KVM虚拟机CPU Pinning配置教程

在KVM虚拟化环境中，掌握宿主机CPU信息是进行性能调优的第一步。下面我们先了解基本概念。

1 宿主机CPU特性查看方法

使用 virsh nodeinfo 命令可以获取宿主机的基本CPU信息，例如CPU型号、核心数和线程数。虽然信息有限，但能帮助我们对硬件配置有个初步了解。

virsh nodeinfo
CPU model: x86_64
CPU(s): 32
CPU frequency: 1200 MHz
CPU socket(s): 1
Core(s) per socket: 8
Thread(s) per core: 2
NUMA cell(s): 2
Memory size: 132119080 KiB

若要获取更详尽的物理机CPU信息，包括物理CPU数量、每个CPU的核心数以及超线程是否启用，建议使用 virsh capabilities 命令。

virsh capabilities

  
    36353332-3030-3643-5534-3235445a564a
    
      x86_64
      SandyBridge
      Intel
      
      
      
     ...
    
    ...
    
      
        
          
            
         ...
            
          
        
        
          
            
           ...
            
          
        
      
    
  
...

查看宿主机的当前空闲内存，可以使用 virsh freecell 命令：

virsh  freecell --all
    0:     787288 KiB
    1:     94192 KiB
--------------------
Total: 881480 KiB

此外，通过读取 /proc/cpuinfo 文件也能获取物理CPU的详细信息，例如：

cat /proc/cpuinfo
processor : 0
vendor_id : GenuineIntel
cpu family : 6
model : 62
model name : Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2640 v2 @ 2.00GHz
...
physical id : 0
siblings : 16
core id : 0
cpu cores : 8
...

综合以上命令的输出，我们可以得出以下结论：

• 物理CPU为两颗Intel Xeon E5-2640 v2，每颗8核心，并启用了超线程技术，因此系统中总共识别出32个逻辑CPU；
• 宿主机物理内存容量为128GB。

2 虚拟机CPU使用情况查看与调度分析

使用 virsh vcpuinfo 命令可以查看虚拟机vCPU与物理CPU之间的映射关系。

virsh  vcpuinfo 21
VCPU: 0
CPU: 25
State: running
CPU time: 10393.0s
CPU Affinity: --------yyyyyyyy--------yyyyyyyy
VCPU: 1
CPU: 8
State: running
CPU time: 7221.2s
CPU Affinity: --------yyyyyyyy--------yyyyyyyy
...

从输出可以看到，vcpu0当前被调度到物理CPU 25上，状态为运行中，累计CPU使用时间为10393.0秒。

CPU Affinity行中的yyyyyyy标记表示该虚拟机可用的物理CPU逻辑核心范围。从示例中可以看出，虚拟机的vCPU只能在8-15和24-31这些逻辑核心间调度。为何0-7和16-23不可用？这是系统自动NUMA平衡服务导致的——默认配置下，虚拟机仅能使用同一物理CPU内部的核心。

若要进一步确认虚拟机实际可用的物理逻辑CPU范围，可以使用 emulatorpin 命令：

virsh # emulatorpin 21
emulator: CPU Affinity
----------------------------------
       *: 0-31

可以看到，该虚拟机允许使用0到31所有逻辑核心。这意味着我们可以通过配置强制将vCPU调度到任意一个物理CPU上。

3 在线绑定虚拟机CPU（CPU Pinning）

如果需要强制虚拟机仅能在26-31号逻辑核心上运行，可以执行以下命令：

virsh  emulatorpin 21 26-31 --live

再次验证配置是否生效：

virsh  emulatorpin 21
emulator: CPU Affinity
----------------------------------
       *: 26-31

查看vcpuinfo信息：

virsh  vcpuinfo 21
VCPU: 0
CPU: 28
State: running
CPU time: 10510.5s
CPU Affinity: --------------------------yyyyyy
VCPU: 1
CPU: 28
State: running
CPU time: 7289.7s
CPU Affinity: --------------------------yyyyyy
...

同时检查对应的虚拟机XML配置：

virsh # dumpxml 21

  cacti-230
  ...
  4
  
    
  

更进一步，我们可以实现vCPU与物理CPU的一一绑定。例如，将vcpu 0绑定到物理CPU 28，vcpu 1绑定到29，依次类推：

virsh  vcpupin 21 0 28
virsh  vcpupin 21 1 29
virsh  vcpupin 21 2 30
virsh  vcpupin 21 3 31

再次查看XML文件，确认配置已生效：

virsh # dumpxml 21

  ...
  4
  
    
    
    
    
    
  

使用vcpuinfo命令进行验证：

virsh  vcpuinfo 22
VCPU: 0
CPU: 28
State: running
CPU time: 1.8s
CPU Affinity: ----------------------------y---
VCPU: 1
CPU: 29
State: running
CPU time: 0.0s
CPU Affinity: -----------------------------y--
...

至此，CPU绑定配置已成功应用。

4 CPU Pinning简单性能测试

那么CPU Pinning究竟能带来多大的性能提升？我们通过一个简单的测试来验证。测试环境配置如下：

• 硬件平台：两颗Intel Xeon X5650 CPU，主频2.67GHz
• 宿主机操作系统：CentOS 7，内核版本3.10.0-123.8.1.el7.x86_64
• 虚拟机系统：同样使用CentOS 7及相同内核版本
• 虚拟机CPU配置：单核
• 性能测试工具：UnixBench 5.1.2

首先测试未进行CPU绑定的性能表现：

System Benchmarks Index Score              1444.7

然后测试进行CPU绑定后的性能：

System Benchmarks Index Score              1464.1

将两组结果直接对比：

• 综合评分：绑定后1464.1，未绑定1444.7，性能提升约1.34%
• 浮点运算性能：绑定后3928.7，未绑定3880.4，性能提升约1.24%

总结：CPU Pinning确实可以带来性能提升，但幅度有限，大约在1%左右。对于大多数应用场景而言，该收益并不显著。然而，在那些对CPU亲和性有极高要求的特殊场景下，实施CPU绑定仍然是一个值得考虑的性能优化手段。