《Linux内存管理：实验驱动的深度探索》【附录】【实验环境搭建 4】【Qemu 如何模拟numa架构】

我们在学习 linux 内核时，会涉及到很多 numa 的知识，那我们该如何在 qemu 中模拟这种情况，来配合我们的学习呢？

我们该如何模拟 如下的 numa 架构

Qemu 模拟 NUMA 架构

-M virt,gic-version=3,virtualization=on,type=virt \
-cpu cortex-a57 -nographic -m 4G \
-smp cores=4,threads=1,sockets=2 \
-object memory-backend-ram,id=mem0,size=2G  \
-object memory-backend-ram,id=mem1,size=2G  \
-numa node,memdev=mem0,cpus=0-3,nodeid=0 \
-numa node,memdev=mem1,cpus=4-7,nodeid=1 \

1. 基础虚拟化参数

-M virt,gic-version=3,virtualization=on,type=virt

• -M virt: 指定机器类型为 virt，这是一个通用的虚拟平台

• gic-version=3: 使用 GICv3 (Generic Interrupt Controller version 3) 中断控制器

• virtualization=on: 启用虚拟化支持

• type=virt: 进一步指定虚拟平台类型

2. CPU 配置

-cpu cortex-a57 -nographic -m 4G

• -cpu cortex-a57: 模拟 ARM Cortex-A57 处理器

• -nographic: 不使用图形界面，直接输出到控制台

• -m 4G: 为虚拟机分配 4GB 内存

3. SMP (对称多处理) 配置

-smp cores=4,threads=1,sockets=2

• cores=4: 每个 CPU socket 有 4 个核心

• threads=1: 每个核心 1 个线程 (无超线程)

• sockets=2: 2 个 CPU sockets

• 总 CPU 数 = sockets × cores × threads = 2 × 4 × 1 = 8 个 CPU

4. 内存后端配置

-object memory-backend-ram,id=mem0,size=2G
-object memory-backend-ram,id=mem1,size=2G

• 创建两个内存后端对象：

  • mem0: 2GB RAM

  • mem1: 2GB RAM

• 总共 4GB (2G + 2G) 内存，与 -m 4G 匹配

5. NUMA 配置

-numa node,memdev=mem0,cpus=0-3,nodeid=0
-numa node,memdev=mem1,cpus=4-7,nodeid=1

• 定义两个 NUMA 节点：

  • 节点 0:

    • 使用 mem0 内存后端 (2GB)

    • 关联 CPU 0-3 (即第一个 socket 的 4 个核心)

    • 节点 ID 为 0

  • 节点 1:

    • 使用 mem1 内存后端 (2GB)

    • 关联 CPU 4-7 (即第二个 socket 的 4 个核心)

    • 节点 ID 为 1

6. 这种配置的特点

1. NUMA 特性：CPU 访问本地节点内存比访问远程节点内存更快

2. CPU 拓扑：

   • Socket 0: CPU 0-3 (关联 Node 0)

   • Socket 1: CPU 4-7 (关联 Node 1)

3. 内存分布：内存平均分布在两个节点上，各 2GB

这种配置非常适合测试和开发 NUMA 相关的应用程序或内核功能，比如：

• NUMA 感知的内存分配策略

• 进程/线程绑定到特定 NUMA 节点

• 内存访问性能优化等

7. 可运行的配置如下:

/home/leo/data_4t/github/kernel_version/qemu-7.2.0-rc1/build/aarch64-softmmu/qemu-system-aarch64 \-nographic \-M virt,gic-version=3,virtualization=on,type=virt \-cpu cortex-a57 -nographic -m 4G \-smp cores=4,threads=1,sockets=2 \-object memory-backend-ram,id=mem0,size=2G  \-object memory-backend-ram,id=mem1,size=2G  \-numa node,memdev=mem0,cpus=0-3,nodeid=0 \-numa node,memdev=mem1,cpus=4-7,nodeid=1 \-kernel /home/leo/data_4t/github/kernel_version/linux-5.4/build/arch/arm64/boot/Image \-append "nokaslr root=/dev/ram init=/linuxrc console=ttyAMA0 console=ttyS0" \-initrd /home/leo/data_4t/github/kernel_version/initrd.ext4