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31.2. システムトポロジーの種類

現代のコンピューティングでは、ほとんどの最近のシステムに複数のプロセッサーがあるため、CPU の意図は誤解を招くものです。システムのトポロジーは、これらのプロセッサー同士が、他のシステムリソースに接続する方法です。これにより、システムおよびアプリケーションのパフォーマンスに影響を及ぼし、システムのチューニングの考慮事項が影響を受ける可能性があります。

現代のコンピューティングで使用されるトポロジーの主なタイプを以下に示します。

SMP ( symmetric Multi-Processor) トポロジー
SMP トポロジーにより、すべてのプロセッサーが同時にメモリーにアクセスできるようになります。ただし、共有および同等のメモリーアクセスは、本質的にすべての CPU からのメモリーアクセスをシリアライズするため、SMP システムのスケーリング制約が一般的に許容できないものとして表示されます。このため、最近のサーバーシステムはすべて NUMA マシンです。
NUMA (Non-Uniform Memory Access) の固定 (ピニング)

NUMA トポロジーは、SMP トポロジーよりも最近開発されました。NUMA システムでは、複数のプロセッサーが 1 つのソケット上で物理的にグループ化されます。各ソケットには、そのメモリーへのローカルアクセスを持つメモリーとプロセッサーの専用領域があります。これらは、すべてノードと呼ばれます。同じノード上のプロセッサーは、そのノードのメモリーバンクに高速でアクセスでき、ノード上にないメモリーバンクへの低速アクセスを提供します。

そのため、ローカル以外のメモリーにアクセスするとパフォーマンスが低下します。したがって、NUMA トポロジーを使用するシステム上のパフォーマンスに敏感なアプリケーションは、アプリケーションを実行するプロセッサーと同じノードにあるメモリーにアクセスする必要があり、可能な限りリモートメモリーにアクセスしないようにしてください。

パフォーマンスに敏感するマルチスレッドアプリケーションは、特定のプロセッサーではなく特定の NUMA ノードで実行されるように設定することで、メリットが得られます。これが適切なかどうかは、システムやアプリケーションの要件によって異なります。複数のアプリケーションスレッドが同じキャッシュされたデータにアクセスする場合、同じプロセッサーでこれらのスレッドを実行するように設定することが適切な場合があります。ただし、異なるデータにアクセスし、キャッシュする複数のスレッドが同じプロセッサーで実行される場合、各スレッドは、以前のスレッドによってアクセスされたキャッシュデータをエビクトする可能性があります。これは、各スレッドがキャッシュを失い、メモリーからデータをフェッチし、これをキャッシュで置き換えていることを意味します。perf ツールを使用して、過剰な数のキャッシュミスをチェックします。

31.2.1. システムトポロジーの表示

システムのトポロジーを理解するのに便利なコマンドは複数あります。この手順では、システムトポロジーを確認する方法を説明します。

手順

  • システムトポロジーの概要を表示するには、以下のコマンドを実行します。 

    $ numactl --hardware
available: 4 nodes (0-3)
node 0 cpus: 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36
node 0 size: 65415 MB
node 0 free: 43971 MB
[...]

  • CPU 数、スレッド数、コア数、ソケット数、NUMA ノード数などの CPU アーキテクチャーに関する情報を収集するには、以下を実行します。 

    $ lscpu
Architecture:          x86_64
CPU op-mode(s):        32-bit, 64-bit
Byte Order:            Little Endian
CPU(s):                40
On-line CPU(s) list:   0-39
Thread(s) per core:    1
Core(s) per socket:    10
Socket(s):             4
NUMA node(s):          4
Vendor ID:             GenuineIntel
CPU family:            6
Model:                 47
Model name:            Intel(R) Xeon(R) CPU E7- 4870  @ 2.40GHz
Stepping:              2
CPU MHz:               2394.204
BogoMIPS:              4787.85
Virtualization:        VT-x
L1d cache:             32K
L1i cache:             32K
L2 cache:              256K
L3 cache:              30720K
NUMA node0 CPU(s):     0,4,8,12,16,20,24,28,32,36
NUMA node1 CPU(s):     2,6,10,14,18,22,26,30,34,38
NUMA node2 CPU(s):     1,5,9,13,17,21,25,29,33,37
NUMA node3 CPU(s):     3,7,11,15,19,23,27,31,35,39

  • システムのグラフィカル表現を表示するには、以下のコマンドを実行します。 

    # yum install hwloc-gui
# lstopo

    図31.1 lstopo の出力

    lstopo

  • 詳細なテキスト出力を表示するには、次のコマンドを実行します。 

    # yum install hwloc
# lstopo-no-graphics
Machine (15GB)
  Package L#0 + L3 L#0 (8192KB)
    L2 L#0 (256KB) + L1d L#0 (32KB) + L1i L#0 (32KB) + Core L#0
        PU L#0 (P#0)
        PU L#1 (P#4)
       HostBridge L#0
    PCI 8086:5917
        GPU L#0 "renderD128"
        GPU L#1 "controlD64"
        GPU L#2 "card0"
    PCIBridge
        PCI 8086:24fd
          Net L#3 "wlp61s0"
    PCIBridge
        PCI 8086:f1a6
    PCI 8086:15d7
        Net L#4 "enp0s31f6"

関連情報

  • numactl(8)、lscpu(1)、および lstopo(1) の man ページ