Недостаток мощности процессора тормозит работу, ограничивает возможности программистов, геймеров, тестировщиков и других специалистов IT-сферы. Виртуальные ядра, или vCPU, ускоряют работу физического ЦП, позволяя решать сложные задачи на стандартном пользовательском компьютере. Технология снижает риск возникновения простоев при запросе к кэшу, ожидании результата выполнения предыдущей инструкции.
Что такое vCPU
Английская аббревиатура vCPU в переводе расшифровывается как виртуальный централизованный процессор. Он используется для работы виртуальных машин и не существует в физическом компьютере пользователя.
Виртуальные машины применяются для увеличения производительности компьютера и организации возможности одновременно совершать большее количество действий. Они работают внутри операционной системы как приложения — могут служить для одновременной работы нескольких операционных систем.
Для создания виртуальных машин и назначения для них vCPU необходим гипервизор. Программа осуществляет распределение ресурсов и дает возможность создать на базе одного хост-компьютера несколько гостевых машин.
Реальные физические процессоры компьютера для обработки информации и выполнения действий используют ядра, для рядовых задач достаточно устройств с двумя или четырьмя ядрами. Ядро назначает исполнение одного или нескольких потоков. Для современных компьютеров одновременная работа с несколькими программами стала нормой, а вот первые ядра не были многопоточными, из-за чего их производительность была в сотни раз ниже.
Виртуальные процессоры (ВП) в пользовательском компьютере не имеют физических ядер, но операционная система рассматривает каждый подключенный vCPU как реальный.
Не стоит путать: сегодня в зависимости от контекста ВП может быть назван ядром, выполняющим функцию обратной совместимости, эмулятором для работы с играми, программами или виртуальной машиной.
Примером работы виртуальных процессоров служат облачные серверы. Для того чтобы сохранить производительность своего устройства, пользователь подключается к серверу, используя его возможности для выполнения определенных задач.
Что делает vCPU
Каждый виртуальный процессор воспринимается операционной системой как одно ядро. Пользователь получает доступ к этим ядрам, но не к физическому оборудованию сервера. Это основное различие при использовании услуги подключения к облачному сервису и аренды стойки в дата-центре.
Простыми словами работу ВП можно описать следующим алгоритмом:
- устанавливаются и подключаются физические серверы в дата-центре с реальными процессорами и мощностями;
- загружается программное обеспечение — гипервизор, который, используя часть физической мощности сервера, создает виртуальные процессоры и управляет их работой;
- пользователь, подключая ВП, получает возможность совершать вычислительные процессы в обход производительности собственного компьютера.
Скорость и мощность зависят от реальной мощности сервера.
Мнение эксперта: Действительно удивляют размеры производительности, которую можно получить, сегментируя ядра и применяя виртуализацию. Редко появляются ситуации, когда процессор является узким местом производительности для виртуальной среды.
Есть еще одна особенность работы ВП, которая должна учитываться пользователем при выборе облачного сервера, — эмуляция работы ядер при помощи потоков. Поток — вычислительный процесс, используемый для решения задачи. Так, для работы с текстом может понадобиться несколько потоков, один их которых нужен для сохранения информации, другой — для форматирования. Реальное ядро использует сразу несколько потоков, что дает возможность заключить: чем больше ядер, тем выше производительность.
Виртуальный процессор не является физическим оборудованием и, соответственно, не имеет потоков. Всю работу по созданию мощности, отбору и перенаправлению потоков совершает программное обеспечение. По этой причине для обозначения производительности используется количество потоков, предоставляемое пользователю.
ВП под управлением гипервизора позволяет решать любые необходимые пользователю задачи: обеспечивать работу интернет-магазина, тестировать программы, обрабатывать и хранить информацию, а также совершать другие задачи, свойственные для работы обычного компьютера.
Оценка производительности
Сегодня довольно много компаний предлагают использовать мощности облачных серверов. Услуга пользуется популярностью как среди частных пользователей, так и среди организаций. С ее помощью можно построить практически любую IT-инфраструктуру.
Чтобы ресурс мог справиться с требуемой нагрузкой, главным показателем при выборе сервера является его производительность. При оценке важны такие показатели, как:
- пропускная способность, которая показывает количество выполняемых сервером задач за выбранный период времени;
- скорость — время, за которое сервис производит действие или решает конкретную задачу.
Определяет показатели скорости и пропускной способности тестовый режим ресурса. Пользователь может проверить, как будет работать выбранный сервер для конкретной структуры.
Помимо основной оценки производительности ресурса, имеют значение такие дополнительные параметры:
- выделенная память для гостевой операционной системы;
- количество физической памяти, выделяемой виртуальной машине;
- размер памяти, используемый гипервизором;
- размер памяти, выделяемый ресурсом для создания виртуальной машины;
- размер хранилища жесткого диска и его тип;
- тип контроллера для виртуального диска.
На производительность ресурса влияет тип диска, устанавливаемого для выполнения задач пользователя. На сегодняшний день доступны три вида дисков: SSD, SAS, SATA. При этом первый дает большую скорость и, как следствие, повышает производительность.
Производительность любого из трех видов дисков можно оценить по двум показателям: по количеству операций чтения или записи и по уровню задержек при каждом обращении к диску. Задержка во время обращения к диску свыше 20 м/с считается плохим показателем, а также говорит о низкой производительности.
Процессор против vCPU
Процессоры — это физические устройства, являющиеся мозгом компьютера. Виртуальный процессор реально не существует и является продуктом работы программы.
Производительность физических устройств основана на количестве ядер, а у виртуального аналога — на количестве нитей-потоков. Для того чтобы понять, какой из них лучше использовать, необходимо разобраться в возможностях каждого.
Поток — это алгоритм выполнения действий для решения задачи. В физическом процессоре этот алгоритм выполняет ядро. В современных компьютерах несколько ядер обеспечивают многопоточность, что ускоряет производительность компьютера.
Современные многопоточные аппаратные ЦП компьютеров обладают одним важным недостатком – они быстро перегреваются. Владельцам устройств приходится устанавливать дополнительную систему охлаждения для возможности нормально работать без отключений и риска выхода системы из строя.
В виртуальном процессоре нет ядер, но существуют потоки, которыми управляет программное обеспечение. Программа решает, сколько потоков направить для решения задачи, обеспечивая для пользователя тот же результат, что и при использовании физических устройств.
Возможности реального многоядерного процессора (ЦП) и vCPU (ВП)
| ЦП | ВП |
| В одно и то же время может работать только одна операционная система | Можно установить несколько операционных систем, работающих одновременно |
| Ограничены размеры памяти и мощность | Возможно увеличить размеры памяти и мощность |
| Вирус охватывает всю программную среду | При использовании изолированной среды вирус остается в ней, не влияя на работу системы |
| Физическими параметрами ограничены возможности выполнения задач | Возможна работа тяжелых программ на простом оборудовании |
Можно сделать вывод: ВП необходим для работы со сложными программами или несколькими операционными системами на простой технике.
Преимущества
ЦП — мозг компьютера. По этой причине он является и самой дорогой его частью. Для работы со сложными программами, различными операционными системами, многопользовательскими играми и различными IT-структурами необходимо приобретать новые высокопроизводительные устройства. ВП позволяют выполнять любые действия на простом оборудовании, обладающем стандартными или даже низкими параметрами мощности и памяти.
Важно знать: одно ядро сильнее одного потока, но одно ядро слабее двух потоков. Эта закономерность объясняет преимущества работы с ВП, предоставляющими несколько потоков одновременно.
Преимуществами vCPU являются:
- экономия затрат на приобретение и содержание дорогой вычислительной техники;
- решение нескольких задач одновременно, без риска остановки одного процесса ради работы другого;
- экономия физических ресурсов;
- обеспечение бесперебойной работы различных структур;
- работа на устаревшей версии операционной системы;
- создание виртуальной сети;
- возможность быстро восстановить систему.
Для домашнего использования ВП дает возможность работать с несколькими операционными системами одновременно. К примеру, большинство популярных компьютерных игр созданы для работы на ОС Windows. ВП дает возможность использовать вместе со стандартной ОС одновременно любую другую. Работа в нескольких ОС удобна разработчикам приложений для мобильных устройств.
Компаниям, создающим сервисы для геймеров, использование виртуальных машин позволяет предоставить игроку возможность играть с любого устройства. Также виртуализация процессоров помогает снизить расход электроэнергии. Сложные вычислительные процессы требуют установки собственных серверов, обеспечения их энергией и условиями для безопасной работы, чего не нужно при использовании ВП.
Еще одним важным преимуществом ВП перед ЦП является неистощимость ресурсов. Со временем требования к аппаратной мощности для работы с новыми программами становятся выше, параметры физических ядер уже не могут предоставить необходимую мощность и скорость.
Заключение
В магазинах при покупке компьютера или ноутбука продавцы привлекают покупателя многоядерностью ЦП, но во время работы производительности такой техники становится недостаточно. Проблема состоит в том, что ОС видит потоки и принимает их за ядра. Так как одно ядро выдает прямой и обратный поток, то система видит вместо 2 ядер 4 или вместо 4 целых 8.
При подключении ВП пользователь подключает потоки, а не ядра. Такая система работы позволяет обеспечить нужную мощность без дополнительных трат на профессиональные машины. Поделитесь мнением: был ли у вас опыт использования vCPU? Для каких целей он применялся?
