Documentation/x86/topology.txt

   1 x86 Topology
   2 ============
   3
   4 This documents and clarifies the main aspects of x86 topology modelling and
   5 representation in the kernel. Update/change when doing changes to the
   6 respective code.
   7
   8 The architecture-agnostic topology definitions are in
   9 Documentation/cputopology.txt. This file holds x86-specific
  10 differences/specialities which must not necessarily apply to the generic
  11 definitions. Thus, the way to read up on Linux topology on x86 is to start
  12 with the generic one and look at this one in parallel for the x86 specifics.
  13
  14 Needless to say, code should use the generic functions - this file is *only*
  15 here to *document* the inner workings of x86 topology.
  16
  17 Started by Thomas Gleixner <tglx@linutronix.de> and Borislav Petkov <bp@alien8.de>.
  18
  19 The main aim of the topology facilities is to present adequate interfaces to
  20 code which needs to know/query/use the structure of the running system wrt
  21 threads, cores, packages, etc.
  22
  23 The kernel does not care about the concept of physical sockets because a
  24 socket has no relevance to software. It's an electromechanical component. In
  25 the past a socket always contained a single package (see below), but with the
  26 advent of Multi Chip Modules (MCM) a socket can hold more than one package. So
  27 there might be still references to sockets in the code, but they are of
  28 historical nature and should be cleaned up.
  29
  30 The topology of a system is described in the units of:
  31
  32     - packages
  33     - cores
  34     - threads
  35
  36 * Package:
  37
  38   Packages contain a number of cores plus shared resources, e.g. DRAM
  39   controller, shared caches etc.
  40
  41   AMD nomenclature for package is 'Node'.
  42
  43   Package-related topology information in the kernel:
  44
  45   - cpuinfo_x86.x86_max_cores:
  46
  47     The number of cores in a package. This information is retrieved via CPUID.
  48
  49   - cpuinfo_x86.phys_proc_id:
  50
  51     The physical ID of the package. This information is retrieved via CPUID
  52     and deduced from the APIC IDs of the cores in the package.
  53
  54   - cpuinfo_x86.logical_proc_id:
  55
  56     The logical ID of the package. As we do not trust BIOSes to enumerate the
  57     packages in a consistent way, we introduced the concept of logical package
  58     ID so we can sanely calculate the number of maximum possible packages in
  59     the system and have the packages enumerated linearly.
  60
  61   - topology_max_packages():
  62
  63     The maximum possible number of packages in the system. Helpful for per
  64     package facilities to preallocate per package information.
  65
  66   - cpu_llc_id:
  67
  68     A per-CPU variable containing:
  69     - On Intel, the first APIC ID of the list of CPUs sharing the Last Level
  70     Cache
  71
  72     - On AMD, the Node ID or Core Complex ID containing the Last Level
  73     Cache. In general, it is a number identifying an LLC uniquely on the
  74     system.
  75
  76 * Cores:
  77
  78   A core consists of 1 or more threads. It does not matter whether the threads
  79   are SMT- or CMT-type threads.
  80
  81   AMDs nomenclature for a CMT core is "Compute Unit". The kernel always uses
  82   "core".
  83
  84   Core-related topology information in the kernel:
  85
  86   - smp_num_siblings:
  87
  88     The number of threads in a core. The number of threads in a package can be
  89     calculated by:
  90
  91         threads_per_package = cpuinfo_x86.x86_max_cores * smp_num_siblings
  92
  93
  94 * Threads:
  95
  96   A thread is a single scheduling unit. It's the equivalent to a logical Linux
  97   CPU.
  98
  99   AMDs nomenclature for CMT threads is "Compute Unit Core". The kernel always
 100   uses "thread".
 101
 102   Thread-related topology information in the kernel:
 103
 104   - topology_core_cpumask():
 105
 106     The cpumask contains all online threads in the package to which a thread
 107     belongs.
 108
 109     The number of online threads is also printed in /proc/cpuinfo "siblings."
 110
 111   - topology_sibling_cpumask():
 112
 113     The cpumask contains all online threads in the core to which a thread
 114     belongs.
 115
 116    - topology_logical_package_id():
 117
 118     The logical package ID to which a thread belongs.
 119
 120    - topology_physical_package_id():
 121
 122     The physical package ID to which a thread belongs.
 123
 124    - topology_core_id();
 125
 126     The ID of the core to which a thread belongs. It is also printed in /proc/cpuinfo
 127     "core_id."
 128
 129
 130
 131 System topology examples
 132
 133 Note:
 134
 135 The alternative Linux CPU enumeration depends on how the BIOS enumerates the
 136 threads. Many BIOSes enumerate all threads 0 first and then all threads 1.
 137 That has the "advantage" that the logical Linux CPU numbers of threads 0 stay
 138 the same whether threads are enabled or not. That's merely an implementation
 139 detail and has no practical impact.
 140
 141 1) Single Package, Single Core
 142
 143    [package 0] -> [core 0] -> [thread 0] -> Linux CPU 0
 144
 145 2) Single Package, Dual Core
 146
 147    a) One thread per core
 148
 149         [package 0] -> [core 0] -> [thread 0] -> Linux CPU 0
 150                     -> [core 1] -> [thread 0] -> Linux CPU 1
 151
 152    b) Two threads per core
 153
 154         [package 0] -> [core 0] -> [thread 0] -> Linux CPU 0
 155                                 -> [thread 1] -> Linux CPU 1
 156                     -> [core 1] -> [thread 0] -> Linux CPU 2
 157                                 -> [thread 1] -> Linux CPU 3
 158
 159       Alternative enumeration:
 160
 161         [package 0] -> [core 0] -> [thread 0] -> Linux CPU 0
 162                                 -> [thread 1] -> Linux CPU 2
 163                     -> [core 1] -> [thread 0] -> Linux CPU 1
 164                                 -> [thread 1] -> Linux CPU 3
 165
 166       AMD nomenclature for CMT systems:
 167
 168         [node 0] -> [Compute Unit 0] -> [Compute Unit Core 0] -> Linux CPU 0
 169                                      -> [Compute Unit Core 1] -> Linux CPU 1
 170                  -> [Compute Unit 1] -> [Compute Unit Core 0] -> Linux CPU 2
 171                                      -> [Compute Unit Core 1] -> Linux CPU 3
 172
 173 4) Dual Package, Dual Core
 174
 175    a) One thread per core
 176
 177         [package 0] -> [core 0] -> [thread 0] -> Linux CPU 0
 178                     -> [core 1] -> [thread 0] -> Linux CPU 1
 179
 180         [package 1] -> [core 0] -> [thread 0] -> Linux CPU 2
 181                     -> [core 1] -> [thread 0] -> Linux CPU 3
 182
 183    b) Two threads per core
 184
 185         [package 0] -> [core 0] -> [thread 0] -> Linux CPU 0
 186                                 -> [thread 1] -> Linux CPU 1
 187                     -> [core 1] -> [thread 0] -> Linux CPU 2
 188                                 -> [thread 1] -> Linux CPU 3
 189
 190         [package 1] -> [core 0] -> [thread 0] -> Linux CPU 4
 191                                 -> [thread 1] -> Linux CPU 5
 192                     -> [core 1] -> [thread 0] -> Linux CPU 6
 193                                 -> [thread 1] -> Linux CPU 7
 194
 195       Alternative enumeration:
 196
 197         [package 0] -> [core 0] -> [thread 0] -> Linux CPU 0
 198                                 -> [thread 1] -> Linux CPU 4
 199                     -> [core 1] -> [thread 0] -> Linux CPU 1
 200                                 -> [thread 1] -> Linux CPU 5
 201
 202         [package 1] -> [core 0] -> [thread 0] -> Linux CPU 2
 203                                 -> [thread 1] -> Linux CPU 6
 204                     -> [core 1] -> [thread 0] -> Linux CPU 3
 205                                 -> [thread 1] -> Linux CPU 7
 206
 207       AMD nomenclature for CMT systems:
 208
 209         [node 0] -> [Compute Unit 0] -> [Compute Unit Core 0] -> Linux CPU 0
 210                                      -> [Compute Unit Core 1] -> Linux CPU 1
 211                  -> [Compute Unit 1] -> [Compute Unit Core 0] -> Linux CPU 2
 212                                      -> [Compute Unit Core 1] -> Linux CPU 3
 213
 214         [node 1] -> [Compute Unit 0] -> [Compute Unit Core 0] -> Linux CPU 4
 215                                      -> [Compute Unit Core 1] -> Linux CPU 5
 216                  -> [Compute Unit 1] -> [Compute Unit Core 0] -> Linux CPU 6
 217                                      -> [Compute Unit Core 1] -> Linux CPU 7