17.6. 仮想マシンの CPU パフォーマンスの最適化

手順

1. 仮想マシンに割り当てることができる vCPU の最大数を調整します。これは、仮想マシンの次回起動時に有効になります。

   たとえば、仮想マシン testguest の vCPU の最大数を 8 に増やすには、次のコマンドを実行します。

   # virsh setvcpus testguest 8 --maximum --config

   最大値は、CPU トポロジー、ホストハードウェア、ハイパーバイザー、およびその他の要素によって制限される可能性があることに注意してください。

2. 仮想マシンに割り当てられている現在の仮想 CPU の数を調整し、直前のステップで設定された最大数まで調整します。以下に例を示します。

   • 実行中の仮想マシン testguest にアタッチされている vCPU を 4 に増やすには、以下を実行します。

     # virsh setvcpus testguest 4 --live

     これにより、仮想マシンの次回の起動まで、仮想マシンのパフォーマンスおよび testguest のホスト負荷のフットプリントが高まります。

   • testguest 仮想マシンにアタッチされている vCPU の数を永続的に 1 に減らすには、次のコマンドを実行します。

     # virsh setvcpus testguest 1 --config

     これにより、仮想マシンの次回の起動後に、仮想マシンのパフォーマンスおよび testguest のホスト負荷のフットプリントが低下します。ただし、必要に応じて、仮想マシンに追加の vCPU をホットプラグして、一時的にパフォーマンスを向上させることができます。

手順

1. 仮想マシン インターフェイスで、情報を表示する仮想マシンを選択します。

   新しいページが開き、選択した仮想マシンに関する基本情報を含む Overview セクションと、仮想マシンのグラフィカルインターフェイスにアクセスするための Console セクションが表示されます。

2. 概要ペインで、vCPU の数の横にある 編集 をクリックします。

   vCPU の詳細ダイアログが表示されます。

   

1. 選択した仮想マシンの仮想 CPU を設定します。

   • vCPU 数: 現在使用中の vCPU の数

     注記

     vCPU 数は、vCPU 最大値以下にする必要があります。

   • vCPU 最大値 - 仮想マシンに設定できる仮想 CPU の最大数を入力します。この値が vCPU 数 よりも大きい場合には、vCPU を追加で仮想マシンに割り当てることができます。
   • ソケット - 仮想マシンに公開するソケットの数を選択します。
   • ソケットごとのコア - 仮想マシンに公開する各ソケットのコア数を選択します。

   • コアあたりのスレッド - 仮想マシンに公開する各コアのスレッド数を選択します。

     Sockets、Cores per socket、および Threads per core オプションは、仮想マシンの CPU トポロジーを調整することに注意してください。これは、vCPU のパフォーマンスにメリットがあり、ゲスト OS の特定のソフトウェアの機能に影響を与える可能性があります。デプロイメントで別の設定が必要ない場合は、デフォルト値のままにします。

2. Apply をクリックします。

   仮想マシンに仮想 CPU が設定されます。

   注記

   仮想 CPU 設定の変更は、仮想マシンの再起動後にのみ有効になります。

1. 特定ホストの CPU、またはある範囲の CPU に特定の vCPU スレッドをピニングします。これは、NUMA 以外のホストおよび仮想マシンでも可能で、vCPU のパフォーマンスを向上させる安全な方法として推奨されています。

   たとえば、次のコマンドでは、仮想マシン testguest6 の vCPU スレッドの 0 から 5 を、ホストの CPU 1、3、5、7、9、11 にそれぞれピニングします。

   # virsh vcpupin testguest6 0 1
   # virsh vcpupin testguest6 1 3
   # virsh vcpupin testguest6 2 5
   # virsh vcpupin testguest6 3 7
   # virsh vcpupin testguest6 4 9
   # virsh vcpupin testguest6 5 11

   その後、これが成功したかどうかを確認できます。

   # virsh vcpupin testguest6
   VCPU   CPU Affinity
   ----------------------
   0      1
   1      3
   2      5
   3      7
   4      9
   5      11

2. vCPU スレッドのピニング後に、指定の仮想マシンに関連付けられた QEMU プロセススレッドを、特定ホスト CPU、またはある範囲の CPU に固定することもできます。たとえば、以下のコマンドは、testguest6 の QEMU プロセススレッドを CPU 13 および 15 にピニングし、これが成功したことを確認します。

   # virsh emulatorpin testguest6 13,15
   # virsh emulatorpin testguest6
   emulator: CPU Affinity
   ----------------------------------
          *: 13,15

3. これで、特定の仮想マシンに対して割り当てられるホストの NUMA ノードを指定することができます。これにより、仮想マシンの vCPU によるホストメモリーの使用率が向上します。たとえば、次のコマンドでは、ホスト NUMA ノード 3 ～ 5 を使用するように testguest6 を設定し、これが成功したかどうかを確認します。

   # virsh numatune testguest6 --nodeset 3-5
   # virsh numatune testguest6

解決方法

1. ホストトポロジーに関する情報を取得します。

   # virsh capabilities

   この出力には、以下のようなセクションが含まれます。

   <topology>
     <cells num="2">
       <cell id="0">
         <memory unit="KiB">15624346</memory>
         <pages unit="KiB" size="4">3906086</pages>
         <pages unit="KiB" size="2048">0</pages>
         <pages unit="KiB" size="1048576">0</pages>
         <distances>
           <sibling id="0" value="10" />
           <sibling id="1" value="21" />
         </distances>
         <cpus num="6">
           <cpu id="0" socket_id="0" core_id="0" siblings="0,3" />
           <cpu id="1" socket_id="0" core_id="1" siblings="1,4" />
           <cpu id="2" socket_id="0" core_id="2" siblings="2,5" />
           <cpu id="3" socket_id="0" core_id="0" siblings="0,3" />
           <cpu id="4" socket_id="0" core_id="1" siblings="1,4" />
           <cpu id="5" socket_id="0" core_id="2" siblings="2,5" />
         </cpus>
       </cell>
       <cell id="1">
         <memory unit="KiB">15624346</memory>
         <pages unit="KiB" size="4">3906086</pages>
         <pages unit="KiB" size="2048">0</pages>
         <pages unit="KiB" size="1048576">0</pages>
         <distances>
           <sibling id="0" value="21" />
           <sibling id="1" value="10" />
         </distances>
         <cpus num="6">
           <cpu id="6" socket_id="1" core_id="3" siblings="6,9" />
           <cpu id="7" socket_id="1" core_id="4" siblings="7,10" />
           <cpu id="8" socket_id="1" core_id="5" siblings="8,11" />
           <cpu id="9" socket_id="1" core_id="3" siblings="6,9" />
           <cpu id="10" socket_id="1" core_id="4" siblings="7,10" />
           <cpu id="11" socket_id="1" core_id="5" siblings="8,11" />
         </cpus>
       </cell>
     </cells>
   </topology>

2. (必要に応じて) 適用可能なツールおよびユーティリティー を使用して、仮想マシンのパフォーマンスをテストします。

3. ホストに 1 GiB の Huge Page を設定してマウントします。

   1. ホストのカーネルコマンドラインに次の行を追加します。

      default_hugepagesz=1G hugepagesz=1G

   2. /etc/systemd/system/hugetlb-gigantic-pages.service ファイルを以下の内容で作成します。

      [Unit]
      Description=HugeTLB Gigantic Pages Reservation
      DefaultDependencies=no
      Before=dev-hugepages.mount
      ConditionPathExists=/sys/devices/system/node
      ConditionKernelCommandLine=hugepagesz=1G
      
      [Service]
      Type=oneshot
      RemainAfterExit=yes
      ExecStart=/etc/systemd/hugetlb-reserve-pages.sh
      
      [Install]
      WantedBy=sysinit.target

   3. /etc/systemd/hugetlb-reserve-pages.sh ファイルを以下の内容で作成します。

      #!/bin/sh
      
      nodes_path=/sys/devices/system/node/
      if [ ! -d $nodes_path ]; then
      	echo "ERROR: $nodes_path does not exist"
      	exit 1
      fi
      
      reserve_pages()
      {
      	echo $1 > $nodes_path/$2/hugepages/hugepages-1048576kB/nr_hugepages
      }
      
      reserve_pages 4 node1
      reserve_pages 4 node2

      これにより、4 つの 1GiB の Huge Page が node1 から予約され、さらに別の 4 つの 1 GiB の Huge Page が node2 から予約されます。

   4. 前の手順で作成したスクリプトを実行ファイルにします。

      # chmod +x /etc/systemd/hugetlb-reserve-pages.sh

   5. システムの起動時に Huge Page 予約を有効にします。

      # systemctl enable hugetlb-gigantic-pages

4. virsh edit コマンドを使用して、最適化する仮想マシンの XML 設定 (この例では super-VM) を編集します。

   # virsh edit super-vm

5. 次の方法で仮想マシンの XML 設定を調整します。

   1. 仮想マシンが 8 つの静的 vCPU を使用するように設定します。これを行うには、<vcpu/> 要素を使用します。

   2. トポロジーでミラーリングする、対応するホスト CPU スレッドに、各 vCPU スレッドをピニングします。これを行うには、<cputune> セクションの <vcpupin/> 要素を使用します。

      上記の virsh 機能 ユーティリティーで示されているように、ホストの CPU スレッドは、各コアで連続的に順次付けされません。また、vCPU スレッドは、同じ NUMA ノード上のホストのコアの利用可能な最大セットに固定される必要があります。表の図については、以下の トポロジーの例 セクションを参照してください。

      手順 a と b の XML 設定は次のようになります。

      <cputune>
        <vcpupin vcpu='0' cpuset='1'/>
        <vcpupin vcpu='1' cpuset='4'/>
        <vcpupin vcpu='2' cpuset='2'/>
        <vcpupin vcpu='3' cpuset='5'/>
        <vcpupin vcpu='4' cpuset='7'/>
        <vcpupin vcpu='5' cpuset='10'/>
        <vcpupin vcpu='6' cpuset='8'/>
        <vcpupin vcpu='7' cpuset='11'/>
        <emulatorpin cpuset='6,9'/>
      </cputune>

   3. 1 GiB の Huge Page を使用するように仮想マシンを設定します。

      <memoryBacking>
        <hugepages>
          <page size='1' unit='GiB'/>
        </hugepages>
      </memoryBacking>

   4. ホスト上で対応する NUMA ノードからメモリーを使用するように、仮想マシンの NUMA ノードを設定します。これを行うには、<numatune/> セクションの <memnode/> 要素を使用します。

      <numatune>
        <memory mode="preferred" nodeset="1"/>
        <memnode cellid="0" mode="strict" nodeset="0"/>
        <memnode cellid="1" mode="strict" nodeset="1"/>
      </numatune>

   5. CPU モードが host-passthrough に設定され、CPU が passthrough モードでキャッシュを使用していることを確認します。

      <cpu mode="host-passthrough">
        <topology sockets="2" cores="2" threads="2"/>
        <cache mode="passthrough"/>

検証

1. 仮想マシンの XML 設定に、以下のようなセクションが含まれていることを確認します。

   [...]
     <memoryBacking>
       <hugepages>
         <page size='1' unit='GiB'/>
       </hugepages>
     </memoryBacking>
     <vcpu placement='static'>8</vcpu>
     <cputune>
       <vcpupin vcpu='0' cpuset='1'/>
       <vcpupin vcpu='1' cpuset='4'/>
       <vcpupin vcpu='2' cpuset='2'/>
       <vcpupin vcpu='3' cpuset='5'/>
       <vcpupin vcpu='4' cpuset='7'/>
       <vcpupin vcpu='5' cpuset='10'/>
       <vcpupin vcpu='6' cpuset='8'/>
       <vcpupin vcpu='7' cpuset='11'/>
       <emulatorpin cpuset='6,9'/>
     </cputune>
     <numatune>
       <memory mode="preferred" nodeset="1"/>
       <memnode cellid="0" mode="strict" nodeset="0"/>
       <memnode cellid="1" mode="strict" nodeset="1"/>
     </numatune>
     <cpu mode="host-passthrough">
       <topology sockets="2" cores="2" threads="2"/>
       <cache mode="passthrough"/>
       <numa>
         <cell id="0" cpus="0-3" memory="2" unit="GiB">
           <distances>
             <sibling id="0" value="10"/>
             <sibling id="1" value="21"/>
           </distances>
         </cell>
         <cell id="1" cpus="4-7" memory="2" unit="GiB">
           <distances>
             <sibling id="0" value="21"/>
             <sibling id="1" value="10"/>
           </distances>
         </cell>
       </numa>
     </cpu>
   </domain>

2. (必要に応じて) アプリケーションツールおよびユーティリティー を使用して仮想マシンのパフォーマンスをテストし、仮想マシンの最適化への影響を評価します。

1. ksmtuned サービスをインストールします。

   # dnf install ksmtuned

2. サービスを起動します。

   • 単一セッションで KSM を有効にするには、systemctl ユーティリティーを使用して ksm および ksmtuned サービスを開始します。

     # systemctl start ksm
     # systemctl start ksmtuned

   • KSM を永続的に有効にするには、systemctl ユーティリティーを使用して ksm サービスおよび ksmtuned サービスを有効にします。

     # 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