我正在分析一个问题，其中虚拟机内部受 CPU 限制的工作负载的性能通常（并非总是）远低于我们基于底层硬件所预期的性能。
我们在 Windows Server 2012 R2 上使用 Hyper-V。该服务器具有双 Intel Xeon E5-2643 v2 @ 3.50 GHz。
以下是一些看似相关的数字：
- Hyper-V 虚拟机管理程序逻辑处理器，% 总运行时间，实例 _Total：平均 20%
- Hyper-V 虚拟机管理程序虚拟处理器，每次调度的 CPU 等待时间，实例 _Total：平均 20000（这个数字似乎完全是安全的，因此虚拟机管理程序似乎不必从虚拟 CPU “转移” 到另一个虚拟机的逻辑 CPU 来安排时间；似乎转化为 2% 的开销）
- Hyper-V 虚拟机管理程序逻辑处理器，最大频率的百分比，实例 _Total：平均 34%
- CPU-Z 工具显示，两个处理器的核心 #0 大部分时间都在 1200 MHz 左右（与性能监视器报告的最大频率百分比非常吻合）
在只有几个核心的桌面上，一旦 CPU 密集型活动开始，核心速度就会立即加快。
然而，在我们的 Hyper-V 主机上，核心速度似乎只有在以下情况下才会提高：系统总体负载几秒钟内似乎很高。例如，如果您的虚拟机总共有 24 个物理 CPU，其中有 4 个是虚拟 CPU（启用了超线程），并且该虚拟机需要 CPU 能力，而虚拟机内的任务管理器显示 CPU 使用率接近 100%，则大多数情况下物理 CPU 的时钟速度不会提高，性能很差。
显然，这是不受欢迎的行为。想象一下，由于服务器的负载“不够”以增加 CPU 频率，数据库服务器需要 3 倍的时间来回答查询。这毫无意义。
我发现了一个博客文章描述了 VMWare 和 Cisco 刀片的完全相同的行为，从 2011 年开始。我没有在其他地方找到有关此信息。
实际上，我可以通过切换到 Windows“高性能”电源计划来摆脱这种现象powercfg.cpl，但代价是功耗增加约 30%。实际上，我获得了更好、更一致的性能，并且性能监视器显示更低的负载数字。
（在较旧的服务器上，我发现了一个附加设置“处理电源管理 | 最低处理器状态”，可以将其设置为 100%，而无需禁用所有其他省电选项。新设置仅显示“系统冷却策略”，即使对于“平衡”计划也处于“活动”状态，所以我唯一的选择是选择“高性能”。）
这真的是 Hyper-V 主机的最佳实践吗？还是还有其他解决方法？如果 SpeedStep 真的是个问题，我想知道他们为什么还要将其内置到服务器 CPU 中并默认启用它，以及为什么我从未在 Hyper-V 配置指南中看到过此设置？
答案1
经过进一步的搜索，我发现这似乎是现代服务器 CPU 的一个普遍问题，甚至与虚拟化无关，并且主流服务器供应商以及 Microsoft 和 VMWare 等软件供应商在其产品中都采用了默认设置，人为地限制了 CPU 性能。我还是觉得难以置信。
对于任何想要立即获得全部 CPU 能力的人来说，这都是一个解决方案每个核心一开始，所有内核都不忙，禁用省电（Intel SpeedStep/EIST 或 AMD Cool'n'Quiet）。根据您的 BIOS 设置，可以在操作系统级别（如 Windows powercfg.cpl“高性能”计划）或通过 BIOS 进行控制，在这种情况下，操作系统设置将变灰。
Brent Ozar 对此写道（“SQL Server 在节能 CPU 上运行？没那么快。”） 在2011年：
在过去的几周里，我看到了多起服务器升级导致性能下降的案例，其中一个关键因素就是 CPU 的节流。理论上，服务器应该根据需求增加功率，但实际上，情况很少如此。服务器制造商在 BIOS 中隐藏了节能设置，而 Windows Server 附带的默认节能选项会过于频繁地降低 CPU 功率。
微软表示KB2207548：
在某些情况下，在运行默认（平衡）电源计划时，Windows Server 2008 R2 计算机的整体性能可能会下降。无论平台如何，都可能出现此问题，并且可能在本机和虚拟环境中都出现。性能下降可能会增加某些任务的平均响应时间，并导致 CPU 密集型应用程序的性能问题。[...] 如果将电源选项设置为平衡，则可能会出现此问题。默认情况下，Windows Server 2008 R2 设置平衡（推荐）电源计划
Win2008R2 有一个可用的修补程序，并且建议更新 BIOS，但由于这仍然是 Win2012R2 的一个问题，因此似乎没有办法绕过第二个建议“高性能”计划。
具有类似症状的问题描述KB2534356它还提供了仅适用于 Win2008R2 的修补程序。因此对我来说，只有常用的解决方法（高性能计划）才适用，但听起来未来可能会修复。（它在台式机 CPU 上运行良好，所以我不明白为什么它不能在服务器上使用。）
如果我找到更好的解决方案，我会更新这个答案（或者如果其他人发布了解决方案，当然会更改接受的答案）。
仍然想知道 EC2 或 Azure 是否可能存在同样的问题（在这种情况下您将无法对此采取任何措施，因为您需要控制主机，更改 VM 中的设置不会产生任何影响）。
更多参考资料：
- 虚拟化时考虑 CPU 功率优化与性能（2011；2013 年的后续行动）
- DBPM 如何影响客户虚拟机性能（2013 年）
- 是否已实现高 CPU 就绪且 CPU 利用率低？（当 VMWare 遇到较高的“CPU 就绪”数字时，也给出同样的建议）
答案2
我只是偶尔看到这种情况。理论上，speedstep（似乎越来越成为不可配置的选项）不会影响您的性能。但是，当它降低时，您突然在单个虚拟机中变得繁忙，有时似乎处理器认为它不够用。我不确定这是 Microsoft 的问题，因为正如您所提到的，VMware 和 Cisco 有同样的问题。
答案3
这是服务器上用于移除 speedstep 的 bios 功能。在 IBM blade 上，这是默认 bios 选项：无 speedstep，有时无 turbo。查看博客技术细节：
https://workinghardinit.wordpress.com/tag/c-states/
“根据您的发现和需求，您可能只想在 BIOS 或 Windows 中关闭 SpeedStep 或 Cool'n'Quiet”因此，如果您遇到问题，只需将其关闭即可。
并且在 BIOS 中检查错误的 BIOS 中未关闭的虚拟指令。
不要忘记添加“hyperv 工具”，以便在旧操作系统上实现更好的“虚拟感知操作系统”。