]> git.proxmox.com Git - pve-docs.git/blobdiff - qm.adoc
refer to Mastering Proxmox - Second Edition
[pve-docs.git] / qm.adoc
diff --git a/qm.adoc b/qm.adoc
index c177401c51200e757b438f8afe60846e1f53c9ea..375cc39a7fa617199f94f89ab1977960e2991911 100644 (file)
--- a/qm.adoc
+++ b/qm.adoc
@@ -33,30 +33,37 @@ Qemu (short form for Quick Emulator) is an opensource hypervisor that emulates a
 physical computer. From the perspective of the host system where Qemu is
 running, Qemu is a user program which has access to a number of local resources
 like partitions, files, network cards which are then passed to an
-emulated computer which sees them as if they were real devices. 
+emulated computer which sees them as if they were real devices.
 
 A guest operating system running in the emulated computer accesses these
 devices, and runs as it were running on real hardware. For instance you can pass
 an iso image as a parameter to Qemu, and the OS running in the emulated computer
-will see a real CDROM inserted in a CD drive. 
+will see a real CDROM inserted in a CD drive.
 
-Qemu can emulates a great variety of hardware from ARM to Sparc, but {pve} is 
+Qemu can emulates a great variety of hardware from ARM to Sparc, but {pve} is
 only concerned with 32 and 64 bits PC clone emulation, since it represents the
 overwhelming majority of server hardware. The emulation of PC clones is also one
 of the fastest due to the availability of processor extensions which greatly
 speed up Qemu when the emulated architecture is the same as the host
-architecture. +
+architecture.
+
+NOTE: You may sometimes encounter the term _KVM_ (Kernel-based Virtual Machine).
+It means that Qemu is running with the support of the virtualization processor
+extensions, via the Linux kvm module. In the context of {pve} _Qemu_ and
+_KVM_ can be use interchangeably as Qemu in {pve} will always try to load the kvm
+module.
+
 Qemu inside {pve} runs as a root process, since this is required to access block
 and PCI devices.
 
 Emulated devices and paravirtualized devices
 --------------------------------------------
 
-The PC hardware emulated by Qemu includes a mainboard, network controllers, 
-scsi, ide and sata controllers, serial ports (the complete list can be seen in 
-the `kvm(1)` man page) all of them emulated in software. All these devices 
-are the exact software equivalent of existing hardware devices, and if the OS 
-running in the guest has the proper drivers it will use the devices as if it 
+The PC hardware emulated by Qemu includes a mainboard, network controllers,
+scsi, ide and sata controllers, serial ports (the complete list can be seen in
+the `kvm(1)` man page) all of them emulated in software. All these devices
+are the exact software equivalent of existing hardware devices, and if the OS
+running in the guest has the proper drivers it will use the devices as if it
 were running on real hardware. This allows Qemu to runs _unmodified_ operating
 systems.
 
@@ -67,16 +74,16 @@ the guest OS recognizes it is running inside Qemu and cooperates with the
 hypervisor.
 
 Qemu relies on the virtio virtualization standard, and is thus able to presente
-paravirtualized virtio devices, which includes a paravirtualized generic disk 
-controller, a paravirtualized network card, a paravirtualized serial port, 
+paravirtualized virtio devices, which includes a paravirtualized generic disk
+controller, a paravirtualized network card, a paravirtualized serial port,
 a paravirtualized SCSI controller, etc ...
 
-It is highly recommended to use the virtio devices whenever you can, as they 
-provide a big performance improvement. Using  the virtio generic disk controller 
-versus an emulated IDE controller will double the sequential write throughput, 
-as measured with `bonnie++(8)`. Using the virtio network interface can deliver 
+It is highly recommended to use the virtio devices whenever you can, as they
+provide a big performance improvement. Using  the virtio generic disk controller
+versus an emulated IDE controller will double the sequential write throughput,
+as measured with `bonnie++(8)`. Using the virtio network interface can deliver
 up to three times the throughput of an emulated Intel E1000 network card, as
-measured with `iperf(1)`. footnote:[See this benchmark on the KVM wiki 
+measured with `iperf(1)`. footnote:[See this benchmark on the KVM wiki
 http://www.linux-kvm.org/page/Using_VirtIO_NIC]
 
 Virtual Machines settings
@@ -103,7 +110,7 @@ the UTC time.
 
 Hard Disk
 ~~~~~~~~~
-Qemu can use a emulate a number of storage controllers:
+Qemu can emulate a number of storage controllers:
 
 * the *IDE* controller, has a design which goes back to the 1984 PC/AT disk
 controller. Even if this controller has been superseded by more more designs,
@@ -116,7 +123,7 @@ design, allowing higher throughput and a greater number of devices to be
 connected. You can connect up to 6 devices on this controller.
 
 * the *SCSI* controller, designed in 1985, is commonly found on server
-grade hardware, and can connect up to 14 storage devices. {pve} emulates by 
+grade hardware, and can connect up to 14 storage devices. {pve} emulates by
 default a LSI 53C895A controller.
 
 * The *Virtio* controller is a generic paravirtualized controller, and is the
@@ -124,7 +131,7 @@ recommended setting if you aim for performance. To use this controller, the OS
 need to have special drivers which may be included in your installation ISO or
 not. Linux distributions have support for the Virtio controller since 2010, and
 FreeBSD since 2014. For Windows OSes, you need to provide an extra iso
-containing the Virtio drivers during the installation. 
+containing the Virtio drivers during the installation.
 // see: https://pve.proxmox.com/wiki/Paravirtualized_Block_Drivers_for_Windows#During_windows_installation.
 You can connect up to 16 devices on this controller.
 
@@ -137,13 +144,13 @@ either the *raw disk image format* or the *QEMU image format*.
 
  * the *QEMU image format* is a copy on write format which allows snapshots, and
   thin provisioning of the disk image.
- * the *raw disk image* is a bit-to-bit image of a hard disk, similar to what 
- you would get when executing the `dd` command on a block device in Linux. This 
- format do not support thin provisioning or snapshotting by itself, requiring 
- cooperation from the storage layer for these tasks. It is however 10% faster 
-  than the *QEMU image format*. footnote:[See this benchmark for details 
+ * the *raw disk image* is a bit-to-bit image of a hard disk, similar to what
+ you would get when executing the `dd` command on a block device in Linux. This
+ format do not support thin provisioning or snapshotting by itself, requiring
+ cooperation from the storage layer for these tasks. It is however 10% faster
+  than the *QEMU image format*. footnote:[See this benchmark for details
  http://events.linuxfoundation.org/sites/events/files/slides/CloudOpen2013_Khoa_Huynh_v3.pdf]
- * the *VMware image format* only makes sense if you intend to import/export the 
+ * the *VMware image format* only makes sense if you intend to import/export the
  disk image to other hypervisors.
 
 Setting the *Cache* mode of the hard drive will impact how the host system will
@@ -162,6 +169,205 @@ when the filesystem of a VM marks blocks as unused after removing files, the
 emulated SCSI controller will relay this information to the storage, which will
 then shrink the disk image accordingly.
 
+.IO Thread
+The option *IO Thread* can only be enabled when using a disk with the *VirtIO* controller,
+or with the *SCSI* controller, when the emulated controller type is  *VirtIO SCSI*.
+With this enabled, Qemu uses one thread per disk, instead of one thread for all,
+so it should increase performance when using multiple disks.
+Note that backups do not currently work with *IO Thread* enabled.
+
+CPU
+~~~
+A *CPU socket* is a physical slot on a PC motherboard where you can plug a CPU.
+This CPU can then contain one or many *cores*, which are independent
+processing units. Whether you have a single CPU socket with 4 cores, or two CPU
+sockets with two cores is mostly irrelevant from a performance point of view.
+However some software is licensed depending on the number of sockets you have in
+your machine, in that case it makes sense to set the number of of sockets to
+what the license allows you, and increase the number of cores. +
+Increasing the number of virtual cpus (cores and sockets) will usually provide a
+performance improvement though that is heavily dependent on the use of the VM.
+Multithreaded applications will of course benefit from a large number of
+virtual cpus, as for each virtual cpu you add, Qemu will create a new thread of
+execution on the host system. If you're not sure about the workload of your VM,
+it is usually a safe bet to set the number of *Total cores* to 2.
+
+NOTE: It is perfectly safe to set the _overall_ number of total cores in all
+your VMs to be greater than the number of of cores you have on your server (ie.
+4 VMs with each 4 Total cores running in a 8 core machine is OK) In that case
+the host system will balance the Qemu execution threads between your server
+cores just like if you were running a standard multithreaded application.
+However {pve} will prevent you to allocate on a _single_ machine more vcpus than
+physically available, as this will only bring the performance down due to the
+cost of context switches.
+
+Qemu can emulate a number different of *CPU types* from 486 to the latest Xeon
+processors. Each new processor generation adds new features, like hardware
+assisted 3d rendering, random number generation, memory protection, etc ...
+Usually you should select for your VM a processor type which closely matches the
+CPU of the host system, as it means that the host CPU features (also called _CPU
+flags_ ) will be available in your VMs. If you want an exact match, you can set
+the CPU type to *host* in which case the VM will have exactly the same CPU flags
+as your host system. +
+This has a downside though. If you want to do a live migration of VMs between
+different hosts, your VM might end up on a new system with a different CPU type.
+If the CPU flags passed to the guest are missing, the qemu process will stop. To
+remedy this Qemu has also its own CPU type *kvm64*, that {pve} uses by defaults.
+kvm64 is a Pentium 4 look a like CPU type, which has a reduced CPU flags set,
+but is guaranteed to work everywhere. +
+ In short, if you care about live migration and moving VMs between nodes, leave
+the kvm64 default. If you don’t care about live migration, set the CPU type to
+host, as in theory this will give your guests maximum performance.
+
+You can also optionally emulate a *NUMA* architecture in your VMs. The basics of
+the NUMA architecture mean that instead of having a global memory pool available
+to all your cores, the memory is spread into local banks close to each socket.
+This can bring speed improvements as the memory bus is not a bottleneck
+anymore. If your system has a NUMA architecture footnote:[if the command
+`numactl --hardware | grep available` returns more than one node, then your host
+system has a NUMA architecture] we recommend to activate the option, as this
+will allow proper distribution of the VM resources on the host system. This
+option is also required in {pve} to allow hotplugging of cores and RAM to a VM.
+
+If the NUMA option is used, it is recommended to set the number of sockets to
+the number of sockets of the host system.
+
+Memory
+~~~~~~
+For each VM you have the option to set a fixed size memory or asking
+{pve} to dynamically allocate memory based on the current RAM usage of the
+host. 
+
+When choosing a *fixed size memory* {pve} will simply allocate what you
+specify to your VM.
+
+// see autoballoon() in pvestatd.pm
+When choosing to *automatically allocate memory*, {pve} will make sure that the
+minimum amount you specified is always available to the VM, and if RAM usage on
+the host is below 80%, will dynamically add memory to the guest up to the
+maximum memory specified. +
+When the host is becoming short on RAM, the VM will then release some memory
+back to the host, swapping running processes if needed and starting the oom
+killer in last resort. The passing around of memory between host and guest is
+done via a special `balloon` kernel driver running inside the guest, which will
+grab or release memory pages from the host.
+footnote:[A good explanation of the inner workings of the balloon driver can be found here https://rwmj.wordpress.com/2010/07/17/virtio-balloon/]
+
+When multiple VMs use the autoallocate facility, it is possible to set a
+*Shares* coefficient which indicates the relative amount of the free host memory
+that each VM shoud take. Suppose for instance you have four VMs, three of them
+running a HTTP server and the last one is a database server. To cache more
+database blocks in the database server RAM, you would like to prioritize the
+database VM when spare RAM is available. For this you assign a Shares property
+of 3000 to the database VM, leaving the other VMs to the Shares default setting
+of 1000. The host server has 32GB of RAM, and is curring using 16GB, leaving 32
+* 80/100 - 16 = 9GB RAM to be allocated to the VMs. The database VM will get 9 *
+3000 / (3000 + 1000 + 1000 + 1000) = 4.5 GB extra RAM and each HTTP server will
+get 1/5 GB.
+
+All Linux distributions released after 2010 have the balloon kernel driver
+included. For Windows OSes, the balloon driver needs to be added manually and can
+incur a slowdown of the guest, so we don't recommend using it on critical
+systems. 
+// see https://forum.proxmox.com/threads/solved-hyper-threading-vs-no-hyper-threading-fixed-vs-variable-memory.20265/
+
+When allocating RAMs to your VMs, a good rule of thumb is always to leave 1GB
+of RAM available to the host.
+
+Network Device
+~~~~~~~~~~~~~~
+Each VM can have many _Network interface controllers_ (NIC), of four different
+types:
+
+ * *Intel E1000* is the default, and emulates an Intel Gigabit network card.
+ * the *VirtIO* paravirtualized NIC should be used if you aim for maximum
+performance. Like all VirtIO devices, the guest OS should have the proper driver
+installed.
+ * the *Realtek 8139* emulates an older 100 MB/s network card, and should
+only be used when emulating older operating systems ( released before 2002 ) 
+ * the *vmxnet3* is another paravirtualized device, which should only be used
+when importing a VM from another hypervisor.
+
+{pve} will generate for each NIC a random *MAC address*, so that your VM is
+addressable on Ethernet networks.
+
+The NIC you added to the VM can follow one of two differents models:
+
+ * in the default *Bridged mode* each virtual NIC is backed on the host by a
+_tap device_, ( a software loopback device simulating an Ethernet NIC ). This
+tap device is added to a bridge, by default vmbr0 in {pve}. In this mode, VMs
+have direct access to the Ethernet LAN on which the host is located.
+ * in the alternative *NAT mode*, each virtual NIC will only communicate with
+the Qemu user networking stack, where a builting router and DHCP server can
+provide network access. This built-in DHCP will serve adresses in the private
+10.0.2.0/24 range. The NAT mode is much slower than the bridged mode, and
+should only be used for testing.
+
+You can also skip adding a network device when creating a VM by selecting *No
+network device*.
+
+.Multiqueue
+If you are using the VirtIO driver, you can optionally activate the
+*Multiqueue* option. This option allows the guest OS to process networking
+packets using multiple virtual CPUs, providing an increase in the total number
+of packets transfered.
+
+//http://blog.vmsplice.net/2011/09/qemu-internals-vhost-architecture.html
+When using the VirtIO driver with {pve}, each NIC network queue is passed to the
+host kernel, where the queue will be processed by a kernel thread spawn by the
+vhost driver. With this option activated, it is possible to pass _multiple_
+network queues to the host kernel for each NIC.
+
+//https://access.redhat.com/documentation/en-US/Red_Hat_Enterprise_Linux/7/html/Virtualization_Tuning_and_Optimization_Guide/sect-Virtualization_Tuning_Optimization_Guide-Networking-Techniques.html#sect-Virtualization_Tuning_Optimization_Guide-Networking-Multi-queue_virtio-net
+When using Multiqueue, it is recommended to set it to a value equal
+to the number of Total Cores of your guest. You also need to set in
+the VM the number of multi-purpose channels on each VirtIO NIC with the ethtool
+command: 
+
+`ethtool -L eth0 combined X`
+
+where X is the number of the number of vcpus of the VM.
+
+You should note that setting the Multiqueue parameter to a value greater
+than one will increase the CPU load on the host and guest systems as the
+traffic increases. We recommend to set this option only when the VM has to
+process a great number of incoming connections, such as when the VM is running
+as a router, reverse proxy or a busy HTTP server doing long polling.
+
+USB Passthrough
+~~~~~~~~~~~~~~~
+There are two different types of USB passthrough devices:
+
+* Host USB passtrough
+* SPICE USB passthrough
+
+Host USB passthrough works by giving a VM a USB device of the host.
+This can either be done via the vendor- and product-id, or
+via the host bus and port.
+
+The vendor/product-id looks like this: *0123:abcd*,
+where *0123* is the id of the vendor, and *abcd* is the id
+of the product, meaning two pieces of the same usb device
+have the same id.
+
+The bus/port looks like this: *1-2.3.4*, where *1* is the bus
+and *2.3.4* is the port path. This represents the physical
+ports of your host (depending of the internal order of the
+usb controllers).
+
+If a device is present in a VM configuration when the VM starts up,
+but the device is not present in the host, the VM can boot without problems.
+As soon as the device/port ist available in the host, it gets passed through.
+
+WARNING: Using this kind of USB passthrough, means that you cannot move
+a VM online to another host, since the hardware is only available
+on the host the VM is currently residing.
+
+The second type of passthrough is SPICE USB passthrough. This is useful
+if you use a SPICE client which supports it. If you add a SPICE USB port
+to your VM, you can passthrough a USB device from where your SPICE client is,
+directly to the VM (for example an input device or hardware dongle).
+
 Managing Virtual Machines with 'qm'
 ------------------------------------