Dans l'architecture moderne des réseaux de centres de données, l'utilisation efficace des processeurs multi-cœurs et l'optimisation des performances réseau dans les environnements virtualisés ont toujours été des défis technologiques essentiels. Les serveurs physiques traditionnels utilisent la technologie RSS sur les cartes réseau pour répartir intelligemment le trafic réseau entre plusieurs cœurs du processeur, améliorant ainsi significativement le débit réseau et l'utilisation du processeur. Toutefois, l'introduction de la virtualisation a rendu les chemins du trafic réseau plus complexes : la carte réseau physique doit servir simultanément la machine hôte et plusieurs machines virtuelles, ce qui rend difficile l'adaptation directe de la technologie RSS classique à l'architecture en couches des commutateurs virtuels. Pour résoudre ce problème, la plateforme de virtualisation Hyper-V a introduit la technologie Virtual Machine Queue (VMQ), qui reprend le principe d'équilibrage de charge multi-cœur de RSS tout en l'optimisant pour les scénarios de virtualisation.
Technologie RSS traditionnelle des cartes réseau de serveur physique
Avant d'introduire VMQ, examinons d'abord comment une carte réseau reçoit les données réseau sur un serveur physique traditionnel. Lorsque les processeurs multicœurs ont été introduits, les cartes réseau ne permettaient initialement pas de répartir les interruptions du trafic réseau sur plusieurs cœurs logiques, mais les traitaient sur un seul cœur logique. Cela entraînait une utilisation inégale du processeur et une efficacité réduite dans le traitement du trafic réseau. Aujourd'hui, la plupart des cartes réseau prennent en charge la technologie RSS, qui permet aux cartes disposant de plusieurs files d'attente matérielles de distribuer les données reçues sur plusieurs files. Sur les serveurs physiques multicœurs, la technologie RSS dirige les interruptions provenant de ces files vers différents cœurs logiques du processeur, améliorant ainsi l'efficacité de la réception des données. L'objectif du RSS est d'attribuer les files à un cœur logique optimal, équilibrant ainsi la charge processeur liée au trafic réseau.
Fonctionnement de la gestion des machines virtuelles Hyper-V (VMQ)
La situation dans un environnement virtualisé est plus complexe que dans un environnement physique. Premièrement, lorsqu'une carte réseau physique est transformée en commutateur virtuel, elle perd sa fonctionnalité RSS. Deuxièmement, comme plusieurs machines virtuelles s'exécutent sur l'hôte physique et partagent la même carte réseau pour recevoir les paquets, une méthode tout aussi efficace est nécessaire pour équilibrer la charge processeur liée au réseau tout en garantissant les performances réseau des machines virtuelles. C'est là qu'intervient la VMQ. La VMQ est une file d'attente spéciale qui fonctionne de manière similaire aux files d'attente matérielles des cartes réseau et utilise un mécanisme proche du RSS pour répartir les interruptions de file d'attente sur différents cœurs logiques du processeur. Toutefois, la logique de filtrage et d'affectation des paquets dans la VMQ diffère de celle des files d'attente matérielles. Dans un environnement purement physique, la carte réseau ne prend en compte que sa propre file de données, tandis que dans un environnement virtualisé, le commutateur virtuel doit équilibrer les files d'attente à la fois pour l'hôte physique et pour les machines virtuelles.
Avant d'expliquer le principe de fonctionnement du VMQ, comprenons d'abord le chemin d'acheminement des paquets au sein d'un commutateur virtuel. Le commutateur virtuel Hyper-V dispose de deux types de files d'attente : VMQ et la file d'attente par défaut. Les données de la file d'attente par défaut traversent plusieurs étapes, notamment le routage du commutateur virtuel, le filtrage, les extensions, les listes de contrôle d'accès et les chemins de transfert, avant d'être finalement distribuées via le bus de machine virtuelle.
VMQ collecte d'abord les adresses MAC des cartes réseau virtuelles (vNIC) dans les machines virtuelles avant de les distribuer dans des files d'attente à l'aide d'un filtre MAC VMQ pour les machines virtuelles ayant activé VMQ. Les machines virtuelles sans VMQ activé, ou celles dont le trafic ne correspond pas au filtre MAC VMQ, restent dans la file d'attente par défaut. Contrairement à la file d'attente par défaut, qui suit l'ensemble du chemin de routage, filtrage, extension, contrôle d'accès et transfert, VMQ contourne certaines de ces étapes et transmet les données vers le bus de la machine virtuelle avec un minimum de surcharge de routage. Une fois que les données atteignent le bus de la machine virtuelle, la carte réseau virtuelle (vNIC) dans la machine virtuelle utilise la technologie RSS virtuelle (vRSS) pour distribuer les interruptions de file d'attente aux processeurs virtuels.
Quelles sont les fonctions de la VMQ ?
Si la VMQ est activée sur la vNIC, le commutateur virtuel contourne plusieurs couches de code de routage, garantissant ainsi qu'aucune donnée n'est transférée à la VM rapidement et avec précision. Par rapport à un scénario sans VMQ, cela réduit non seulement la consommation des ressources CPU pour le routage, mais diminue également la latence de transmission des données.
VMQ fournit les fonctionnalités suivantes :
Remarque : Dans Hyper-V, les sous-partitions sont également appelées machines virtuelles.
Réduit l'utilisation du processeur en déléguant les tâches de filtrage des paquets au matériel de la carte réseau.
Évite la duplication des données réseau en utilisant le DMA pour transférer directement les données vers la mémoire de la machine virtuelle.
Segmente les données du réseau pour fournir un environnement sécurisé.
Prend en charge la migration à chaud.
VMQ dynamique contre VMQ statique
Le VMQ peut être classé comme dynamique ou statique. Un VMQ statique signifie que l'association entre le VMQ et les cœurs logiques du processeur est fixe. Par exemple, le VMQ attribué à la machine virtuelle VM1 est mappé au cœur logique CPU1, tandis que le VMQ attribué à VM2 est mappé au cœur logique CPU2. Ce mappage reste inchangé tout au long du cycle de vie de VM1 et VM2, ce qui signifie que les données de VM1 sont toujours traitées par le cœur logique CPU1, et celles de VM2 par le cœur logique CPU2. Toutefois, dans les cas où le processeur chargé du trafic réseau d'une machine virtuelle devient occupé, un VMQ statique peut ralentir le traitement du réseau pour cette machine virtuelle.
Pour résoudre ce problème, à partir de Windows Server 2012 R2, la file d'attente VMQ dynamique a été introduite. La VMQ dynamique est plus intelligente : contrairement à la VMQ statique, elle permet un ajustement dynamique du traitement réseau des machines virtuelles en fonction de la charge et du processeur logique associé. Si le processeur logique 2 est relativement inactif, les files d'attente de VM1 et de VM2 peuvent toutes deux être associées au processeur logique 2.
Comment gérer les files d'attente des machines virtuelles ?
Activer ou désactiver la file d'attente de machine virtuelle (VMQ) pour une machine virtuelle est simple. Par défaut, Hyper-V active la VMQ. Toutefois, celle-ci peut être activée ou désactivée selon les besoins de la machine virtuelle et les performances réelles de la carte réseau. Dans certains cas, la VMQ peut entraîner une dégradation importante des performances réseau des machines virtuelles. Si de tels problèmes surviennent, la VMQ peut être désactivée sur la carte réseau hôte en suivant ces étapes :
1. Ouvrez l'outil de gestion de l'hôte — Computer Management, accédez à Device Manager, puis développez la liste des Network Adapters.
2. Cliquez avec le bouton droit sur la carte réseau physique associée à Hyper-V, puis sélectionnez Properties.
3. Dans la boîte de dialogue des propriétés de la carte réseau, accédez à l'onglet Advanced, recherchez l'option Virtual Machine Queue dans la liste des propriétés, modifiez sa valeur sur Disabled, puis cliquez sur OK.
S'il y a trop de machines virtuelles et pas assez de files d'attente VMQ sur la carte réseau, des poids VMQ peuvent être attribués afin de prioriser le traitement des données réseau. Les machines virtuelles ayant des poids plus élevés bénéficieront d'une priorité dans la file VMQ, et inversement. Par défaut, le poids VMQ est défini sur 100, comme indiqué dans l'exemple ci-dessous :
PS C:\> Get-VMNetworkAdapter -VMName VM01 | fl VMQweight VMQWeight : 100
Pour modifier le poids VMQ pour une machine virtuelle, utilisez la commande PowerShell suivante :
PS C:\> Get-VMNetworkAdapter -VMName vmname -VMQweight 50
Sauvegarder une machine virtuelle Hyper-V avec la solution Vinchin
Dans certains scénarios, un logiciel de sauvegarde professionnel tel que Vinchin Backup & Recovery peut offrir des performances plus optimisées et des fonctionnalités plus avancées.
Vinchin Backup & Recovery est une solution avancée de protection des données qui prend en charge un large éventail de plateformes de virtualisation populaires, notamment VMware, Hyper-V, XenServer, Red Hat Virtualization, Oracle, Proxmox, etc., ainsi que les bases de données, NAS, serveurs de fichiers, Linux et Windows Server. Elle propose des fonctionnalités avancées telles que la sauvegarde sans agent, l'incrémentation permanente, la migration V2V, la restauration instantanée, la restauration granulaire, le chiffrement des sauvegardes, la compression, la déduplication et la protection contre les ransomwares. Ces éléments sont essentiels pour garantir la sécurité des données et optimiser l'utilisation des ressources de stockage.
Il suffit de 4 étapes pour sauvegarder vos machines virtuelles Hyper-V avec Vinchin Backup & Recovery :
1. Sélectionnez l'objet de sauvegarde.
2. Sélectionnez la destination de la sauvegarde.
3. Configurez les stratégies de sauvegarde.
4. Examiner et soumettre le poste.
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Hyper-v Virtual Machine Queue FAQs
1. Qu'est-ce que VMMQ ?
La file d'attente multiple de machine virtuelle (VMMQ) améliore VMQ en répartissant le trafic réseau sur plusieurs cœurs du processeur, ce qui renforce les performances pour les charges de travail à bande passante élevée sur les cartes réseau 10GbE+.
2. Combien de files d'attente RSS dois-je utiliser ?
Le nombre de files d'attente Receive Side Scaling (RSS) que vous devez utiliser dépend de votre adaptateur réseau, du nombre de cœurs de processeur et de la charge de travail. Utilisez autant ou moins de files d'attente RSS que de cœurs de processeur disponibles afin d'éviter un trop grand nombre de changements de contexte.
Conclusion
La technologie VMQ étend la logique de file d'attente matérielle des cartes réseau physiques vers la couche de virtualisation, permettant une répartition efficace du trafic réseau des machines virtuelles et un équilibrage de la charge processeur. Sa valeur principale réside dans le contournement du chemin de routage complexe des commutateurs virtuels, tout en exploitant des mécanismes d'allocation dynamique de files d'attente pour réduire la latence réseau et améliorer le débit dans les environnements multi-machine virtuelle en concurrence. Bien qu'une configuration inappropriée de VMQ puisse entraîner des problèmes de performance dans certains scénarios, ses fonctionnalités en font une technologie essentielle pour la création de réseaux virtualisés hautes performances.
