云计算——CPU虚拟化

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 前言

本章将会讲解云计算虚拟化中的CPU虚拟化。

一.CPU虚拟化

在物理机（宿主机）中通过线程或进程这种纯软件方式模拟出假的CPU，通过CPU虚拟化就可以将一个物理CPU发给不同的虚拟机使用。

• 虚拟出来的每颗CPU实际上就是一个线程或者进程，因此物理CPU核数要大于虚拟CPU总核数。

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 1.CPU虚拟化的计算

计算公式：总资源=服务器CPU个数*单个CPUx核数kernel*线程（超线程为2，单线程为1）

（1）一颗cpu的算力

1. 未开启超线程

算力=cpu核心数*主频

2.开启超线程

算力=cpu核心数*2*主频
 
超线程是将一颗cpu通过分时复用的方式变为2个逻辑cpu,操作系统识别到的就是逻辑cpu

（2） 一台服务器的算力

整个服务器的”算力“= cpu个数*cpu核心数*2*主频

（3）集群的算力

服务器1+服务器2的”算力“=整个集群的”算力“

（4）举例

例如：某服务器有四个主频为3.0GHZ的CPU，每个CPU四核，超线程。可以虚拟多少VCPU口和总资源？

每个CPU有4核x2线程=8个线程，服务部有西个主颇也就是四个CPU，则服务器总共可以虚拟的 VCPU=8×4=32个

总资源=32×3.0GHZ=96GHZ

一般多个虚拟机之间可以复用一个物理CPU.所以单台服务器上的虚拟机可以使用的VCPU大于总的VCPU数量。

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 2.CPU Qos

CPU QoS（Quality of Service）服务质量，用来控制虚拟机使用CPU资源量的大小。

• CPU资源限额：控制虚拟机占用物理资源使用的上限。
• CPU资源份额：定义了多台虚拟机在竞争物理CPU资源时，需按比例分配计算资源。
• CPU预留资源：定义了多台虚拟机在竞争物理CPU时，每台虚拟机最低分配的计算资源。

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例：一个2.8GHZ单物理机，三台VM：A、B、C，分得的份额分别是1000、2000、4000，预留分别是700MHZ、0MHZ、0MHZ。思考一下满CPU运行时每台资源？

（三个都有）预留———》份额————》限额

• A=700MHZ
• B=(2.8GHZ-700MHZ) × 1/3 =700MHZ
• C=(2.8GHZ-700MHZ)× 2/3 =1400MHZ

（1）CPU Qos的优点

CPU QoS的优点是可以提高网络性能，提高网络的可靠性和稳定性，提高网络的安全性和可管理性。缺点是可能会增加网络延迟和降低网络吞吐量

3.NUMA

NUMA(Non Uniform Memory Access Architecture)非统一内存访问体系结构，提高物理服务器性能的一种技术。

（1）NUMA的优点

NUMA 的主要优点是伸缩性。

NUMA 体系结构在设计上已超越了 SMP 体系结构在伸缩性上的限制。通过 SMP，所有的内存访问都传递到相同的共享内存总线。

这种方式非常适用于 CPU 数量相对较少的情况，但不适用于具有几十个甚至几百个 CPU 的情况，因为这些 CPU 会相互竞争对共享内存总线的访问。

NUMA 通过限制任何一条内存总线上的 CPU 数量并依靠高速互连来连接各个节点，从而缓解了这些瓶颈状况。

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• 将物理服务器的CPU和内存资源分到多个node上，node内的内存访问效率最高。
• NUMA保证了一个VM上的VCPU尽量分配到同一个node中的物理CPU上，如果一台VM的VCPU跨node访问内存的话，访问的延时肯定增加。

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