Xen环境下的内存与CPU分配:性能优化

日期: 2008-09-22 作者:Sander van Vugt翻译:涂凡才 来源:TechTarget中国 英文

在Xen环境下,硬件的管理并不是仅仅告诉它可以使用哪些PCI设备就可以完事。在准虚拟环境下,内存与CPU分配是可以动态改变的。通过动态更改内存与CPU分配,可以达到优化虚拟机性能的目的。在本文中,TechTarget中国的特约虚拟化专家Sander van Vugt将描述这方面的所有信息。

  启动物理服务器时,所有的内存资源都会默认被分配给Domain0。然后,其它虚拟机启动时,会从Domain0获取内存资源。如果虚拟机是在完全虚拟化模式下运行,hypervisor将无法与虚拟内核对话,当前的内存分配也将无法改变。不过,如果是在准虚拟化模式(paravirtualization)下,Xen的……

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在Xen环境下,硬件的管理并不是仅仅告诉它可以使用哪些PCI设备就可以完事。在准虚拟环境下,内存与CPU分配是可以动态改变的。通过动态更改内存与CPU分配,可以达到优化虚拟机性能的目的。在本文中,TechTarget中国的特约虚拟化专家Sander van Vugt将描述这方面的所有信息。

  启动物理服务器时,所有的内存资源都会默认被分配给Domain0。然后,其它虚拟机启动时,会从Domain0获取内存资源。如果虚拟机是在完全虚拟化模式下运行,hypervisor将无法与虚拟内核对话,当前的内存分配也将无法改变。不过,如果是在准虚拟化模式(paravirtualization)下,Xen的hypervisor就可以动态更变内存分配。采用准虚拟化模式时,一定要确保Domain0至少可以分得一定的内存资源,以免它内存不足。对于Domain0的内存分配最小值,我建议设置为512MB。

  要为Domain0预留内存,可以为内核添加一个启动项:dom0_mem= 。例如,dom0_mem=512M。打开Grub配置文件进行此设置。在Grub配置文件中,你会看到启动Xen内核的启动项。它大体如下:

  title XEN
  root (hd0,0)
  kernel /xen.gz
  module /vmlinuz-
  2.6.16 .46-0.14-xen root=/dev/system/root vga=0x314
  resume=/dev/system/swap splash=silent showopts
  module /initrd-
  2.6.16 .46-0.14.xen

  在此配置文件中的第一个“module”行后面添加dom0_mem启动项。添加之后应该是这样:

  title XEN
   root (hd0,0)
   kernel /xen.gz
   module /vmlinuz-
   2.6.16 .46-0.14-xen root=/dev/system/root vga=0x314
        resume=/dev/system/swap splash=silent showopts   dom0_mem=512M
   module /initrd-
   2.6.16 .46-0.14.xen

  设置好Domain0的内存分配后,就可以管理你的虚拟机内存分配了。启动一个虚拟机时,通常它会从Domain0获取内存资源。内存一旦分配给虚拟机,Domain0将无法再收回,即使所有虚拟机都被停止也不能收回。正是因为这个原因,所以为Domain0设置内存最小值非常重要。

  要想更改虚拟机的内存分配,可以利用两个xm命令:

  • xm mem-set:此命令可以更改一台虚拟机的当前内存分配;
  • xm mem-max:此命令可以限定一台虚拟机的内存使用最大值。不过,更改最大值之后需要重启才能生效。

  更改内存分配之后,一定要使用xm list命令检查设置是否生效和正确:

xm list命令

  CPU管理

  与内存一样,你也可以管理虚拟机的CPU分配。如果虚拟机使用的是准虚拟化,CPU的分配也可以动态更改。为虚拟机分配CPU时,不一定要根据服务器中的物理CPU数目来分。如果你愿意,是可以这么做。不过,这样做是绝对优化不了性能的。如果将虚拟机与指定的物理CPU绑定,会帮助你大大地提高虚拟机性能。除此之外,还可以调整CPU的运行队列(run queue),使某台虚拟机在CPU中具有更高的优先级。

  所有可运行的虚拟CPU(VCPU)都是由物理CPU中的本地运行队列管理的。这个队列是按优先级进行排序的,队列中的每个VCPU平分CPU资源。VCPU的优先级状态有两种值:over和under。Over表示它占用的CPU资源超过了资源平分值,under表示低于这个平分值。如果VCPU的当前状态为under,调度程序下次则会优先服务该VCPU。如果调度程序发现在其CPU上没有虚拟机为under状态,则会看其它CPU中是否有VCPU状态为under,如果发现,则立即服务该VCPU。通过这种方式,所有CPU都会平均分配CPU资源。

  通过设置weight和cap参数值,管理员可以管理CPU的优先级。Weight参数用于分配CPU cycle,是一个相对值。一个weight为128的VCPU比一个weight为64的VCPU获得的CPU cycle多一倍。因此,利用这个参数可以决定哪个VCPU获得更多,哪个获得更少。第二个设置CPU的参数是cap,它设置的是domain获得的CPU cycle百分数,是一个绝对值。如果设置为100,就表示那个VCPU会100%地占用物理CPU的可用cycle。如果cap为50,则表示该VCPU占用的CPU cycle绝不会超过总量的一半。

  在如下命令示例中, id为3的虚拟机weight为128,允许使用两个物理CPU的所有CPU cycle:

  xm sched-credit -d 3 -w 128 -c 200

  对于虚拟CPU,还要做的一个重要工作就是CPU分配。默认情况下,虚拟CPU与物理CPU是没有固定联系的。要提高性能,就需要为它们建立一个这样的联系,这个工作很简单易行。为虚拟CPU和物理CPU建立“联系”的主要好处是可以防止虚拟CPU到处游荡。如果没有“联系”,调度程序会为虚拟CPU选择一个物理CPU。当某个物理CPU处于繁忙状态时,虚拟CPU就会被转移,由另一个物理CPU服务。这个工作对性能的影响是很大的。因此,将虚拟CPU与物理CPU绑定是个不错的办法。
  
  绑定虚拟CPU时,首先利用xm list命令查看当前配置。然后,在你要查看CPU详细信息的domain中使用xm vcpu-list命令,命令输出结果如下:

  lin:~ # xm vcpu-list 2

Xen

  这个命令显示,ID 2 domain当前使用了一个CPU(ID 0),该CPU当前在物理CPU 0。为了确认它的状态,可以使用如下命令:
  
  xm vcpu-pin 2 0 1

  如果你再使用xm vcpu-list命令,你会看见CPU Affinity由原来的“any cpu”变为了CPU 1。

  注意,这个设置是无法被写入的。意思是,每次重启虚拟机之后,你都必须再重新设置。

  最后,你还可以更改虚拟机分配的CPU数量。要更改此设置,既可以利用虚拟机管理器(Virtual Machine Manager)进行,也可以使用xm vcpu-set命令。例如,将domain 1分配的VCPU数改为4个,则:

  xm vcpu-set 1 4

  使用该命令时,你会发现它有时不起作用。这是因为,虚拟机的操作系统还必须支持动态更改CPU数量,不然就不能这样更改了。所以,在虚拟机的配置文件中更改其VCPU数更有效,而且不会因为重启虚拟机而失效。

  综述

  对于虚拟机的性能优化,内存与CPU设置很重要,本文已阐述了其原因。此外,你还了解了如何调整虚拟机在物理CPU中的优先级。

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