VM パフォーマンス ハブ – CPU / メモリ / ストレージ / ネットワーク設計の入口

VM の性能は、個別の設定を足し算するだけでは安定しません。vCPU、NUMA、メモリ、ストレージ I/O、仮想 NIC、vhost、SR-IOV、DPDK はそれぞれ独立した話に見えますが、実際には host の物理資源を VM にどう見せ、どこまで仮想化レイヤを通すかという一つの設計問題です。

このページでは、VM パフォーマンス関連記事を読む順序とテーマ別の入口として整理します。まず全体像を見てから、CPU / メモリ / I/O / ネットワークの各論へ進む構成にしています。

まず読む記事

• VM の性能ボトルネックを見分ける考え方
  CPU、メモリ、ストレージ I/O、ネットワークのどこが詰まるかを見る入口です。
• VM パフォーマンス最適化 – NUMA / CPU / I/O / ネットワークを設計で見る
  VM パフォーマンスを個別設定ではなく、設計全体として見るための整理記事です。

CPU / vCPU / NUMA

• 単一 VM の vCPU はどこまで割り当てるべきか
  単一 VM に vCPU をどこまで割り当てるかを、物理コア、SMT、NUMA、overcommit から整理します。
• CPU / NUMA / pinning で VM パフォーマンスを安定させる考え方
  CPU pinning、NUMA 配置、vCPU と host CPU の対応を扱います。
• CPU ピニングを外すと何が変わるのか
  CPU pinning を外すことを、専有実行から共有実行へ戻す設計変更として整理します。

メモリ / HugePages

• HugePages / TLB / NUMA で VM メモリ性能を安定させる考え方
  HugePages、TLB、NUMA を、VM メモリ性能の安定化という観点で整理します。

ストレージ I/O

• VM ストレージ I/O を最適化する考え方
  virtio-blk / virtio-scsi、raw / qcow2、cache mode、discard、io_uring を整理します。

ネットワーク I/O

• VM ネットワーク I/O を理解する考え方
  virtio-net、virtqueue、QEMU、tap、bridge / OVS を、標準的な仮想 NIC の入口として整理します。
• vhost-net / vhost-user で VM ネットワークを高速化する考え方
  virtio-net の次に見る vhost-net / vhost-user を、kernel bypass と dataplane の入口として整理します。
• SR-IOV / PCI Passthrough で VM ネットワークを高速化する考え方
  SR-IOV / PCI Passthrough によって仮想化レイヤを迂回する設計を扱います。
• DPDK で VM ネットワークを高速化する考え方
  DPDK、NFV、user space dataplane を、VM ネットワーク高速化の発展形として整理します。

Ubuntu / KVM 実装側の記事

この VM パフォーマンスカテゴリは設計・考え方を中心にしています。実際の Ubuntu 26.04 / KVM 環境で確認する手順は、次の記事に接続します。

• Ubuntu 26.04 KVM VM の作成
  libvirt / KVM で VM を作成する実装側の記事です。
• Ubuntu 26.04 KVM VM パフォーマンス確認
  virtio、HugePages、io_uring などを実環境で確認する記事です。
• Ubuntu 26.04 KVM HugePages の設定
  Ubuntu 26.04 で HugePages を設定する手順です。

読み進める順序

順序	読む記事	目的
1	VM の性能ボトルネックを見分ける考え方	まず VM のどこが詰まるのかを分けて見る
2	単一 VM の vCPU はどこまで割り当てるべきか	vCPU 数、物理コア、SMT、overcommit を整理する
3	CPU / NUMA / pinning で VM パフォーマンスを安定させる考え方	CPU / NUMA / pinning の配置を見る
4	HugePages / TLB / NUMA で VM メモリ性能を安定させる考え方	HugePages / TLB / NUMA でメモリ側を確認する
5	VM ストレージ I/O を最適化する考え方	ストレージ I/O のレイヤと形式を整理する
6	VM ネットワーク I/O を理解する考え方	仮想 NIC と virtio-net の標準経路を見る
7	vhost-net / vhost-user で VM ネットワークを高速化する考え方	vhost-net / vhost-user で仮想 NIC の処理経路を短くする
8	SR-IOV / PCI Passthrough で VM ネットワークを高速化する考え方	SR-IOV / PCI Passthrough で仮想化レイヤを迂回する
9	DPDK で VM ネットワークを高速化する考え方	DPDK / NFV / dataplane 設計へ進む

設計上の見方

• 平均性能だけでなく、latency、jitter、tail latency、packet loss を見る
• vCPU 数を増やす前に、物理コア、SMT、NUMA、他 VM との競合を確認する
• CPU pinning は高速化設定ではなく、実行資源の扱いを変える設計として見る
• HugePages はメモリ性能だけでなく、NUMA 配置と合わせて考える
• raw / qcow2、virtio-blk / virtio-scsi、cache mode は運用要件と一緒に決める
• virtio-net で足りない場合に、vhost、SR-IOV、DPDK の順に仮想化レイヤをどこまで迂回するかを考える

参考書籍

まとめ

VM パフォーマンスは、CPU、メモリ、ストレージ、ネットワークを別々に調整するだけでは安定しません。どの物理資源を、どの VM に、どの程度専有させるのか。どこまで仮想化レイヤを通し、どこから迂回するのか。この設計を明確にすることが重要です。

一般的な VM では virtio、共有 CPU、qcow2 でも十分な場合があります。一方で、NFV、低遅延処理、高 packet rate、I/O intensive な VM では、NUMA、pinning、HugePages、vhost、SR-IOV、DPDK まで踏み込む必要があります。まずは全体像を押さえ、必要な箇所だけ深く見るのが現実的です。