ما هو الوصول غير الموحد للذاكرة (NUMA)؟

Definition

NUMA هي بنية معالجة متعددة حيث يتم تقسيم الذاكرة إلى تخزين ضيق وبعيد ، ويعتمد وقت الوصول إلى الذاكرة على موقع الذاكرة بالنسبة للمعالج.

ضمن NUMA ، تصل المعالجات إلى الذاكرة المحلية الخاصة بها بشكل أسرع من الذاكرة غير المحلية. تقتصر فوائد NUMA على أعباء عمل محددة ، خاصة على الخوادم حيث ترتبط البيانات عادةً بقوة بمهام أو مستخدمين محددين.

أنظمة الوصول إلى الذاكرة غير الموحدة هي منصات خادم متقدمة مع ناقل نظام متعدد. يمكن لهذه الأنظمة الأساسية استخدام معالجات متعددة على لوحة واحدة ، ويمكن لجميع المعالجات الوصول إلى كل الذاكرة الموجودة على اللوحة الأم.

تتبع معماريات NUMA منطقيًا في القياس من هندسة SMP (المعالجة المتعددة المتماثلة). مقارنةً بـ SMP ، تتسع بنية NUMA إلى عدد أكبر من وحدات المعالجة المركزية.

مبدأ اساسي

Modern CPUs run much faster than the main memory they use. In the early stages of computing and data processing, the CPU typically runs slower than its memory. The limiting memory access number is the key to extracting high performance from modern computers.

ومع ذلك ، فإن الزيادة الحادة في حجم نظام التشغيل والتطبيقات التي تعمل على نظام التشغيل غالبًا ما تطغى على تحسينات معالجة ذاكرة التخزين المؤقت هذه. نظام متعدد المعالجات بدون NUMA يجعل المشكلة أسوأ.

تحاول NUMA معالجة هذه المشكلة من خلال توفير ذاكرة منفصلة لكل معالج ، وتجنب تأثير الأداء عندما تقوم معالجات متعددة بحل الذاكرة نفسها.

إلى جانب ذلك ، تشتمل أنظمة NUMA على أجهزة أو برامج أخرى لنقل البيانات بين بنوك الذاكرة. هذا يقلل من سرعة المعالجات المتصلة بهذه البنوك. لذلك ، تعتمد زيادة السرعة الإجمالية بسبب NUMA في الغالب على طبيعة مهمة التشغيل.

ذاكرة التخزين المؤقت المتماسكة NUMA (ccNUMA)

تستفيد جميع بنيات وحدة المعالجة المركزية تقريبًا من المواقع المرجعية في الوصول إلى الذاكرة بكمية صغيرة من الذاكرة عالية السرعة غير المشتركة تسمى التخزين المؤقت.

تتبنى ccNUMA الاتصال بين المعالجات بين وحدات التحكم في ذاكرة التخزين المؤقت للحفاظ على صور ذاكرة متسقة عندما تخزن ذاكرات التخزين المؤقت المتعددة نفس موقع الذاكرة. نتيجة لذلك ، يعمل ccNUMA بشكل ضعيف عندما تحاول معالجات متعددة الوصول بسرعة وباستمرار إلى نفس منطقة الذاكرة.

Supporting NUMA in the operating system tries to reduce the frequency of such access by allocating processors and memory in a NUMA-friendly manner and preventing the scheduling and locking algorithms necessary to make NUMA unfriendly access.

دعم البرمجيات

نظرًا لأن NUMA يؤثر بشكل كبير على أداء الوصول إلى الذاكرة ، فإن بعض تحسينات البرامج مطلوبة للسماح بجدولة سلاسل العمليات والعمليات للوصول إلى بيانات الذاكرة الخاصة بهم.

• يدعم Silicon Graphics IRIX بنية ccNUMA عبر 1240 CPU و Origin Server Series.
• قام Microsoft Windows 7 ، وكذلك Windows Server 2008 R2 ، بزيادة الدعم لأكثر من 64 مركزًا منطقيًا لبنية NUMA.
• يضيف Java 7 دعمًا لمخصصات ذاكرة NUMA المدركين ومجمعات البيانات المهملة.
• قدم الإصدار 3.13 من Linux kernel العديد من السياسات لوضع العمليات بالقرب من الذاكرة ومعالجة المواقف مثل استخدام صفحات شفافة كبيرة أو مشاركة صفحات الذاكرة بين العمليات. تسمح إعدادات sysctl الجديدة بتمكين أو تعطيل موازنة NUMA وتكوين العديد من معلمات موازنة الذاكرة NUMA.
• OpenSolaris uses groups to model the NUMA architecture.
• يضيف FreeBSD صلة NUMA الأولية وتكوين السياسة إلى الإصدار 11.0

Bottom Line!

In short, after going through this page, you will have a better understanding of the definition, basic concept, and work manner of Non-Unified Memory Access. You will also know that NUMA affects memory access performance so some software optimizes to support it.