kvm虚拟机性能调优，kvm虚拟机性能和物理机比较

***：本文聚焦于KVM虚拟机性能调优以及KVM虚拟机与物理机性能的比较。KVM虚拟机性能调优旨在提升其运行效率，涉及到多种技术手段与参数调整。而在性能比较方面，KVM虚拟机和物理机有着不同的特性。物理机具有直接硬件访问的优势，KVM虚拟机则依赖宿主机资源。通过对比两者性能，能更好地了解KVM虚拟机的优势与不足，为其在不同场景下的优化和应用提供依据。

本文目录导读：

1. KVM虚拟机与物理机性能比较的基础
2. KVM虚拟机性能调优策略
3. 调优后的KVM虚拟机与物理机性能比较

《KVM虚拟机性能调优：与物理机性能比较及优化策略》

KVM虚拟机与物理机性能比较的基础

1、硬件资源共享方式

- 物理机直接访问硬件资源，如CPU、内存、存储和网络设备，它拥有对这些资源的独占控制权，硬件指令直接在物理硬件上执行。

- KVM虚拟机通过宿主机（物理机）的硬件资源进行虚拟化，虚拟机的CPU、内存等资源是从宿主机分配而来的，KVM使用宿主机的CPU进行指令集的模拟和执行，内存也是从宿主机的内存池中分配给虚拟机使用，这种共享方式在一定程度上会引入一些性能开销，因为需要进行资源的调度和管理。

2、I/O性能差异

- 物理机的I/O操作直接与硬件设备交互，物理机的磁盘I/O直接访问磁盘控制器和磁盘设备，网络I/O直接与网络接口卡（NIC）通信，这种直接的交互方式使得物理机在I/O操作上具有较低的延迟和较高的带宽利用率。

- 在KVM虚拟机中，I/O操作需要经过虚拟化层，虚拟机的磁盘I/O可能会通过宿主机的虚拟磁盘驱动，网络I/O可能会通过虚拟网络设备，这就导致了额外的处理开销，虚拟机的磁盘I/O可能会因为虚拟磁盘驱动的缓存和调度机制而产生一定的延迟。

3、CPU性能对比

- 物理机的CPU可以全速运行应用程序，指令直接在物理CPU核心上执行，没有中间层的干扰。

- KVM虚拟机中的CPU是虚拟的，它依赖于宿主机的CPU进行指令的模拟和执行，当多个虚拟机同时运行在一个宿主机上时，需要对CPU资源进行调度，KVM使用内核调度器来分配CPU时间片给各个虚拟机，虽然现代的CPU支持硬件虚拟化技术（如Intel VT - x和AMD - V），可以提高虚拟机CPU的执行效率，但仍然存在一定的性能损耗，尤其是在高负载和频繁上下文切换的情况下。

KVM虚拟机性能调优策略

1、CPU性能调优

CPU绑定：将虚拟机的虚拟CPU（vCPU）绑定到宿主机的物理CPU核心上，这样可以减少CPU调度的开销，提高虚拟机CPU的执行效率，在Linux系统中，可以使用taskset命令将虚拟机进程绑定到特定的CPU核心上，要根据虚拟机的负载情况合理分配vCPU数量，如果分配过多的vCPU给一个虚拟机，可能会导致频繁的CPU上下文切换，降低性能。

启用CPU超线程（HT）：如果宿主机的CPU支持超线程技术，可以启用它来提高整体的CPU处理能力，超线程技术可以使一个物理CPU核心同时处理两个线程，从而在多任务环境下提高性能，在某些情况下，如果虚拟机的工作负载对缓存和内存带宽非常敏感，超线程可能不会带来明显的性能提升，甚至可能会因为资源竞争而降低性能，所以需要根据实际情况进行测试和评估。

2、内存性能调优

内存分配策略：合理分配虚拟机的内存大小，要根据虚拟机运行的应用程序的需求来确定内存大小，如果内存分配过小，会导致频繁的内存交换（swap）操作，严重影响性能，可以使用大页（Huge Pages）来提高内存访问效率，大页可以减少内存管理单元（MMU）的页表项数量，从而降低内存管理的开销，在KVM中，可以通过配置宿主机内核来启用大页，并在虚拟机中进行相应的设置。

内存 ballooning技术：KVM支持内存ballooning技术，它可以动态地调整虚拟机的内存大小，当宿主机内存资源紧张时，可以通过ballooning技术回收虚拟机的内存，当虚拟机需要更多内存时，可以再分配给它，这种动态调整内存的方式可以提高宿主机内存资源的利用率。

3、磁盘性能调优

磁盘I/O调度算法：在宿主机上选择合适的磁盘I/O调度算法，对于固态硬盘（SSD），可以使用noop调度算法，因为SSD没有传统机械硬盘的寻道时间等问题，noop调度算法可以减少不必要的I/O调度开销，对于机械硬盘，可以根据负载情况选择cfq（完全公平队列）或deadline调度算法，可以将虚拟机的磁盘文件存储在高性能的存储设备上，如RAID阵列或者高速的NVMe固态硬盘。

缓存设置：合理设置虚拟机磁盘的缓存策略，KVM支持多种缓存模式，如write - back、write - through等，write - back模式可以提高磁盘写操作的性能，因为数据先写入缓存，然后再异步写入磁盘，但是这种模式在宿主机突然断电等情况下可能会导致数据丢失，所以需要根据数据的重要性和应用程序的要求来选择合适的缓存模式。

4、网络性能调优

虚拟网络设备优化：选择合适的虚拟网络设备类型，KVM支持多种虚拟网络设备，如virtio - net，virtio - net是一种半虚拟化的网络设备，它可以提供比传统的模拟网络设备更好的性能，通过在虚拟机中安装virtio - net驱动，可以降低网络I/O的开销，可以调整虚拟网络设备的队列长度等参数，根据网络流量的大小来优化网络性能。

网络带宽限制：如果宿主机上运行多个虚拟机，为了防止某个虚拟机占用过多的网络带宽，可以设置网络带宽限制，在Linux系统中，可以使用tc（traffic control）命令来对虚拟机的网络流量进行限制和整形，这样可以确保每个虚拟机都能获得合理的网络带宽，提高整体的网络服务质量。

调优后的KVM虚拟机与物理机性能比较

1、经过调优后的提升

- 经过CPU性能调优后，KVM虚拟机的CPU性能可以接近物理机的水平，通过CPU绑定和合理的vCPU分配，在一些计算密集型任务中，虚拟机的性能损耗可以控制在10%以内。

- 在内存性能方面，采用大页和内存ballooning技术后，虚拟机的内存访问效率得到提高，内存管理开销降低，在磁盘性能上，选择合适的I/O调度算法和缓存模式后，磁盘I/O的延迟可以大大降低，读写速度接近物理机在相同存储设备上的性能，对于网络性能，使用virtio - net等优化措施后，网络带宽利用率和网络延迟也有明显的改善。

2、仍然存在的差异

- 尽管经过调优，KVM虚拟机在某些极端情况下仍然与物理机存在性能差异，在处理实时性要求极高的任务（如某些工业控制场景）时，物理机由于直接的硬件访问，能够提供更稳定和低延迟的性能，在硬件资源接近饱和的情况下，物理机的性能表现相对更可预测，而虚拟机可能会因为资源的共享和调度而受到一定的影响。

通过对KVM虚拟机的性能调优，可以在很大程度上提高虚拟机的性能，使其在很多应用场景下能够满足用户的需求，并且在性能上与物理机的差距不断缩小，在实际应用中，需要根据具体的业务需求和硬件环境，综合运用各种调优策略，以达到最佳的性能效果。