雙路物理CPU機器上安裝Ubuntu并部署KVM以實現系統多開

在雙路物理CPU機器上安裝Ubuntu并部署KVM以實現系統多開，并追求性能最優，需要從硬件、宿主機系統、KVM配置、虛擬機配置等多個層面進行優化。

以下是詳細的操作指南和優化建議：

階段一：BIOS/UEFI 設置優化 (重啟進入)

  1. 啟用虛擬化技術:

    • Intel CPU: Intel VT-x (Virtualization Technology)

    • AMD CPU: AMD-V (SVM - Secure Virtual Machine)

    • 通常在 CPU Configuration 或 Advanced Settings 中。

  2. 啟用 IOMMU (Input/Output Memory Management Unit):

    • Intel CPU: Intel VT-d (Virtualization Technology for Directed I/O)

    • AMD CPU: AMD-Vi

    • 這對于PCI設備直通 (passthrough) 非常重要，能顯著提升某些VM的I/O性能。

  3. 禁用不必要的設備:

    • 如果某些板載設備（如串口、并口、不用的聲卡）VM用不到，可以在BIOS中禁用，以釋放中斷資源。

  4. 內存設置:

    • 確保內存運行在支持的最高頻率。

    • 如果支持，啟用NUMA (Non-Uniform Memory Access)。雙路CPU幾乎必然是NUMA架構。

  5. 電源管理:

    • 將電源管理配置文件設置為 "高性能" (High Performance) 或類似選項。避免節能模式降低CPU頻率。

    • 禁用C-states (CPU idle states) 或者使用?intel_idle.max_cstate=0?或?processor.max_cstate=0?內核參數（后續宿主機優化中會提到），以減少CPU喚醒延遲，但會增加功耗。需要權衡。

階段二：Ubuntu Server 安裝

  1. 選擇最新LTS版本:?推薦使用最新的Ubuntu Server LTS版本（如22.04 LTS），以獲得較新的內核和KVM/QEMU版本，通常包含性能改進和新特性。

  2. 最小化安裝:?選擇 "Minimal installation" 或只安裝必要的核心組件，避免不必要的軟件包和服務消耗資源。

  3. 磁盤分區:

    • OS盤:?建議使用SSD，分配足夠的空間給?/?(根目錄) 和?/boot。

    • VM存儲盤:

      • 高性能方案:?使用高速NVMe SSD或SSD RAID陣列。

      • 大容量方案:?可以使用HDD RAID，但性能會遠低于SSD。

      • 分區策略:

        • LVM (Logical Volume Manager):?推薦使用LVM管理VM存儲，方便動態調整、快照等。在LVM上創建邏輯卷來存放VM鏡像。

        • 單獨分區:?也可以直接使用單獨的分區（如?/var/lib/libvirt/images?掛載到獨立的高速磁盤分區）。

    • Swap分區:?如果物理內存充足（例如64GB+），可以設置較小的Swap（如4-8GB）或不設置，依賴物理內存。如果內存可能緊張，適當設置Swap。

階段三：KVM及相關工具安裝

sudo apt update
sudo apt upgrade -y# 安裝KVM及管理工具
sudo apt install -y qemu-kvm libvirt-daemon-system libvirt-clients bridge-utils virt-manager cpu-checker# 檢查KVM是否可用
sudo kvm-ok
# 輸出應包含 "KVM acceleration can be used"# 將當前用戶添加到libvirt和kvm組，以便無需sudo管理VM
sudo adduser $(whoami) libvirt
sudo adduser $(whoami) kvm
# 注意：需要重新登錄或重啟使組更改生效# 啟動并設置libvirtd服務開機自啟
sudo systemctl enable --now libvirtd
sudo systemctl status libvirtd

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Use code?with caution.Bash

階段四：宿主機系統性能優化

  1. CPU調速器 (CPU Governor):

    • 將其設置為?performance?模式，讓CPU以最高頻率運行。

    sudo apt install cpufrequtils -y
echo 'GOVERNOR="performance"' | sudo tee /etc/default/cpufrequtils
sudo systemctl disable ondemand # 如果存在
sudo systemctl restart cpufrequtils # 或重啟系統
# 驗證
cat /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_governor

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    Use code?with caution.Bash

  2. NUMA優化:?雙路CPU系統是NUMA架構，優化NUMA至關重要。

    • 安裝NUMA工具:

      sudo apt install numactl -y

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      Use code?with caution.Bash

    • 查看NUMA拓撲:

      numactl --hardware
lscpu | grep NUMA

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      Use code?with caution.Bash

    • 綁定服務到NUMA節點:?盡量將libvirtd服務和相關的qemu-system-*進程綁定到特定的NUMA節點，或者至少讓它們均勻分布。通常libvirtd自身不需要嚴格綁定，但它啟動的QEMU進程（即VM）需要。

    • IRQ平衡:?確保irqbalance服務運行，它會嘗試將硬件中斷分配到不同的CPU核心，避免單核瓶頸。

      sudo systemctl enable --now irqbalance

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      Use code?with caution.Bash

      對于高性能網絡和存儲，有時需要手動調整IRQ親和性，將特定設備的IRQ綁定到VM vCPU所在的NUMA節點的CPU核心上。

  3. 內核參數優化 (GRUB):

    • 編輯?/etc/default/grub?文件，修改?GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT?行。

    • 常用參數:

      • intel_iommu=on?或?amd_iommu=on?(如果BIOS中已啟用，這里可以再次確認或強制啟用，對PCI直通重要)

      • isolcpus=<cpu_list>: 隔離部分CPU核心專門給VM使用，宿主機不調度普通進程到這些核心。需要仔細規劃，例如將某些核心完全留給特定高性能VM。

      • nohz_full=<cpu_list>: 針對isolcpus指定的CPU核心禁用內核時鐘滴答，減少VM抖動。

      • rcu_nocbs=<cpu_list>: 減少RCU回調對隔離CPU的干擾。

      • transparent_hugepage=never?或?transparent_hugepage=madvise:

        • never: 完全禁用透明大頁，手動為VM配置靜態大頁 (HugePages) 性能更好。

        • madvise: 僅在應用程序通過madvise()請求時使用THP，是一個折中。

        • 對于KVM，如果打算使用靜態HugePages，則應禁用THP。

      • elevator=noop?或?elevator=none?(對于SSD/NVMe): 設置I/O調度器為?noop?(或?none?for NVMe)，因為SSD有自己的內部調度邏輯。

        • 也可以通過udev規則設置:?echo noop > /sys/block/sdX/queue/scheduler

    • 示例:
      GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="quiet splash intel_iommu=on transparent_hugepage=never elevator=none"

    • 更新GRUB后生效:

      sudo update-grub
sudo reboot

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      Use code?with caution.Bash

  4. HugePages (靜態大頁):

    • 減少TLB (Translation Lookaside Buffer) miss，提高內存密集型應用性能。

    • VM內存應配置為使用HugePages。

    • 計算所需大頁數量:?(VM總內存 / HugePage大小)。常見HugePage大小為2MB或1GB。

      # 查看支持的HugePage大小
cat /proc/meminfo | grep Hugepagesize
# 假設Hugepagesize: 2048 kB (2MB)
# 如果要給VM分配32GB內存，需要 32 * 1024 / 2 = 16384 個2MB大頁
# 預留 (在 /etc/sysctl.conf 或 .conf 文件中)
# sudo sysctl -w vm.nr_hugepages=16384
# 或在啟動時通過內核參數：hugepages=16384
# 永久生效:
echo "vm.nr_hugepages=16384" | sudo tee -a /etc/sysctl.conf
sudo sysctl -p

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      Use code?with caution.Bash

    • 確保在VM的XML配置中啟用HugePages。

  5. 網絡優化:

    • 使用橋接網絡 (Bridged Networking):?virsh net-define,?virsh net-start,?virsh net-autostart?或使用?virt-manager?創建。橋接提供接近物理網絡的性能，VM像獨立主機一樣在局域網中。

    • vhost-net:?確保啟用。KVM默認會使用vhost-net，它將網絡包處理移到內核空間，減少上下文切換，提高性能。

      lsmod | grep vhost_net # 應該能看到模塊加載

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    • SR-IOV (Single Root I/O Virtualization):?如果網卡和主板支持，這是網絡性能的極致。它允許物理網卡虛擬出多個VF (Virtual Function)，直接分配給VM，VM擁有近乎獨占的網卡硬件資源。配置較復雜。

階段五：虛擬機 (VM) 創建與優化

使用?virt-manager?(圖形化) 或?virsh?(命令行) 創建和管理VM。以下是優化點，主要通過編輯VM的XML配置文件 (virsh edit <vm_name>) 實現。

  1. CPU配置 (<vcpu>,?<cputune>):

    • CPU模式 (<cpu mode='...' ...>):

      • host-passthrough: 將宿主機CPU特性完整透傳給VM，通常性能最好，但VM遷移可能受限于目標主機的CPU型號。

      • host-model: 模擬宿主機CPU型號，提供較好的性能和一定的遷移兼容性。

      • 避免使用通用CPU型號 (如?qemu64,?kvm64)，除非為了最大化遷移兼容性。

    • vCPU數量 (<vcpu placement='static' current='X'>X</vcpu>):?按需分配，不要過度分配。current屬性設為與最大vcpu數一致。

    • CPU釘扎/親和性 (<vcpupin>):

      • 關鍵優化！?將VM的vCPU綁定到宿主機的特定物理核心上，特別是綁定到同一NUMA節點的核心上。

      • 避免VM的vCPU在不同NUMA節點的物理核心間遷移，這會導致嚴重的性能下降。

      • 示例 (假設VM有2個vCPU，要綁定到物理CPU 0和1):

        <cputune><vcpupin vcpu="0" cpuset="0"/><vcpupin vcpu="1" cpuset="1"/><!-- 如果有更多vCPU和物理核心，繼續添加 -->
</cputune>

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        Use code?with caution.Xml

    • NUMA感知 (<numatune>):

      • 將VM的內存也分配到其vCPU所在的NUMA節點上。

      • 示例 (VM內存分配到宿主機NUMA節點0):

        <numatune><memory mode="strict" nodeset="0"/><!-- 如果VM本身也模擬NUMA，則需要更復雜的配置 -->
</numatune>

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        Use code?with caution.Xml

      • 如果VM本身也需要模擬NUMA架構（例如，大型數據庫VM），則需要更細致的配置，將VM的虛擬NUMA節點映射到宿主機的物理NUMA節點。

        <cpu ...><numa><cell id='0' cpus='0-1' memory='2048' unit='MiB'/> <!-- VM的NUMA節點0用vCPU 0-1，2GB內存 --><!-- ... --></numa>
</cpu>
<numatune><memnode cellid='0' mode='strict' nodeset='0'/> <!-- VM節點0的內存來自宿主機節點0 -->
</numatune>

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  2. 內存配置 (<memory>,?<memoryBacking>):

    • 分配大小:?按需分配。

    • HugePages:

      <memoryBacking><hugepages/>
</memoryBacking>

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      確保宿主機已配置足夠的HugePages。

    • 內存鎖定 (<locked/>):?防止VM內存被交換到磁盤。

      <memoryBacking><hugepages/><locked/>
</memoryBacking>

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  3. 磁盤I/O優化 (<disk>):

    • 磁盤總線 (<disk type='file' device='disk'> <driver name='qemu' type='...' cache='...' io='...'/> ... </disk>):

      • virtio-blk: 傳統的半虛擬化塊設備，性能不錯。

      • virtio-scsi: 更現代，支持更多SCSI特性（如TRIM/UNMAP），通常推薦用于SSD。需要?<controller type='scsi' model='virtio-scsi'/>。

    • 鏡像格式 (type):

      • raw: 性能最好，無額外開銷，但不支持快照、動態擴展等特性。

      • qcow2: 功能豐富（快照、寫時復制、壓縮、加密），但有性能開銷。

        • 優化qcow2:

          • preallocation=metadata?或?preallocation=falloc?(創建時預分配，減少碎片)。

          • lazy_refcounts=on?(新版本qemu)。

    • 緩存模式 (cache):

      • none: 宿主機不緩存，VM直接訪問存儲，適合VM內部有良好緩存機制或數據庫等應用。通常是SSD的最佳選擇。

      • writethrough: 寫操作同時寫入宿主機緩存和物理磁盤，數據安全，但寫入慢。

      • writeback: 寫操作先寫入宿主機緩存，后異步寫入物理磁盤，寫入快，但宿主機崩潰可能丟數據。

      • directsync: 類似none，但使用O_DIRECT | O_SYNC。

      • unsafe: 僅用于測試，完全依賴宿主機緩存，不保證數據一致性。

    • I/O模式 (io):

      • native: 使用Linux AIO (Asynchronous I/O)，通常是最佳性能選擇。

      • threads: 使用QEMU用戶空間的線程池處理I/O。

    • I/O線程 (<iothreads>X</iothreads>,?<iothreadids>):

      • 為VM分配專用的I/O處理線程，減少主QEMU線程的I/O壓力。

      • 示例 (分配1個iothread):

        <iothreads>1</iothreads>
...
<disk type='file' device='disk'><driver name='qemu' type='qcow2' cache='none' io='native'/><source file='/path/to/vm.qcow2'/><target dev='vda' bus='virtio'/><iotune> <!-- 可選，精細控制 --><total_bytes_sec>...</total_bytes_sec><total_iops_sec>...</total_iops_sec></iotune><address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x07' function='0x0'/><iothread_ids> <!-- 僅virtio-scsi支持綁定到特定iothread --><iothread id="1"/></iothread_ids>
</disk>

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      • 對于virtio-blk，可以通過?driver ... queue_size=N?調整隊列深度，并結合?<blkiotune>?進行IO限速。

    • 塊大小 (<blockio logical_block_size='512' physical_block_size='4096'/>):?如果底層物理磁盤是4K扇區 (Advanced Format)，對齊VM的塊大小可以提高性能。

  4. 網絡I/O優化 (<interface>):

    • 設備模型 (<model type='virtio'/>):?始終使用?virtio?(virtio-net)，這是半虛擬化網卡，性能遠超模擬的?e1000?或?rtl8139。

    • 多隊列Virtio-net (queues='N'):

      • 允許VM有多個收發隊列，每個隊列可以由不同的vCPU處理，提高網絡吞吐和并發。

      • N?通常設置為VM的vCPU數量，但不超過網卡物理隊列數（如果是SR-IOV）或宿主機支持的隊列數。

      • 示例:

        <interface type='bridge'><source bridge='br0'/><model type='virtio'/><driver name='vhost' queues='4'/> <!-- 假設VM有4個vCPU --><address type='pci' domain='0x0000' bus='0x00' slot='0x03' function='0x0'/>
</interface>

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        Use code?with caution.Xml

    • SR-IOV (如前所述):?如果硬件支持，配置?<interface type='hostdev' managed='yes'>?并指定PF的VF。

  5. 顯卡 (<video>):

    • 對于服務器VM，通常不需要強大的圖形性能。使用?virtio?顯卡模型，或?none?(如果通過串行控制臺管理)。

    • <model type='virtio' heads='1' primary='yes'/>

    • 如果完全不需要圖形界面，可以移除<graphics>和<video>部分，僅保留<console>。

階段六：虛擬機內部 (Guest OS) 優化

  1. 安裝Virtio驅動:?現代Linux發行版通常自帶Virtio驅動。Windows VM需要手動安裝Virtio驅動 (從Fedora項目下載ISO)。

  2. Guest OS調優:

    • 關閉不必要的服務。

    • I/O調度器:?對于virtio-blk或virtio-scsi設備，在VM內部也建議使用?noop?或?none?(NVMe) 或?mq-deadline?(新內核)。

      # 在VM內部執行
echo 'noop' > /sys/block/vda/queue/scheduler # 假設VM磁盤是vda

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      Use code?with caution.Bash

    • 網絡參數:?調整TCP/IP棧參數，如增大緩沖區等，根據應用類型而定。

    • 時間同步:?確保VM時間與宿主機同步，KVM通常會自動處理，但檢查一下沒壞處 (chrony?或?systemd-timesyncd)。

階段七：持續監控與調整

  1. 宿主機監控:

    • top,?htop?(查看CPU、內存占用)

    • vmstat,?iostat,?sar?(系統活動、I/O統計)

    • numastat -m <qemu_pid>?(查看VM在NUMA節點間的內存分布)

    • perf top -p <qemu_pid>?(分析VM進程的熱點函數)

    • virsh domstats <vm_name>?(獲取VM的各種統計信息)

    • virt-top?(類似top，但針對VM)

  2. VM內部監控:?使用VM內部的監控工具。

  3. 基準測試:?在優化前后進行基準測試（如?fio?for disk I/O,?iperf?for network,?sysbench?for CPU/memory），量化優化效果。

  4. 迭代優化:?性能優化是一個持續的過程。根據監控結果和應用需求，不斷調整配置。

重要注意事項:

  • ** workload特性:** 不同的VM應用（如Web服務器、數據庫、計算密集型任務）對資源的需求和瓶頸點不同，優化策略應有所側重。

  • 穩定性優先:?不要為了極致性能而犧牲穩定性。某些激進的優化可能導致系統不穩定。

  • 逐步調整:?每次只修改一個或少數幾個相關參數，測試效果，避免一次性改動過多難以定位問題。

  • 備份:?在進行重大配置更改前，備份宿主機和VM的重要數據及配置文件。

  • 文檔:?記錄你的優化步驟和參數，方便后續維護和問題排查。

對于雙路CPU，NUMA親和性 (CPU和內存綁定到同一NUMA節點)?是最關鍵的優化點之一。其次是使用Virtio驅動和設備，然后是磁盤I/O (緩存模式、I/O模式、鏡像格式)?和網絡I/O (多隊列、vhost-net)。HugePages對內存密集型應用也非常有益。

遵循這些步驟，你的KVM環境應該能達到相當高的性能水平。祝你成功！

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智能手表申請歐盟 EN 18031 認證&#xff08;針對消費類物聯網設備的網絡安全標準&#xff09;的流程與智能門鎖類似&#xff0c;但需結合手表的功能特性&#xff08;如數據交互、定位、支付等&#xff09;調整合規重點。以下是具體流程和關鍵要點&#xff1a; 一、標準適配與…
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算法-全排列

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1、全排列函數的使用 舉例&#xff1a;{1,2,3}的全排列 #include<iostream> #include<bits/stdc.h> using namespace std; typedef long long ll; int main(){ll a[3] {1, 2, 3};do{for (ll i 0; i < 3;i){cout << a[i] << " ";}cout…
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面試加分秘籍：校招數據傾斜場景下的SQL優化方案

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校招面試經常會問大家有沒有過調優的經驗&#xff0c;相信大家的回答基本都是往數據傾斜和小文件問題這兩方面回答&#xff0c;對于數據傾斜相信大部分同學對熱key打散或null值引發的傾斜已經非常熟悉&#xff0c;但這些內容面試官也是聽膩了&#xff0c;希望大家在面試時候講一…
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Elasticsearch索引機制與Lucene段合并策略深度解析

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引言 在現代分布式搜索引擎Elasticsearch中&#xff0c;文檔的索引、更新和刪除操作不僅是用戶交互的核心入口&#xff0c;更是底層存儲架構設計的關鍵挑戰。本文圍繞以下核心鏈路展開&#xff1a; 文檔生命周期管理&#xff1a;從客戶端請求路由到分片定位&#xff0c;從內存…
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