هسته مجازی یا vCPU چیست و چه فرقی با هسته فیزیکی دارد؟

هسته مجازی یا vCPU چیست؟ واحدی پردازشی که هایپروایزر از تردهای پردازنده فیزیکی میزبان می‌سازد و به ماشین مجازی تحویل می‌دهد. مستندات CPU Options سرویس Amazon EC2 همین نسبت را در یک جمله می‌گوید: «هر ترد روی نمونه به شکل یک پردازنده مجازی (vCPU) نمایش داده می‌شود». پس روی پردازنده‌ای با Hyper-Threading فعال، دو هسته مجازی معمولاً یک هسته فیزیکی است، نه دو هسته.

واحد	چه چیزی است	چه کسی آن را می‌سازد
هسته فیزیکی (Core)	واحد پردازشی مستقل درون تراشه پردازنده	سازنده پردازنده
ترد منطقی (Thread)	یک کانتکست اجرای مستقل روی همان هسته فیزیکی	فناوری Hyper-Threading یا SMT
هسته مجازی (vCPU)	ترد یا سهمی از زمان پردازنده که به ماشین مجازی داده می‌شود	هایپروایزر میزبان

بین عددی که در پنل سرور می‌بینید و توانی که برنامه شما می‌گیرد، سه لایه فاصله است: ترد پردازنده، زمان‌بندی هایپروایزر و نسل پردازنده میزبان. این سه لایه را با مستندات رسمی باز می‌کنیم. بعد با چند دستور فقط‌خواندنی می‌بینید سرور شما چه توپولوژی‌ای دارد و پردازنده میزبانش چقدر شلوغ است.

هسته مجازی یا vCPU چیست و چه سهمی از پردازنده فیزیکی دارد؟

هسته مجازی سهمی از زمان اجرای پردازنده میزبان است که هایپروایزر به ماشین مجازی می‌دهد. مستندات Proxmox VE این را دقیق توضیح می‌دهد: «برای هر پردازنده مجازی که اضافه می‌کنید، QEMU یک ترد اجرای تازه روی سیستم میزبان می‌سازد». پس هسته مجازی در عمل یک ترد روی میزبان است که سیستم‌عامل مهمان آن را یک پردازنده کامل می‌بیند.

این تفاوت در دید سیستم‌عامل مهم است. سیستم‌عامل داخل ماشین مجازی هیچ راهی ندارد بفهمد پشت هر هسته، یک هسته فیزیکی خالی نشسته یا تردی که با پنج ماشین دیگر شریک است. او فقط یک پردازنده با مجموعه‌ای از فلگ‌ها می‌بیند و همین پنهان ماندن سخت‌افزار واقعی کار اصلی مجازی‌سازی است؛ مقاله مجازی‌سازی چیست پایه‌های آن را توضیح داده. همین لایه است که در یک سرور مجازی ایران یا هر VPS دیگری بین شما و پردازنده میزبان قرار می‌گیرد.

شمارش عملی: چند هسته و چند ترد

مستندات Amazon EC2 فرمولی اعلام نمی‌کند، اما مثال عددی‌اش شمارش را روشن می‌کند: نمونه m5.xlarge پیش‌فرض دو هسته پردازشی و دو ترد روی هر هسته دارد، یعنی چهار هسته مجازی. پس شمارش عملی دو عدد لازم دارد، نه سه:

تعداد vCPU = تعداد کل هسته‌های فیزیکی × تعداد ترد هر هسته

# دو عدد بالا، به علاوه مدل و فرکانس میزبان:
lscpu | grep -E 'Core|Thread|Socket|Model name|MHz'

سوکت در این شمارش ضریب جدایی نیست؛ هسته‌های هر سوکت در همان «تعداد کل هسته‌ها» جمع شده‌اند. در Proxmox VE چیدمان سوکت و هسته «از نظر کارایی تقریباً بی‌اهمیت» است و تنها جایی که عدد سوکت اثر دارد، لایسنس نرم‌افزارهای سوکت‌محور است.

رابطه هسته مجازی با ترد و فناوری Hyper-Threading

در بیشتر سرورهای امروزی هر هسته مجازی معادل یک ترد منطقی است، نه یک هسته فیزیکی. اینتل در صفحه معرفی این فناوری، Hyper-Threading را «نوآوری سخت‌افزاری که اجازه می‌دهد بیش از یک ترد روی هر هسته اجرا شود» تعریف می‌کند. هر هسته فیزیکی دو کانتکست اجرا در اختیار سیستم‌عامل می‌گذارد. همین دو کانتکست است که بعد به دو هسته مجازی تبدیل می‌شود.

اما دو ترد روی یک هسته، دو برابر توان یک هسته نیست. مکانیزم کار این است که دو ترد همان واحدهای اجرایی و همان کش هسته را شریک هستند. سود Hyper-Threading از پر شدن زمان‌های بی‌کاری هسته می‌آید: وقتی یک ترد منتظر داده از حافظه است، ترد دیگر از واحدهای اجرایی بی‌کار استفاده می‌کند. نتیجه این مکانیزم برای بارهای مختلف فرق می‌کند.

کدام بار کاری از ترد دوم سود می‌برد

تقسیم‌بندی زیر نقل از مستندات هیچ سازنده‌ای نیست و از همان مکانیزم اشتراک منابع به‌علاوه تجربه عملی می‌آید. آن را فرضیه‌ای بگیرید که با اندازه‌گیری بخش بعد تأیید یا رد می‌شود:

• ✅ وب‌سرور و اپلیکیشن PHP یا Node.js با درخواست‌های زیاد و کوتاه. بیشترین سود اینجاست، چون بیشتر عمر یک درخواست صرف انتظار I/O و شبکه می‌شود.
• ✅ صف کارهای پس‌زمینه و کرون‌جاب‌های سبک، که در آن‌ها تعداد کار هم‌زمان مهم‌تر از سرعت تک‌تک کارها است.
• ❌ محاسبات فشرده و پیوسته مثل انکود ویدیو یا کامپایل بزرگ. سود ترد دوم کم است، چون هر دو همان واحدهای اجرایی را می‌خواهند.
• ❌ بارهای حساس به تأخیر لحظه‌ای. زمان‌بندی دو ترد روی یک هسته نوسان تأخیر می‌سازد و این نوسان گاهی از سود توان بیشتر، پرهزینه‌تر است.

جواب اینکه برای برنامه شما vCPU چیست و چقدر می‌ارزد، از همین تقسیم‌بندی و آزمون روی سرور خودتان بیرون می‌آید. مستندات Amazon EC2 هم همین تفاوت را به رسمیت می‌شناسد: «می‌توانید با تعیین یک ترد برای هر هسته، SMT را غیرفعال کنید». جایی که این کار را پیشنهاد می‌دهد، بارهای محاسبات کارایی بالا (HPC) است.

نسبت تخصیص هسته مجازی به هسته فیزیکی و معنای Steal Time

ارائه‌دهندگان معمولاً جمع هسته‌های مجازی همه ماشین‌ها را بیشتر از تعداد هسته‌های فیزیکی میزبان می‌بندند و این کار خودش اشکالی ندارد. مستندات Proxmox VE صریح است: «اگر تعداد کل هسته‌های همه ماشین‌های مجازی شما از تعداد هسته‌های سرور بیشتر باشد، کاملاً بی‌خطر است». مرز جای دیگری است و پایین‌تر آن را می‌بینیم.

آن مرز این است که یک ماشین تنها نمی‌تواند بیشتر از هسته‌های فیزیکی موجود هسته مجازی بگیرد. Proxmox VE جلوی روشن شدن چنین ماشینی را می‌گیرد و دلیلش را هم می‌گوید: این کار «فقط به خاطر هزینه تعویض کانتکست کارایی را پایین می‌آورد». پس اورکامیت در سطح کل سرور پذیرفته است، ولی در سطح یک ماشین پذیرفته نیست.

خواندن ستون st در دستور top، قدم به قدم

تعریف فنی اینکه vCPU چیست تا اینجا روشن شده است؛ عددی که از داخل ماشین مجازی بیشترین اطلاع را درباره سهم واقعی شما می‌دهد، Steal Time است. در صفحه راهنمای رسمی top ستون st با همین عبارت تعریف شده است: «زمانی که هایپروایزر از این ماشین مجازی دزدیده است». یعنی زمانی که سیستم‌عامل شما آماده اجرا بود و پردازنده فیزیکی در اختیار کسی دیگر بود.

این عدد در فهرست پروسه‌ها نیست. در خروجی top خط خلاصه‌ای که با %Cpu(s) شروع می‌شود را بخوانید؛ آخرین مقدار همان خط st است و کلید 1 آن را به یک خط برای هر هسته مجازی باز می‌کند. یک قید مستند هم هست: صفحه راهنمای top هشدار می‌دهد «بسته به نسخه کرنل شما، ممکن است فیلد st نمایش داده نشود».

# خط خلاصه که ستون st در آن است
top -bn1 | grep '%Cpu'

# نمونه‌برداری ۱۰ دقیقه‌ای در ساعت اوج، هر ۵ ثانیه
vmstat 5 120

مستندات بالا آستانه عددی اعلام نکرده‌اند و تفسیر زیر قاعده سرانگشتی اداره سرور است. نزدیک صفر یعنی هسته مجازی هر وقت که خواسته پردازنده گرفته است. چند درصد پراکنده در ساعت اوج رفتار طبیعی یک میزبان اشتراکی است. اما میانگین پیوسته دو رقمی در یک نمونه‌برداری ده دقیقه‌ای ساعت اوج، نشانه فروش بیش از ظرفیت میزبان است و افزودن هسته آن را درست نمی‌کند.

کنار Steal Time دو اهرم دیگر هم معنای عملی هسته مجازی را عوض می‌کند. هر دو سمت میزبان تنظیم می‌شوند و مشتری یک سرور مجازی نه آن‌ها را می‌بیند و نه می‌تواند تغییر دهد. طبق مستندات Proxmox VE، cpulimit یک عدد اعشاری است که «زمان پردازنده را به درصد» سقف می‌گذارد و ۱.۰ برابر صد درصد است. ماشینی با هشت هسته مجازی و cpulimit برابر ۴.۰ از چهارصد درصد بالاتر نمی‌رود، یعنی هر هسته مجازی حداکثر پنجاه درصد. cpuunits هم وزنی نسبی با پیش‌فرض ۱۰۰ است (یا ۱۰۲۴ روی cgroup نسخه یک) و وزن ۲۰۰ دو برابر پهنای باند می‌گیرد.

انتخاب تعداد هسته مجازی برای سایت، دیتابیس و ویندوز

نقطه شروع عملی برای بیشتر سایت‌ها و برای ویندوز سرور، دو هسته مجازی است و از آن به بالا عدد را بار کاری تعیین می‌کند، نه حجم فایل‌ها. مستندات Proxmox VE همین عدد را برای حالتی توصیه می‌کند که از بار کاری ماشین مطمئن نیستید: «معمولاً گذاشتن تعداد کل هسته‌ها روی ۲ انتخاب مطمئنی است».

جدول زیر نقل از مستند رسمی نیست و جمع‌بندی تجربه عملی اداره سرور است؛ آن را نقطه شروع بخوانید، نه عدد قطعی:

بار کاری	نقطه شروع	چه چیزی عدد را بالا می‌برد
سایت شرکتی یا وبلاگ با ترافیک کم	۱ تا ۲ هسته	افزونه‌های سنگین و نبود کش صفحه
فروشگاه WooCommerce فعال	۲ تا ۴ هسته	سبد خرید و جست‌وجو که کش نمی‌شوند
دیتابیس MySQL یا PostgreSQL جدا	۲ تا ۴ هسته	تعداد کانکشن هم‌زمان و کوئری بدون ایندکس
ویندوز سرور با یک نرم‌افزار حسابداری	۲ تا ۴ هسته	تعداد کاربر هم‌زمان و سرویس‌های پس‌زمینه
پنل میزبانی با چند سایت مشتری	۴ هسته و بیشتر	تعداد پروسه PHP-FPM و اسکن آنتی‌ویروس

درباره ویندوز سرور یک نکته مستند هست که معمولاً اشتباه نقل می‌شود. صفحه الزامات سخت‌افزاری ویندوز سرور در Microsoft Learn نسخه‌های ۲۰۱۶ تا ۲۰۲۵ را پوشش می‌دهد و حداقل پردازنده در آن «پردازنده ۶۴ بیتی با فرکانس ۱.۴ گیگاهرتز» سازگار با x64 است. هیچ حداقلی برای تعداد هسته اعلام نشده و همان صفحه می‌گوید دامنه گسترده استقرارها اعلام سخت‌افزار «توصیه‌شده» را غیرواقعی می‌کند. پس «ویندوز حتماً چهار هسته می‌خواهد» قاعده مستندی نیست.

فرکانس و نسل پردازنده: چرا دو هسته برابر نیستند

جواب دقیق اینکه برای پروژه شما vCPU چیست، بدون دانستن نسل میزبان کامل نمی‌شود. یک ترد روی پردازنده نسل جدید با فرکانس توربوی بالاتر، کش بزرگ‌تر و مجموعه دستورات تازه‌تر، در واحد زمان کار بیشتری تمام می‌کند. Proxmox VE سطح‌های پردازنده مجازی x86-64 را هم بر همین پایه از هم جدا می‌کند. سطح v2 دستورات خانواده SSE4 را اضافه می‌کند، سطح v3 دستورات AVX و AVX2 را و سطح v4 دستورات خانواده AVX-512 را. برنامه‌هایی مثل کتابخانه‌های رمزنگاری یا پردازش تصویر مستقیم از همین دستورات سود می‌برند.

1. مدل و فرکانس پایه پردازنده میزبان را از فروشنده بپرسید و با lscpu تطبیق دهید.
2. تعداد هسته‌های کل سیستم را با nproc --all ببینید. nproc بدون این گزینه تعداد پردازنده در دسترس همان پروسه را می‌دهد که با affinity کمتر از عدد خریداری‌شده می‌شود.
3. یک بار کاری واقعی خودتان را زمان بگیرید، نه بنچمارک عمومی؛ مثلاً time روی سنگین‌ترین کوئری. پنج بار تکرار کنید و عدد میانه را بردارید.
4. در همان دقیقه‌ها ستون st را هم بخوانید تا بدانید کندی از کم بودن هسته است یا از رقابت روی میزبان.
5. با top -H یا ps -eLf ببینید برنامه چند ترد هم‌زمان اجرا می‌کند؛ یک پروسه تک‌تردی از هشت هسته هم فقط یکی را می‌گیرد.

برای یک لایه پایین‌تر، راهنمای پردازنده سرور نسل‌ها و خانواده‌های پردازنده سرور را جدا از بحث مجازی‌سازی مقایسه کرده است.

پرسش‌هایی که کاربران سرور مجازی بیشتر درباره هسته‌های پردازنده می‌پرسند

جمع‌بندی؛ عدد هسته را با معیار درست بخوانید
پاسخ کوتاه به اینکه vCPU چیست در یک جمله جا می‌شود: سهمی از زمان پردازنده میزبان که هایپروایزر زمان‌بندی می‌کند و مهمان آن را یک پردازنده کامل می‌بیند. همین جمله چند نتیجه عملی دارد. مستندات Amazon EC2 هر ترد را یک هسته مجازی می‌شمارد. پس عددی که در پلن می‌بینید از تعداد هسته‌های فیزیکی ضرب در تعداد ترد هر هسته می‌آید و روی میزبانی با Hyper-Threading، دو هسته مجازی به توان دو هسته فیزیکی نمی‌رسد. اورکامیت هم در مستندات Proxmox VE در سطح کل میزبان بی‌خطر شمرده می‌شود و تنها در سطح یک ماشین تنها ممنوع است. ستون st در دستور top هم بهترین شاهدی است که از داخل ماشین مجازی به دست می‌آید. تصمیم ارتقا را بر پایه همان بگیرید، نه بر پایه حس کندی. ترتیب درست کار هم این است: نسل و فرکانس میزبان را بپرسید، با یک بار کاری واقعی خودتان زمان بگیرید، و ارتقا را تنها وقتی انجام دهید که داده گلوگاه پردازنده را نشان داد.

اگر عدد st سرور خودتان را در ساعت اوج خواندید، همان عدد و نوع بار کاری‌تان را در کامنت‌ها بنویسید تا بقیه هم بتوانند مقایسه کنند.

• مستندات Amazon EC2: CPU options for Amazon EC2 instances
• مستندات Proxmox VE: Qemu/KVM Virtual Machines
• صفحه راهنمای رسمی top(1) در man7
• صفحه راهنمای رسمی lscpu(1) در man7
• Microsoft Learn: Hardware requirements for Windows Server