图解 | 高性能行状器的CPU是何如布局的?

发布日期:2025-05-10 16:30    点击次数:196

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今天和大众一皆聊聊--行状器的多处置器架构,什么意念念呢?

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试想一下,假如一台高性能的行状器有4个CPU,64g的内存,还有一些总线、IO等资源,行状器里面这些资源是何如布局的呢?

本文并不会从逻辑电路、芯片蓄意、cpu历史等等角度去讲明,水平有限实战第一,通过本文你将了解到以下内容:

物理中枢 & 逻辑中枢 多处置器架构:SMP、NUMA、MPP 1.物理核和逻辑核

说到CPU开始料到的可能是这么的:

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图1 英特尔代号为Cooper Lake的至强铂金9200处置器

该系列CPU物理封装长宽尺寸为76.0×72.5毫米,亦然现在Intel史上最大的处置器,那CPU里面是什么模式呢?

CPU里面封装1个大略多个物理核,物理核有独处的各级缓存和电路结构,唯有1个物理中枢便是单核CPU,有多个物理中枢便是多核CPU。

图2 4核CPU里面结构简图

对于处置器规格一致的行状器来说,总的物理中枢数计较法式为:

物理中枢数=总CPU数*单CPU中物理中枢数

图3 多CPU多物理核简图

超线程是intel于2002年发布的一种时代,全名为Hyper-Threading,简写为HT时代,超线程时代开始仅仅利用于至强系列处置器中,之后络续利用在奔腾系列中并将时代主流化,业界对于HT的评价不一,然而官方并未毁掉超线程时代。

浅近来说,HT时代可使处置器中的1颗物理核,如同2颗物理核那样确认作用,从而提高了系统的举座性能,然而细则也不会的确像2颗物理核那样,要否则就招架物理限定了,仅仅说借助于某些时代将1颗物理核的性能确认地更好辛苦。

对于处置器规格一致的行状器来说,总的逻辑中枢数计较法式为:

开启HT: 逻辑中枢数=物理中枢数=总CPU数*单CPU中物理中枢数*2

未开启HT: 逻辑中枢数=物理中枢数=总CPU数*单CPU中物理中枢数

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掌合手CPU&物理中枢&逻辑中枢三者的关系之后,可以找一台行状器望望联系竖立,小试牛刀。

图4 CPU&物理核&逻辑核简图

2.多处置器架构

CPU多了就需要推敲何如蓄意,也就出现了几种不同的多处置器架构。

现在行状器大体可以分为三类:

迷水商城 对称多处置器结构 SMP 非一致存储走访结构 NUMA 海量并行处置结构 MPP

对于咱们来说,SMP和NUMA应该战争的比拟多,MPP战争的少一些。

2.1 SMP对称多处置器结构

SMP是Symmetric Multi-Processor的缩写。

对称多处置器结构是指多个CPU对称平等,分享疏通的物理内存/IO等资源,因此SMP结构属于一致存储器走访结构 UMA。

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图5 SMP架构简图

分享模式下扫数CPU平等地使用资源,模式浅近,在CPU数目未几时效果很可以,然而优点也可能变为拦路虎。

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试想一种场景若是在SMP模式下为了提高行状器的处置才调,咱们水平推广了CPU数目,进口媚药商城这些CPU通过疏通的总线走访内存。

跟着CPU数目的加多,疏通内存地址走访打破将彰着加多,盘曲形成了CPU资源销耗,联系实考据明,SMP行状器最佳的情况是2-4个CPU。

图6 SMP推广-效果弧线

2.2 NUMA非一致存储走访结构

前边提到的SMP架构是一致存储器走访结构UMA,相对地就有了Non-Uniform Memory Access架构,是以NUMA结构和SMP架构的权贵辩认在于是否是一致平等走访内存。

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NUMA架构的行状用具有多个 CPU 模块,每个 CPU 模块由多个 CPU构成,每个CPU模块具有独处的腹地内存Local-Memory、 I/O等资源,可以将CPU模块称为Node。

图7 NUMA架构CPU模块里面结构

Node之间可以通过互联模块进行数据交互,因此每个 CPU 模块仍然可以走访扫数这个词系统的内存,然而此时的内存有腹地和外部之分了,走访速率当然也就不一样。

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走访CPU模块的腹地内存将远远快于走访其他CPU模块内存,在明确这种架构带来的内存走访各异后,咱们在骨子建造利用设施时需要尽量减少不同 CPU 模块之间的信远隔互。

图8 NUMA架构举座简图

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NUMA 时代相通有劣势,由于走访远地内存的延时远远跳动腹地内存,当 CPU 数目加多时,系统性能无法线性加多,换句话说加多1倍的CPU数目并不成赢得1倍的性能进步,因此仍然存在推广收场区。

2.3 MPP海量并行处置结构

MPP是Massive Parallel Processing的缩写,MPP 是另外一种系统推广的方式,它由多个 SMP 行状器通过一定的节点互联网络进行通顺,完成疏通的任务,可以看作是SMP的水平推广。

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在MPP结构中多个 SMP 行状器是一种十足无分享Share Nothing)结构,因而推广才调最佳,典型的便是刀片行状器,有的著讲明MPP架构很像MapReduce模式,多个SMP行状器节点之间通过互联网络达成,现在并莫得调处的数据通讯条约,况且这部分交互条约对用户是无感知的。

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MPP架构有点像刀片行状器的嗅觉,每一派都是独处的,片与片径直由特定的条约进行数据交互。

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图9 MPP架构简图

迷水商城 3 小结

本文的内容并未几,先讲明了一些对于CPU&物理核&逻辑核的知识,然后对多处置器行状器的常见的三种架构,每种架构都有不同的特定和使用场景,忽视重心存眷NUMA。

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水文一篇,先到这里,感谢诸君的倾情阅读。