vCPU 是什么？

Vũ Khôi

Wotech Electronics 博客作者

一、你应该了解的相关概念！

目录

• 一、你应该了解的相关概念！ 1. 虚拟机监控程序（Hypervisor）。 2. 插槽（Socket） 3. 处理器（Processor）。 4. 核心（Core）。 5. 线程（Thread）。 6. 逻辑处理器（Logical Processor）。

• 二、vCPU 是什么？

• 三、vCPU 如何运作？

在了解 vCPU 是什么之前，我们先掌握以下基础概念：

1. 虚拟机监控程序（Hypervisor）。

Hypervisor 是管理一台或多台虚拟服务器（VPS）的软件程序。它用于创建、启动、停止和重启虚拟机等。Hypervisor 允许每台 VPS 或"客户机（Guest）"访问底层的物理硬件资源层，例如 CPU、内存和存储。它还可以限制每台虚拟机可使用的系统资源数量，以确保多台虚拟机能在同一系统上同时运行。

2. 插槽（Socket）

当你看到"插槽"这个术语时，我希望你想到的是硬件。我希望你想象一块主板上有多少个插槽。插槽是一组针脚，用于将处理器固定到位，并把主板与可用的处理能力连接起来。插槽的数量由主板的规格决定。

插槽会因所支持的 CPU 世代而有所不同。例如：Intel Silver 4110 系列 CPU 运行在 3647 插槽上。

3. 处理器（Processor）。

它是负责所有处理操作的物理部件。

你可以参考关于 CPU 的综述文章，以获得更深入的理解。

4. 核心（Core）。

什么是物理核心（Core）？在你的物理处理器内部，可以有一个以上的运算单元，称为核心。通常在参数中会看到 2 个、4 个或更多核心的处理器（即双核（Dual）、四核（Quad Core）或更多）。一个物理核心可以对应一个或多个逻辑核心。我们将在下一段中了解什么是逻辑核心。

5. 线程（Thread）。

什么是线程？也被称为"Thread"。线程是一个进程内的执行路径。一个进程包含一个或多个线程。基本区别在于：同一进程内的线程在共享内存空间中运行，而各个进程则在各自独立的内存空间中运行。

线程也被称为轻量级进程。并行的概念就是把一个进程拆分为多个线程。例如：在浏览器中打开多个标签页就代表不同的线程。对于文字处理软件，可以有多个线程——例如一个线程负责排版文字，另一个线程负责处理输入。

6. 逻辑处理器（Logical Processor）。

如上所述，我们有处理器和核心。通常，一个核心在某一时刻只能处理一个线程（即处理器的一个时间片）。但当超线程（Hyper-Threading）技术被启用和支持时，核心可以同时处理两个线程（情况更复杂，但这里只点到为止）。一台机器中可同时运行的最大线程数就是逻辑处理器的数量。因此，如果你想知道自己有多少个逻辑处理器，只需数一数线程总数即可。

例如，一个核心在同一时刻可以处理 1 个线程。

因此，如果我有双核处理器（即 2 个核心），那么我的系统可以处理：

2 核 = 2 线程 = 2 个逻辑处理器。

但如果启用超线程，每个核心都可以处理双份请求，即同时处理 2 个线程。

2 核 = 4 线程（每核 2 线程）= 4 个逻辑处理器

相同的概念可以继续推广到拥有更多核心的处理器……

二、vCPU 是什么？

• vCPU 是虚拟中央处理单元（Virtual Central Processing Unit）的缩写。就定义而言，vCPU 代表物理 CPU 的一部分，基本上被分配给某台特定的虚拟机（VM）。

• vCPU 是由虚拟化程序（Hypervisor）创建并分配给某台虚拟机或虚拟化软件的虚拟 CPU。它代表物理 CPU 的软件化实现——它并不以真实 CPU 的形式存在，但操作系统（OS）把它当作真实 CPU 对待。

• vCPU 即 Virtual Central Processing Unit，可理解为虚拟中央处理器，是虚拟机和云环境中的中央处理单元。随着虚拟化技术日益发展，虚拟机成为许多企业节省管理空间、时间和资金的首选。

• 虚拟机允许用户在一台物理机上运行多个操作系统。然而，要做到这一点，vCPU 是不可或缺的组件。

云环境中的每台 VM 至少拥有一个 vCPU。之所以能够实现，是因为可以把物理 CPU 用作服务器上的虚拟 CPU，并在其上承载多台虚拟机。

vCPU 的主要特性之一，是允许多台虚拟机共享服务器的物理资源，包括 CPU、内存、存储等。

一个 vCPU 的工作方式，是占用服务器上所有可用物理 CPU 核心上的若干时间片。这意味着 vCPU 与物理 CPU 核心资源之间并非 1:1 的分配关系。此外，由于资源分布在多个核心上，一个 vCPU 的利用能力反而可能优于单个物理 CPU 核心。

虚拟化程序会确定一个 vCPU 占用的时间片，以及当前分配给该 vCPU 的 CPU 核心。这种资源分配方式，使得多台虚拟机能够被承载在数量有限的物理核心上。那么一个 CPU 里有多少个 vCPU？

现代 CPU 构建在包含一个或多个核心的集成电路处理器之上。

拥有多个核心的芯片被称为多核处理器，而各个核心又有多个逻辑核心——所有这些都被用来创建 vCPU。

一个物理核心通常可以运行两个线程，即它拥有两个逻辑核心。

这被称为超线程（Hyper-Threading），它提供更强的计算能力，同时允许更多虚拟机同时运行。综合考虑上述因素，一台服务器中 vCPU 的数量主要取决于以下几点：服务器中物理 CPU 的数量。

通常每台机器有一个 CPU，但现代数据中心可能配备单处理器和双处理器服务器。

• CPU 核心数。

CPU 核心是集成在 CPU 芯片内的处理器，每个核心都能同时独立地执行和处理任务。现代 CPU 拥有多达 64 个核心、运行 128 个线程。

• CPU 线程数。

线程是一组指令，允许将一个 CPU 核心拆分为多个虚拟（逻辑）核心以提升性能。一个 CPU 核心通常有两个线程。AMD 采用同步多线程（SMT）技术，而 Intel 采用超线程技术。

请参考以下内容，计算你需要为一台虚拟机配置多少 vCPU，以及你的系统最多支持多少 vCPU。

三、vCPU如何运作？

在虚拟化中，当你创建一台虚拟服务器时，需要为它指定一个处理器——虚拟机运行和执行操作必须用到它，其资源分配与控制由所谓的 Hypervisor（虚拟机监控程序）负责。

就像 vRAM、VHD（虚拟硬盘）、虚拟网络接口一样，我们也会为虚拟机分配一个虚拟处理器（vCPU）。简单来说，它就是将被分配给虚拟机的物理处理器时间片（Time Slot）。

因此，当我为一个虚拟机分配虚拟处理器时，相当于我从处理器那里租用计算时间——即处理器的一部分。

Hypervisor 使用物理 CPU 计算资源的一部分，并将其分配给被指派给某台特定虚拟机的 vCPU。系统管理员可以利用 Hypervisor 设置不同的资源分配方案，为各台虚拟机配置特定的 vCPU 能力。

这一功能允许在一台机器上运行多台虚拟机——例如一台只有两个物理 CPU 核心的机器。

我需要多少 vCPU？如何计算？

一个系统中 vCPU 的最大数量取决于 CPU 的类型和虚拟化软件厂商。

vCPU 的数量按每核心的处理线程数乘以所使用的核心数和 CPU 插槽数来计算。因此，vCPU 数量的计算公式为：

（线程数 × 核心数）× 物理 CPU 数量 = vCPU 数量

vCPU 与核心数计算示例

学习计算 vCPU 和核心数的最好方法是通过示例来演示。

首先，我们需要选定一台虚拟服务器和一款 CPU。在本例中，我们将选择 Intel Xeon E-2288G——在 wotech.vn 上有售——作为基础 CPU。Intel Xeon E-2288G 的关键参数包括：8 核心 / 16 线程，基础主频 3.7 GHz，睿频 5.0 GHz，板载 16MB 缓存。

（16 线程 × 8 核心）× 1 个 CPU = 128 vCPU

（16 Threads × 8 Cores）× 1 CPU = 128 vCPU

确定你的工作负载与使用情况

事情还没完。你如何知道该从哪里入手？首先，你需要了解自己的工作负载和应用特征。我们可以帮你分析这一点。点击此处联系我们。

在开始之前，有哪些问题需要考虑？你的应用是否总是在 CPU 使用率 100% 的状态下运行？了解自己的需求，你才能对底层硬件做出明智的决策。

理论上，如果你的虚拟机都很小、几乎不占用任何 CPU 时间，那么一台 8 核心的服务器可以轻松支撑 20-30 台虚拟机。然而，如果你的工作负载更重——例如数据库服务器——那么这台 8 核心服务器能承载的虚拟机就会更少。这全看资源的使用与分配。

接下来，让我们看看几种不同的配置方案。我们在这里只是举例说明，你为每台虚拟机分配的 vCPU 数量将取决于你的具体工作负载。

每台 VM 4 个 vCPU：128 vCPU / 每台 VM 4 vCPU = 32 台 VM

每台 VM 2 个 vCPU 128 vCPU / 每台 VM 2 vCPU = 64 台 VM

每台 VM 1 个 vCPU 128 vCPU / 每台 VM 1 vCPU = 128 台 VM

CPU 耗尽与性能不佳

例如，CPU 耗尽就可能造成你的虚拟机性能不佳。分配给一台虚拟机的虚拟核心数量是有限的。

例如：Windows Server 2008 R2 将每台 VM 的 vCPU 数量限制为 4 个，而在 Windows Server 2012 中这一上限扩展到了 64 个。

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