Xen环境下的内存与CPU分配：性能优化

导读：在Xen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。

【TechTarget中国原创】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：

　　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

　　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。