NUMA体系结构详解

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：

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，Node其实是用来解决core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NUMA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：

[root@localhost ~]# lscpu
Architecture:          x86_64  
CPU op-mode(s):        32-bit, 64-bit  
Byte Order:            Little Endian  
CPU(s):                48                                       //共有48个逻辑CPU（threads）  
On-line CPU(s) list:   0-47  
Thread(s) per core:    2                               //每个core有2个threads  
Core(s) per socket:    6                               //每个socket有6个cores  
Socket(s):             4                                     //共有4个sockets  
NUMA node(s):          4                               //共有4个NUMA nodes  
Vendor ID:             GenuineIntel  
CPU family:            6  
Model:                 45  
Stepping:              7  
CPU MHz:               1200.000  
BogoMIPS:              4790.83  
Virtualization:        VT-x  
L1d cache:       32K   //L1 data cache 32k  
L1i cache:        32K   //L1 instruction cache 32k（牛x机器表现，冯诺依曼+哈弗体系结构）  
L2 cache:              256K  
L3 cache:              15360K  
NUMA node0 CPU(s):     0-5,24-29        
NUMA node1 CPU(s):     6-11,30-35  
NUMA node2 CPU(s):     12-17,36-41  
NUMA node3 CPU(s):     18-23,42-47  

从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 
  
function 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 ====='  
echo  
  
echo '+--------------+---------+-----------+'  
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 ' '`   
    fi  
done < /proc/cpuinfo  
  
echo  
  
awk -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/cpuinfo  
  
echo  
echo '===== CPU Info Summary ====='  
echo  
  
nr_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_socket  
echo "Cores in total: $nr_cores"  
  
if [ "$nr_cores" = "$nr_processor" ]; then  
    echo "Hyper-Threading: off"  
else  
    echo "Hyper-Threading: on"  
fi  
  
echo  
echo '===== END ====='  

3.  判断多核机器(Linux)是否为NUMA结构

命令：grep -i numa /var/log/dmesg 如果输出结果为：No NUMA configuration found，说明numa为disable，反之说明numa为enable。