VMware——虚拟机处理器核数与物理cpu的关系

虚拟机处理器核数与物理cpu的关系

2019年07月21日

vCPU，顾名思义，是虚拟CPU。创建虚拟机时，需要配置vCPU资源。因此vCPU是虚拟机的部件。因此脱离VM，谈论vCPU是没有意义的。

虚拟化管理系统(例如VMware Workstation)如何调度vCPU，取决于系统内的虚拟机数目以及虚拟机配置的vCPU的情况。

Windows系统里的信息

1、当系统内VM所需的vCPU总数少于物理CPU的核数（包括超线程Core）时，虚拟化管理系统为vCPU 分配的资源不超过一个物理CPU核。 vCPU与物理核的分配关系可以是绑定的，也可能是动态的。

比如服务器有20个核心，你创建了2个VM，每个VM 4个vCPU，那么这两个VM最多能够使用服务器的8个核心。如下面三幅图所示，物理机6核心，虚拟机vCPU为2核心，可以看出虚拟机CPU使用率100%时物理机使用率33%。

2、当系统内的VM所需要的vCPU核大于物理CPU核数时，虚拟化管理系统首先按照时间片轮流调度一遍，然后如果还有剩余的CPU资源，则给所需要的vCPU。比如系统配置了40个vCPU，只有20个物理核。那么平均每个vCPU获取一个核心50%的资源。由于一些VM忙，一些VM空闲，虚拟化系统会在一个调度周期内，划分出若干时间片，轮流给每个vCPU使用。忙的vCPU可以使用完整个时间片，而闲的vCPU用不完整个时间片，会提前释放资源。这样在一个调度周期内，对每个vCPU都调度一遍后还有空闲的时间，调度器会把剩余的资源去调度忙的vCPU。这样兼顾公平和效率。这中调度算法具体下来，大致是如下效果：系统有1个CPU 2.0 Ghz，两个VM，分配1个vCPU。如果VM1 和 VM2都忙，那么各自相当于拥有一个1.0 Ghz的

CPU。如果VM1很忙，VM1只需要 500Mhz的处理能力，那么在VM1看来，相当于暂时获得了 1.5Ghz的处理器。

3、通过对Xen的测试，系统所有虚拟机的vCPU的总数目小于和等于CPU核数时，VM的性能是比较稳定的。 VM的vCPU基本上绑定到了一个CPU核。当vCPU数目大于物理核数时，VM的性能稳定性变差。

确实如此，我用VMware Workstation 15.1做过测试，当先CPU总数大于物理核数时，经常出现物理CPU 和vCPU负载都100%的情况，物理机系统和虚拟机系统都卡死了。其实系统负载并不大，估计是调度出了问题。

Linux系统里的信息

在linux下的/proc/cpuinfo文件里，保存了cpu的详细的信息，有兴趣的可以打开看看。

如果还不够理解，那么看下面的例子：processor代表vCPU的核心，physical ID代表物理CPU编号，core ID代表物理核心编号，siblings代表物理CPU的线程数，cpu cores代表物理CPU的核数。

从表中可以看到有两个物理cpu，一个cpu双核四线程，共计八个逻辑cpu。

此例说明有逻辑处理器0 和 4 驻留在物理封装 0 的内核 0 上。这就表示逻辑处理器 0 和 4 支持超线程（HT）技术。相同的工作可用于封装 0 内核1 上的逻辑处理器 2 和 6，封装 1 内核 2 上的逻辑处理器 1 和 5，以及封装 1 内核 3 上的逻辑处理器 3 和7。此系统支持超线程（HT）技术，因为两个逻辑处理器共享同一个内核。有两种方式可以确定是否支持多内核。由于内核 0 和 1 存在于封装0 上，而内核 2 和 3 存在于封装 1 上，所以这是一个多内核系统。此外，cpu cores 条目为2，也说明有两个内核驻留在物理封装中。这是一个多路系统，因为有两个封装。

下面我们考虑，kvm(LINUX系统的虚拟化程序)虚拟出来的虚拟机（vm）是运行在单独的一个逻辑cpu还是可以分别在各个cpu之间运行？虚拟机cpu（vcpu）是什么概念？物理机（host）怎么看待kvm和vcpu?为了搞懂这个概念我们还是要回到命令行中看。举例说明：

我这里有一个虚拟机叫core8，它含有8个虚拟cpu它的进程编号是20736.就是说core8在host看来就是一个进程而已，这个集成的编号是20736.那么现在提出一个问题，这个core8的8个vcpu是怎么个情况呢？在哪里运行呢？这时还是得借助命令行。我们在host里使用ps指令，但是不能单纯了用ps，还要借助于参数：ps -eL//e的意思是打印所有进程，L的意思是连线程也不放过。我这里只显示一下和我们的20736进程相关的信息：

你会看到和20736相关的有九行，那么这九行是什么呢？

首先第一列都是20736，第二列里只有第一行是20736，后面的都不是。那么我们这时就应该明白了，对于host来说，kvm虚拟机是一个进程（20736），虚拟机的vcpu都是这个进程衍生出来的线程。这就是为什么除了20736还有另外八行的原因。

那么我们接着询问，这八个线程是跑在同一个逻辑cpu里吗？为了回答这个问题，我们接着做实验：

还是借助于ps指令：ps -eLo ruser,pid,ppid,lwp,psr| awk ‘{if($5==1) print$0}’

解释为：ps命令显示当前系统的进程信息的状态，它的“-e”参数用于显示所有的进程，“-L”参数用于将线程（LWP，light-weightprocess）也显示出来，“-o”参数表示以用户自定义的格式输出（其中“psr”这列表示当前分配给进程运行的处理器编号，“lwp”列表示线程的ID，“ruser”表示运行进程的用户，“pid”表示进程的ID，“ppid”表示父进程的ID，）。结合ps和awk工具的使用，是为了分别打印出来运行在不同的逻辑cpu上的进程线程情况。上面的指令就是打印出1号（从0开始编号）cpu的进行线程情况，我们这里只列出和我们相关的：

这时你会看到，哦，20736号进程衍生出来的线程只有一部分运行在逻辑cpu1上，其它的线程在其它的cpu上了。

这时就大概明白了，不同的vcpu只是不同的线程，而不同的线程是跑在不同的cpu上的。