Red Hat Summit 红帽全球峰会支持控制台（Console）开发人员开始试用联系人

13.2. 解决方案

使用这个部分来调查和配置仿真程序线程固定。

13.2.1. qemu-kvm Emulator Threads
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仿真程序线程处理虚拟机硬件模拟的中断请求和非阻塞进程。未运行 vCPU 的线程是 qemu-kvm 仿真程序线程。请参见以下示例。 

[root@overcloud-compute-0 ~]# ps -Tp `pgrep -f instance-00000009`
    PID    SPID TTY          TIME CMD
 364936  364936 ?        00:00:02 qemu-kvm
 364936  364946 ?        00:00:00 qemu-kvm
 364936  364952 ?        00:00:52 CPU 0/KVM
 364936  364953 ?        00:00:26 CPU 1/KVM
 364936  364954 ?        00:00:30 CPU 2/KVM
 364936  364956 ?        00:00:00 vnc_worker

由于 Linux CFS（完全公平调度程序）, 模拟程序线程通常会定期从一个 pCPU 移到另一个（在 libvirt 的仿真器中定义）中。

在 NFV 环境中，如果您使用 isolcpus 参数配置仿真程序线程时，您可能会遇到问题，因为这种内核配置会禁用这些 CPU 上的 CFS 调度。如果您不使用 isolcpus 参数，可以在仿真程序线程中断正在处理数据包的 CPU 时遇到数据包丢失。

仿真程序线程示例包括：

  • qemu-kvm 线程
  • vnc_worker 线程
  • vhost-<qemu-kvm PID> 内核线程（使用 virtio-net（虚拟机监控程序上的内核网络）

13.2.2. 默认行为线程线程处理
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默认情况下，nova 将配置仿真程序线程固定设置，该设置跨越分配给所有 vCPU 的 pCPU。如果您不使用 isolcpus 参数，则可以在任何 pCPU 上调度模拟器线程，并定期从一个 pCPU 移到另一个 CPU。 

virsh dumpxml instance-0000001d
(...)
  <vcpu placement='static'>4</vcpu>
  <cputune>
    <shares>4096</shares>
    <vcpupin vcpu='0' cpuset='34'/>
    <vcpupin vcpu='1' cpuset='14'/>
    <vcpupin vcpu='2' cpuset='10'/>
    <vcpupin vcpu='3' cpuset='30'/>
    <emulatorpin cpuset='10,14,30,34'/>
  </cputune>
(...)
 
[root@overcloud-compute-0 ~]# virsh dumpxml instance-00000009
(...)
        <nova:vcpus>3</nova:vcpus>
  <vcpu placement='static'>3</vcpu>
    <vcpupin vcpu='0' cpuset='1'/>
    <vcpupin vcpu='1' cpuset='2'/>
    <vcpupin vcpu='2' cpuset='3'/>
(...)
<emulatorpin cpuset='1-3'/>
(...)

因此，这些 CPU 都可以由 qemu 的仿真程序线程来抢占，从而降低数据包丢失的风险。

有关仿真器线程固定新功能的当前进度，请参阅 Bug 1468004 和 OpenStack Change 510897

在编写本文时，草案指定了以下线程策略： 

Valid THREAD-POLICY values are:

  - ``share``: (default) The emulator threads float across the pCPUs
    associated to the guest. To place a workload's emulator threads on
    a set of isolated physical CPUs, set ``share``` and
    ``[compute]/cpu_shared_set`` configuration option to the set of
    host CPUs that should be used for best-effort CPU resources.

  - ``isolate``: The emulator threads are isolated on a single pCPU.

使用 isolcpus 时，C CFS 调度程序被禁用，所有仿真程序线程都将在第一个可用、最低索引的 pCPU 上运行。因此，如果没有干预或进一步配置，实例的一个 vCPU 会为仿真器线程的资源争用造成高风险。

更多信息请参阅 Kernel.org Bugzilla - Bug 116701。

使用以下算法来确定仿真程序线程使用哪个 vCPU： 

PCPU=MIN([EMULATORPINSET])
VCPU=REVERSE_CPUSET(PCPU)

REVERSE_CPUSET :=  SELECT pcpu from `virsh dumpxml <instance name> | grep "cpuset=$PCPU"`

例如，在这个实例中，所有仿真程序线程和子项从默认模拟器固定集继承了关联 1-3： 

[root@overcloud-compute-0 ~]# taskset -a -c -p `pgrep -f instance-00000009`
pid 364936's current affinity list: 1-3
pid 364946's current affinity list: 1-3
pid 364952's current affinity list: 1
pid 364953's current affinity list: 2
pid 364954's current affinity list: 3
pid 364956's current affinity list: 1-3
[root@overcloud-compute-0 ~]# ps -Tp `pgrep -f instance-00000009`
    PID    SPID TTY          TIME CMD
 364936  364936 ?        00:00:02 qemu-kvm
 364936  364946 ?        00:00:00 qemu-kvm
 364936  364952 ?        00:00:51 CPU 0/KVM
 364936  364953 ?        00:00:26 CPU 1/KVM
 364936  364954 ?        00:00:30 CPU 2/KVM
 364936  364956 ?        00:00:00 vnc_worker
[root@overcloud-compute-0 ~]# pgrep -f vhost- | xargs -I {} taskset -a -c -p {}
pid 364948's current affinity list: 1-3
pid 364949's current affinity list: 1-3
pid 364950's current affinity list: 1-3
[root@overcloud-compute-0 ~]#

与 isolcpus 相结合，所有仿真程序线程和 vhost-* 线程在 pCPU1 上执行，且永远不会重新调度： 

cat /proc/sched_debug | sed '/^cpu#/,/^runnable/{//!d}' | grep vhost -C3
(...)
cpu#1, 2099.998 MHz
runnable tasks:
            task   PID         tree-key  switches  prio     wait-time             sum-exec        sum-sleep
----------------------------------------------------------------------------------------------------------
      watchdog/1    11        -2.995579    410285     0         0.000000      5025.887998         0.000000 0 /
     migration/1    12         0.000000        79     0         0.000000         3.375060         0.000000 0 /
     ksoftirqd/1    13   5172444.259776        54   120         0.000000         0.570500         0.000000 0 /
     kworker/1:0    14   5188475.472257       370   120         0.000000        14.707114         0.000000 0 /
    kworker/1:0H    15      8360.049510        10   100         0.000000         0.150151         0.000000 0 /
     kworker/1:1  2707   5045807.055876     16370   120         0.000000       793.611916         0.000000 0 /
    kworker/1:1H  2763   5187682.987749     11755   100         0.000000       191.949725         0.000000 0 /
        qemu-kvm 364936      3419.522791     50276   120         0.000000      2476.880384         0.000000 0 /machine.slice/machine-qemu\x2d6\x2dinstance\x2d00000009.scope/emulator
        qemu-kvm 364946      1270.815296       102   120         0.000000        23.204111         0.000000 0 /machine.slice/machine-qemu\x2d6\x2dinstance\x2d00000009.scope/emulator
       CPU 0/KVM 364952     52703.660314     53709   120         0.000000     52715.105472         0.000000 0 /machine.slice/machine-qemu\x2d6\x2dinstance\x2d00000009.scope/vcpu0
      vnc_worker 364956       123.609634         1   120         0.000000         0.016849         0.000000 0 /machine.slice/machine-qemu\x2d6\x2dinstance\x2d00000009.scope/emulator
    vhost-364936 364948      3410.527677      1039   120         0.000000        84.254772         0.000000 0 /machine.slice/machine-qemu\x2d6\x2dinstance\x2d00000009.scope/emulator
    vhost-364936 364949      3407.341502        55   120         0.000000         2.894394         0.000000 0 /machine.slice/machine-qemu\x2d6\x2dinstance\x2d00000009.scope/emulator
    vhost-364936 364950      3410.395220       174   120         0.000000        10.969077         0.000000 0 /machine.slice/machine-qemu\x2d6\x2dinstance\x2d00000009.scope/emulator

cpu#2, 2099.998 MHz
runnable tasks:
            task   PID         tree-key  switches  prio     wait-time             sum-exec        sum-sleep
----------------------------------------------------------------------------------------------------------
      watchdog/2    16        -5.995418    410285     0         0.000000      5197.571153         0.000000 0 /
     migration/2    17         0.000000        79     0         0.000000         3.384688         0.000000 0 /
     ksoftirqd/2    18        -7.031102         3   120         0.000000         0.019079         0.000000 0 /
     kworker/2:0    19         0.119413        39   120         0.000000         0.588589         0.000000 0 /
    kworker/2:0H    20        -1.047613         8   100         0.000000         0.086272         0.000000 0 /
     kworker/2:1  2734   1475469.236026     11322   120         0.000000       241.388582         0.000000 0 /
       CPU 1/KVM 364953     27258.370583     33294   120         0.000000     27269.017017         0.000000 0 /machine.slice/machine-qemu\x2d6\x2dinstance\x2d00000009.scope/vcpu1

cpu#3, 2099.998 MHz
runnable tasks:
            task   PID         tree-key  switches  prio     wait-time             sum-exec        sum-sleep
----------------------------------------------------------------------------------------------------------
      watchdog/3    21        -5.996592    410285     0         0.000000      4970.777439         0.000000 0 /
     migration/3    22         0.000000        79     0         0.000000         3.886799         0.000000 0 /
     ksoftirqd/3    23        -7.035295         3   120         0.000000         0.014677         0.000000 0 /
     kworker/3:0    24        17.758583        38   120         0.000000         0.637152         0.000000 0 /
    kworker/3:0H    25        -1.047727         8   100         0.000000         0.077141         0.000000 0 /
     kworker/3:1 362530    154177.523420        83   120         0.000000         6.544285         0.000000 0 /
       CPU 2/KVM 364954     32456.061889     25966   120         0.000000     32466.719084         0.000000 0 /machine.slice/machine-qemu\x2d6\x2dinstance\x2d00000009.scope/vcpu2

13.2.4. 模拟线程的最佳位置
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本节提供了将仿真程序线程放在以下网络中的描述：

  • 实例的 DPDK 网络和 Open vSwitch 中的 netdev 数据路径
  • 实例中 DPDK 网络，位于 Open vSwitch 中的系统数据路径和虚拟机监控程序上的内核空间网络
  • 实例中内核和 Open vSwitch 中的内核网络

如果 DPDK 在实例内运行，则为完全在用户空间中进行数据包处理。不要将 PMD 调度到 vCPU0 上运行，因为这应该留给操作系统和中断处理。由于实例中的 PMD CPU 运行活跃循环并且需要 100% 的 CPU，所以不应被抢占。如果其中一个 vCPU 被抢占，则可能会发生数据包丢失。因此，模拟仿真程序需要进行配置，从而使它不会与处理编号为 1 及以上虚拟 CPU 的物理 CPU 重叠。

在实例中使用 DPDK 网络，仿真程序线程的最佳位置是处理 vCPU 0 的 pCPU，也可以是不处理任何虚拟 CPU 的专用物理 CPU。

如果虚拟机监控程序和 DPDK 在实例上使用 OVS-DPDK，请将仿真器线程放在 vCPU 0 上。

如果虚拟机监控程序上使用内核空间网络，则在内核内执行对管理程序的数据包处理。

在实例中使用 DPDK 网络，仿真程序线程的最佳位置是处理 vCPU 0 的 pCPU，也可以是不处理任何虚拟 CPU 的专用物理 CPU。

请注意，在这种情况下，vNIC 队列的数据包处理在 hypervisor 的 vhost-<qemu-kvm PID&gt; 内核线程中执行。在高流量下，这些内核线程可生成大量 CPU 负载。需要根据情况确定仿真程序线程的最佳位置。 

[root@overcloud-compute-0 ~]# ps aux | grep vhost-
root      364948  0.0  0.0      0     0 ?        S    20:32   0:00 [vhost-364936]
root      364949  0.0  0.0      0     0 ?        S    20:32   0:00 [vhost-364936]
root      364950  0.0  0.0      0     0 ?        S    20:32   0:00 [vhost-364936]

在实例中使用内核联网，有两个选项：

  • 优化中断分布，例如：实例的 softirqs。在这种情况下，您不必为仿真程序线程分配额外的 pCPU，并可将仿真程序线程分配给不处理任何网络中断的 pCPU。
  • 在同一 NUMA 节点上使用一个专用的 pCPU 用于仿真程序线程。

由于第一个选项的复杂性，建议使用第二个选项。

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