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图解 | 高性能服务器的CPU是怎么样计划的?
发布日期:2022-08-07 21:10    点击次数:190

来日诰日和巨匠一起聊聊--服务器的多处理惩罚器架构,什么意义呢?

试想一下,假若一台高性能的服务器有4个CPU,64g的内存,另有一些总线、IO等资源,服务器外部这些资源是怎么样计划的呢?

本文着实不会从逻辑电路、芯片策画、cpu历史等等角度去阐述,水平无限实战第一,经由过程本文你将相识到下列内容:

物理焦点 & 逻辑焦点 多处理惩罚器架构:SMP、NUMA、MPP 1.物理核和逻辑核

说到CPU首先想到的可以或许是这样的:

图1 英特尔代号为Cooper Lake的至强铂金9200处理惩罚器

该系列CPU物理封装长宽尺寸为76.0×72.5毫米,也是而今Intel史上最大的处理惩罚器,那CPU内里是什么样子呢?

CPU外部封装1个或许多个物理核,物理核有独立的各级缓存和电路组织,只要1个物理焦点就是单核CPU,有多个物理焦点就是多核CPU。

图2 4核CPU外部组织简图

对付处理惩罚器规格分歧的服务器来说,总的物理焦点数计算编制为:

物理焦点数=总CPU数*单CPU中物理焦点数

图3 多CPU多物理核简图

超线程是intel于2002年宣布的一种技能,全名为Hyper-Threading,简写为HT技能,超线程技能最初只是应用于至强系列处理惩罚器中,当前接连应用在被选流系列中并将技能主流化,业界对付HT的评价不一,然则平易近间并未销毁超线程技能。

俭朴来说,HT技能可以或许使处理惩罚器中的1颗物理核,似乎2颗物理核那样发挥浸染,从而行进了体系的总体性能,然则必然也不会真的像2颗物理核那样,要不然就违背物理纪律了,只是说借助于某些技能将1颗物理核的性能发挥地更好而已。

对付处理惩罚器规格分歧的服务器来说,总的逻辑焦点数计算编制为:

开启HT: 逻辑焦点数=物理焦点数=总CPU数*单CPU中物理焦点数*2

未开启HT: 逻辑焦点数=物理焦点数=总CPU数*单CPU中物理焦点数

独霸CPU&物理焦点&逻辑焦点三者的纠葛当前,可以或许找一台服务器看看相干设置,小试牛刀。

图4 CPU&物理核&逻辑核简图

2.多处理惩罚器架构

CPU多了就需求推敲怎么样策画,也就出现了几种差异的多处理惩罚器架构。

而今服务器概略可以或许分为三类:

对称多处理惩罚器组织 SMP 非分歧存储拜访组织 NUMA 海量并行处理惩罚组织 MPP

对付我们来说,SMP和NUMA该当接触的相比多,MPP接触的少一些。

2.1 SMP对称多处理惩罚器组织

SMP是Sy妹妹etric Multi-Processor的缩写。

对称多处理惩罚器组织是指多个CPU对称同等,同享沟通的物理内存/IO等资源,是以SMP组织属于分歧存储器拜访组织 UMA。

图5 SMP架构简图

同享情势下全体CPU同等地应用资源,情势俭朴,在CPU数量不多时效劳很不错,然则所长也可以变为拦路虎。

试想一种场景假定在SMP情势下为了行进服务器的处理惩罚才能,我们水平扩张了CPU数量,这些CPU经由过程沟通的总线拜访内存。

随着CPU数量标添加,中国电建河北工程公司沟通内存地点拜访抵触将分明添加,直接形成为了CPU资源糟践,相干试验证明,SMP服务器最佳的环境是2-4个CPU。

图6 SMP扩张-效劳曲线

2.2 NUMA非分歧存储拜访组织

前面提到的SMP架构是分歧存储器拜访组织UMA,相对地就有了Non-Uniform Memory Access架构,所以NUMA组织和SMP架构的较着差异在是以否是分歧平等拜访内存。

NUMA架构的服务器具有多个 CPU 模块,每个 CPU 模块由多个 CPU形成,每个CPU模块具有独立的外埠内存Local-Memory、 I/O等资源,可以或许将CPU模块称为Node。

图7 NUMA架构CPU模块外部组织

Node之间可以或许经由过程互联模块举行数据交互,是以每个 CPU 模块仍然可以或许拜访全副体系的内存,然则此时的内存有外埠和外部之分了,拜访速度自然也就不一样。

拜访CPU模块的外埠内存将远远快于拜访别的CPU模块内存,在大白这类架构带来的内存拜访差异后,我们无理论开发应用顺序时需求尽可以或许削减差异 CPU 模块之间的信息交互。

图8 NUMA架构总体简图

NUMA 技能一样有缺点,由于拜访远地内存的延时远远逾越外埠内存,当 CPU 数量添加时,体系性能没法线性添加,换句话说添加1倍的CPU数量着实不克不迭获取1倍的性能提升,是以仍然存在扩张限定区。

2.3 MPP海量并行处理惩罚组织

MPP是Massive Parallel Processing的缩写,MPP 是此外一种体系扩张的编制,它由多个 SMP 服务器经由过程必定的节点互联网络举行跟尾,实现沟通的使命,可以或许看做是SMP的水平扩张。

在MPP组织中多个 SMP 服务器是一种齐全无同享Share Nothing)组织,是以扩张才能最佳,典范的就是刀片服务器,有的文章说MPP架构很像MapReduce情势,多个SMP服务器节点之间经由过程互联网络实现,而今并无统一的数据通信和谈,并且这部份交互和谈对用户是无感知的。

MPP架构有点像刀片服务器的感到,每一片都是独立的,片与片直接由特定的和谈举行数据交互。

图9 MPP架构简图

3 小结

本文的内容并不多,先阐述了一些对付CPU&物理核&逻辑核的常识,尔后对多处理惩罚器服务器的罕见的三种架构,每种架构都有差异的特定和应用处景,倡导重点关注NUMA。

 

水文一篇,先到这里,谢谢冲动各位的倾情浏览。

 



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