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企业手机网站开发,网站安全检测可以检测哪些内容风险信息,2017一起做网店网站,廉江新闻最新消息目录 1.前言 2.vCPU 调度优化与 NUMA 亲和性 3.内存虚拟化优化#xff1a;大页内存与透明大页 4.I/O 虚拟化极致性能#xff1a;Virtio 与 OVS-DPDK 5.中断优化与 Halt Polling 机制 6.性能测试 7.总结 1.前言 在云计算和虚拟化场景中#xff0c;鲲鹏 BoostKit 提供了面向 A…目录1.前言2.vCPU 调度优化与 NUMA 亲和性3.内存虚拟化优化大页内存与透明大页4.I/O 虚拟化极致性能Virtio 与 OVS-DPDK5.中断优化与 Halt Polling 机制6.性能测试7.总结1.前言在云计算和虚拟化场景中鲲鹏 BoostKit 提供了面向 ARMv8 架构的全栈性能优化方案。本篇文章聚焦于 BoostKit 的性能优化原理通过解析 vCPU 调度、内存虚拟化、I/O 加速和中断优化等关键技术展示其如何在虚拟化环境中释放鲲鹏处理器的极致性能并与开源 KVM/QEMU 配置进行对比。鲲鹏 BoostKit 虚拟化场景鲲鹏服务器虚拟化场景下的 “物理硬件拓扑 - 虚拟化层调度” 对应架构图接下来让我们正式的开始讲解BoostKit 虚拟化。2.vCPU 调度优化与 NUMA 亲和性虚拟机性能瓶颈往往来源于跨 NUMA 节点的内存访问延迟。BoostKit 利用 vCPU 与物理 CPU 的严格绑定、内存本地化分配以及 Linuxsched_setaffinity接口显著提升 Cache 命中率、降低上下文切换开销。我们通过 Libvirt 的 XML 配置文件来实现 vCPU 绑定。以下是一个典型的优化配置示例展示了如何将 4 个 vCPU 严格绑定到 NUMA 节点 0 的物理核 0-3 上并强制内存从同一节点分配。XMLdomain typekvmnamekunpeng-optimized-vm/namevcpu placementstatic4/vcpucputune!-- vCPU 0 绑定到物理核 0 --vcpupin vcpu0 cpuset0/!-- vCPU 1 绑定到物理核 1 --vcpupin vcpu1 cpuset1/vcpupin vcpu2 cpuset2/vcpupin vcpu3 cpuset3/!-- 模拟器线程绑定到物理核 4避免干扰业务 --emulatorpin cpuset4//cputunenumatune!-- 严格内存模式仅允许从节点 0 分配内存 --memory modestrict nodeset0//numatunecpu modehost-passthrough checknonetopology sockets1 cores4 threads1//cpu/domain在底层实现中KVM 利用 Linux 的sched_setaffinity系统调用来实现这种绑定。当 vCPU 线程被固定后L1/L2 Cache 的命中率将大幅提升同时减少了上下文切换带来的开销。对于对延时极度敏感的业务如 NFV 网元我们甚至可以使用isolcpus内核参数将物理核从 Linux 调度器中隔离出来专供虚拟机使用实现零干扰运行。查看对应的绑定情况Plain Text# 查看虚拟机 XML 配置virsh dumpxml kunpeng-optimized-vm# 查看虚拟机 vCPU 绑定及状态virsh vcpuinfo kunpeng-optimized-vm# 查看虚拟机 NUMA 拓扑信息virsh domnuma kunpeng-optimized-vm# 查看 QEMU 进程及其线程绑定的物理 CPU 核心ps -eLo pid,psr,comm | grep qemu3.内存虚拟化优化大页内存与透明大页内存虚拟化引入了额外的地址转换开销。在 ARMv8 架构下虚拟机需要经历两阶段地址翻译Stage 2 Translation首先将 Guest Virtual Address (GVA) 转换为 Guest Physical Address (GPA)再由 MMU 将 GPA 转换为 Host Physical Address (HPA)。这一过程会导致 TLB的压力剧增。BoostKit 推荐使用大页内存HugePages来缓解这一瓶颈。标准 Linux 内存页大小为 4KB而鲲鹏支持 2MB 甚至 1GB 的大页。使用大页可以显著减少页表项的数量从而提高 TLB 的命中率。以下是配置 1GB 大页的实战步骤和代码原理首先在宿主机内核启动参数中预留大页内存Bash# 编辑 /etc/default/grubGRUB_CMDLINE_LINUX... default_hugepagesz1G hugepagesz1G hugepages32# 重新生成 grub 配置并重启grub2-mkconfig -o /boot/efi/EFI/openEuler/grub.cfg宿主机大页内存配置验证Plain Text# 查看系统中大页数量和使用情况cat /proc/meminfo | grep Huge在 QEMU 启动命令行中我们需要显式指定使用大页后端Hugetlbfs。QEMU 源码中关于内存后端的初始化逻辑如下简化示意C// qemu/backends/hostmem-file.cstatic voidfile_backend_memory_alloc(HostMemoryBackend *backend, Error **errp){HostMemoryBackendFile *fb MEMORY_BACKEND_FILE(backend);gchar *name;if (!backend-size) {error_setg(errp, cant create backend with size 0);return;}if (!fb-mem_path) {error_setg(errp, mem-path property not set);return;}// 关键调用使用 mmap 映射大页文件系统中的文件// MAP_HUGETLB 标志如果支持或直接指向 hugetlbfs 挂载点name host_memory_backend_get_name(backend);memory_region_init_ram_from_file(backend-mr, OBJECT(backend),name,backend-size,fb-align,fb-ram_flags,fb-mem_path,fb-readonly,errp);g_free(name);}通过使用大页对于数据库如 MySQL、Redis等内存密集型应用性能通常可提升 10% 到 20%。此外为了进一步减少缺页异常Page Fault带来的抖动我们还可以开启 KVM 的预分配Preallocation功能在虚拟机启动时即分配所有物理内存避免运行时的动态分配开销。4.I/O 虚拟化极致性能Virtio 与 OVS-DPDKI/O 性能一直是虚拟化的短板。传统的全模拟设备如 e1000 网卡需要 QEMU 捕获每一次寄存器读写产生大量的 VMExit虚拟机退出性能极其低下。BoostKit 全面采用 Virtio 半虚拟化标准利用前后端驱动模型和共享内存环Virtqueue来减少上下文切换。更进一步为了突破 Linux 内核协议栈的瓶颈BoostKit 引入了 OVS-DPDKOpen vSwitch over Data Plane Development Kit。DPDK 通过轮询模式驱动PMD接管网卡并在用户态直接处理数据包完全绕过了内核中断和拷贝。以下是 Virtio 核心数据结构vring的 C 语言定义它展示了 Guest 和 Host 如何通过共享内存高效交换数据C/* virtio_ring.h - The Virtio Ring definition */struct vring_desc {/* Address (guest-physical) */uint64_t addr;/* Length */uint32_t len;/* The flags as indicated above. */uint16_t flags;/* Next field if flags VRING_DESC_F_NEXT */uint16_t next;};struct vring_avail {uint16_t flags;uint16_t idx;/* Ring of descriptor indices */uint16_t ring[];};struct vring_used_elem {/* Index of start of used descriptor chain. */uint32_t id;/* Total length of the descriptor chain which was used (written to) */uint32_t len;};struct vring_used {uint16_t flags;uint16_t idx;struct vring_used_elem ring[];};在 OVS-DPDK 场景下数据包从网卡直接 DMA 到用户态内存OVS 的转发逻辑在用户态完成然后直接拷贝到虚拟机的 Virtio 共享内存中。为了启用 OVS-DPDK我们需要进行如下配置Bash# 1. 配置大页DPDK 必须echo 1024 /sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-2048kB/nr_hugepages# 2. 启动 ovs-vswitchd 并启用 dpdkovs-vsctl --no-wait set Open_vSwitch . other_config:dpdk-inittrue# 3. 绑定网卡到 VFIO 驱动绕过内核驱动dpdk-devbind.py --bindvfio-pci 0000:05:00.0# 4. 创建 DPDK 类型的端口ovs-vsctl add-port br0 dpdk0 -- set Interface dpdk0 typedpdk options:dpdk-devargs0000:05:00.0这种内核旁路Kernel Bypass技术使得单核包转发率PPS提升了数倍是 5G 核心网和边缘计算场景的关键使能技术。5.中断优化与 Halt Polling 机制在虚拟化环境中当 vCPU 空闲时它会执行WFIWait For Interrupt指令并退出到宿主机VMExit让出物理 CPU。然而对于高并发短任务场景vCPU 可能很快又会被唤醒。频繁的 VMExit/VMEntry 开销巨大在 ARMv8 上约为数千个时钟周期。KVM 的 Halt Polling停机轮询机制允许 vCPU 在决定退出之前先在宿主机内核中忙等Polling一段时间。如果在这段时间内中断到达vCPU 可以直接处理而无需经历完整的上下文切换从而显著降低延迟。我们可以通过 sysfs 动态调整轮询时间Bash# 查看当前轮询时间纳秒cat /sys/module/kvm/parameters/halt_poll_ns# 设置为 50 微秒适合 Redis 等高频交互业务echo 50000 /sys/module/kvm/parameters/halt_poll_ns从内核代码层面看kvm_vcpu_block函数实现了这一逻辑Cvoid kvm_vcpu_block(struct kvm_vcpu *vcpu) {ktime_t start, cur, stop;// 如果开启了 halt_pollingif (vcpu-halt_poll_ns) {start ktime_get();stop ktime_add_ns(start, vcpu-halt_poll_ns);do {// 检查是否有挂起的中断if (kvm_vcpu_check_block(vcpu) 0) {// 有中断到达直接返回避免调度出去goto out;}cpu_relax(); // 降低 CPU 功耗等待cur ktime_get();} while (ktime_before(cur, stop));}// 轮询超时仍无中断执行真正的调度让出 CPUkvm_vcpu_schedule(vcpu);out:return;}合理的 Halt Polling 设置可以在 CPU 占用率和响应延迟之间找到最佳平衡点。对于鲲鹏多核处理器由于核心资源相对充裕我们通常可以设置较大的轮询阈值来换取更低的业务抖动。6.性能测试通过上述优化BoostKit 在虚拟化性能上取得了显著突破。我们将经过全栈优化的鲲鹏 KVM 环境与未经优化的原生 KVM基于开源 CentOS 默认配置以及业界主流的 x86 虚拟化平台进行了对比测试。测试环境硬件TaiShan 200 服务器鲲鹏 920 处理器软件openEuler 22.03 LTS, QEMU 6.2, OVS 2.17测试工具UnixBench (综合性能), Netperf (网络性能), Stream (内存性能)安装依赖与测试工具Markdown# 安装开发工具sudo dnf install -y gcc make perl perl-Time-HiRes git wget# 安装 Netperfsudo dnf install -y netperf# 安装 Stream内存带宽git clone https://github.com/jeffhammond/stream.gitcd streamgcc -O3 -fopenmp stream.c -o streamcd ..# 安装 UnixBenchgit clone https://github.com/kdlucas/byte-unixbench.gitcd byte-unixbench/UnixBenchmakecd ..执行测试命令Plain TextUnixBench# 单核cd byte-unixbench/UnixBench./Run -c 1 ../unixbench_single.log# 多核./Run ../unixbench_multi.logcd ..Stream./stream/stream stream.logNetperfnetserver性能对比数据测试指标原生 KVM (基准)BoostKit 优化后提升幅度x86 同代竞品UnixBench 单核1.01.1515%1.20UnixBench 多核1.01.3535%1.10内存带宽 (Stream)1.01.2828%1.05网络吞吐 (DPDK)1.03.50250%3.20上下文切换延迟1.00.60-40%0.70分析结论多核优势明显得益于 vCPU 绑定和 NUMA 优化鲲鹏在多核并发场景下表现优异超越了同代 x86 平台。I/O 爆发式增长OVS-DPDK 彻底释放了网络潜能使得虚拟化网络不再是瓶颈吞吐量提升了 2.5 倍。内存性能卓越大页内存和多通道内存控制器的配合使得内存密集型应用在虚拟化环境下的损耗极低。7.总结BoostKit 虚拟化优化方案通过从底层硬件特性NUMA、Cache到上层软件架构Virtio、DPDK的全面打通成功克服了虚拟化带来的性能损耗Tax为构建高性能、高密度的云数据中心提供了坚实基础。对于开发者而言深入理解并应用这些原理是掌握云原生时代性能调优的关键。