17.6. 优化虚拟机 CPU 性能

流程

1. 可选：查看所选虚拟机中 vCPU 的当前状态。例如，要显示 testguest 虚拟机上 vCPU 的数量：

   # virsh vcpucount testguest
   maximum      config         4
   maximum      live           2
   current      config         2
   current      live           1

   此输出显示 testguest 目前使用 1 个 vCPU，另外 1 个 vCPu 可以热插入以提高虚拟机性能。但是，重新引导后，vCPU testguest 使用的数量会改为 2，而且能够热插 2 个 vCPU。

2. 调整可连接到虚拟机的最大 vCPU 数，这虚拟机下次启动时生效。

   例如，要将 testguest 虚拟机的最大 vCPU 数量增加到 8:

   # virsh setvcpus testguest 8 --maximum --config

   请注意，最大值可能会受 CPU 拓扑、主机硬件、hypervisor 和其他因素的限制。

3. 调整当前连接到虚拟机的 vCPU 数，最多为上一步中配置的最大值。例如：

   • 将附加到正在运行的 testguest 虚拟机的 vCPU 数量增加到 4:

     # virsh setvcpus testguest 4 --live

     这会增加虚拟机的性能和主机的 testguest 负载占用，直到虚拟机下次引导为止。

   • 将附加到 testguest 虚拟机的 vCPU 数量永久减少至 1：

     # virsh setvcpus testguest 1 --config

     这会降低虚拟机的性能和 testguest 的主机负载占用。但是，如果需要可热插入虚拟机以暂时提高性能。

流程

1. 登录到 RHEL 10 web 控制台。

2. 在 Virtual Machines 界面中，点击您要查看其信息的虚拟机。

   此时将打开一个新页面，其中包含关于所选虚拟机基本信息的概述部分，以及用于访问虚拟机的图形界面的控制台部分。

3. 单击概述窗格中 vCPU 数旁边的 edit。

   此时会出现 vCPU 详情对话框。

4. 为所选虚拟机配置虚拟 CPU。

   • vCPU 数量 - 当前正在使用的 vCPU 数量。

     注意

     vCPU 数量不能超过 vCPU 的最大值。

   • vCPU 最大 - 可为虚拟机配置的最大虚拟 CPU 数。如果这个值大于 vCPU Count，可以为虚拟机附加额外的 vCPU。
   • 插槽 - 向虚拟机公开的插槽数量。
   • 每个插槽的内核数 - 向虚拟机公开的每个插槽的内核数。

   • 每个内核的线程数 - 向虚拟机公开的每个内核的线程数。

     重要

     请注意， 插槽、每个插槽的内核数和每个内核的线程数选项调整了虚拟机的 CPU 拓扑。这可能对 vCPU 性能有好处，但可能会影响客户机操作系统中某些软件的功能。如果您的部署不需要不同的设置，请保留默认值。

5. 点应用。

   配置了虚拟机的虚拟 CPU。

6. 如果虚拟机正在运行，重启它以使虚拟 CPU 设置的更改生效。

流程

1. 将虚拟机的 NUMA 策略设为 Preferred。例如，要配置 testguest5 虚拟机：

   # virt-xml testguest5 --edit --vcpus placement=auto
   # virt-xml testguest5 --edit --numatune mode=preferred

2. 设置 numad 服务，以自动将 VM CPU 与内存资源匹配。

   # echo 1 > /proc/sys/kernel/numa_balancing

3. 启动 numad 服务。

   # systemctl start numad

4. 可选：手动调整 NUMA 设置。指定将哪些主机 NUMA 节点专门分配给特定的虚拟机。这可提高虚拟机 vCPU 的主机内存用量。

   1. 使用 numactl 命令查看主机上的 NUMA 拓扑：

      # numactl --hardware
      
      available: 2 nodes (0-1)
      node 0 size: 18156 MB
      node 0 free: 9053 MB
      node 1 size: 18180 MB
      node 1 free: 6853 MB
      node distances:
      node   0   1
        0:  10  20
        1:  20  10

   2. 编辑虚拟机的 XML 配置，来将 CPU 和内存资源分配给特定的 NUMA 节点。例如，以下配置将 testguest6 设置为在 NUMA 节点 0 上使用 vCPU 0-7，在 NUMA 节点 1 上使用 vCPUS 8-15。两个节点也都分配了 16 GiB 内存。

      # virsh edit <testguest6>
      
      <domain type='kvm'>
        <name>testguest6</name>
        ...
        <vcpu placement='static'>16</vcpu>
        ...
        <cpu ...>
          <numa>
            <cell id='0' cpus='0-7' memory='16' unit='GiB'/>
            <cell id='1' cpus='8-15' memory='16' unit='GiB'/>
          </numa>
        ...
      </domain>

      注意

      为了获得最佳性能，最好遵守主机上每个 NUMA 节点的最大内存大小。

   3. 如果虚拟机正在运行，请重启它以应用配置。

流程

1. 检查主机上的 CPU 拓扑：

   # lscpu -p=node,cpu
   
   Node,CPU
   0,0
   0,1
   0,2
   0,3
   0,4
   0,5
   0,6
   0,7
   1,0
   1,1
   1,2
   1,3
   1,4
   1,5
   1,6
   1,7

   在本例中，输出中包含 NUMA 节点和主机上可用的物理 CPU 线程。

2. 检查虚拟机中的 vCPU 线程数：

   # lscpu -p=node,cpu
   
   Node,CPU
   0,0
   0,1
   0,2
   0,3

   在本例中，输出中包含 NUMA 节点和虚拟机中可用的 vCPU 线程。

3. 将虚拟机中特定的 vCPU 线程固定到特定的主机 CPU 或 CPU 范围。建议作为一种安全的提高 vCPU 性能的方法。

   例如，以下命令将 testguest6 虚拟机的 vCPU 线程 0 到 3 分别固定到主机 CPU 1, 3, 5, 7 ：

   # virsh vcpupin testguest6 0 1
   # virsh vcpupin testguest6 1 3
   # virsh vcpupin testguest6 2 5
   # virsh vcpupin testguest6 3 7

4. 可选：验证 vCPU 线程是否已成功固定到 CPU。

   # virsh vcpupin testguest6
   VCPU   CPU Affinity
   ----------------------
   0      1
   1      3
   2      5
   3      7

5. 可选：固定 vCPU 线程后，您还可以将与指定的虚拟机关联的 QEMU 进程线程固定到一个特定的主机 CPU 或 CPU 范围。这可进一步帮助 QEMU 进程在物理 CPU 上更有效地运行。

   例如，以下命令将 testguest6 的 QEMU 进程线程固定到 CPU 2 和 4，并验证是否成功：

   # virsh emulatorpin testguest6 2,4
   # virsh emulatorpin testguest6
   emulator: CPU Affinity
   ----------------------------------
          *: 2,4

流程

1. 查看主机上当前的 vCPU 调度配置。

   # virsh schedinfo <vm_name>
   
   Scheduler      : posix
   cpu_shares     : 0
   vcpu_period : 0
   vcpu_quota : 0
   emulator_period: 0
   emulator_quota : 0
   global_period  : 0
   global_quota   : 0
   iothread_period: 0
   iothread_quota : 0

2. 要为虚拟机配置一个绝对 vCPU 上限，请设置 vcpu_period 和 vcpu_quota 参数。两个参数都使用一个数字值，其代表以微秒为单位的持续时间。

   1. 使用 virsh schedinfo 命令设置 vcpu_period 参数。例如：

      # virsh schedinfo <vm_name> --set vcpu_period=100000

      在本例中，vcpu_period 被设置为 100,000 微秒，这意味着调度程序在此时间间隔内强制实施 vCPU 上限。

      您还可以使用 --live --config 选项来配置一个正在运行的虚拟机，而无需重启它。

   2. 使用 virsh schedinfo 命令设置 vcpu_quota 参数。例如：

      # virsh schedinfo <vm_name> --set vcpu_quota=50000

      在本例中，vcpu_quota 被设置为 50,000 微秒，它指定虚拟机在 vcpu_period 时间间隔内可以使用的最大 CPU 时间。在本例中，vcpu_quota 被设置为 vcpu_period 的一半，因此虚拟机在此间隔内可使用最多 50% 的 CPU 时间。

      您还可以使用 --live --config 选项来配置一个正在运行的虚拟机，而无需重启它。

流程

1. 检查虚拟机的当前 CPU 权重。

   # virsh schedinfo <vm_name>
   
   Scheduler      : posix
   cpu_shares : 1024
   vcpu_period    : 0
   vcpu_quota     : 0
   emulator_period: 0
   emulator_quota : 0
   global_period  : 0
   global_quota   : 0
   iothread_period: 0
   iothread_quota : 0

2. 将 CPU 权重 调整为希望的值。

   # virsh schedinfo <vm_name> --set cpu_shares=2048
   
   Scheduler      : posix
   cpu_shares : 2048
   vcpu_period    : 0
   vcpu_quota     : 0
   emulator_period: 0
   emulator_quota : 0
   global_period  : 0
   global_quota   : 0
   iothread_period: 0
   iothread_quota : 0

   在本例中，cpu_shares 被设置为 2048。这意味着，如果所有其他虚拟机的值被设置为 1024，则此虚拟机大约获得两倍的 CPU 时间。

   您还可以使用 --live --config 选项来配置一个正在运行的虚拟机，而无需重启它。

流程

1. 启用 KSM：

   警告

   启用 KSM 会增加 CPU 使用率并影响整体 CPU 性能。

   1. 安装 ksmtuned 服务：

      # dnf install ksmtuned

   2. 启动服务：

      • 要为单个会话启用 KSM，请使用 systemctl 程序启动 ksm 和 ksmtuned 服务。

        # systemctl start ksm
        # systemctl start ksmtuned

      • 要永久启用 KSM，请使用 systemctl 程序启用 ksm 和 ksmtuned 服务。

        # systemctl enable ksm
        Created symlink /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/ksm.service  /usr/lib/systemd/system/ksm.service
        
        # systemctl enable ksmtuned
        Created symlink /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/ksmtuned.service  /usr/lib/systemd/system/ksmtuned.service

2. 监控主机上虚拟机的性能和资源消耗，以评估激活 KSM 的好处。具体来说，请确保 KSM 的额外的 CPU 使用率不会抵消内存改进，且不会造成额外的性能问题。在对延迟敏感的工作负载中，还要注意跨 NUMA 页合并。

3. 可选：如果 KSM 没有提高虚拟机性能，请禁用它：

   • 要为单个会话禁用 KSM，请使用 systemctl 工具停止 ksm 和 ksmtuned 服务。

     # systemctl stop ksm
     # systemctl stop ksmtuned

   • 要永久禁用 KSM，请使用 systemctl 工具禁用 ksm 和 ksmtuned 服务。

     # systemctl disable ksm
     Removed /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/ksm.service.
     # systemctl disable ksmtuned
     Removed /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/ksmtuned.service.

     注意

     取消激活 KSM 前在虚拟机间共享的内存页将保持共享。要停止共享，请使用以下命令删除系统中的所有 PageKSM 页：

     # echo 2 > /sys/kernel/mm/ksm/run

     但是，这个命令会增加内存使用率，并可能导致主机或虚拟机上出现性能问题。