Configuración del número de núcleos de CPU VMware por zócalo: Prácticas recomendadas
Al configurar los ajustes del procesador para una nueva máquina virtual, hay varios conceptos clave que hay que entender: cómo calcular el número de núcleos de procesador por CPU y núcleos de CPU por zócalo y cómo afectan estos ajustes a la velocidad de las máquinas virtuales. Además, es importante saber qué garantiza un mejor rendimiento de la máquina virtual: ¿limitar el número de procesadores y tener más núcleos de CPU o tener más procesadores con menos núcleos?
Siga leyendo para conocer estos conceptos y los principios básicos de configuración de CPU para máquinas virtuales en hosts ESXi.
Terminología
Empecemos con las definiciones de los términos utilizados al configurar los ajustes de CPU para máquinas virtuales. Estos términos ayudarán a comprender el principio de funcionamiento y a evitar confusiones sobre el número de núcleos por CPU, los núcleos de CPU por zócalo y el número de núcleos de CPU frente a la velocidad.
zócalo de CPU
Un zócalo de CPU es un conector físico de la placa base al que se conecta una única CPU física. Una placa base tiene al menos un zócalo de CPU. Las placas base para servidores suelen tener varios zócalos de CPU que admiten varios procesadores multinúcleo. Los zócalos de CPU están estandarizados para las distintas series de procesadores. Intel y AMD utilizan zócalos de CPU diferentes para sus familias de procesadores.
CPU
Una CPU (unidad central de procesamiento, chip microprocesador o procesador) es un componente informático. Es el circuito electrónico con transistores que se conecta a un zócalo. Una CPU ejecuta instrucciones para realizar cálculos, ejecutar aplicaciones y completar tareas.
Cuando la velocidad de reloj de los procesadores se acercó a la barrera térmica, los fabricantes cambiaron la arquitectura de los procesadores y empezaron a producir procesadores con varios núcleos de CPU. Para evitar confusiones entre procesadores físicos y procesadores lógicos o núcleos de procesador, algunos proveedores se refieren a un procesador físico como zócalo.
Núcleo CPU
Un núcleo de CPU es la parte de un procesador que contiene la caché L1. El núcleo de la CPU realiza tareas de cálculo de forma independiente, sin interactuar con otros núcleos y componentes externos de un procesador «grande» que se comparten entre núcleos. Básicamente, un núcleo puede considerarse un pequeño procesador integrado en el procesador principal que está conectado a un zócalo. Las aplicaciones deben admitir cálculos paralelos para utilizar racionalmente los procesadores multinúcleo.
Hyper-threading
Hyper-threading es una tecnología desarrollada por los ingenieros de Intel para llevar la computación paralela a los procesadores que tienen un solo núcleo. El debut del hyper-threading se produjo en 2002, cuando se lanzó el procesador Pentium 4 HT y se posicionó para ordenadores de sobremesa. Un sistema operativo detecta un procesador mononúcleo con hyper-threading como un procesador con dos núcleos lógicos (no núcleos físicos). Del mismo modo, un procesador de cuatro núcleos con hyper-threading aparece ante un sistema operativo como un procesador con 8 núcleos. Cuantos más hilos se ejecuten en cada núcleo, más tareas podrán realizarse en paralelo.
Los procesadores Intel modernos disponen tanto de varios núcleos como de hyper-threading. Hyper-threading suele estar activado por defecto y puede activarse o desactivarse en la BIOS. AMD simultaneous multi-threading (SMT) es el análogo de hyper-threading para los procesadores AMD.
vCPU
Una vCPU es un procesador virtual que se configura como un dispositivo virtual en los ajustes de hardware virtual de una VM. Un procesador virtual puede configurarse para utilizar varios núcleos de CPU. Una vCPU está conectada a un zócalo virtual.
Sobrecarga de la CPU
La sobreasignación de CPU es el aprovisionamiento de más procesadores lógicos (núcleos de CPU del host físico) a las máquinas virtuales que el número total de procesadores lógicos disponibles en el host físico. El sobrecompromiso de CPU permite una mayor flexibilidad y eficiencia en la utilización de los recursos, pero puede provocar una degradación del rendimiento si la demanda total supera la capacidad física disponible de la CPU.
NUMA
NUMA (acceso no uniforme a la memoria) es un diseño de memoria informática utilizado en ordenadores multiprocesador. La idea es proporcionar memoria independiente para cada procesador (a diferencia de UMA, donde todos los procesadores acceden a la memoria compartida a través de un bus). Al mismo tiempo, un procesador puede acceder a la memoria que pertenece a otros procesadores utilizando un bus compartido (todos los procesadores acceden a toda la memoria del ordenador). Una CPU tiene la ventaja de rendimiento de acceder a su propia memoria local más rápidamente que a otras memorias en un ordenador multiprocesador.
Estas arquitecturas básicas se mezclan en los modernos ordenadores multiprocesador. Los procesadores se agrupan en un paquete o nodo de CPU multinúcleo. Los procesadores que pertenecen al mismo nodo comparten el acceso a los módulos de memoria, como ocurre con la arquitectura UMA. Además, los procesadores pueden acceder a la memoria del nodo remoto a través de una interconexión compartida. Los procesadores lo hacen para la arquitectura NUMA, pero con un rendimiento más lento. Este acceso a la memoria se realiza a través de la CPU propietaria de esa memoria y no directamente.
Los nodos NUMA son parejas CPU/Memoria que constan de un zócalo de CPU y los módulos de memoria más cercanos. NUMA suele configurarse en la BIOS como intercalación de nodos o memoria intercalada.
Ejemplo: Un host ESXi tiene dos zócalos (dos CPU) y 256 GB de RAM. Cada CPU tiene 6 núcleos de procesamiento. Este servidor contiene dos nodos NUMA. Cada nodo NUMA tiene 1 zócalo de CPU (una CPU), 6 núcleos y 128 GB de RAM.
ESXi siempre intenta asignar memoria para una VM desde un nodo NUMA nativo (de origen). Un nodo de inicio puede cambiarse automáticamente si se producen cambios en las cargas de VM y de servidores ESXi.
vNUMA
NUMA virtual (vNUMA) es el análogo de NUMA para las máquinas virtuales VMware. Un vNUMA consume recursos de hardware de más de un nodo NUMA físico para ofrecer un rendimiento óptimo. La tecnología vNUMA expone la topología NUMA a un sistema operativo invitado. Como resultado, el SO huésped es consciente de la topología NUMA subyacente para un uso más eficiente. La versión del hardware virtual de una máquina virtual debe ser 8 o superior para utilizar vNUMA.
El manejo de vNUMA se mejoró significativamente en VMware vSphere 6.5, y esta función ya no está controlada por el valor de núcleos de CPU por zócalo en la configuración de la máquina virtual. Por defecto, vNUMA está activado para las máquinas virtuales que tienen más de 8 procesadores lógicos (vCPUs). Puede activar vNUMA manualmente para una VM editando el archivo de configuración VMX de la VM y añadiendo la línea numa.vcpu.min=X, donde X es el número de vCPUs para la máquina virtual.
Cálculo del número de núcleos
Averigüemos cómo calcular el número de núcleos físicos de CPU, núcleos lógicos de CPU y otros parámetros de un servidor.
- El número total de núcleos físicos de CPU en una máquina host se calcula con la fórmula:
(El número de zócalos de CPU) x (El número de núcleos/procesador) = El número de núcleos físicos de procesador
Sólo deben tenerse en cuenta los zócalos de CPU con procesadores instalados.
- Si se admite hyper-threading, calcule el número de núcleos lógicos del procesador mediante la fórmula:
(El número de núcleos físicos del procesador) x (2 hilos/procesador físico) = el número de procesadores lógicos
- Por último, utilice una única fórmula para calcular los recursos de procesador disponibles que pueden asignarse a las máquinas virtuales:
(zócalos de CPU) x (núcleos de CPU) x (hilos)
Por ejemplo, si tiene un servidor con dos procesadores de 4 núcleos cada uno y compatible con hyper-threading, el número total de procesadores lógicos que se pueden asignar a las máquinas virtuales es:
2(CPUs) x 4(núcleos) x 2(HT) = 16 procesadores lógicos
Un procesador lógico se puede asignar como un procesador o un núcleo de CPU para una máquina virtual en los ajustes de la máquina virtual.
En cuanto a las máquinas virtuales, gracias a las funciones de emulación de hardware, pueden utilizar varios procesadores y núcleos de CPU en su configuración para funcionar. Un núcleo de CPU físico puede configurarse como CPU virtual o núcleo de CPU virtual para una VM.
- La cantidad total de ciclos de reloj disponibles para una máquina virtual se calcula como:
(El número de zócalos lógicos) x (La velocidad de reloj de la CPU)
Por ejemplo, si configura una máquina virtual para utilizar 2 vCPUs con 2 núcleos cuando tiene un procesador físico cuya velocidad de reloj es de 3,0 GHz, entonces la velocidad de reloj total es de 2x2x3=12 GHz. Si se utiliza sobrecompromiso de CPU en un host ESXi, la frecuencia disponible para una máquina virtual puede ser inferior a la calculada si las máquinas virtuales realizan tareas intensivas de CPU.
Limitaciones de núcleos de CPU por zócalo
A continuación se indican las limitaciones de CPU/núcleo en vSphere 7.0 Actualización 1 y vSphere 8.0.
- El número máximo de zócalos de CPU virtuales asignados a una máquina virtual es de 768. Si desea asignar más de 768 procesadores virtuales, configure una máquina virtual para utilizar procesadores multinúcleo.
- El número máximo de núcleos de procesador que se pueden asignar a una única máquina virtual es de 768. Una máquina virtual no puede utilizar más núcleos de CPU que el número de núcleos lógicos de procesador de una máquina física.
- Adición de CPU en caliente. Si una VM tiene 128 vCPUs o menos de 128 vCPUs, no se puede utilizar la función hot-add de CPU para esta VM y editar la configuración de CPU de una VM mientras una VM está en estado de ejecución.
- Restricciones de CPU del sistema operativo. Si un sistema operativo tiene un límite en el número de procesadores, y usted asigna más procesadores virtuales para una VM, los procesadores adicionales no son identificados y utilizados por un SO invitado. Los límites pueden deberse al diseño técnico del sistema operativo y a las restricciones de las licencias del sistema operativo. Ten en cuenta que hay sistemas operativos que tienen licencia por zócalo y por núcleo de CPU (por ejemplo, Windows Server 2019).
Límites de compatibilidad con CPU para algunos sistemas operativos:
- Windows 10 Pro – 2 CPU
- Windows 10 Home – 1 CPU
- Estación de trabajo Windows 10 – 4 CPUs
- Windows Server 2019 Standard/Datacenter – 64 CPUs
- Windows XP Pro x64 – 2 CPU
- Windows 7 Pro/Ultimate/Enterprise – 2 CPUs
- Windows Server 2003 Datacenter – 64 CPUs
Puede consultar los máximos de configuración para la versión de vSphere utilizada en su entorno en el sitio web de VMware.
Recomendaciones de configuración
Para versiones antiguas de vSphere, recomendamos utilizar zócalos en lugar de núcleos en la configuración de las máquinas virtuales. Al principio, puede que no veas una diferencia significativa en los zócalos de CPU o núcleos de CPU en la configuración de VM para el rendimiento de VM. Tenga en cuenta algunas funciones de configuración que marcan la diferencia. Recuerda sobre NUMA y vNUMA cuando consideres configurar múltiples procesadores virtuales (zócalos) para que una VM tenga un rendimiento óptimo.
Si vNUMA no se configura automáticamente, replique la topología NUMA del servidor físico. Estas son algunas recomendaciones para máquinas virtuales en VMware vSphere 6.5 y posteriores:
- Cuando defina el número de procesadores lógicos (vCPUs) para una VM, prefiera la configuración de núcleos por zócalo. Continúe hasta que el recuento supere el número de núcleos de CPU en un único nodo NUMA del servidor ESXi. Utilice la misma lógica hasta que supere la cantidad de memoria disponible en un único nodo NUMA de su servidor ESXi físico.
- A veces, el número de procesadores lógicos para la configuración de su máquina virtual es superior al número de núcleos físicos de CPU en un único nodo NUMA, o la cantidad de RAM es superior a la cantidad total de memoria disponible para un único nodo NUMA. Considere la posibilidad de dividir el recuento de procesadores lógicos (vCPU) entre el número mínimo de nodos NUMA para obtener un rendimiento óptimo.
- No configure un número impar de vCPUs si el recuento de CPU o la cantidad de memoria superan el número de núcleos de CPU. Lo mismo ocurre en caso de que la memoria supere la cantidad de memoria para un único nodo NUMA en un servidor físico.
- No cree una máquina virtual que tenga un número de vCPUs superior al número de núcleos de procesador físicos de su host físico.
- Si no puede desactivar vNUMA debido a sus requisitos, no active la función vCPU Hot-Add.
Si vNUMA está activado en vSphere antes de la versión 6.5 y ha definido el número de procesadores lógicos (vCPUs) para una máquina virtual, seleccione el número de zócalos virtuales para una máquina virtual manteniendo la cantidad de núcleos por zócalo igual a 1 (que es el valor por defecto). Esto se debe a que la configuración de un núcleo por zócalo permite a vNUMA seleccionar automáticamente la mejor topología vNUMA para el SO invitado. Esta configuración automática es óptima en función de la topología física subyacente del servidor. Si vNUMA está activado, y está utilizando el mismo número de procesadores lógicos (vCPUs) pero aumenta el número de núcleos de CPU virtuales y reduce el número de zócalos virtuales en la misma cantidad, entonces vNUMA no puede establecer la mejor configuración NUMA para una VM. Como resultado, el rendimiento de la máquina virtual se ve afectado y puede degradarse.
Si un sistema operativo invitado y otro software instalado en una VM tienen licencia por procesador, configure una VM para utilizar menos procesadores con más núcleos de CPU. Por ejemplo, Windows Server 2012 R2 tiene licencia por zócalo y Windows Server 2016 tiene licencia por núcleo.
Si utiliza el sobrecompromiso de CPU en la configuración de sus máquinas virtuales VMware, tenga en cuenta estos valores:
- 1:1 a 3:1 – No debería haber problemas para ejecutar máquinas virtuales.
- 3:1 a 5:1 – Se observa una degradación del rendimiento.
- 6:1 – Prepárese para los problemas causados por una degradación significativa del rendimiento
El sobrecompromiso de CPU con valores normales puede utilizarse en entornos de prueba y desarrollo sin riesgos.
Configuración de máquinas virtuales en hosts ESXi
En primer lugar, determine el número de procesadores lógicos (número de CPU) de su host físico que necesita una máquina virtual para funcionar correctamente con un rendimiento suficiente. A continuación, defina el número de zócalos virtuales con procesadores (Number of Sockets in vSphere Client) y el número de núcleos de CPU (Cores per Socket) que debe establecer para una máquina virtual teniendo en cuenta las recomendaciones y limitaciones anteriores. La tabla siguiente puede ayudarle a seleccionar la configuración necesaria.
Si necesita asignar más de 8 procesadores lógicos para una VM, la lógica sigue siendo la misma. Para calcular el número de CPU lógicas en vSphere Client, multiplique el número de zócalos por el número de núcleos. Por ejemplo, si necesita configurar una VM para utilizar zócalos de 2 procesadores, cada uno con 2 núcleos de CPU, entonces el número total de CPUs lógicas es 2*2=4. Esto significa que debe seleccionar 4 CPUs en las opciones de hardware virtual de la VM en vSphere Client para aplicar esta configuración.
Configuración de núcleos por CPU en vSphere Client
Vamos a explicar cómo configurar las opciones de CPU para una VM en VMware vSphere Client. Introduzca la dirección IP de su vCenter Server en un navegador web y abra VMware vSphere Client. En el navegador, abra Hosts y Clusters, y seleccione la máquina virtual necesaria que desea configurar. Asegúrese de que la máquina virtual está apagada para poder cambiar la configuración de la CPU. El proceso de configuración es idéntico en vSphere 6.x, 7.0 y 8.0.
- Haga clic con el botón derecho en la máquina virtual y, en el menú contextual, pulse Editar ajustes para abrir los ajustes de la máquina virtual.
- Amplíe la sección CPU en la pestaña Hardware virtual de la ventana Editar ajustes.
- CPU. Haga clic en el menú desplegable de la cadena CPU y seleccione el número total de procesadores lógicos necesarios para esta máquina virtual. En este ejemplo, seleccionamos 4 procesadores lógicos para la máquina virtual de Ubuntu (blog-Ubuntu1).
- Núcleos por zócalo. En esta cadena, haga clic en el menú desplegable y seleccione el número necesario de núcleos para cada zócalo virtual (procesador).
- Conexión en caliente de la CPU. Si desea utilizar esta función, marque la casilla Activar CPU Hot Add. Recuerda las limitaciones y requisitos.
- Reserva. Seleccione la asignación mínima garantizada de velocidad de reloj de CPU (frecuencia, MHz o GHz) para una máquina virtual en un host o clúster ESXi.
- Límite. Selecciona la velocidad máxima de reloj de la CPU para un procesador VM. Esta frecuencia es la frecuencia máxima para una máquina virtual, incluso si esta VM es la única VM ejecutándose en el host ESXi o cluster con más recursos de procesador libres. El límite establecido es válido para todos los procesadores virtuales de una máquina virtual. Si una máquina virtual tiene 2 procesadores mononúcleo, y el límite es de 1000 MHz, entonces ambos procesadores virtuales trabajan con una velocidad de reloj total de un millón de ciclos por segundo (500 MHz para cada núcleo).
- Acciones. Este parámetro define la prioridad de consumo de recursos por parte de las máquinas virtuales (Baja, Normal, Alta, Personalizada) en un host ESXi o pool de recursos. A diferencia de los parámetros Reserva y Límite , el parámetro Acciones sólo se aplica a una máquina virtual si faltan recursos de CPU en un host ESXi, un grupo de recursos o un clúster DRS.
Opciones disponibles para el parámetro Acciones :
- Bajo – 500 acciones por procesador virtual
- Normal – 1000 acciones por procesador virtual
- Alto – 2000 acciones por procesador virtual
- Personalizado – establecer un valor personalizado
Cuanto mayor sea el valor de Shares , mayor será la cantidad de recursos de CPU aprovisionados para una VM dentro de un host ESXi o un pool de recursos.
- Virtualización de hardware. Seleccione esta casilla para activar la virtualización anidada. Esta opción es útil si desea ejecutar una VM dentro de otra VM con fines de prueba o educativos.
- Contadores de rendimiento. Esta función permite depurar y optimizar una aplicación instalada en la máquina virtual tras medir el rendimiento de la CPU.
- Afinidad de programación. Esta opción se utiliza para asignar una máquina virtual a un procesador específico. El valor introducido puede ser así: «0, 2, 4-7».
- MMU DE E/S. Esta función permite que las máquinas virtuales tengan acceso directo a los dispositivos de entrada/salida de hardware, como controladores de almacenamiento, tarjetas de red y tarjetas gráficas (en lugar de utilizar dispositivos emulados o paravirtualizados). La MMU de E/S también se denomina tecnología de virtualización Intel para E/S dirigida (Intel VT-d) y virtualización de E/S AMD (AMD-V). La MMU de E/S está desactivada por defecto. El uso de esta opción está obsoleto en vSphere 7.0. Si la MMU de E/S está activada para una VM, la VM no se puede migrar con vMotion y no es compatible con instantáneas, sobrecompromiso de memoria, estado de VM suspendida, uso compartido de NIC físicas y virtualización de red NSX.
Si utiliza un host ESXi independiente y utiliza VMware Host Client para configurar las máquinas virtuales en un navegador web, el principio de configuración es el mismo que para VMware vSphere Client.
Configuración de núcleos por CPU en VMware Workstation
Si se conecta a vCenter Server o al host ESXi en VMware Workstation y abre los ajustes de una máquina virtual vSphere, podrá editar la configuración básica de los procesadores virtuales.
- Haga clic en VM > Ajustes, seleccione la pestaña Hardware y haga clic en Procesadores.
- Seleccione el número de procesadores virtuales (zócalos) y el número de núcleos por procesador.
En la siguiente captura de pantalla, puede ver la configuración del procesador para la misma máquina virtual Ubuntu que se configuró anteriormente en vSphere Client.
El número de núcleos de procesador totales (núcleos lógicos de procesadores físicos en un host o clúster ESXi) se calcula y se muestra a continuación automáticamente. En comparación, en la interfaz de vSphere Client, se establece el número de núcleos de procesador totales (la opción CPUs), se selecciona el número de núcleos por procesador y, a continuación, se calcula y se muestra el número de zócalos virtuales.
Configuración de procesadores VM en PowerCLI
Si prefiere utilizar la interfaz de línea de comandos para configurar los componentes de VMware vSphere, utilice PowerCLI para editar la configuración de CPU de las máquinas virtuales. Vamos a ver cómo editar la configuración de la CPU de una máquina virtual que es Ubuntu 19 en PowerCLI. Los comandos se utilizan para máquinas virtuales que están apagadas.
- Para configurar una máquina virtual para que utilice dos procesadores virtuales de un solo núcleo (se utilizan dos zócalos virtuales), utilice el comando:
get-VM -name Ubuntu19 | set-VM -NumCpu 2Introduzca otro número si desea asignar otro número de procesadores (zócalos) a una máquina virtual.
- En el siguiente ejemplo, se muestra cómo configurar una máquina virtual para utilizar dos procesadores virtuales de doble núcleo (se utilizan 2 zócalos):
$VM=Get-VM -Name Ubuntu19$VMSpec=New-Object -Type VMware.Vim.VirtualMachineConfigSpec -Property @{ "NumCoresPerSocket" = 2}$VM.ExtensionData.ReconfigVM_Task($VMSpec)$VM | Set-VM -NumCPU 2
- Una vez que se aplica una nueva configuración de CPU a la máquina virtual, esta configuración se guarda en el archivo de configuración VMX de la VM. En nuestro caso, comprobamos el archivo Ubuntu19.vmx ubicado en el directorio VM del almacén de datos(/vmfs/volumes/datastore2/Ubuntu19/). Las líneas con la nueva configuración de la CPU se encuentran al final del archivo VMX.
numvcpus = «2»
cpuid.coresPerSocket = «2»
- Si necesita reducir el número de procesadores (zócalos) para una máquina virtual, utilice el mismo comando que se muestra anteriormente con menos cantidad. Por ejemplo, para configurar un procesador (zócalo) para una máquina virtual, utilice este comando:
get-VM -name Ubuntu19 | set-VM -NumCpu 1
La principal ventaja de utilizar PowerCLI es la posibilidad de configurar varias máquinas virtuales en bloque. La automatización de tareas es importante y conveniente si el número de máquinas virtuales a configurar es elevado. Utilice los cmdlets de VMware y la sintaxis de Microsoft PowerShell para crear scripts.
Conclusión
El rendimiento de las aplicaciones que se ejecutan en una máquina virtual depende de la correcta configuración de la CPU y la memoria. En VMware vSphere 6.5 y versiones posteriores, configure más núcleos en CPU para las máquinas virtuales y utilice el enfoque de núcleos de CPU por zócalo. Si utiliza versiones de vSphere anteriores a vSphere 6.5, configure el número de zócalos sin aumentar el número de núcleos de CPU para una máquina virtual debido al diferente comportamiento de vNUMA en versiones de vSphere más recientes y más antiguas. Tenga en cuenta el modelo de licencia del software que necesita instalar en una máquina virtual. Si el software tiene licencia por CPU, configure más núcleos por CPU en los ajustes de la máquina virtual.
Cuando utilices máquinas virtuales en VMware vSphere, no olvides hacer backups de VMware. Utilice NAKIVO Backup & Replication para hacer backups de sus máquinas virtuales, incluidas las VM que tienen varios núcleos por CPU. Hacer backups con regularidad te ayuda a proteger tus datos y recuperarlos en caso de desastre.
