VM パフォーマンス最適化 – NUMA / CPU / I/O / ネットワークの設計ハブ

仮想マシンの性能は、単に vCPU 数やメモリ容量を増やせば改善するものではありません。CPU スケジューリング、NUMA、HugePages、ストレージ I/O、仮想 NIC、kernel bypass、SR-IOV、DPDK など、複数のレイヤが重なって性能特性を作ります。

このページは、VM パフォーマンスを体系的に見るためのハブ記事です。各記事では、仮想化基盤で性能問題が起きる場所を分解し、どの最適化がどのレイヤに効くのかを整理します。

VM パフォーマンスを見る前提

VM の性能設計では、最初にボトルネックの場所を分ける必要があります。CPU、メモリ、ストレージ、ネットワークを同じ粒度で見てしまうと、対策が混ざります。

記事	テーマ
Day1	VM パフォーマンス Day1 – VM の性能ボトルネックとは何か
Day2	VM パフォーマンス Day2 – CPU 最適化と NUMA / CPU ピニングの考え方
Day3	VM パフォーマンス Day3 – メモリ最適化と HugePages / TLB の考え方
Day4	VM パフォーマンス Day4 – ストレージ I/O 最適化と virtio / raw / qcow2 の考え方
Day5	VM パフォーマンス Day5 – virtio-net の構造と仮想 NIC の性能特性
Day6	VM パフォーマンス Day6 – vhost-net / vhost-user と kernel bypass の考え方
Day7	VM パフォーマンス Day7 – SR-IOV / PCI Passthrough による仮想化の迂回
Day8	VM パフォーマンス Day8 – DPDK による高速 dataplane と NFV の基本

CPU ピニングだけを見ても、NUMA 配置や HugePages が崩れていれば、期待した性能にはなりません。VM の CPU とメモリは、物理ホスト上のソケット、NUMA ノード、メモリ配置と結びつけて考える必要があります。

virtio、vhost、SR-IOV、DPDK は、いずれも I/O 経路を短くしたり、カーネル処理を迂回したりするための技術です。ただし、高速化するほど、ライブマイグレーション、可観測性、運用自由度、障害切り分けに制約が出やすくなります。

CPU ピニング、HugePages、SR-IOV、DPDK のような設定は、単なるチューニングではなく、VM の運用前提を変えます。性能を上げる代わりに、配置制約、移動制約、復旧手順、監視観点も変わります。

VM パフォーマンス最適化 – NUMA / CPU / I/O / ネットワークの設計ハブ