache的文件数据来说占用了内存,对InnoDB几乎没有任何好处。

http://www.cndba.cn/dave/article/296

  所以,在MySQL的服务器上最好设置vm.swappiness=0。

  我们可以通过在sysctl.conf中添加一行:

  echo vm.swappiness = 0 >> /etc/sysctl.conf

  并使用sysctl -p来使得该参数生效。


http://www.cndba.cn/dave/article/296


注:整理自网络



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