排解運算執行個體效能問題

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本文件說明如何診斷及緩解 Compute Engine 虛擬機器 (VM) 和裸機執行個體的 CPU、記憶體和儲存空間效能問題。

事前準備

• 安裝 Ops Agent，查看完整的執行個體效能指標，例如記憶體和磁碟空間使用率

查看成效指標

如要查看運算執行個體的效能指標，請使用 Google Cloud 控制台提供的 Cloud Monitoring 觀測指標。

1. 前往 Google Cloud 控制台的「VM Instances」(VM 執行個體) 頁面。

   前往「VM Instances」(VM 執行個體)

2. 您可以查看個別執行個體或消耗最多資源的五個執行個體的指標。

   如要查看個別執行個體的指標，請按照下列步驟操作：

   1. 按一下要查看成效指標的執行個體名稱。執行個體「Details」頁面隨即開啟。

   2. 按一下「Observability」分頁標籤，開啟「Observability」總覽頁面。

   如要查看消耗最多資源的五個執行個體的指標，請按一下「VM instances」頁面中的「Observability」分頁標籤。

3. 探索執行個體的成效指標。查看「總覽」、「CPU」、「記憶體」、「網路」和「磁碟」等專區，瞭解各主題的詳細指標。以下是用來表示執行個體效能的關鍵指標：

   • 在「總覽」頁面中：

     • CPU 使用率：執行個體使用的 CPU 百分比。

     • 記憶體使用率：執行個體使用的記憶體百分比 (不含磁碟快取)。對於使用 Linux OS 的執行個體，這項指標也會排除核心記憶體。

     • 網路流量：1 分鐘內傳送及接收位元組的平均速率。

     • 連至 VM/外部/Google 的新連線數。一分鐘內的不同 TCP/UDP 流量預估數量，按對等端類型分組。

     • 磁碟總處理量寫入及讀取磁碟的平均位元組速率。

     • 磁碟 IOPS。磁碟 I/O 讀寫作業的平均速率。

   • 在「Network Summary」頁面中，執行下列操作：

     • 傳送至 VM/外部/Google。傳送至 Google 服務、執行個體和外部目的地的網路流量速率，以封包樣本為依據。這項指標會經過等比例調整，讓加總值與已傳送的網路總流量相符。

     • 從 VM/外部/Google 收到的流量。根據封包樣本，從 Google 服務、執行個體和外部來源收到的網路流量速率。指標會經過等比例調整，讓加總值與已接收的網路總流量相符。

     • 網路封包總數。1 分鐘內傳送和接收封包的總速率。

     • 封包平均大小。1 分鐘內傳送及接收的封包平均大小 (以位元組為單位)。

     • 防火牆連入封包遭拒。傳送至執行個體的連入網路封包遭防火牆規則拒絕 (導致執行個體未成功接收相關封包) 的頻率。

   • 在「磁碟效能」頁面中：

     • I/O 大小平均值：磁碟的 I/O 讀寫作業平均大小。小型 (4 至 16 KiB) 隨機 I/O 通常會受限於 IOPS，序列或大型 (256 KiB 至 1 MiB) I/O 則會受限於處理量。

     • 平均佇列長度：前 5 名裝置已排入佇列和執行中的磁碟 I/O 作業數，也稱為「佇列深度」。如要達到磁碟的效能上限，請使用高 I/O 佇列深度。Persistent Disk 和 Google Cloud Hyperdisk 是透過網路連結的儲存空間，與實體磁碟或本機 SSD 磁碟相比，延遲時間通常較長。

     • I/O 延遲時間平均值：在已連接至執行個體的所有磁碟作業中，匯總 I/O 讀取和寫入作業的平均延遲時間，由 Ops Agent 評估。這個值包括作業系統和檔案系統處理延遲時間，並取決於佇列長度和 I/O 大小。

瞭解成效指標

執行個體效能會受到執行個體執行的硬體、執行個體上執行的工作負載，以及執行個體的機器類型影響。如果硬體無法支援執行個體的工作負載或網路流量，執行個體的效能可能會受到影響。

CPU 和記憶體效能

如要瞭解執行個體的 CPU 和記憶體效能，請查看效能指標，瞭解CPU 使用率和記憶體使用率。此外，您也可以使用程序指標查看執行中的程序、將資源使用量異常歸因於特定程序，或找出執行個體最耗費資源的使用者。

如果 CPU 或記憶體使用率持續偏高，表示您需要擴充 VM 大小。如果 VM 持續使用超過 90% 的 CPU 或記憶體，請變更 VM 的機器類型，改為提供更多 vCPU 或記憶體的機器類型。

如果 CPU 使用率異常偏高或偏低，可能表示 VM 正在發生 CPU 軟體鎖定。詳情請參閱「排解 vCPU 軟體鎖定問題」。

網路效能

如要瞭解執行個體的網路效能，請查看效能指標，包括網路封包總數、封包平均大小、連至 VM/外部/Google 的新連線數、傳送至 VM/外部/Google 的封包數、從 VM/外部/Google 接收的封包數和防火牆封鎖的傳入封包數。

檢查「網路封包總數」、「封包平均大小」和「連至 VM/外部/Google 的新連線數」是否為工作負載的常態。舉例來說，網站伺服器可能會經歷許多連線和小型封包，而資料庫可能會經歷少數連線和大型封包。

如果持續有大量的傳出網路流量，表示您可能需要變更 VM 的機器類型，改為具有較高輸出頻寬限制的機器類型。

如果您發現防火牆拒絕大量連入封包，請前往 Google Cloud 控制台的網路智慧防火牆深入分析頁面，進一步瞭解遭拒絕封包的來源。

前往「防火牆洞察」頁面

如果您認為防火牆誤拒自己的流量，可以建立並執行連線測試。

如果執行個體會向不同區域或地區的執行個體傳送及接收大量流量，建議您修改工作負載，讓更多資料保留在區域或地區內，以提高延遲並降低成本。詳情請參閱「Google Cloud 內部 VM 之間的資料移轉定價 Google Cloud」。如果執行個體向同一個區域中的其他執行個體傳送大量流量，建議採用密集配置方式政策，以便縮短網路延遲時間。

裸機執行個體

與 VM 執行個體不同，在 Bare Metal 執行個體中，C6 和 C1E 休眠狀態不會停用。這可能會導致閒置核心進入休眠狀態，進而導致裸機執行個體的網路效能降低。如果您需要完整的網路頻寬效能，可以在作業系統中停用這些休眠狀態。

• 您可以使用下列指令碼，在 C3 裸機執行個體上停用休眠狀態，而無須重新啟動執行個體：

  for cpu in {0..191}; do
  echo "1" | sudo tee /sys/devices/system/cpu/cpu$cpu/cpuidle/state3/disable
  echo "1" | sudo tee /sys/devices/system/cpu/cpu$cpu/cpuidle/state2/disable
  done
  

• 或者，您也可以更新 GRUB 設定檔，讓變更在重新啟動執行個體後保留不變。

  # add intel_idle.max_cstate=1 processor.max_cstate=1 to GRUB_CMDLINE_LINUX
  sudo vim /etc/default/grub
  sudo grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg
  sudo reboot

• 重新啟動後，請確認已停用 C6 和 C1E 睡眠狀態：

  ls /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpuidle/
  state0  state1
  
  cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpuidle/state*/name
  POLL
  C1

輸入輸出記憶體管理單元 (IOMMU) 是 CPU 功能，可為 PCI 裝置提供位址虛擬化。如果 I/O translation lookaside buffer (IOTLB) 遺漏次數過多，IOMMU 可能會對網路效能造成負面影響。

• 使用較小的網頁時，較有可能發生遺漏。
• 為獲得最佳效能，建議您使用大型頁面 (大小介於 2 MB 到 1 GB 之間)。

儲存空間效能

如要瞭解 VM 的儲存空間效能，請查看效能指標，包括總處理量、作業 (IOPS)、I/O 大小、I/O 延遲和佇列長度。

磁碟總處理量和 IOPS 可用來判斷 VM 工作負載是否正常運作。如果總處理量或 IOPS 低於磁碟類型圖表中列出的預期最大值，則可能出現 I/O 大小、佇列長度或 I/O 延遲效能問題。

對於需要高 IOPS 和低延遲的工作負載，I/O 大小可能介於 4 至 16 KB 之間，而對於涉及序列或大型寫入大小的工作負載，I/O 大小可能介於 256 KB 至 1 MB 之間。若 I/O 大小超出這些範圍，表示磁碟效能有問題。

佇列長度 (也稱為佇列深度) 是吞吐量和 IOPS 的因素。磁碟效能良好時，其佇列長度應與建議的 I/O 佇列深度圖表中列出的佇列長度大致相同，以便達到特定的總處理量或 IOPS 等級。

I/O 延遲時間取決於佇列長度和 I/O 大小。如果磁碟的佇列長度或 I/O 大小很長，延遲時間也會很長。

如果任何儲存空間效能指標顯示磁碟效能問題，請執行下列一或多項操作：

• 詳閱「最佳化永久磁碟效能」或「最佳化 Hyperdisk 效能」，並導入建議的最佳做法來改善效能。
• 新增 Hyperdisk 磁碟區或新增 Persistent Disk 至執行個體，以提高磁碟效能限制。磁碟效能取決於連接至執行個體的儲存空間總量。這個選項的干擾程度最低，因為您不需要卸載檔案系統、重新啟動或關閉執行個體。
• 修改 Hyperdisk 來提高每個磁碟的 IOPS 和總處理量限制。針對永久磁碟，您必須增加磁碟的大小，才能提高每個磁碟的 IOPS 和總處理量限制。磁碟不會保留任何無法使用的容量，因此您可以使用整個磁碟，不會影響效能。
• 變更磁碟類型，改為效能較高的磁碟類型。