Stream的简单学习

前言

https://github.com/jeffhammond/STREAM

unzip STREAM-master.zip

cd /STREAM-master/

make

就可以编译完成

含义

STREAM 是业界广为流行的综合性内存带宽实际性能 测量 工具之一。

随着处理器处理核心数量的增多，内存带宽对于提升整个系统性能越发重要，

如果某个系统不能够足够迅速地将内存中的数据传输到处理器当中，

若干处理核心就会处于等待数据的闲置状态，

而这其中所产生的闲置时间不仅会降低系统的效率还会抵消多核心和高主频所带来的性能提升因素。

STREAM 具有良好的空间局部性，是对 TLB 友好、Cache友好的一款测试。

STREAM支持Copy 、Scale 、 Add、 Triad四种操作，下面分别介绍四种操作的含义：

1. Copy操作最为简单，它先访问一个内存单元读出其中的值，再将值写入到另一个内存单元。

2. Scale操作先从内存单元读出其中的值，作一个乘法运算，再将结果写入到另一个内存单元。

3. Add操作先从内存单元读出两个值，做加法运算， 再将结果写入到另一个内存单元。

4. Triad的中文含义是将三个组合起来

测试说明

编译处理

gcc -O3 -fopenmp -DSTREAM_ARRAY_SIZE=102400000 -DNTIMES=10 stream.c -o stream

注意需要说明一下

-O3 是最高优化级别。

-fopenmp 打开多线程，默认是CPU进程棵树个进行测试。

-DNTIMES 是测试次数

-DSTREAM_ARRAY_SIZE 是数据大小， 一般越大了测出来的带宽值越高， 但是太高了无法编译通过。

numa节点验证

CPU的内存宽带于延时于numa节点是比较关联的。

此时可以使用taskset的方式进行测试与验证。

自己进行了下简单验证（没有看源码的情况）

最大的编译参数为：

gcc -O3 -fopenmp -DSTREAM_ARRAY_SIZE=133000000 -DNTIMES=10 stream.c -o stream07

可以利用stream07 进行带宽和延迟的确认

比如我有一个四路18核心，超线程一共144核心的机器。

lscpu的信息为：

Model name:            Intel(R) Xeon(R) Gold 6150 CPU @ 2.70GHz

NUMA node0 CPU(s):     0-17,72-89

NUMA node1 CPU(s):     18-35,90-107

NUMA node2 CPU(s):     36-53,108-125

NUMA node3 CPU(s):     54-71,126-143


所以可以基于此进行一下内存带宽测试

taskset -c 0-17 ./stream07

Function    Best Rate MB/s  Avg time     Min time     Max time

Copy:           80698.3     0.038024     0.026370     0.050407

Scale:          71702.7     0.045104     0.029678     0.063957

Add:            82799.7     0.049889     0.038551     0.061930

Triad:          79870.1     0.050717     0.039965     0.061486

taskset -c 0-17,72-89 ./stream07

Function    Best Rate MB/s  Avg time     Min time     Max time

Copy:           80909.8     0.041473     0.026301     0.050996

Scale:          66545.5     0.044492     0.031978     0.054915

Add:            74106.9     0.057651     0.043073     0.080074

Triad:          74125.3     0.052560     0.043062     0.067384

taskset -c 8-25 ./stream07

Function    Best Rate MB/s  Avg time     Min time     Max time

Copy:           77104.0     0.032293     0.027599     0.041383

Scale:          73651.1     0.039079     0.028893     0.044384

Add:            94898.7     0.044708     0.033636     0.051819

Triad:          74424.5     0.051721     0.042889     0.053071

云海物理机和虚拟机的情况

8核心虚拟机：

-------------------------------------------------------------

Function    Best Rate MB/s  Avg time     Min time     Max time

Copy:           55348.7     0.039446     0.038447     0.040298

Scale:          51103.5     0.042791     0.041641     0.044352

Add:            56728.5     0.058115     0.056268     0.061302

Triad:          55520.8     0.058673     0.057492     0.062518

仅使用物理机器上面8个核心的服务器的情况

Function    Best Rate MB/s  Avg time     Min time     Max time

Copy:           48413.5     0.091299     0.044153     0.244530

Scale:          41152.8     0.078635     0.051943     0.114169

Add:            37340.2     0.122306     0.085870     0.175331

Triad:          47968.4     0.119108     0.066844     0.235003

发现云海OS的宿主机可能内核较早性能不是特别好。不建议用虚拟机作为生产

Model name:            Intel(R) Xeon(R) Gold 5118 CPU @ 2.30GHz

NUMA node0 CPU(s):     0-11,24-35

NUMA node1 CPU(s):     12-23,36-47

机器信息为：

Linux node-653-137 3.10.0-957.1.1.el7.x86_64 #1 SMP Wed Jul 28 14:46:37 EDT 2021 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

看看国产化设备的数据-飞腾

飞腾S2500

NUMA 节点0 CPU：                 0-7

NUMA 节点1 CPU：                 8-15

NUMA 节点2 CPU：                 16-23

NUMA 节点3 CPU：                 24-31

NUMA 节点4 CPU：                 32-39

NUMA 节点5 CPU：                 40-47

NUMA 节点6 CPU：                 48-55

NUMA 节点7 CPU：                 56-63

NUMA 节点8 CPU：                 64-71

NUMA 节点9 CPU：                 72-79

NUMA 节点10 CPU：                80-87

NUMA 节点11 CPU：                88-95

NUMA 节点12 CPU：                96-103

NUMA 节点13 CPU：                104-111

NUMA 节点14 CPU：                112-119

NUMA 节点15 CPU：                120-127


测试情况：

taskset -c 0-7 ./stream07

Function    Best Rate MB/s  Avg time     Min time     Max time

Copy:            3758.6     0.567231     0.566170     0.569430

Scale:           3845.8     0.553693     0.553331     0.554323

Add:             3765.9     0.850122     0.847612     0.853893

Triad:           3725.3     0.858621     0.856852     0.861436

taskset -c 0-15 ./stream07

Function    Best Rate MB/s  Avg time     Min time     Max time

Copy:            5259.5     0.407384     0.404602     0.410021

Scale:           5268.6     0.417937     0.403900     0.423356

Add:             5797.0     0.565010     0.550634     0.577339

Triad:           5650.2     0.576209     0.564937     0.586471

全核心的带宽为：

Function    Best Rate MB/s  Avg time     Min time     Max time

Copy:           49553.0     0.078493     0.042944     0.110835

Scale:          52869.5     0.072087     0.040250     0.102296

Add:            49359.7     0.107320     0.064668     0.147577

Triad:          49677.1     0.104581     0.064255     0.147939

说明：

飞腾128核心的内存带看不如Intel 6150

速度也比较差一些。 访存性能差距较大。

国产设备内存性能-海光

NUMA 节点0 CPU：                 0-7,64-71

NUMA 节点1 CPU：                 8-15,72-79

NUMA 节点2 CPU：                 16-23,80-87

NUMA 节点3 CPU：                 24-31,88-95

NUMA 节点4 CPU：                 32-39,96-103

NUMA 节点5 CPU：                 40-47,104-111

NUMA 节点6 CPU：                 48-55,112-119

NUMA 节点7 CPU：                 56-63,120-127

taskset -c 0-7 ./stream07

Function    Best Rate MB/s  Avg time     Min time     Max time

Copy:           31427.2     0.067976     0.067712     0.069821

Scale:          20904.3     0.102741     0.101797     0.109792

Add:            23203.4     0.139136     0.137566     0.144384

Triad:          23167.7     0.138510     0.137778     0.142723

全核心性能为：

Function    Best Rate MB/s  Avg time     Min time     Max time

Copy:          113820.7     0.022691     0.018696     0.045123

Scale:         101512.4     0.022498     0.020963     0.023655

Add:           101659.3     0.033122     0.031399     0.033853

Triad:         105336.1     0.031282     0.030303     0.033287

海光机器的性能还是非常可观的。

AMD9T34 虚拟机

16核心的虚拟机，内存带宽56GB左右。 不管是1-8核心还是全部核心结果比较相近。

Function    Best Rate MB/s  Avg time     Min time     Max time

Copy:           56055.8     0.038005     0.037962     0.038032

Scale:          52517.3     0.040593     0.040520     0.040656

Add:            52852.9     0.060418     0.060394     0.060440

Triad:          52811.0     0.060483     0.060442     0.060538

倚天710 虚拟机

8核心的倚天虚拟机 内存带宽爆表 基本上是最高的档次，时间基本上也是最低的。

Function    Best Rate MB/s  Avg time     Min time     Max time

Copy:           98614.3     0.022174     0.021579     0.026098

Scale:          99152.2     0.022183     0.021462     0.026906

Add:            98223.9     0.033475     0.032497     0.040199

Triad:          98640.1     0.033317     0.032360     0.039705

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