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本篇文章為大家展示了NUMA技術怎么用，內容簡明扼要并且容易理解，絕對能使你眼前一亮，通過這篇文章的詳細介紹希望你能有所收獲。

 在os層numa關閉時,打開bios層的numa會影響性能，QPS會下降15-30%;

  在bios層面numa關閉時，無論os層面的numa是否打開，都不會影響性能。 

      安裝numactl:  
      #yum install numactl -y
      #numastat      等同于 cat /sys/devices/system/node/node0/numastat ，在/sys/devices/system/node/文件夾中記錄系統(tǒng)中的所有內存節(jié)點的相關詳細信息。 　      #numactl --hardware  列舉系統(tǒng)上的NUMA節(jié)點

      #numactl  --show   查看綁定信息

 

 

      Redhat或者Centos系統(tǒng)中可以通過命令判斷bios層是否開啟numa
      # grep -i numa /var/log/dmesg
      如果輸出結果為： No NUMA configuration found 
      說明numa為disable，如果不是上面內容說明numa為enable,例如顯示：NUMA: Using 30 for the hash shift.
      可以通過lscpu命令查看機器的NUMA拓撲結構。

當發(fā)現numa_miss數值比較高時，說明需要對分配策略進行調整。例如將指定進程關聯綁定到指定的CPU上，從而提高內存命中率。

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     現在的機器上都是有多個CPU和多個內存塊的。以前我們都是將內存塊看成是一大塊內存，所有CPU到這個共享內存的訪問消息是一樣的。這就是之前普遍使用的SMP模型。但是隨著處理器的增加，共享內存可能會導致內存訪問沖突越來越厲害，且如果內存訪問達到瓶頸的時候，性能就不能隨之增加。NUMA（Non-Uniform Memory Access）就是這樣的環(huán)境下引入的一個模型。比如一臺機器是有2個處理器，有4個內存塊。我們將1個處理器和兩個內存塊合起來，稱為一個NUMA node，這樣這個機器就會有兩個NUMA node。在物理分布上，NUMA node的處理器和內存塊的物理距離更小，因此訪問也更快。比如這臺機器會分左右兩個處理器（cpu1, cpu2），在每個處理器兩邊放兩個內存塊(memory1.1, memory1.2, memory2.1,memory2.2)，這樣NUMA node1的cpu1訪問memory1.1和memory1.2就比訪問memory2.1和memory2.2更快。所以使用NUMA的模式如果能盡量保證本node內的CPU只訪問本node內的內存塊，那這樣的效率就是最高的。

在運行程序的時候使用numactl -m和-physcpubind就能制定將這個程序運行在哪個cpu和哪個memory中。 玩轉cpu-topology  給了一個表格，當程序只使用一個node資源和使用多個node資源的比較表（差不多是38s與28s的差距）。所以限定程序在numa node中運行是有實際意義的。

但是呢，話又說回來了，制定numa就一定好嗎？--numa的陷阱。 SWAP的罪與罰 文章就說到了一個numa的陷阱的問題。現象是當你的服務器還有內存的時候，發(fā)現它已經在開始使用swap了，甚至已經導致機器出現停滯的現象。這個就有可能是由于numa的限制，如果一個進程限制它只能使用自己的numa節(jié)點的內存，那么當自身numa node內存使用光之后，就不會去使用其他numa node的內存了，會開始使用swap，甚至更糟的情況，機器沒有設置swap的時候，可能會直接死機！所以你可以使用numactl --interleave=all來取消numa node的限制。

綜上所述得出的結論就是，根據具體業(yè)務決定NUMA的使用。

如果你的程序是會占用大規(guī)模內存的，你大多應該選擇關閉numa node的限制（或從硬件關閉numa）。因為這個時候你的程序很有幾率會碰到numa陷阱。

另外，如果你的程序并不占用大內存，而是要求更快的程序運行時間。你大多應該選擇限制只訪問本numa node的方法來進行處理。

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內核參數overcommit_memory ：

它是 內存分配策略

可選值：0、1、2。

0:表示內核將檢查是否有足夠的可用內存供應用進程使用；如果有足夠的可用內存，內存申請允許；否則，內存申請失敗，并把錯誤返回給應用進程。

1:表示內核允許分配所有的物理內存，而不管當前的內存狀態(tài)如何。

2:表示內核允許分配超過所有物理內存和交換空間總和的內存

內核參數zone_reclaim_mode：

可選值0、1

a、當某個節(jié)點可用內存不足時：

1、如果為0的話，那么系統(tǒng)會傾向于從其他節(jié)點分配內存

2、如果為1的話，那么系統(tǒng)會傾向于從本地節(jié)點回收Cache內存多數時候

b、Cache對性能很重要，所以0是一個更好的選擇

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mongodb的NUMA問題

mongodb日志顯示如下:

WARNING: You are running on a NUMA machine.

We suggest launching mongod like this to avoid performance problems:

numactl –interleave=all mongod [other options]

解決方案，臨時修改numa內存分配策略為 interleave=all （在所有node節(jié)點進行交織分配的策略）：

1.在原啟動命令前面加numactl –interleave=all

如# numactl --interleave=all ${MONGODB_HOME}/bin/mongod --config conf/mongodb.conf

2.修改內核參數

echo 0 > /proc/sys/vm/zone_reclaim_mode ; echo "vm.zone_reclaim_mode = 0" >> /etc/sysctl.conf

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一、NUMA和SMP

NUMA和SMP是兩種CPU相關的硬件架構。在SMP架構里面，所有的CPU爭用一個總線來訪問所有內存，優(yōu)點是資源共享，而缺點是總線爭用激烈。隨著PC服務器上的CPU數量變多（不僅僅是CPU核數），總線爭用的弊端慢慢越來越明顯，于是Intel在Nehalem CPU上推出了NUMA架構，而AMD也推出了基于相同架構的Opteron CPU。

NUMA大的特點是引入了node和distance的概念。對于CPU和內存這兩種最寶貴的硬件資源，NUMA用近乎嚴格的方式劃分了所屬的資源組（node），而每個資源組內的CPU和內存是幾乎相等。資源組的數量取決于物理CPU的個數（現有的PC server大多數有兩個物理CPU，每個CPU有4個核）；distance這個概念是用來定義各個node之間調用資源的開銷，為資源調度優(yōu)化算法提供數據支持。

二、NUMA相關的策略

1、每個進程（或線程）都會從父進程繼承NUMA策略，并分配有一個優(yōu)先node。如果NUMA策略允許的話，進程可以調用其他node上的資源。

2、NUMA的CPU分配策略有cpunodebind、physcpubind。cpunodebind規(guī)定進程運行在某幾個node之上，而physcpubind可以更加精細地規(guī)定運行在哪些核上。

3、NUMA的內存分配策略有l(wèi)ocalalloc、preferred、membind、interleave。

localalloc規(guī)定進程從當前node上請求分配內存；

而preferred比較寬松地指定了一個推薦的node來獲取內存，如果被推薦的node上沒有足夠內存，進程可以嘗試別的node。

membind可以指定若干個node，進程只能從這些指定的node上請求分配內存。

interleave規(guī)定進程從指定的若干個node上以RR（Round Robin 輪詢調度）算法交織地請求分配內存。

因為NUMA默認的內存分配策略是優(yōu)先在進程所在CPU的本地內存中分配，會導致CPU節(jié)點之間內存分配不均衡，當某個CPU節(jié)點的內存不足時，會導致swap產生，而不是從遠程節(jié)點分配內存。這就是所謂的swap insanity 現象。

MySQL采用了線程模式，對于NUMA特性的支持并不好，如果單機只運行一個MySQL實例，我們可以選擇關閉NUMA，關閉的方法有三種：

1.硬件層，在BIOS中設置關閉

2.OS內核，啟動時設置numa=off；

3.可以用numactl命令將內存分配策略修改為interleave（交叉)。

如果單機運行多個MySQL實例，我們可以將MySQL綁定在不同的CPU節(jié)點上，并且采用綁定的內存分配策略，強制在本節(jié)點內分配內存，這樣既可以充分利用硬件的NUMA特性，又避免了單實例MySQL對多核CPU利用率不高的問題

三、NUMA和swap的關系

可能大家已經發(fā)現了，NUMA的內存分配策略對于進程（或線程）之間來說，并不是公平的。在現有的Redhat  Linux 中，localalloc是默認的NUMA內存分配策略，這個配置選項導致資源獨占程序很容易將某個node的內存用盡。而當某個node的內存耗盡時，Linux又剛好將這個node分配給了某個需要消耗大量內存的進程（或線程），swap就妥妥地產生了。盡管此時還有很多page cache可以釋放，甚至還有很多的free內存。

四、解決swap問題

雖然NUMA的原理相對復雜，實際上解決swap卻很簡單：只要在啟動MySQL之前使用numactl –interleave來修改NUMA策略即可。

值得注意的是，numactl這個命令不僅僅可以調整NUMA策略，也可以用來查看當前各個node的資源使用情況，是一個很值得研究的命令。

一、CPU
　　首先從CPU說起。
　　你仔細檢查的話，有些服務器上會有的一個有趣的現象：你cat /proc/cpuinfo時，會發(fā)現CPU的頻率竟然跟它標稱的頻率不一樣：
　　#cat /proc/cpuinfo
　　processor : 5
　　model name : Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2620 0 @2.00GHz
　　cpu MHz : 1200.000
　　這個是Intel E5-2620的CPU，他是2.00G * 24的CPU，但是，我們發(fā)現第5顆CPU的頻率為1.2G。
　　這是什么原因呢?
　　這些其實都源于CPU最新的技術：節(jié)能模式。操作系統(tǒng)和CPU硬件配合，系統(tǒng)不繁忙的時候，為了節(jié)約電能和降低溫度，它會將CPU降頻。這對環(huán)保人士和抵制地球變暖來說是一個福音，但是對MySQL來說，可能是一個災難。
　　為了保證MySQL能夠充分利用CPU的資源，建議設置CPU為大性能模式。這個設置可以在BIOS和操作系統(tǒng)中設置，當然，在BIOS中設置該選項更好，更徹底。由于各種BIOS類型的區(qū)別，設置為CPU為大性能模式千差萬別，我們這里就不具體展示怎么設置了。
　　然后我們看看內存方面，我們有哪些可以優(yōu)化的。
　　i) 我們先看看numa
　　非一致存儲訪問結構 (NUMA ： Non-Uniform Memory Access) 也是最新的內存管理技術。它和對稱多處理器結構 (SMP ： Symmetric Multi-Processor) 是對應的。簡單的隊別如下：
　　如圖所示，詳細的NUMA信息我們這里不介紹了。但是我們可以直觀的看到：SMP訪問內存的都是代價都是一樣的;但是在NUMA架構下，本地內存的訪問和非 本地內存的訪問代價是不一樣的。對應的根據這個特性，操作系統(tǒng)上，我們可以設置進程的內存分配方式。目前支持的方式包括：
　　--interleave=nodes
　　--membind=nodes
　　--cpunodebind=nodes
　　--physcpubind=cpus
　　--localalloc
　　--preferred=node
　　簡而言之，就是說，你可以指定內存在本地分配，在某幾個CPU節(jié)點分配或者輪詢分配。除非 是設置為--interleave=nodes輪詢分配方式，即內存可以在任意NUMA節(jié)點上分配這種方式以外。其他的方式就算其他NUMA節(jié)點上還有內 存剩余，Linux也不會把剩余的內存分配給這個進程，而是采用SWAP的方式來獲得內存。有經驗的系統(tǒng)管理員或者DBA都知道SWAP導致的數據庫性能 下降有多么坑爹。
　　所以最簡單的方法，還是關閉掉這個特性。
　　關閉特性的方法，分別有：可以從BIOS，操作系統(tǒng)，啟動進程時臨時關閉這個特性。
　　a) 由于各種BIOS類型的區(qū)別，如何關閉NUMA千差萬別，我們這里就不具體展示怎么設置了。
　　b) 在操作系統(tǒng)中關閉，可以直接在/etc/grub.conf的kernel行最后添加numa=off，如下所示：
　　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
　　另外可以設置 vm.zone_reclaim_mode=0盡量回收內存。
　　c) 啟動MySQL的時候，關閉NUMA特性：
　　numactl --interleave=all mysqld
　　當然，最好的方式是在BIOS中關閉。
　　ii) 我們再看看vm.swappiness。
　　vm.swappiness是操作系統(tǒng)控制物理內存交換出去的策略。它允許的值是一個百分比的值，最小為0，大運行100，該值默認為60。vm.swappiness設置為0表示盡量少swap，100表示盡量將inactive的內存頁交換出去。
　　具體的說：當內存基本用滿的時候，系統(tǒng)會根據這個參數來判斷是把內存中很少用到的inactive 內存交換出去，還是釋放數據的cache。cache中緩存著從磁盤讀出來的數據，根據程序的局部性原理，這些數據有可能在接下來又要被讀 取;inactive 內存顧名思義，就是那些被應用程序映射著，但是 長時間 不用的內存。
　　我們可以利用vmstat看到inactive的內存的數量：
　　#vmstat -an 1
　　procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu-----
　　r b swpd free inact active si so bi bo in cs us sy id wa st
　　1 0 0 27522384 326928 1704644 0 0 0 153 11 10 0 0 100 0 0
　　0 0 0 27523300 326936 1704164 0 0 0 74 784 590 0 0 100 0 0
　　0 0 0 27523656 326936 1704692 0 0 8 8 439 1686 0 0 100 0 0
　　0 0 0 27524300 326916 1703412 0 0 4 52 198 262 0 0 100 0 0
　　通過/proc/meminfo 你可以看到更詳細的信息：
　　#cat /proc/meminfo | grep -i inact
　　Inactive: 326972 kB
　　Inactive(anon): 248 kB
　　Inactive(file): 326724 kB
　　這里我們對不活躍inactive內存進一步深入討論。 Linux中，內存可能處于三種狀態(tài)：free，active和inactive。眾所周知，Linux Kernel在內部維護了很多LRU列表用來管理內存，比如LRU_INACTIVE_ANON, LRU_ACTIVE_ANON, LRU_INACTIVE_FILE , LRU_ACTIVE_FILE, LRU_UNEVICTABLE。其中LRU_INACTIVE_ANON, LRU_ACTIVE_ANON用來管理匿名頁，LRU_INACTIVE_FILE , LRU_ACTIVE_FILE用來管理page caches頁緩存。系統(tǒng)內核會根據內存頁的訪問情況，不定時的將活躍active內存被移到inactive列表中，這些inactive的內存可以被 交換到swap中去。
　　一般來說，MySQL，特別是InnoDB管理內存緩存，它占用的內存比較多，不經常訪問的內存也會不少，這些內存如果被Linux錯誤的交換出去了，將浪費很多CPU和IO資源。 InnoDB自己管理緩存，cache的文件數據來說占用了內存，對InnoDB幾乎沒有任何好處。
　　所以，我們在MySQL的服務器上最好設置vm.swappiness=1或0

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本文題目：NUMA技術怎么用-創(chuàng)新互聯
文章分享：http://www.chinadenli.net/article12/dhdigc.html

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