深信服信创超融合实现在海光 CPU 架构下 IOPS 性能提升 20%

信创升级面临性能短板

信创升级浪潮正席卷各行业，信创虚拟化、超融合及云平台被广泛应用于承载核心业务。这些核心业务对云平台的性能和稳定性要求极高。然而，简单的信创升级常伴随着性能下滑和稳定性欠佳等问题，极大地影响了改造效果。

以金融行业高频订单处理系统，工业自动化控制系统，医疗行业 HIS 系统与 PACS 系统，以及智能交通管理系统为例，这些对抢占调度要求高的业务系统，对云平台的计算能力、存储性能和数据处理速度的要求不断攀升。

在主流服务器采用的 NUMA CPU 架构下，系统包含多个 NUMA 节点，每个节点又有多个 CCX（Core Complex 的缩写，即缓存一致性复合体）。该架构下，如何优化 CPU 调度，提升虚拟机性能，成为信创高质量升级的关键课题。

本文将以海光 CPU 架构为切入点，深入剖析 CCX 对虚拟机性能提升的影响机制，并提出切实可行的性能提升方案。

海光 CPU 架构关键技术解析

1.NUMA 架构特性：多处理器系统基石

随着处理器技术逐渐逼近物理极限，多处理器集成技术应运而生，NUMA 架构凭借独特的设计理念，为提升系统性能开辟了新的方向。

NUMA（Non-Uniform Memory Access，非统一内存访问）作为一种多处理器系统架构，将内存和处理器划分为多个独立节点。当进程访问本地 NUMA 内存时，时延低；而经 QPI 总线访问远端内存时，时延显著增加。这一特性使得进程优先在本地节点分配内存，便于通过增加节点扩展内存和处理能力。这种架构适用于数据中心、高性能计算集群等大规模多处理器系统。

NUMA 架构

2.CCX 模块：协同计算的核心单元

CCX作为系统进行任务分配和处理的基本单元之一，源自 AMD 在 Zen 架构，海光 C86 系列 CPU 延续了这一设计。每个 CCX 整合多个处理器核心，同一 CCX 内核心共享 L3 缓存，可减少约 15～20ns 的跨核心数据访问延迟。通常一个 NUMA 包含 2 个 CCX，每个 CCX 集成 4 个 CPU 核心，这种模块化设计可灵活扩展核心数，从 16 核到 64 核，满足不同场景需求。

CCX 模块

3.跨 CCX 运行：降低了存储性能

线程是 CPU 调度的基本单位，其执行效率与缓存访问特性密切相关。同一 CCX 内，线程能够借助本地 L3 缓存，实现高效的数据交互。

然而在实际运行中，Linux 内核会根据 CCX 负载和内存访问模式，动态调整线程在不同 CCX 间的分配。这虽提升了系统级资源利用率，但可能导致存储虚拟化工作线程分散到不同 CCX（如图①-②所示），造成跨 CCX 缓存失效和远端访存，最终降低了存储性能。

跨 CCX 模块运行

那么，如何破解这一难题，成为提升系统性能的关键。

深信服 CCX 软亲和调度，解锁性能新高度

面对 CCX 调度难题，深信服信创超融合推出软亲和调度机制，实时监测业务负载变化，实现 CPU 资源的动态分配：

1. 低负载场景：当 CPU 负载较低时，优先使用软亲和范围内的 CPU，充分发挥资源访问的局部性优势，降低调度开销；

2. 高负载场景：当 CPU 负载较高时，则会突破软亲和范围的限制，增加 CPU 资源供给，保证业务服务质量不受影响。

在 C86 场景下，深信服基于软亲和调度机制，频繁交互的存储服务线程进行 CCX 调度精细化编排：

1.CCX 利用率低时，聚合线程降时延：当 CCX 范围内 CPU 利用率低于特定阈值，将存储线程聚合在 CCX 内（如图③所示），降低通信时延，提升 IO 性能；

2.CCX 利用率高时，分散线程保吞吐：当 CCX 范围内 CPU 利用率高于特定阈值，允许存储线程在更大 CPU 范围内运行，避免资源争抢，减少通信延迟，保障系统吞吐。

深信服软亲和调度机制

这一优化策略，显著提升了小块性能，IOPS 提高约 20%，为用户带来了更高效的使用体验。

小块性能提升 20%

深信服 CCX 软亲和调度 VS 传统方案

相较于业界其他方案，深信服的软亲和调度机制展现出显著优势：

传统调度方案的局限

业界多普遍依赖操作系统原生调度器 CFS 的通用负载均衡算法，缺乏对 CCX 拓扑层级的深度适配，导致跨 CCX 线程通信需频繁穿透 L3 缓存层级，影响系统性能。

加之，部分厂商采用硬亲和性绑定策略，虽避免了跨 CCX 开销，但牺牲了调度弹性。当绑定的 CCX 内运行高优先级计算任务时，容易引发资源争抢面临饥饿风险。

深信服软亲和调度机制

深信服通过为操作系统调度器提供 CPU 拓扑和负载指导信息，辅助系统做出更合理的调度决策，灵活调整 CPU 资源供给，实现低负载场景降时延，高负载场景保吞吐的效果，实现了性能与灵活性的平衡。

信创超融合的新未来

在国产海光 CPU 多核心、多 CCX 架构下，深信服信创超融合采用软亲和调度优化机制，为信创超融合领域的 IO 性能提升提供了切实可行的解决方案。通过自适应的调整策略，充分发挥了 CCX 的架构优势，有效提升了系统的整体性能。

展望未来，随着信创产业的持续发展，深信服将继续深化技术创新，为推动信创超融合技术的进步，贡献更多的智慧与力量。

来源：互联网