请教一个虚拟化的问题， kvm 虚拟机中运行一个简单的 C 程序，导致服务主机中 CPU 占用 100%。

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这是一个创建于 1935 天前的主题，其中的信息可能已经有所发展或是发生改变。

问题描述：

Linux 主机，运行操作系统为 ubuntu 18.04 server，cpu：intel 8700。
kvm 虚拟机操作系统 archlinux。
写了一个简单的 C 程序：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char** argv)
{
    int i = 0;

    while(1){
        i++;
        usleep(100);
    }
}

将该程序在虚拟机中运行，在虚拟机中使用 top 查看，该进程 cpu 占用率约为 1~2%。
此时在 ubuntu 主机中使用 top 查看，发现 qemu-system-x86_64 进程 cpu 占用率在 100%左右。
求解答，是什么原因导致了虚拟机 cpu 占用率正常，而 ubuntu 主机的 cpu 占用率这么高？ CPU 切换？有没有人碰到过这样的问题？

CPU

Ubuntu

占用

int

25 条回复 • 2023-02-20 14:02:32 +08:00

rayjoy

2019-07-25 17:30:19 +08:00

不知道节点对不对，没发现虚拟化节点。

weifengzi2009

2019-07-25 17:54:53 +08:00

不确定具体怎么回事，但是有没有可能是 qemu 如何实现时钟、interrupt 的问题？比如 qemu 本身必须 busy wait 去实现虚拟机里的 sleep ？

rayjoy

2019-07-25 18:01:29 +08:00

@weifengzi2009 不清楚，试了两台机器，都有这个问题，这样的话好多类似机制程序就无法安全高效的在虚拟机中运行了，改了好多配置，都搞不定这个问题。

pagxir

2019-07-25 18:39:37 +08:00 via Android

usleep 单位是微妙，sleep 0.1 毫秒正常情况下没有人会这么干。0.1 毫秒完成 userspace 与 kernel 的切换，同时还把 CPU 控制权交个宿主机，宿主机完成调度之后还能再切换回来这个效率以及很高了。还有宿主机未必是在全速运行的。

rayjoy

2019-07-25 19:14:13 +08:00 via iPhone

@pagxir 看起来有道理。公司的一个程序，跑在了虚拟机上，导致了 host 主机 CPU 占用很高，我定位了一下，应该是 usleep 导致，这样写程序肯定不太合适，不过这个程序在物理机上运行的话，cpu 占用率是很低的，难道时间都耗费在了宿主机和虚拟机的处理器切换上?

ResetTrap

2019-07-25 19:23:49 +08:00

是不是 sleep 以后中断，然后唤醒，一直中断 /唤醒导致的？去除 sleep 试试看

opengps

2019-07-25 19:26:51 +08:00 via Android

虚拟机也不能这么慢，难不成母鸡 cpu 用满了？

rayjoy

2019-07-25 19:32:43 +08:00 via iPhone

@ResetTrap 去掉 usleep，主机和虚拟机，都有一个 cpu 是 100%,这样是正常现象。在物理机上跑也是百分之百，因为是无间歇的死循环了。

rayjoy

2019-07-25 19:35:08 +08:00 via iPhone

@opengps 在我自用的 Windows 主机上，我用 vmware 开了一个虚拟机，虚拟机系统也是 archlinux，跑这个程序，没有问题，Windows 主机和虚拟机处理器占用都很低。

pkookp8

2019-07-25 19:45:45 +08:00 via Android

1.top 是采样，不能真实地反应 cpu 情况
2.不知道 qemu 的实现方式，是不是 qemu 的调度策略导致的
3.gdb 或者 strace 或别的方法看看 qemu 的系统调用试试，以及在 qemu 里看看进程的调用试试？

rayjoy

2019-07-25 19:52:07 +08:00 via iPhone

@pkookp8 这个是真的高，处理器温度从 40 升到了 60，风扇转速也上去了。明天用 gdb 追踪分析一下。

zhao305149619

2019-07-25 20:03:14 +08:00

@rayjoy 不用 GDB 吧，sar -w 看一下 context

zhao305149619

2019-07-25 20:04:51 +08:00

pidstat -w -p <pid> 1 12 看一下也可以，或者看一下 proc 下面的 stack

rayjoy

2019-07-25 21:30:56 +08:00

@zhao305149619 明天去公司试一下。

chinesestudio

2019-07-25 22:42:15 +08:00 via Android

你把 Ubuntu 换成 debian centos 也许就解决了

msg7086

2019-07-25 23:24:06 +08:00

@chinesestudio 有任何一丁点的理论依据吗？

chinesestudio

2019-07-25 23:27:24 +08:00 via Android

@msg7086 没有只是个人建议。Ubuntu 本身占用资源多这是肯定的

www5070504

2019-07-26 10:11:30 +08:00

配额多少按理说应该虚拟机的每个 vcpu 都只是宿主机上的一个线程

rayjoy

2019-07-26 11:06:35 +08:00

@www5070504 虚拟机是四核 4G

rayjoy

2019-07-26 11:08:36 +08:00

@www5070504 还有一个机器，主机 cpu 是 2620v3, os：ubuntu16.04 ,虚拟机是 1cpu，1G，ubuntu16.04 ，也是同样的问题。

clariion

2019-07-26 21:52:20 +08:00

亲测。
vm：
#top -p 14971
top - 21:42:17 up 9 days, 11:02, 5 users, load average: 0.08, 0.03, 0.02
Tasks: 1 total, 1 running, 0 sleeping, 0 stopped, 0 zombie
%Cpu(s): 0.9 us, 0.4 sy, 0.0 ni, 97.7 id, 0.9 wa, 0.0 hi, 0.0 si, 0.0 st
KiB Mem : 4046344 total, 268972 free, 466868 used, 3310504 buff/cache
KiB Swap: 4194300 total, 4193488 free, 812 used. 3216164 avail Mem

PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
14971 root 20 0 4220 648 580 R 8.3 0.0 0:01.74 a.out

cpu 占用率基本在 7%左右波动

host：
#top -p 104384
top - 21:44:37 up 36 days, 12:04, 1 user, load average: 3.64, 3.80, 3.80
Tasks: 1 total, 0 running, 1 sleeping, 0 stopped, 0 zombie
%Cpu(s): 9.4 us, 1.7 sy, 0.0 ni, 88.8 id, 0.1 wa, 0.0 hi, 0.0 si, 0.0 st
KiB Mem: 65729244 total, 64605832 used, 1123412 free, 189524 buffers
KiB Swap: 66875388 total, 4046752 used, 62828636 free. 24522884 cached Mem

PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
104384 libvirt+ 20 0 9332380 3.898g 5068 S 30.3 6.2 1530:39 qemu-system-x86

CPU 占用率基本稳定在 30 左右，观察 1 分钟

将 vm 里 a.out kill 掉。

host：

top - 21:47:45 up 36 days, 12:07, 1 user, load average: 3.99, 3.77, 3.77
Tasks: 1 total, 0 running, 1 sleeping, 0 stopped, 0 zombie
%Cpu(s): 7.9 us, 1.7 sy, 0.0 ni, 89.9 id, 0.4 wa, 0.0 hi, 0.0 si, 0.0 st
KiB Mem: 65729244 total, 64600260 used, 1128984 free, 189736 buffers
KiB Swap: 66875388 total, 4046704 used, 62828684 free. 24526240 cached Mem

PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
104384 libvirt+ 20 0 9332380 3.898g 5068 S 11.0 6.2 1531:24 qemu-system-x86

CPU 占用率降为 10%左右。

附：
host cpu 为 Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2650 v3 @ 2.30GHz，40 Core
vm 里分了 4 Core。

zerozerone

2019-08-13 15:02:22 +08:00

楼主最后解决了么，是什么原因导致的呢

rayjoy

2019-08-14 11:44:25 +08:00

@zerozerone 没有解决，我把程序改了，这里不再使用 nanosleep。原因猜想是 nanosleep 导致了宿主机和虚拟机之间的频繁切换。。。只是猜想。

rayjoy

2019-08-14 11:45:26 +08:00

@zerozerone 写错了，不是 nanosleep 是 usleep。

fishg

2023-02-20 14:02:32 +08:00

这是 KVM halt polling 特性造成的
https://www.kernel.org/doc/html/latest/virt/kvm/halt-polling.html