Xen環境下的內存與CPU分配：性能優化

聲明：本文轉至TechTarget中國的特約虛擬化專家Sander van Vugt所寫文章！

在Xen環境下，硬件的管理並不是僅僅告訴它可以使用哪些PCI設備就可以完事。在準虛擬環境下，內存與CPU分配是可以動態改變的。通過動態更改內存與CPU分配，可以達到優化虛擬機性能的目的。

　　啓動物理服務器時，所有的內存資源都會默認被分配給Domain0。然後，其它虛擬機啓動時，會從Domain0獲取內存資源。如果虛擬機是在完全虛擬化模式下運行，hypervisor將無法與虛擬內核對話，當前的內存分配也將無法改變。不過，如果是在準虛擬化模式（paravirtualization）下，Xen的hypervisor就可以動態更變內存分配。採用準虛擬化模式時，一定要確保Domain0至少可以分得一定的內存資源，以免它內存不足。對於Domain0的內存分配最小值，我建議設置爲512MB。

　　要爲Domain0預留內存，可以爲內核添加一個啓動項：dom0_mem= 。例如，dom0_mem=512M。打開Grub配置文件進行此設置。在Grub配置文件中，你會看到啓動Xen內核的啓動項。它大體如下：

　　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個“module”行後面添加dom0_mem啓動項。添加之後應該是這樣：

　　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

　　設置好Domain0的內存分配後，就可以管理你的虛擬機內存分配了。啓動一個虛擬機時，通常它會從Domain0獲取內存資源。內存一旦分配給虛擬機，Domain0將無法再收回，即使所有虛擬機都被停止也不能收回。正是因爲這個原因，所以爲Domain0設置內存最小值非常重要。

　　要想更改虛擬機的內存分配，可以利用兩個xm命令：

• xm mem-set：此命令可以更改一臺虛擬機的當前內存分配；
• xm mem-max：此命令可以限定一臺虛擬機的內存使用最大值。不過，更改最大值之後需要重啓才能生效。

　　更改內存分配之後，一定要使用xm list命令檢查設置是否生效和正確：

　　CPU管理

　　與內存一樣，你也可以管理虛擬機的CPU分配。如果虛擬機使用的是準虛擬化，CPU的分配也可以動態更改。爲虛擬機分配CPU時，不一定要根據服務器中的物理CPU數目來分。如果你願意，是可以這麼做。不過，這樣做是絕對優化不了性能的。如果將虛擬機與指定的物理CPU綁定，會幫助你大大地提高虛擬機性能。除此之外，還可以調整CPU的運行隊列（run queue），使某臺虛擬機在CPU中具有更高的優先級。

　　所有可運行的虛擬CPU（VCPU）都是由物理CPU中的本地運行隊列管理的。這個隊列是按優先級進行排序的，隊列中的每個VCPU平分CPU資源。VCPU的優先級狀態有兩種值：over和under。Over表示它佔用的CPU資源超過了資源平分值，under表示低於這個平分值。如果VCPU的當前狀態爲under，調度程序下次則會優先服務該VCPU。如果調度程序發現在其CPU上沒有虛擬機爲under狀態，則會看其它CPU中是否有VCPU狀態爲under，如果發現，則立即服務該VCPU。通過這種方式，所有CPU都會平均分配CPU資源。

　　通過設置weight和cap參數值，管理員可以管理CPU的優先級。Weight參數用於分配CPU cycle，是一個相對值。一個weight爲128的VCPU比一個weight爲64的VCPU獲得的CPU cycle多一倍。因此，利用這個參數可以決定哪個VCPU獲得更多，哪個獲得更少。第二個設置CPU的參數是cap，它設置的是domain獲得的CPU cycle百分數，是一個絕對值。如果設置爲100，就表示那個VCPU會100%地佔用物理CPU的可用cycle。如果cap爲50，則表示該VCPU佔用的CPU cycle絕不會超過總量的一半。

　　在如下命令示例中， id爲3的虛擬機weight爲128，允許使用兩個物理CPU的所有CPU cycle：

　　xm sched-credit -d 3 -w 128 -c 200

　　對於虛擬CPU，還要做的一個重要工作就是CPU分配。默認情況下，虛擬CPU與物理CPU是沒有固定聯繫的。要提高性能，就需要爲它們建立一個這樣的聯繫，這個工作很簡單易行。爲虛擬CPU和物理CPU建立“聯繫”的主要好處是可以防止虛擬CPU到處遊蕩。如果沒有“聯繫”，調度程序會爲虛擬CPU選擇一個物理CPU。當某個物理CPU處於繁忙狀態時，虛擬CPU就會被轉移，由另一個物理CPU服務。這個工作對性能的影響是很大的。因此，將虛擬CPU與物理CPU綁定是個不錯的辦法。
　　
　　綁定虛擬CPU時，首先利用xm list命令查看當前配置。然後，在你要查看CPU詳細信息的domain中使用xm vcpu-list命令，命令輸出結果如下：

　　lin:~ # xm vcpu-list 2

　　這個命令顯示，ID 2 domain當前使用了一個CPU（ID 0），該CPU當前在物理CPU 0。爲了確認它的狀態，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，你會看見CPU Affinity由原來的“any cpu”變爲了CPU 1。

　　注意，這個設置是無法被寫入的。意思是，每次重啓虛擬機之後，你都必須再重新設置。

　　最後，你還可以更改虛擬機分配的CPU數量。要更改此設置，既可以利用虛擬機管理器（Virtual Machine Manager）進行，也可以使用xm vcpu-set命令。例如，將domain 1分配的VCPU數改爲4個，則：

　　xm vcpu-set 1 4

　　使用該命令時，你會發現它有時不起作用。這是因爲，虛擬機的操作系統還必須支持動態更改CPU數量，不然就不能這樣更改了。所以，在虛擬機的配置文件中更改其VCPU數更有效，而且不會因爲重啓虛擬機而失效。

　　綜述

　　對於虛擬機的性能優化，內存與CPU設置很重要，本文已闡述了其原因。此外，你還了解了如何調整虛擬機在物理CPU中的優先級。