干货分享：OpenStack中的虚拟机CPU架构

计算机最主要的生产力为计算能力，而计算机的计算能力取决于CPU性能，CPU性能又与CPU的架构有关系。...





计算机最主要的生产力为计算能力，而计算机的计算能力取决于CPU性能，CPU性能又与CPU的架构有关系。CPU的架构能够决定一个CPU的性能高低和能够使用到的特性。在CPU相同主频的情况下Hasewell架构的CPU比IvyBridge架构的CPU性能高。

在虚拟化的背景下，CPU的虚拟化技术能够将单颗物理CPU模拟为多个虚拟机CPU运行。目前主流CPU硬件辅助虚拟化技术为Intel VT-X和AMD-V两种。其原理为通过引入新的指令和运行模式，使VMM和Guest OS分别运行在不同模式（ROOT 模式和非ROOT模式）下，且Guest OS 运行在Ring 0 下。

通常情况下，Guest OS 的核心指令可以直接下达到计算机系统硬件执行，而不需要经过VMM。当Guest OS执行到特殊指令的时候，系统会切换到VMM，让VMM来处理特殊指令。GuestOS负责第2级调度，即线程或进程在VCPU上的调度（将核心线程映射到相应的虚拟CPU上。）

VMM（Virtual Machine Monitor）负责第1级调度，即VCPU在物理处理单元上的调度。

两级调度的调度策略和机制不存在依赖关系。VMM负责物理处理器资源在各个虚拟机之间的分配和调度，本质上即把各个虚拟机中的VCPU按照一定的策略和机制调度在物理处理单元上，可以采用任意的策略来分配物理资源，满足虚拟机的不同需求。

在较大的OpenStack环境中，可能存在多种不同的CPU的服务器。这就导致了OpenStack计算节点的计算能力与特性不同，从而带来的问题是

1. 不同架构CPU服务器之间无法进行热迁移
2. 无法统一虚拟机的性能

为了解决以上的问题，我们可以通过将CPU架构暴露给KVM虚拟机，来解决该问题。

在libvirt中通过提供基本CPU型号名称，一组附加功能标志和拓扑（插槽/核心/线程）来指定CPU。 libvirtKVM驱动程序提供了许多标准CPU型号名称（在/usr/share/libvirt/cpu_map.xml中定义）

“486”，“pentium”，“pentium2”，“pentiumpro”，“coreduo”，“n270”，“pentiumpro”，“qemu32”，“kvm32”，“cpu64-rhel5”，“cpu64-rhel5”，“kvm64 “Opteron_G3”，“Opteron_G3”，“Opteron_G3”，“Opteron_G3”，“Opteron_G3”，“Opteron_G4”，“Pentiumpro”，“Conroe”“Penryn”，“Nehalem”，“Westmere”，“pentiumpro”，“cpu64-rhel5”，“cpu64-rhel5””

还有两种方式获取物理机的CPU模型

• “host-model” - 这将使libvirt从上面的列表中识别与主机最匹配的命名CPU模型，然后请求额外的CPU标志来完成匹配。 这将接近最大的功能/性能，如果迁移到具有略微不同的主机CPU的另一个主机，这将保持良好的可靠性/兼容性。 注意 ，由于libvirt检测主机CPU的方式，使用主机模型创建的CPU配置可能无法正常工作。 客户机CPU可能通过使用不起作用的CPU功能和其他参数（例如CPUID级别）的组合来混淆客户机操作系统（甚至导致内核崩溃）。
• “host-passthrough” - 这将使libvirt配置KVM直接获取主机CPU。 与host-model 不同，host-passthrough不仅仅匹配功能标志，还匹配主机CPU的每个最后的细节。 这将给出最大化的性能，并且对于需要检查低级CPU细节的一些应用程序可能更重要。但是虚拟机只能在完全匹配的主机CPU之间迁移。

可以通过使用virshcapabilities命令查看现在QEMU/KVM使用的CPU架构和特性在OpenStack中调整CPU架构，在nova的配置文件中修改以下内容。

[libvirt]

…

cpu_mode = None

cpu_model = None

…

配置项
内容
cpu_mode
（String）用于设置实例使用的CPU模式。

如果virt_type =“kvm |qemu”，它将默认为“host-model”，否则默认为“none”。

可用的值：

host-model：克隆主机CPU功能标志。

host-passthrough：使用主机CPU型号;

custom：使用命名的CPU模型;

none：不设置任何CPU模型。

相关选项：

cpu_model：如果使用cpu_mode，请设置此配置选项，否则这将导致错误，实例将无法启动。cpu_model
（String）设置实例使用的libvirtCPU模型的名称。

可用的值：

/usr/share/libvirt/cpu_map.xml中列出的名称

相关选项：

cpu_mode：当cpu_mode未设置为custom时，不要设置此值。这将导致错误，并且实例将无法启动。

virt_type：只有虚拟化类型kvm和qemu需要使用它。




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