企业在香港租用了多台基于KVM的虚拟化服务器，用于支撑其生产环境中的多个业务应用。在初期部署时，所有服务的运行状态均非常稳定，性能良好。然而，随着时间的推移，逐步有多个部门反馈其业务系统出现了性能下降的问题，包括应用响应变慢、数据库操作延迟加剧、虚拟机的CPU和内存利用率显著上升等。
通过对性能瓶颈的初步排查，发现虚拟机的CPU、内存和磁盘IO的利用率并没有达到过载的程度，且硬件资源未达到瓶颈。但在磁盘IO上，部分虚拟机的读写速度远低于预期，并且存在一些虚拟机在执行数据库操作时频繁发生IO等待现象。
进一步深入分析后，发现问题出在虚拟磁盘缓存设置的不当。具体地说，KVM的虚拟机磁盘缓存模式未进行合理配置，导致了性能的下降。
问题分析
虚拟磁盘缓存设置不当： KVM支持多种磁盘缓存策略，包括 none、writeback、writethrough、directsync、unsafe 等。每种模式的性能和数据安全性有所不同。默认情况下，KVM会为虚拟机的磁盘设置 writeback 缓存模式，这是为了提高写入性能，但在某些情况下，这样的缓存策略可能会导致数据一致性问题和磁盘IO延迟。
虚拟机负载增加导致缓存效应变差： 随着虚拟机数目的增多，系统的磁盘I/O请求也逐渐增加，虚拟磁盘的缓存模式可能不再适应实际的工作负载。writeback模式会使得数据在虚拟机内存中暂时缓存，且写入操作并非立即同步到磁盘，可能导致虚拟机出现高IO等待和数据同步延迟，尤其是在存储设备性能不足时，影响更加明显。
磁盘IO延迟与虚拟化平台配置： 在KVM虚拟化环境下，如果磁盘IO调度器没有得到合理优化，也可能是性能下降的一个原因。传统的 cfq（Completely Fair Queuing）调度器可能在虚拟化环境下并不适合，因为它过于注重公平分配，可能导致虚拟机间的I/O竞争不均。
解决方案
通过对该案例的深入分析，我们采取了以下步骤来优化系统性能：
1. 修改虚拟磁盘缓存模式
在KVM中，虚拟机磁盘的缓存模式直接影响I/O性能和数据一致性。在我们的案例中，最合适的策略是将磁盘缓存模式从默认的 writeback 修改为 none，即禁用缓存。这样，所有的写操作都会直接同步到磁盘，避免了虚拟机内存缓存带来的延迟。
可以通过修改KVM虚拟机配置文件中的磁盘缓存设置来实现：
<disk bus='virtio' device='disk'>
<driver name='qemu' type='raw' cache='none'/>
<target dev='vda' bus='virtio'/>
<address type='pci' slot='0x04'/>
</disk>
其中，cache=’none’表示关闭缓存，确保每次写操作都会直接写入磁盘，适合需要高一致性的应用场景（如数据库）。
2. 优化KVM存储IO调度器
为了进一步提升磁盘IO性能，我们需要优化KVM的磁盘IO调度器。默认情况下，Linux使用的是cfq调度器，但在高负载的虚拟化环境中，deadline或noop调度器往往能够提供更好的性能。
可以通过如下命令修改KVM虚拟机磁盘的调度器：
echo deadline > /sys/block/vda/queue/scheduler
deadline调度器具有较好的响应时间和延迟控制，适合高负载的磁盘环境，尤其是当多个虚拟机共享同一物理存储时。
3. 硬件配置的调整
除了虚拟机的配置调整外，还需要检查底层硬件配置，尤其是磁盘阵列和存储设备的性能。在我们的案例中，存储设备使用的是传统的SATA硬盘，这在IO密集型应用场景下并不理想。通过将存储介质升级为SSD（固态硬盘），可以大幅提升磁盘的读写速度，尤其是在高并发访问的情况下。
4. 调整KVM虚拟机的资源分配
针对多个虚拟机负载增加的情况，可以适当调整虚拟机的CPU、内存以及磁盘资源配置。通过合理分配资源，避免虚拟机间的资源竞争，提升整体系统的吞吐量和响应速度。
例如，可以通过以下命令调整虚拟机的CPU核心数和内存大小：
virsh setvcpus VM_NAME 4 --maximum
virsh setmem VM_NAME 8192 --size
5. 定期监控与性能评估
解决完上述问题后，我们还需要定期对KVM虚拟化平台的性能进行监控，确保系统在运行过程中不会再次遇到瓶颈。可以使用iostat、top、vmstat等工具进行监控，并通过virt-top监控虚拟机的资源使用情况。
我们通过本案例的分析与解决，我们可以看出，KVM虚拟化环境中的性能下降问题，往往与虚拟磁盘缓存设置不当和底层硬件性能瓶颈密切相关。针对磁盘缓存设置、IO调度器配置和硬件资源的合理利用，是解决这一问题的关键。合理调整缓存模式、优化IO调度器、更新硬件配置以及合理分配虚拟机资源，可以有效提高虚拟化平台的整体性能。
