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应公司要求最近作者一直在调研虚机性能优化相关的技术，不得不说相关技术博大且精深，我也不得不在这些技术上面花费了相当长的时间与精力。也导致了我的文章断更了很长时间。现在稍稍有些时间，对这一段时间的工作做一下总结，希望对大家能有所帮助。

由于技术的广泛性我计划使用两篇文档来总结概述这些技术：第一篇文档介绍宿主机调优，和存储调优；第二篇文档主要集中在介绍各种网络调优方案。

这些内容都是本人根据自己理解整理出来的，由于很多技术本人也是刚刚接触，如果文章有误，欢迎批评指正。另外下面优化方案都是在 x86 CPU 测试的，不一定能适用于 arm 架构 CPU 的环境。本文只介绍优化方案，不提供相关测试数据（有些是因为还没来得及测试，有些是因为涉及到公司产品不方便公开）。

宿主机参数调整

这里想向大家介绍一个很好用的工具 TuneD： https://tuned-project.org/。

安装方法：

Fedora 系列操作系统

dnf install tuned

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Debian 系列操作系统

欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧!apt install tuned

安装之后需要启动 Tuned 服务

systemctl start tuned

Tuned是一款争对 Linux 的性能调优工具，通过 Tuned 我们不需要再去学习庞大且晦涩的 Linux 内核参数，不需要在去艰难地研究每个参数改设置未何值。Tuned 预置了一些 profile （一个 profile 可以理解未一套系统参数调整方案：包括内核参数，CPU 参数，电源参数）。不同的 profile 适用于不同的场景，可以通过 tuned-adm list 命令查看 Tuned 预置的 profiles。

欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧!# tuned-adm list
Available profiles:
- accelerator-performance - Throughput performance based tuning with disabled higher latency STOP states
- balanced - General non-specialized tuned profile
- desktop - Optimize for the desktop use-case
- hpc-compute - Optimize for HPC compute workloads
- intel-sst - Configure for Intel Speed Select Base Frequency
- latency-performance - Optimize for deterministic performance at the cost of increased power consumption
- network-latency - Optimize for deterministic performance at the cost of increased power consumption, focused on low latency network performance
- network-throughput - Optimize for streaming network throughput, generally only necessary on older CPUs or 40G+ networks
- optimize-serial-console - Optimize for serial console use.
- powersave - Optimize for low power consumption
- throughput-performance - Broadly applicable tuning that provides excellent performance across a variety of common server workloads
- virtual-guest - Optimize for running inside a virtual guest
- virtual-host - Optimize for running KVM guests
Current active profile: virtual-host

因为我们是要优化 qemu-kvm 性能，所以我们只需要关注虚拟化相关，上面 profiles 有两个和虚拟化相关：virtual-host 和 virtual-guest，顾名思义，virtual-host 应当应用在宿主机上，virtual-guest 应当应用在虚拟机内部。

查看当前应用的 profile：

# tuned-adm active
Current active profile: balanced

把 profile 切换成 virtual-host：

tuned-adm profile virtual-host

TuneD 重预置的 profile 位于 /usr/lib/tuned/，可以在改目录下查看每个 profile 的配置，了解每个 profile 都做了什么。

存储调优

ceph

我们公司用的主要存储后端是 ceph，所以我们也主要以 ceph 位目标，讲解一些优化方案。为了方便讲解，我把使用 ceph 作为存储后端的数据路径概述成三个阶段：前端->传输->后端，前端：虚机数据到 librbd；传输：ceph 是一套分布式存储，主要通过网络来传输数据，网络的性能是影响 ceph 性能的一个关键因素；后端：osd 将数据落盘。其中传输阶段的调优方案计划放在下一篇文档，和网络调优方案一起介绍。

librbd

关于虚机数据到 librbd这一阶段的优化主要参考两篇文档：

• https://docs.ceph.com/en/quincy/rbd/qemu-rbd/
• https://docs.ceph.com/en/quincy/rbd/rbd-config-ref/

第一篇文档讲解的是如何通过 qemu 操作配置 ceph rbd（qemu 代码已经集成了 librbd），第二篇文档讲解的是 librbd 相关的配置，这些配置需要配置在 /etc/ceph/ceph.conf 的 [client] 下。

下面我就摘出一些我认为的可以影响性能的一些配置项（本人还没有来得及一项一项的测试）：

• rbd_read_from_replica_policy

rbd 副本读策略，我们知道 ceph 为了可靠性，ceph 数据是多副本存放的，副本数据存放位置根据 crush 规则的不同，可以是不同的 osd，不同的主机，不同的机架，甚至是不同的机房。改配置项影响到 librbd 从什么位置来读取数据，改配置项的值有三种选择：default（总是从主副本所在 osd 读取），balance（随机选择一个副本读取），localize（根据 crush map 就近读取）。个人建议把这个配置项的值配置为 localize。

• rbd_cache

是否为 rbd 开启缓存，默认值是 true （开启缓存）。开启后能极大优化读性能，对于写性能的优化还需根据 rbd_cache_policy 的值来决定

• rbd_cache_policy

缓存策略（主要影响的是写操作），有三种值可选：writethrough（写通：缓存和后端硬盘同时写入才算成功）；writeback（写回：写入缓存即算成功）；writearound（默认选项，写入数据时不经过缓存直接写入后端硬盘）。这三个值：writeback 性能是最高的，但是存在丢失数据的风险（物理机突然宕机，缓存中数据会丢失），writethrough 和 writearound 性能差不多，但是 writethrough 会在缓存中参数更多的无用数据（不会被立即读取使用的数据）。

其他和 cache 相关的配置项：rbd_cache_size，rbd_cache_max_dirty，rbd_cache_target_dirty，rbd_cache_max_dirty_age 个人认为默认值就行。

• *预读相关配置

预读能极大优化顺序读的性能，开启预读一般会作用于虚机的启动阶段，优化虚机启动性能（选择操作系统一般都会支持预读，虚机启动后使用操作系统的预读即可）。相关的配置项有三个：rbd_readahead_trigger_requests（触发预读所需的顺序读请求数），rbd_readahead_max_bytes 预读的最大字节数，rbd_readahead_disable_after_bytes（从RBD映像中读取这么多字节之后，该映像的预读将被禁用，直到关闭为止，一般认为读到这么多字节后虚机已经成功启动，后续使用操作预读即可。）个人认为把 rbd_readahead_trigger_requests 值适当调小，rbd_readahead_max_bytes 和 rbd_readahead_disable_after_bytes 值适当调大，可以增加性能。

osd

我们知道固态硬盘（ssd）的读写速度要远大于机械硬盘（hdd），但是固态硬盘的价格也要远大于机械硬盘。如果 osd 采用 ssd，虽然速度快，但是价格昂贵；反之，如果 osd 采用 hdd，同样的花销，存储空间话大好几倍，但是速度也会慢很多。那有么有什么办法将两者结合起来呢？

osd 将数据落盘这一阶段，介绍一种 bcache 的方案，通过 bcache 我们就可以把 hdd 的价格优势和 ssd 的性能优势结合起来。bcache 是一个内核模块，最早出现在 linux 3.10 内核，其重要原理是使用少量的 ssd 盘为大量 hdd 盘做缓存，应用直接对 ssd 盘进行读写，bcache 会根据用户配置的策略适时的把 ssd 中的数据刷入 hdd。

关于 bcache 的操作可参考：https://markrepo.github.io/maintenance/2018/09/10/bcache。这里就不做过多的介绍了。

SPDK

SPDK (Storage Performance Development Kit)：https://spdk.io/doc/，是 intel 开发的一套优化存储性能的工具库，其原理参照了 DPDK：https://www.dpdk.org/：1、在用户空间驱动设备，避免了数据从用户空间到内核空间的拷贝；2、轮询代替中断，能更快的响应数据的读写。

虽然 SPDK 描述自己是一组工具和库，但是 SPDK 本身也提供了一些应用示例：https://spdk.io/doc/user_guides.html，这其中有两个示例应用可以用于优化 ceph 性能：

• vhost target [1], 其是一种 vhost-user (https://qemu-project.gitlab.io/qemu/interop/vhost-user.html) 的实现，相对于传统的 ceph vhost 实现（qemu 中集成 librbd）,SPDK 的 vhost-user-blk 借助轮询的特性移除了传统的 I/O 提交通知的机制，增大了 vhost 服务的的吞吐，减少了 I/O 时延。这个应用作用于上文提到的 Ceph 数据路径的前端。
• bdev [2]，使用 SPDK 提供的块设备作为 ceph osd 的存储设备，可以减少 osd 提交数据的延迟与吞吐，配置方法可以参考ceph 文档[3]。这种方式特别适用于 Nvme 高性能设备，能使 osd 充分利用设备的性能。
• [1] https://spdk.io/doc/vhost.html
• [2] https://spdk.io/doc/bdev.html
• [3] https://docs.ceph.com/en/latest/rados/configuration/bluestore-config-ref/#spdk-usage