虛擬化平臺(tái)至今已經(jīng)發(fā)展了十多年的時(shí)間。其中 Hyper-V 技術(shù)現(xiàn)在也已經(jīng)是第三代版本。用戶對(duì)于虛擬化計(jì)算也越來越接受，這也有了公有云發(fā)展的基礎(chǔ)。然而在很多時(shí)候，用戶在使用基于 Hyper-V 的 Azure 平臺(tái)時(shí)，仍然有關(guān)于虛擬機(jī)計(jì)算能力的疑問，例如 :

• 虛擬化的功能的確很強(qiáng)大，但是會(huì)不會(huì)有性能問題，運(yùn)行在 Hyper-V 平臺(tái)的虛擬機(jī)是不是比 Hyper-V 服務(wù)器的性能要差？
• 在 Azure 平臺(tái)上，由于 Azure 是多租戶的系統(tǒng)，為了公平起見，是不是所有同一個(gè)大小，或是同一系列的虛擬機(jī)都會(huì)部署在同一種型號(hào)的物理服務(wù)器上？
• 我看到有的虛擬機(jī)使用的是 Intel 系列的 CPU，有的服務(wù)器使用的是 AMD 的 CPU，它們的主頻，性能都不同，為什么收費(fèi)是相同的，是不是當(dāng)中存在欺詐和不平等的行為？

今天，我們來詳細(xì)了解一下 Azure（Hyper-V）平臺(tái)上的虛擬機(jī)計(jì)算能力。在具體了解虛擬機(jī)的計(jì)算能力之前，我們先來設(shè)定一個(gè)計(jì)算能力的衡量標(biāo)準(zhǔn)。目前業(yè)界有很多 CPU 的評(píng)測(cè)工具。為簡(jiǎn)單起見，我選擇的是 wPrime，原因是：

• 容易使用，測(cè)試方法就是計(jì)算 10 億內(nèi)的所有自然數(shù)的平方根。
• 可以很方便選擇多個(gè)工作線程，這樣在多 CPU 的虛擬機(jī)上可以靈活配置。
• 測(cè)試不涉及內(nèi)存和磁盤系統(tǒng)，結(jié)果也相對(duì)單純。運(yùn)算時(shí)間越長(zhǎng)，運(yùn)算能力越差。

需要指出的是 wPrime 只是為了便于本文描述性能而采用的工具，其僅僅測(cè)試了虛擬機(jī) CPU 能力的某一個(gè)方面，并不代表微軟官方對(duì)于虛擬機(jī)計(jì)算能力的測(cè)試方法。本文中實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)僅僅是來自于一個(gè)或幾個(gè)特定實(shí)例，更多是用于表達(dá)不同虛擬機(jī)大小之間的比例關(guān)系，不作為官方衡量的依據(jù)。

針對(duì)于某些虛擬機(jī)計(jì)算能力的測(cè)試，實(shí)際上官方已經(jīng)公布了一些數(shù)據(jù)。而這些數(shù)據(jù)是基于業(yè)界公認(rèn)的測(cè)試方案，如 SPECint 2006 等。

• Linux VM 的計(jì)算基準(zhǔn)測(cè)試分?jǐn)?shù)
• Windows VM 的計(jì)算基準(zhǔn)測(cè)試分?jǐn)?shù)

眾所周知， Azure 平臺(tái)是基于 Hyper-V 架構(gòu)的。為了理解 Azure 平臺(tái)的虛擬機(jī)計(jì)算能力，我們需要初步了解下 Hyper-V 架構(gòu)。

此處并不需要詳細(xì)了解圖中所有方格代表的組件的工作原理，只需知道 Hyper-V 平臺(tái)存在兩種分區(qū)(Partition)。其中最常用的一個(gè)分區(qū)，Child Partition，也就是我們通常意義上講的虛擬機(jī)。值得注意的是另一個(gè)特殊分區(qū)，Root Partition，它是一個(gè)管理分區(qū)，用來管理物理主機(jī)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)、電源管理、設(shè)備熱插拔等。同時(shí)，也是唯一可以直接訪問物理主機(jī)硬件資源的分區(qū)。此時(shí)，大家可能已經(jīng)明白，在一臺(tái) Hyper-V 服務(wù)器上，當(dāng)我們連接上電源、鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器，在本地登錄時(shí)，我們實(shí)際上就是登陸了 Root Partition 這樣一臺(tái)虛擬機(jī)。而其他的 Child Partition 和 Root Partition 是并行的關(guān)系，Child Partition（虛擬機(jī)）并不是運(yùn)行在 Root Partition 內(nèi)部的。

問題一：通常運(yùn)行在所謂的控制臺(tái)（Console）中的應(yīng)用程序，實(shí)際上是運(yùn)行在 Root Partition 這樣一臺(tái)虛擬機(jī)里的。那 Root Partition 和 Child Partition 的運(yùn)算能力有區(qū)別嗎？通過 wPrime 進(jìn)行第一個(gè)計(jì)算能力測(cè)試：在 Hyper-V 主機(jī)(Root Partition) 以及與其屬于同一物理服務(wù)器中的同樣核數(shù)的虛擬機(jī)上計(jì)算 10 億內(nèi)的所有自然數(shù)的平方根。為保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，每臺(tái)機(jī)器計(jì)算兩次。結(jié)果如下：

分區(qū)測(cè)試一測(cè)試二CPU 性能

Child Partition	236 秒	236 秒
Root Partition	227 秒	229 秒

考慮到虛擬機(jī)內(nèi)部在測(cè)試時(shí)還有一定的 CPU 使用，以及 Root Partition 在 Hyper-V 的框架中的確有一些優(yōu)勢(shì)，但是從測(cè)試結(jié)過上看，差距微乎其微，在 3% 左右。因此，為個(gè)人認(rèn)為從計(jì)算能力來看，Child Partition 和 Root Partition 是不存在差異的。

另外，我們注意到，Root Partition 和 Child Partition 顯示的 CPU 的型號(hào)是一致的，都是 i7-4770 @3.4GHz。其實(shí)這在 Hyper-V 的架構(gòu)上也可以理解。我們可以把物理主機(jī)的 CPU 資源看作是一個(gè)資源池，這個(gè)資源池原則上根據(jù)虛擬機(jī)的邏輯 CPU 的個(gè)數(shù)，來平均分配給各個(gè)虛擬機(jī)。當(dāng)每個(gè) CPU 使用自己的時(shí)間片時(shí)，他就可以使用物理 CPU 的主頻來完成自己的計(jì)算任務(wù)。

這時(shí)，大家可能有一個(gè)疑問，在同一臺(tái) Hyper-V 主機(jī)上運(yùn)行的虛擬機(jī)的 CPU 是否有同樣的計(jì)算能力？換句話說，這些邏輯 CPU 是不是能夠以同等機(jī)會(huì)拿到 CPU 的時(shí)間片，當(dāng)它拿到 CPU 時(shí)間片后，是不是就能夠以物理主機(jī)的主頻來完成計(jì)算任務(wù)？我們來看一看 Hyper-V 上的虛擬機(jī)的 CPU 配置就清楚了：

在 Hyper-V 控制臺(tái)程序中，對(duì)于虛擬機(jī) CPU 配置有以下幾部分：

CPU 配置缺省值說明

Virtual Machine Reserve	缺省為 0	系統(tǒng)為該虛擬機(jī)保留的 CPU 資源
Virtual Machine Limit	缺省為 100	該虛擬機(jī)可以達(dá)到的性能比例
Relative Weight	缺省為 100	該虛擬機(jī)在系統(tǒng)分配資源時(shí)的比重

第一個(gè)選項(xiàng)為虛擬機(jī)保留更多的資源，第二個(gè)選項(xiàng)限定了虛擬機(jī)是否可以完全使用物理資源，第三個(gè)選項(xiàng)設(shè)定了該虛擬機(jī)同其他虛擬機(jī)相比取得 CPU 時(shí)間片的幾率。其中第二第三個(gè)選項(xiàng)回答了我們之前的疑問：在同一臺(tái)物理主機(jī)上運(yùn)行的虛擬機(jī)，他們?nèi)〉脮r(shí)間片的幾率是可以調(diào)整的，當(dāng)虛擬機(jī)獲得時(shí)間片之后，我們也可以限定它是否可以完全利用 CPU 的最大性能。簡(jiǎn)單的進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)我們把 Virtual Machine Limit 的值從 100 改成 50，即表明該虛擬機(jī)只可以使用 50 的最大性能，測(cè)試結(jié)果如下：

Virtual Machine Limit測(cè)試一測(cè)試二CPU 性能

Limit = 100	330 秒	332 秒
Limit = 50	680 秒	679 秒

從測(cè)試中可以看出，當(dāng)虛擬機(jī)的上限被設(shè)定時(shí)，虛擬機(jī)的計(jì)算能力也相應(yīng)被限定，盡管 Task Manager 中 CPU 的硬件型號(hào)及處理速度還和物理硬件保持一致。

小結(jié)：

• Root Partition 和 Child Partition 在計(jì)算能力上沒有顯著的差異。
• 虛擬機(jī)的 CPU 類型與其物理主機(jī)的類型一致。它僅僅是一個(gè)硬件信息，而不代表計(jì)算能力。
• 在同一臺(tái)物理主機(jī)上運(yùn)行的多個(gè)虛擬機(jī)，Hyper-V 完全有能力控制單個(gè)虛擬機(jī)的計(jì)算能力。

同時(shí)，這也回答了我們?cè)谖恼麻_頭提到的第二個(gè)問題，同一大小，同一類型的虛擬機(jī)并不是一定部署在同一種硬件設(shè)備上。Hyper-V 可以控制虛擬機(jī)的計(jì)算能力。

在 Azure 平臺(tái)上，我們定義了很多虛擬機(jī)的大小標(biāo)準(zhǔn)，其中只有 Dv2 系列和 F 系列的虛擬機(jī)指定了其是基于最新一代 2.4 GHz Intel Xeon E5-2673 v3 (Haswell) 處理器。對(duì)于其他系列的虛擬機(jī)，Azure 并不保證其 CPU 的架構(gòu)是 Intel 或是 AMD。另外，對(duì)于 A 系列的虛擬機(jī)，可以被放置在很多不同 CPU 類型的物理主機(jī)上。由于物理機(jī)房的服務(wù)器是在持續(xù)更新的過程中，其物理主機(jī)的運(yùn)算能力存在差異。但是根據(jù)我們之前的對(duì)于 Hyper-V 主機(jī)的分析可以得知，通過限定虛擬機(jī) CPU 資源（可以獲得的時(shí)間片的幾率，可以使用的物理資源的限定）的獲取，盡管主機(jī)的類型不同，用戶得到的是一致的 CPU 處理性能體驗(yàn)。

既然說到是一致的計(jì)算能力體驗(yàn)，就存在一個(gè)衡量的標(biāo)準(zhǔn)。這也就是在 Azure 中引入 Azure Compute Unit（ACU）的原因。ACU 并不是一個(gè)絕對(duì)數(shù)值，而是我們將 A1 系列的虛擬機(jī)的單個(gè) CPU 計(jì)算能力定為 100，其他大小的虛擬機(jī)的單個(gè) CPU 計(jì)算能力為 A1 的倍數(shù)。例如，Dv2 系列虛擬機(jī)的單個(gè) CPU 的計(jì)算能力是 A1 系列的 2.1 到 2.5 倍，其 ACU 值為 210 到 250。我們?cè)?A，Av2 和 D 系列上來重復(fù) wPrime 測(cè)試 ：

• A: Intel Xeon E5-2660 0 @2.20GHz
• Av2：Intel Xeon E5-2660 0 @2.20GHz
• Dv2：Intel Xeon E5-2673 v3 @2.40GHz

大小CPU 數(shù)ACU/CPUACU 總計(jì)測(cè)試一測(cè)試二實(shí)測(cè)計(jì)算能力

A1	1	100	100	3830 秒	3822 秒	100
A2	2	100	200	1926 秒	1896 秒	200
A3	4	100	400	952 秒	940 秒	404
A4	8	100	800	476 秒	471 秒	807
A1_v2	1	100	100	3853 秒	3729 秒	101
A2_v2	2	100	200	1883 秒	1845 秒	205
A3_v2	4	100	400	923 秒	967 秒	405
A4_v2	8	100	800	466 秒	466 秒	821
D1_v2	1	210-250	210-250	1826 秒	1833 秒	209
D2_v2	2	210-250	420-500	902 秒	902 秒	424
D3_v2	4	210-250	840-1000	429 秒	428 秒	894
D4_v2	8	210-250	1680-2000	221 秒	221 秒	1731

?備注

實(shí)測(cè)計(jì)算能力以兩次測(cè)試的平均值與 A1 的平均值 3826 相比，得到的計(jì)算能力。

在測(cè)試過程中，有 A 系列的虛擬機(jī)是使用 AMD Opteron Processor 4171 HE 的 CPU。根據(jù) wPrime 的測(cè)試結(jié)果，A1 到 A4 之間雖然保證相應(yīng)的比例關(guān)系，但不難發(fā)現(xiàn)同之前的 Intel 系列 CPU 的結(jié)果差距較大。其實(shí)這也是一個(gè)正常的結(jié)果，CPU 計(jì)算能力的測(cè)定往往同測(cè)試程序的編譯代碼，CPU 架構(gòu)，服務(wù)器設(shè)計(jì)息息相關(guān)。在考慮 CPU 的計(jì)算能力時(shí)，往往需要綜合考慮整型計(jì)算，浮點(diǎn)計(jì)算等等的測(cè)試結(jié)果。

大小CPU 數(shù)ACU/CPUACU 總計(jì)測(cè)試一測(cè)試二

A1	1	100	100	2867 秒	2832 秒
A2	2	100	200	1462 秒	1389 秒
A3	4	100	400	724 秒	719 秒
A4	8	100	800	350 秒	345 秒

針對(duì)于使用不同 CPU 架構(gòu)的虛擬機(jī)的計(jì)算能力，微軟內(nèi)部測(cè)試結(jié)果（結(jié)果暫未公開）表明，針對(duì)于 A 系列的虛擬機(jī)，AMD Opteron Processor 4171 HE 的單個(gè) vCPU 的計(jì)算能力稍稍高于 Intel Xeon E5-2660 0 @2.20GHz，但誤差也僅僅在 5% 附近。這個(gè)數(shù)據(jù)可能和大多數(shù)用戶印象中的結(jié)論相反。使用 AMD 處理器的虛擬機(jī)在性能上并不弱于 Intel 處理器。

從以上的測(cè)試結(jié)果以及架構(gòu)分析中，我們可以確認(rèn)盡管在 Azure 平臺(tái)存在不同的物理主機(jī)類型，但是這對(duì)于 Azure 標(biāo)注的虛擬機(jī)計(jì)算能力，用戶可以得到一致的計(jì)算能力。

不同的主機(jī)型號(hào)，不同的 CPU 架構(gòu)， ACU 數(shù)值可以得到控制以保證一致的計(jì)算體驗(yàn)。

當(dāng)虛擬機(jī)的大小改變時(shí)，實(shí)際的計(jì)算能力根據(jù) ACU 的標(biāo)稱值線性增長(zhǎng)。

不同的虛擬機(jī)系列，都可以根據(jù)以 A1 系列換算的 ACU 數(shù)值，達(dá)到相應(yīng)的計(jì)算能力。

?

?

Azure 計(jì)算單位 (ACU) 這一概念提供一種比較 Azure SKU 的計(jì)算 (CPU) 性能的方法。?這有助于輕松確定最有可能滿足性能需求的 SKU。?ACU 目前在小型 (Standard_A1) VM 上標(biāo)準(zhǔn)為 100，而所有其他 SKU 表示 SKU 在運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)測(cè)試時(shí)大約可以有多快。

?重要

ACU 只是一種規(guī)則。?工作負(fù)荷的結(jié)果可能會(huì)有所不同。

?

SKU 系列ACU\vCPUvCPU：核心

A0	50	1:1
A1 - A4	100	1:1
A5 - A7	100	1:1
A1_v2 - A8_v2	100	1:1
A2m_v2 - A8m_v2	100	1:1
D1 - D14	160 - 250	1:1
D1_v2 - D15_v2	210 - 250*	1:1
DS1 - DS14	160 - 250	1:1
DS1_v2 - DS15_v2	210 - 250*	1:1
D_v3	160 - 190*	2:1***
Ds_v3	160 - 190*	2:1***
E_v3	160 - 190*	2:1***
Es_v3	160 - 190*	2:1***
F2s_v2 - F72s_v2	195 - 210*	2:1***
F1 - F16	210 - 250*	1:1
F1s - F16s	210 - 250*	1:1
M	160 - 180	2:1***

*ACU 使用 Intel? Turbo 技術(shù)來增加 CPU 頻率和提升性能。?性能提升程度可能因 VM 大小、工作負(fù)荷和同一主機(jī)上運(yùn)行的其他工作負(fù)荷而有所不同。

***超線程，能夠運(yùn)行嵌套虛擬化

有關(guān)各種大小的詳細(xì)信息，請(qǐng)?jiān)L問以下鏈接：

• 通用
• 內(nèi)存優(yōu)化
• 計(jì)算優(yōu)化
• GPU 優(yōu)化

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的理解 Azure 平台中虚拟机的计算能力的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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