Intel RDT是一組CPU上的last level cache(LLC)和memory bandwidth監控及管理技術
AMD也有支援同樣的技術但叫作Platform QoS
RDT包含了
- Cache Monitoring Technology (CMT)
- Memory Bandwidth Monitoring (MBM)
- Cache Allocation Technology (CAT)
- Code and Data Prioritization (CDP)
- Memory Bandwidth Allocation (MBA)
CMT可以監控cache misses和使用狀況 MBM可以監控使用的記憶體頻寬 CAT可以劃分特定區塊的LLC給core專用 CDP可以將LLC劃分為專門給code或data使用 MBA可以針對core指定可使用的記憶體頻寬上限
這系列技術主要可以用來在雲端上處理 noisy neighbor problem，提供使用者更精細的資源控制
intel也提供了工具包來方便進行控制
我們以內附的工具pqos來實驗
pqos -d可顯示CPU支援的技術
Hardware capabilities
Monitoring
Cache Monitoring Technology (CMT) events:
LLC Occupancy (LLC)
Memory Bandwidth Monitoring (MBM) events:
Total Memory Bandwidth (TMEM)
Local Memory Bandwidth (LMEM)
Remote Memory Bandwidth (RMEM) (calculated)
PMU events:
Instructions/Clock (IPC)
LLC misses
Allocation
Cache Allocation Technology (CAT)
L3 CAT
CDP: disabled
Num COS: 16
Memory Bandwidth Allocation (MBA)
Num COS: 8
pqos -s -v可顯示目前的參數和設定
裡面重要的資訊如下，如果沒有顯示則不支援
INFO: L3 CAT details: CDP support=1, CDP on=0, #COS=16, #ways=11, ways contention bit-mask 0x600
表示支援CDP，開啟後能設定LLC是給data還是code使用 COS則是classes of service，一共有最多16種可以設定 ways則是LLC有幾路能夠使用，最多11路
INFO: MBA details: #COS=8, linear, max=90, step=10
表示支援MBA，最多8個等級的COS，最多可以設定到90%
L3CA/MBA COS definitions for Socket 0:
L3CA COS0 => MASK 0x7ff
L3CA COS1 => MASK 0x7ff
...
MBA COS0 => 100% available
MBA COS1 => 100% available
...
這邊顯示每個COS等級對應的CAT和MBA設定 CAT 0x7ff是用bitmask的方式表示11路cache皆可使用 MBA 100%是記憶體頻寬最高允許使用到100%
Core information for socket 0:
Core 0, L2ID 16, L3ID 0 => COS0, RMID0
Core 2, L2ID 4, L3ID 0 => COS0, RMID0
Core 4, L2ID 9, L3ID 0 => COS0, RMID0
Core 6, L2ID 19, L3ID 0 => COS0, RMID0
Core 8, L2ID 2, L3ID 0 => COS0, RMID0
Core 10, L2ID 18, L3ID 0 => COS0, RMID0
Core 12, L2ID 17, L3ID 0 => COS0, RMID0
Core 14, L2ID 27, L3ID 0 => COS0, RMID0
每個核心的COS等級設定
如果想開啟CDP則執行
pqos -R l3cdp-on reset所有設定並開啟CDP
INFO: L3 CAT details: CDP support=1, CDP on=1, #COS=8, #ways=11, ways contention bit-mask 0x600
...
L3CA COS0 => DATA 0x7ff, CODE 0x7ff
則COS會減半並在LLC能分別對DATA或CODE設定bitmask
使用pqos -T則會顯示類似top的畫面來監控使用情況
其中MISSES為LLC misses，MBL為本地頻寬，MBR為遠端頻寬 (numa架構下)
TIME 2021-09-28 13:15:59
CORE IPC MISSES LLC[KB] MBL[MB/s] MBR[MB/s]
10 0.62 0k 3528.0 0.0 0.0
9 0.37 1k 3384.0 0.1 0.0
6 0.62 2k 3312.0 0.0 0.2
14 0.41 2k 3312.0 0.0 0.1
0 0.67 1k 3096.0 0.0 0.2
2 0.81 6k 3096.0 0.0 0.8
1 0.48 2k 2592.0 0.1 0.0
12 0.47 1k 2592.0 0.0 0.1
3 0.37 1k 2376.0 0.0 0.0
4 0.65 1k 2304.0 0.0 0.0
13 0.44 2k 2160.0 1.6 0.0
8 0.69 1k 2088.0 0.0 0.0
11 0.31 2k 2016.0 0.0 0.0
15 0.37 2k 2016.0 0.0 0.2
7 0.29 2k 1872.0 0.0 0.0
5 0.41 2k 1368.0 0.0 0.0
下列範例設定為：
COS1可以使用8way、COS2使用3way 核心0,4,8,12設定為COS1 核心2,6,10,14設定為COS2
pqos -e 'llc:1=0x0ff;llc:2=0x700'
pqos -a 'llc:1=0,4,8,12;llc:2=2,6,10,14'
如需還原回預設值則使用pqos -R
設定完成後使用STREAM benchmark測試cache misses狀況
並執行pqos -T紀錄數據
以測試的CPU cache大小為參考：
L2 cache = 8 x 1MB L3 cache = 24.75 MB
將array size設定為
Array size = 600000 (elements), Offset = 0 (elements) Memory per array = 4.6 MiB (= 0.0 GiB). Total memory required = 13.7 MiB (= 0.0 GiB).
重複執行次數為 140000
使用整顆CPU 8個thread執行：
numactl --cpubind=0 --membind=0 ./stream_c.exe
期間misses約為10k
使用一半 4個thread執行：
numactl --cpubind=0 --membind=0 taskset -c 0,4,8,12 ./stream_c.exe
期間misses約為1500k
同時執行兩個task 使用不同core執行：
numactl --cpubind=0 --membind=0 taskset -c 0,4,8,12 ./stream_c.exe numactl --cpubind=0 --membind=0 taskset -c 2,6,10,14 ./stream_c.exe
期間misses約為30000~40000k
如設定COS後則為 13000k 和 80000k
記憶體頻寬部分在以上實驗則沒有顯著變化，CAT主要還是影響cache misses和latency
附錄
好奇11-way到底是怎麼來的，貌似是每個核心上面都有一塊L3，組成一大塊shared cache
在塞東西進LLC時就需要均勻分布上去，所以需要一個hash算法把資料擺上去又能避免衝突
經過一通神秘操作最後就不是通常看到的二的冪次了，但Intel沒有公布細節
所以也僅止於推測內部結構
ref:
Cache Way Organization on Skylake Address Hashing in Intel Processors
