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本文分享至飞腾开发者平台《飞腾平台虚拟机组播性能调优指南》

1 介绍

  组播技术是IP网络数据传输三种方式之一，是介于单播和广播之间的数据传输方式。满足将信息从源主机发送至网络中多个目标主机要求，同时解决了单播和广播方式效率低的问题。

  在虚拟化、云平台盛行的时代，网络的性能成为躲避不掉的话题。在一些需要高精度、高时效性的组播环境下，对于网络性能的要求就更加严格。目前对于解决虚拟机中组播性能的方案还存在空白点，影响虚拟机中组播性能的因素有较多，本文介绍如何提升虚拟机组播的性能。

  以上关于组播技术的介绍，参考链接：http://www.xjishu.com/zhuanli/62/202110764857.html

2 优化策略环境要求

2.1 宿主机环境

  宿主机环境要求如下表所示。

项目	说明
机器类型	FT-2000+/64服务器
网络	Intel Corporation I350 Ethernet Controller
操作系统	centos7.5
内核版本	4.19.109

2.2 虚拟机环境

虚拟机环境要求如下表所示。

项目	说明
机器类型	FT-2000+/64服务器
网络	SRIOV
操作系统	centos7.5
内核版本	4.14.0-49.el7a.aarch64

2.3 背景

  组网示意图如图所示。中间节点默认组播转发性能很低，大约50Mbps的组播转发性能，为了达到680Mbps的组播转发性能，需要使用多方面的调优方法。

3 优化思路

优化项	优化思路
SRIOV技术透访	使用SRIOV技术透访VF给虚拟机
使用大页内存	宿主机分配大页内存
核绑定	将虚拟机vcpu与物理cpu绑定
UDP缓存	增大内核协议栈udp缓存大小
网卡中断	调整网卡接收软中断

4 调优步骤

4.1 宿主机

4.1.1 配置SR-IOV网卡

  原理：SR-IOV 技术是一种基于硬件的虚拟化解决方案，可提高性能和可伸缩性。SR-IOV 标准允许在虚拟机之间高效共享 PCIe（Peripheral Component Interconnect Express，快速外设组件互连）设备，并且它是在硬件中实现的，可以获得能够与本机性能媲美的I/O性能。

  关于SR-IOV技术的详细介绍，参考链接：https://blog.****.net/junbaozi/article/details/125417368

  优化方法：

lshw -c network -businfo

echo 1 \> /sys/bus/pci/devices/0000\\:05\\:00.1/sriov_numvfs

virsh nodedev-detach pci_0000_05_10_1//分割设备，网卡的虚拟口都要分离才能起虚拟机

4.1.2 设置大页

  原理：简单来说就是通过增大操作系统页的大小来减小页表，这样大页内存TLB miss很少，缺页中断也很少，极高的提高了性能。

优化方法：

//查看支持的大页尺寸和大页是否开启

cat /proc/meminfo \| grep Huge

//分配大页

echo 128 \> /sys/kernel/mm/hugepages/hugepages-524288kB/nr_hugepages

//挂载大页

mount -t hugetlbfs nodev /mnt/huge

4.2 虚拟机

4.2.1 虚拟机核绑定

  原理：虚拟vcpu绑定到物理CPU，减少核间切换带来的影响，提升程序运行性能。

  关于具体绑核方法可参考链接：https://support.huaweicloud.com/tngg-kunpengcpfs/kunpengkvm_05_0008.html

  优化方法：虚拟16个vcpu，每个vcpu绑定到对应的一个物理cpu。虚拟机的xml内容如下：

<cputune>

<vcpupin vcpu='0' cpuset='0'/>

<vcpupin vcpu='1' cpuset='1'/>

<vcpupin vcpu='2' cpuset='2'/>

<vcpupin vcpu='3' cpuset='3'/>

<vcpupin vcpu='4' cpuset='4'/>

<vcpupin vcpu='5' cpuset='5'/>

<vcpupin vcpu='6' cpuset='6'/>

<vcpupin vcpu='7' cpuset='7'/>

<vcpupin vcpu='8' cpuset='8'/>

<vcpupin vcpu='9' cpuset='9'/>

<vcpupin vcpu='10' cpuset='10'/>

<vcpupin vcpu='11' cpuset='11'/>

<vcpupin vcpu='12' cpuset='12'/>

<vcpupin vcpu='13' cpuset='13'/>

<vcpupin vcpu='14' cpuset='14'/>

<vcpupin vcpu='15' cpuset='15'/>

<emulatorpin cpuset='0-15'/>

</cputune>

4.2.2 透访VF

  原理：把通过SR-IOV虚拟的VF透访给虚拟机使用，虚拟机能直接访问PCIE网卡资源，提升网络性能。

  优化方法：

<hostdev mode='subsystem' type='pci' managed='yes'>

<source>

<address domain='0x0000' bus='0x09' slot='0x10' function='0x0'/>

</source>

</hostdev>

4.2.3 增加大页

  原理：配置虚拟机使用大页内存，提升虚拟机运行的性能。

  虚拟机使用大页可参考链接：https://support.huaweicloud.com/tngg-kunpengcpfs/kunpengkvm_05_0012.html

  优化方法：

<memoryBacking>

    <hugepages>

        <page size='524288' unit='KiB'/>

    </hugepages>

</memoryBacking>

4.2.4 增大udp缓存

  原理：因为CPU并发执行，当速率较高时候，报文可能因为缓冲区溢出而导致丢包，适当调整UDP的接收和发送缓存，从而提升网络的性能。

  优化方法：

//增加udp的接收缓存

echo 22937600\> /proc/sys/net/core/rmem_default

echo 22937600\> /proc/sys/net/core/rmem_max

cat /proc/sys/net/core/rmem_default

cat /proc/sys/net/core/rmem_max

//增加udp的发送缓存

echo 22937600 \> /proc/sys/net/core/wmem_default

echo 22937600 \> /proc/sys/net/core/wmem_max

4.2.5 网卡软中断调优

  原理：因为intel i350虚拟VF只支持单队列，导致数据包处理负载不均衡。RPS全称是Receive Packet Steering，其原理是单纯地以软件方式实现接收的报文在cpu之间平均分配，从而提升网络性能。

  优化方法：

//调整网卡接收软中断，如调优接口enp5s0的rx-0队列相应参数

echo ffff \> /sys/class/net/enp5s0/queues/rx-0/rps_cpus

echo 32768 \> /sys/class/net/enp5s0/queues/rx-0/rps_flow_cnt

echo 32768 \> /proc/sys/net/core/rps_sock_flow_entries

//调整网卡发送软中断，如调优接口enp5s0的tx-0队列相应参数

echo 7fff \> /sys/class/net/enp4s0/queues/tx-0/xps_cpus

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