So verstehen Sie die NUMA-Architektur

Wenn man über Multi-Core- und Multi-CPU-Setups spricht, fühlt es sich manchmal an, als würde man tief in die Materie der Server-Nerds eintauchen. Aber ehrlich gesagt ist es sogar für jemanden relevant, der an High-End-Workstations bastelt oder versucht, die maximale Leistung aus einer stark verzweigten Anwendung herauszuholen. Sobald Sie anfangen, CPUs zu stapeln oder auf diese schicken Multi-Sockel-Motherboards aufzurüsten, kann es merkwürdig werden – insbesondere bei der Speicherleistung. Möglicherweise stellen Sie fest, dass Ihr System nicht so flott ist wie es sein sollte oder dass Aufgaben länger dauern als erwartet, selbst wenn Ihre CPUs mit vielen Kernen vollgestopft sind. Wie sich herausstellt, sind Speicherlatenz und NUMA (Non-Uniform Memory Access) die heimlichen Übeltäter. Was im Grunde bedeutet, dass „nicht jeder RAM gleich schnell ist“, je nachdem, wo er im Verhältnis zu Ihren CPUs liegt.

Wenn Sie ein Multi-CPU-System betreiben und die Leistung träge ist, lohnt es sich, sich mit dem Speichermanagement des Betriebssystems zu befassen. Die Idee hinter NUMA besteht darin, dem Betriebssystem die Zuweisung von Daten näher an die CPU zu ermöglichen, die sie benötigt, sodass Kerne nicht auf weit entfernt gespeicherte Daten warten müssen, was ein echter Leistungskiller sein kann. Wenn das System jedoch nicht richtig konfiguriert ist – oder Ihr Speicher nicht optimiert ist –, kann dies die Leistung ungewollt verlangsamen. Es ist zwar etwas seltsam, aber bei manchen Systemen macht dies einen größeren Unterschied als ein zusätzlicher CPU-Kern. Deshalb kann es tatsächlich wichtig sein, diese Dinge zu verstehen und zu optimieren.

So beheben oder verbessern Sie Speicherlatenzprobleme mit NUMA

Überprüfen Sie Ihre BIOS-Einstellungen – Stellen Sie sicher, dass NUMA aktiviert ist

Dies mag offensichtlich erscheinen, aber als Erstes sollten Sie einen Blick in das BIOS oder die UEFI-Firmware Ihres Motherboards werfen. Manchmal bieten Motherboards Optionen zum Umschalten von NUMA oder Memory Interleaving, diese sind jedoch häufig standardmäßig deaktiviert oder auf „Auto“ eingestellt.– Starten Sie Ihr System neu und rufen Sie das BIOS auf (normalerweise durch Drücken von Deloder F2während des Startvorgangs).– Suchen Sie unter „Erweitert“ > „CPU-Konfiguration“ oder ähnlich nach Einstellungen.– Suchen Sie nach Optionen mit der Bezeichnung NUMA, Memory Interleaving oder „Speichermodus“.Stellen Sie sicher, dass NUMA aktiviert ist, oder stellen Sie es, falls verfügbar, auf „Auto“.– Speichern Sie Ihre Einstellungen und starten Sie neu. Dieser Schritt stellt sicher, dass das Betriebssystem erkennt, dass Sie ein System mit mehreren Sockeln haben und den Speicher entsprechend verwaltet. Wenn NUMA auf einigen Motherboards nicht explizit aktiviert wird, kann dies dazu führen, dass der Speicher als flacher, einheitlicher Pool behandelt wird, wodurch die Leistungsvorteile zunichte gemacht werden.

Führen Sie Windows- oder Linux-Tools aus, um die NUMA-Topologie zu bestätigen

Nach dem Booten lohnt es sich zu prüfen, ob das Betriebssystem das System wie vorgesehen erkennt.– Verwenden Sie unter Windows den Task-Manager > Registerkarte Leistung > Speicher. Es sollten mehrere NUMA-Knoten angezeigt werden, normalerweise einer pro CPU-Sockel.– Führen Sie für weitere Details Node.jsPowerShell -Befehle aus, als Get-VMHost | Select-Object NumNodesob Sie ein Hyper-V-Setup verwenden.– Führen Sie unter Linux aus, numactl --hardwareum zu sehen, wie viele NUMA-Knoten Ihr System erkennt. Dies kann bei der Diagnose helfen, ob das Betriebssystem sowohl die CPUs als auch ihren lokalen Speicher richtig erkennt. Ziel ist es, sicherzustellen, dass das Betriebssystem ein klares Bild Ihres Speicherlayouts hat. Wenn nicht, sind möglicherweise einige Optimierungen oder BIOS-Korrekturen erforderlich.

Verwenden Sie Betriebssystemeinstellungen oder Befehle, um die Speicherlokalität zu optimieren

Unter Linux können Sie die Speicherzuweisung mit Tools wie beeinflussen numactl. Beispielsweise kann die explizite Bindung von Prozessen oder Speicher an bestimmte NUMA-Knoten die Latenz verringern:

numactl --membind=0 myprogram

Dadurch werden der Prozess und sein Speicher gezwungen, auf NUMA-Knoten 0 (z. B.Socket 0) zu verbleiben. Unter Windows kann das Festlegen der Affinität oder die korrekte Prozessplatzierung über den Task-Manager oder Drittanbieter-Tools hilfreich sein. Manchmal behebt ein einfacher Neustart nach BIOS-Änderungen Konflikte und ermöglicht dem Betriebssystem die korrekte Speicherzuweisung.

Überprüfen Sie Ihre RAM-Konfiguration und das physische Layout

Wenn Ihre RAM-Module nicht gleichmäßig verteilt sind oder nicht klar ist, welche Module zu welchem ​​CPU-Sockel gehören, sinkt die Leistung. Bei Multi-Sockel-Systemen empfiehlt es sich, den RAM gemäß der Anleitung Ihres Motherboards paarweise pro Sockel zu installieren. Nicht übereinstimmender oder schlecht verteilter RAM kann dazu führen, dass das System standardmäßig auf Interleaving-Modi zurückgreift, die für bestimmte Arbeitslasten nicht optimal sind.

Beachten Sie auch, dass hohe Arbeitslasten – wie Hochleistungsrechnen oder spezialisiertes Rendering – empfindlicher auf NUMA und Speicherlatenz reagieren. Für gelegentliche Nutzung oder Gamer macht es wahrscheinlich keinen großen Unterschied, aber für Power-User kann die Feinabstimmung dieser Einstellungen manchmal zusätzliche Leistung oder Stabilität freisetzen.

Zusammenfassung

• Überprüfen Sie BIOS/UEFI, um sicherzustellen, dass NUMA oder Speicher-Interleaving aktiviert ist.
• Überprüfen Sie mit Systeminfo-Tools, ob das Betriebssystem mehrere NUMA-Knoten erkennt.
• Verwenden Sie NUMA-fähige Befehle oder Einstellungen, um die Prozess- und Speicherplatzierung zu verbessern.
• Gleichen Sie die RAM-Module auf den Sockeln entsprechend den Anweisungen auf dem Motherboard aus.
• Beachten Sie, dass nicht optimierte NUMA-Setups zu unerwarteten Verlangsamungen führen können – selbst bei Monster-CPUs.

Zusammenfassung

Die Lösung von NUMA- und Speicherlatenzproblemen ist nicht gerade einfach, aber ein wenig Recherche und die richtige Konfiguration können einen spürbaren Unterschied machen – insbesondere bei Servern oder Workstations mit vielen Kernen. Der Schlüssel liegt darin, sicherzustellen, dass die Firmware Ihres Systems und das Betriebssystem hinsichtlich des Speichermanagements übereinstimmen. Bei manchen Setups reicht es aus, einen BIOS-Schalter umzulegen oder einen kurzen Befehl auszuführen, in anderen Fällen geht es darum, den RAM auszugleichen und die Arbeitslast besser zu verstehen. Wenn alles aufeinander abgestimmt ist, laufen Arbeitslasten, die sich früher schleppend hinzogen, plötzlich deutlich zügiger. Hoffentlich hilft dies jemandem, einen Performance-Engpass zu beseitigen, von dem er nicht einmal wusste, dass er im Verborgenen lauerte.