管理系统资源

管理系统资源

总体说明

openEuler 虚拟化使用libvirt命令来管理虚拟机的系统资源，如vCPU、虚拟内存资源等。

在开始前：

确保主机上运行了libvirtd守护进程。
用virsh list —all命令确认虚拟机已经被定义。

管理虚拟CPU

CPU份额

概述

虚拟化环境下，同一主机上的多个虚拟机竞争使用物理CPU。为了防止某些虚拟机占用过多的物理CPU资源，影响相同主机上其他虚拟机的性能，需要平衡虚拟机vCPU的调度，避免物理CPU的过度竞争。

CPU份额表示一个虚拟机竞争物理CPU计算资源的能力大小总和。用户通过调整cpu_shares值能够设置虚拟机抢占物理CPU资源的能力。cpu_shares值无单位，是一个相对值。虚拟机获得的CPU计算资源，是与其他虚拟机的CPU份额，按相对比例，瓜分物理CPU除预留外可用计算资源。通过调整CPU份额来保证虚拟机CPU计算资源服务质量。

操作步骤

通过修改分配给虚拟机的运行时间的cpu_shares值，来平衡vCPU之间的调度。

查看虚拟机的当前CPU份额：

$ virsh schedinfo <VMInstance>
Scheduler      : posix
cpu_shares     : 1024
vcpu_period    : 100000
vcpu_quota     : -1
emulator_period: 100000
emulator_quota : -1
global_period  : 100000
global_quota   : -1
iothread_period: 100000
iothread_quota : -1

在线修改：修改处于running状态的虚拟机的当前CPU份额，使用带—live参数的virsh schedinfo命令：
```
$ virsh schedinfo <VMInstance> --live cpu_shares=<number>
```
比如将正在运行的虚拟机openEulerVM的CPU份额从1024改为2048：
```
$ virsh schedinfo openEulerVM --live cpu_shares=2048
Scheduler      : posix
cpu_shares     : 2048
vcpu_period    : 100000
vcpu_quota     : -1
emulator_period: 100000
emulator_quota : -1
global_period  : 100000
global_quota   : -1
iothread_period: 100000
iothread_quota : -1
```
对cpu_shares值的修改立即生效，虚拟机openEulerVM能得到的运行时间将是原来的2倍。但是这一修改将在虚拟机关机并重新启动后失效。
持久化修改：在libvirt内部配置中修改虚拟机的CPU份额，使用带—config参数的virsh schedinfo命令：
```
$ virsh schedinfo <VMInstance> --config cpu_shares=<number>
```
比如将虚拟机openEulerVM的CPU份额从1024改为2048：
```
$ virsh schedinfo openEulerVM --config 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
```
对cpu_shares值的修改不会立即生效，在虚拟机openEulerVM下一次启动后才生效，并持久生效。虚拟机openEulerVM能得到的运行时间将是原来的2倍。

绑定QEMU进程至物理CPU

概述

QEMU主进程绑定特性是将QEMU主进程绑定到特定的物理CPU范围内，从而保证了运行不同业务的虚拟机不会干扰到邻位虚拟机。例如在一个典型的云计算场景中，一台物理机上会运行多台虚拟机，而每台虚拟机的业务不同，造成了不同程度的资源占用，为了避免存储IO密集的虚拟机对邻位虚拟机的干扰，需要将不同虚拟机处理IO的存储进程完全隔离，由于QEMU主进程是处理前后端的主要服务进程，故需要实现隔离。

操作步骤

通过virsh emulatorpin命令可以绑定QEMU主进程到物理CPU。

查看QEMU进程当前绑定的物理CPU范围：
```
$ virsh emulatorpin openEulerVM
emulator: CPU Affinity
----------------------------------
       *: 0-63
```
这说明虚拟机openEulerVM对应的QEMU主进程可以在主机的所有物理CPU上调度。
在线绑定：修改处于running状态的虚拟机对应的QEMU进程的绑定关系，使用带—live参数的vcpu emulatorpin命令：
```
$ virsh emulatorpin openEulerVM --live 2-3
$ virsh emulatorpin openEulerVM
emulator: CPU Affinity
----------------------------------
       *: 2-3
```
以上命令把虚拟机openEulerVM对应的QEMU进程绑定到物理CPU2、3上，即限制了QEMU进程只在这两个物理CPU上调度。这一绑定关系的调整立即生效，但在虚拟机关机并重新启动后失效。
持久化绑定：在libvirt内部配置中修改虚拟机对应的QEMU进程的绑定关系，使用带—config参数的virsh emulatorpin命令：
```
$ virsh emulatorpin openEulerVM --config 0-3,^1
$ virsh emulatorpin openEulerVM --config
emulator: CPU Affinity
----------------------------------
       *: 0,2-3
```
以上命令把虚拟机openEulerVM对应的QEMU进程绑定到物理CPU0、2、3上，即限制了QEMU进程只在这三个物理CPU上调度。这一绑定关系的调整不会立即生效，在虚拟机下一次启动后才生效，并持久生效。

调整虚拟CPU绑定关系

概述

把虚拟机的vCPU绑定在物理CPU上，即vCPU只在绑定的物理CPU上调度，在特定场景下达到提升虚拟机性能的目的。比如在NUMA系统中，把vCPU绑定在同一个NUMA节点上，可以避免vCPU跨节点访问内存，避免影响虚拟机运行性能。如果未绑定，默认vCPU可在任何物理CPU上调度。具体的绑定策略由用户来决定。

操作步骤

通过virsh vcpupin命令可以调整vCPU和物理CPU的绑定关系。

查看虚拟机的当前vCPU绑定信息：

 $ virsh vcpupin openEulerVM
 VCPU   CPU Affinity
----------------------
 0      0-63
 1      0-63
 2      0-63
 3      0-63

这说明虚拟机openEulerVM的所有vCPU可以在主机的所有物理CPU上调度。

在线调整：修改处于running状态的虚拟机的当前vCPU绑定关系，使用带—live参数的vcpu vcpupin命令：
```
 $ virsh vcpupin openEulerVM  --live 0 2-3
 $ virsh vcpupin openEulerVM
 VCPU   CPU Affinity
----------------------
 0      2-3
 1      0-63
 2      0-63
 3      0-63
```
以上命令把虚拟机openEulerVM的vCPU0绑定到PCPU2、3上，即限制了vCPU0只在这两个物理CPU上调度。这一绑定关系的调整立即生效，但在虚拟机关机并重新启动后失效。
持久化调整：在libvirt内部配置中修改虚拟机的vCPU绑定关系，使用带—config参数的virsh vcpupin命令：
```
 $ virsh vcpupin openEulerVM --config 0 0-3,^1
 $ virsh vcpupin openEulerVM --config
 VCPU   CPU Affinity
----------------------
 0      0,2-3
 1      0-63
 2      0-63
 3      0-63
```
以上命令把虚拟机openEulerVM的vCPU0绑定到物理CPU0、2、3上，即限制了vCPU0只在这三个物理CPU上调度。这一绑定关系的调整不会立即生效，在虚拟机下一次启动后才生效，并持久生效。

CPU热插

概述

在线增加（热插）虚拟机CPU是指在虚拟机处于运行状态下，为虚拟机热插CPU而不影响虚拟机正常运行的方案。当虚拟机内部业务压力不断增大，会出现所有CPU均处于较高负载的情形。为了不影响虚拟机内的正常业务运行，可以使用CPU热插功能（在不关闭虚拟机情况下增加虚拟机的CPU数目），提升虚拟机的计算能力。

约束限制

如果处理器为AArch64架构，创建虚拟机时指定的虚拟机芯片组类型(machine)需为virt-4.1或virt更高版本。如果处理器为x86_64架构，创建虚拟机时指定的虚拟机芯片组类型(machine)需为pc-i440fx-1.5或pc更高版本。
在配置Guest NUMA的场景中，必须把属于同一个socket的vcpu配置在同一vNode中，否则热插CPU后可能导致虚拟机softlockup，进而可能导致虚拟机panic。
虚拟机在迁移、休眠唤醒、快照过程中均不支持CPU热插。
虚拟机CPU热插是否自动上线取决于虚拟机操作系统自身逻辑，虚拟化层不保证热插CPU自动上线。
CPU热插同时受限于Hypervisor和GuestOS支持的最大CPU数目。
虚拟机启动、关闭、重启过程中可能出现热插CPU失效的情况，但再次重启会生效。
热插虚拟机CPU的时候，如果新增CPU数目不是虚拟机CPU拓扑配置项中Cores的整数倍，可能会导致虚拟机内部看到的CPU拓扑是混乱的，建议每次新增的CPU数目为Cores的整数倍。
若需要热插CPU在线生效且在虚拟机重启后仍有效，virsh setvcpus接口中需要同时传入—config和—live选项，将热插CPU动作持久化。

操作步骤

一、配置虚拟机XML

使用CPU热插功能，需要在创建虚拟机时配置虚拟机当前的CPU数目、虚拟机所支持的最大CPU数目，以及虚拟机芯片组类型（对于AArch64架构，需为virt-4.1及以上版本。对于x86_64架构，需为pc-i440fx-1.5及以上版本）。这里以AArch64架构虚拟机为例，配置模板如下：
```
<domain type='kvm'>
    ...
    <vcpu placement='static' current='m'>n</vcpu>
    <os>
        <type arch='aarch64' machine='virt-4.1'>hvm</type>
    </os>
    ...
<domain>
```
说明：
- placement的值必须是static。
- m为虚拟机当前CPU数目，即虚拟机启动后默认的CPU数目。n为虚拟机支持热插到的最大CPU数目，该值不能超过Hypervisor支持的虚拟机最大CPU规格及GuestOS支持的最大CPU规格。n大于或等于m。
例如，配一个虚拟机当前CPU数目为4，最大支持的热插CPU上限为64的XML配置为：
```
<domain type='kvm'>
……
    <vcpu placement='static' current='4'>64</vcpu>
    <os>
        <type arch='aarch64' machine='virt-4.1'>hvm</type>
    </os>
……
```

二、热插并上线CPU

如果热插CPU后需要自动上线热插的CPU，可以使用root权限在虚拟机内部创建udev rules文件/etc/udev/rules.d/99-hotplug-cpu.rules，并在其中定义udev规则，内容参考如下：
```
# automatically online hot-plugged cpu
ACTION=="add", SUBSYSTEM=="cpu", ATTR{online}="1"
```
说明： 如果没有使用udev rules自动上线热插CPU，可以在热插CPU后，使用root权限，参考如下命令手动上线：
```
for i in `grep -l 0 /sys/devices/system/cpu/cpu*/online`
do
   echo 1 > $i
done
```
利用virsh工具进行虚拟机CPU热插操作。例如给虚拟机openEulerVM热插CPU到6，且在线生效的参考命令如下：
```
virsh setvcpus openEulerVM 6 --live
```
说明： virsh setvcpus 进行虚拟机CPU热插操作的格式如下：
```
virsh setvcpus <domain> <count> [--config] [--live]
```
- domain: 参数，必填。指定虚拟机名称。
- count: 参数，必填。指定目标CPU数目，即热插后虚拟机CPU数目。
- —config: 选项，选填。虚拟机下次启动时仍有效。
- —live: 选项，选填。在线生效。

管理虚拟内存

NUMA简介

传统的多核运算使用SMP（Symmetric Multi-Processor）模式：将多个处理器与一个集中的存储器和I/O总线相连。所有处理器只能访问同一个物理存储器，因此SMP系统也被称为一致存储器访问（UMA）系统。一致性指无论在什么时候，处理器只能为内存的每个数据保持或共享唯一一个数值。很显然，SMP的缺点是可伸缩性有限，因为在存储器和I/O接口达到饱和的时候，增加处理器并不能获得更高的性能。

NUMA（Non Uniform Memory Access Architecture）模式是一种分布式存储器访问方式，处理器可以同时访问不同的存储器地址，大幅度提高并行性。 NUMA模式下，处理器被划分成多个“节点”（NODE），每个节点分配一块本地存储器空间。所有节点中的处理器都可以访问全部的物理存储器，但是访问本节点内的存储器所需要的时间，比访问某些远程节点内的存储器所花的时间要少得多。

配置Host-NUMA

为提升虚拟机性能，在虚拟机启动前，用户可以通过虚拟机XML配置文件为虚拟机指定主机的NUMA节点，使虚拟机内存分配在指定的NUMA节点上。本特性一般与vCPU绑定一起使用，从而避免vCPU远端访问内存。

操作步骤

查看host的NUMA拓扑结构：

 $ numactl -H
available: 4 nodes (0-3)
node 0 cpus: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
node 0 size: 31571 MB
node 0 free: 17095 MB
node 1 cpus: 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
node 1 size: 32190 MB
node 1 free: 28057 MB
node 2 cpus: 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47
node 2 size: 32190 MB
node 2 free: 10562 MB
node 3 cpus: 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63
node 3 size: 32188 MB
node 3 free: 272 MB
node distances:
node   0   1   2   3
  0:  10  15  20  20
  1:  15  10  20  20
  2:  20  20  10  15
  3:  20  20  15  10

在虚拟机XML配置文件中添加numatune字段，创建并启动虚拟机。例如使用主机上的NUMA node 0给虚拟机分配内存，配置参数如下：
```
  <numatune>
    <memory mode="strict" nodeset="0"/>
  </numatune>
```
假设虚拟机的vCPU也绑定在NODE0的物理CPU上，就可以避免由于vCPU访问远端内存带来的性能下降。
说明：
- 分配给虚拟机的内存不要超过该NUMA节点剩余的可用内存，否则可能导致虚拟机启动失败。
- 建议虚拟机内存和vCPU都绑定在同一NUMA节点，避免vCPU访问远端内存造成性能下降。例如将上例中vCPU也绑定在NUMA node 0上。

配置Guest-NUMA

虚拟机中运行的很多业务软件都针对NUMA架构进行了性能优化，尤其是对于大规格虚拟机，这种优化的作用更明显。openEuler提供了Guest NUMA特性，在虚拟机内部呈现出NUMA拓扑结构。用户可以通过识别这个结构，对业务软件的性能进行优化，从而保证业务更好的运行。

配置Guest NUMA时可以指定vNode的内存在HOST上的分配位置，实现内存的分块绑定，同时配合vCPU绑定，使vNode上的vCPU和内存在同一个物理NUMA node上。

操作步骤

在虚拟机的XML配置文件中，配置了Guest NUMA后，就可以在虚拟机内部查看NUMA拓扑结构。项是Guest NUMA的必配项。

  <cputune>
    <vcpupin vcpu='0' cpuset='0-3'/>
    <vcpupin vcpu='1' cpuset='0-3'/>
    <vcpupin vcpu='2' cpuset='16-19'/>
    <vcpupin vcpu='3' cpuset='16-19'/>
  </cputune>
  <numatune>
    <memnode cellid="0" mode="strict" nodeset="0"/>
    <memnode cellid="1" mode="strict" nodeset="1"/>
  </numatune>
  [...]
  <cpu>
    <numa>
      <cell id='0' cpus='0-1' memory='2097152'/>
      <cell id='1' cpus='2-3' memory='2097152'/>
    </numa>
  </cpu>

说明：

项提供虚拟机内部呈现NUMA拓扑功能，“cell id”表示vNode编号，“cpus”表示vCPU编号，“memory”表示对应vNode上的内存大小。
如果希望通过Guest NUMA提供更好的性能，则需要配置和，使vCPU和对应的内存分布在同一个物理NUMA NODE上：

中的“cellid”和中的“cell id”是对应的；“mode”可以配置为“strict”（严格从指定node上申请内存，内存不够则失败）、“preferred”（优先从某一node上申请内存，如果不够则从其他node上申请）、“interleave”（从指定的node上交叉申请内存）；“nodeset”表示指定物理NUMA NODE。
中需要将同一cell id中的vCPU绑定到与memnode相同的物理NUMA NODE上。

内存热插

概述

在虚拟化场景下，虚拟机的内存、CPU、外部设备都是软件模拟呈现的，因此可以在虚拟化底层为虚拟机提供内存在线调整的能力。当前openEuler版本支持在线给虚拟机添加内存，当虚拟机出现物理内存不足又无法关闭虚拟机的时候，可以使用此特性增加虚拟机的物理内存资源。

约束限制

创建虚拟机的时候，AArch64平台上指定的主板类型(machine)需为virt-4.1或更高virt以上，x86平台上指定的主板类型需要为pc-i440fx-1.5以上版本。
内存热插特性依赖于Guest NUMA，虚拟机必须配置Guest NUMA，否则无法完成内存热插流程。
热插内存时候必须指定新增内存所属的Gust NUMA node编号，否则内存热插失败。
虚拟机内核必须支持内存热插能力，否则虚拟机无法识别新增内存或者无法上线内存。
配置使用大页的虚拟机，热插内存的容量必须是系统hugepagesz的整数倍，否则会导致热插失败。
热插内存的大小必须为Guest物理内存块大小block_size_bytes的整数倍，否则无法正常上线。在Guest内部执行lsmem可以获取block_size_bytes大小。
配置n个virtio-net网卡后，最大可热插次数取值为min{max_slot, 64 - n}，因为要给网卡预留slot。
vhost-user设备和内存热插特性互斥。配置了vhost-user设备的虚拟机不支持内存热插；内存热插后，不支持虚拟机热插vhost-user设备。
如果虚拟机操作系统为Linux系列，请确保初始内存大于等于4GB。
如果虚拟机操作系统为Windows类型，第一次热插内存必须指定到Guest NUMA node0上，否则热插内存无法被虚拟机识别。
在直通场景下，由于需要预先分配内存，因此启动和热插内存都比普通虚拟机要慢（尤其是大规格虚拟机），属于正常现象。
建议虚拟机可用内存与热插内存的比例至少为1:32，即热插32G内存虚拟机至少需要有1G可用内存，如果低于该比例可能会导致虚拟机卡死。
热插内存是否自动上线取决于虚拟机操作系统自身逻辑，可以手动上线或者配置udev规则自动上线。

操作步骤

一、配置虚拟机XML

使用内存热插功能，需要在创建虚拟机时配置可热插内存的最大范围、预留槽位号，并配置Guest NUMA拓扑结构。

例如，为虚拟机配置32GiB初始内存，预留256个槽位号，最大支持1TiB内存上限，2个NUMA node的配置为：

<domain type='kvm'>
    <memory unit='GiB'>32</memory>
    <maxMemory slots='256' unit='GiB'>1024</maxMemory>
    <cpu mode='host-passthrough' check='none'>
        <topology sockets='2' cores='2' threads='1'/>
        <numa>
          <cell id='0' cpus='0-1' memory='16' unit='GiB'/>
          <cell id='1' cpus='2-3' memory='16' unit='GiB'/>
        </numa>
     </cpu>
    ....

说明： 其中： maxMemory字段中slots号表示预留的内存插槽，最大取值为256。 maxMemory表示虚拟机支持的最大物理内存上限。 Guest NUMA配置请参见“配置Guest NUMA”相关章节。

二、热插并上线内存

如果热插内存后需要自动上线热插的内存，可以使用root权限在虚拟机内部创建udev rules文件/etc/udev/rules.d/99-hotplug-memory.rules，并在其中定义udev规则，内容参考如下：
```
# automatically online hot-plugged memory
ACTION=="add", SUBSYSTEM=="memory", ATTR{state}="online"
```
根据需要热插的内存大小和虚拟机Guest NUMA Node创建内存描述xml文件。

例如，热插1GiB内存到NUMA node0上：
```
<memory model='dimm'>
  <target>
  <size unit='MiB'>1024</size>
  <node>0</node>
  </target>
</memory>
```
使用virsh attach-device命令为虚拟机热插内存。其中openEulerVM为虚拟机名称，memory.xml为热插内存的描述文件，—live表示热插内存在线生效，也可以使用—config 将热插内存持久化到虚拟机xml文件中。
```
# virsh attach-device openEulerVM memory.xml --live
```
说明： 如果没有使用udev rules自动上线热插内存，也可以使用root权限，参考如下命令手动上线：
```
for i in `grep -l offline /sys/devices/system/memory/memory*/state`
do
   echo online > $i
done
```