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

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用而生，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

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

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。