Эндрю Таненбаум, автор Minix, исчерпывающе объяснил в своих работах отличие гипервизоров 1 и 2 типа, однако очень сложно найти в свободном доступе примеры работ, где показано, насколько они отличаются по производительности. Поэтому мы попробуем самостоятельно в лабораторных условиях развернуть гипервизоры 1 и 2 типа и сделать выводы.
Приведем для удобства схему:
Из этой схемы может сложиться мнение, что у гипервизора 1 типа нету операционной системы вообще, а у гипервизора 2 типа больше уровней абстракции и он медленнее. Поэтому для тестирования возьмем два популярных гипервизора: VmWare (1 тип) и Qemu (2 тип) и тестирование проведем на одном и том же железе.
Конфигурация лаборатории:
- Intel(R) Xeon(R) CPU E3 1260L @ 2.40GHz
- Samsung 8GiB 2x SODIMM DDR3 Synchronous 1333 MHz (0.8 ns)
- SSD Kingston A400 960GB SA400S37960GB
План тестирования:
- Установим гипервизоры
- Развернем виртуальную машину на Ubuntu 22.04 LTS
- Установим sysbench
- Запустим sysbench на 2 часа несколько раз чтобы учесть погрешность
- Сравним показатели для гипервизоров 1 и 2 типа
Версии:
# uname -a
Linux lab 5.15.0-78-generic #85-Ubuntu SMP Fri Jul 7 15:25:09 UTC 2023 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux
# sysbench --version
sysbench 1.0.20 (using system LuaJIT 2.1.0-beta3)Как установить sysbench и запустить тесты:
# apt install sysbench
# sysbench cpu run --time=7200
# sysbench mem run --time=7200
# sysbench threads run --time=7200
# sysbench mutex run --mutex-num=1000000Ниже — подробности о том как выглядит вывод тестов и как его можно интерпретировать на примере коротких минутных тестов.
В тесте процессора (cpu) нас интересует показатель events per second:
# sysbench cpu run --time=60
sysbench 1.0.20 (using system LuaJIT 2.1.0-beta3)
Running the test with following options:
Number of threads: 1
Initializing random number generator from current time
Prime numbers limit: 10000
Initializing worker threads...
Threads started!
CPU speed:
events per second: 971.72
General statistics:
total time: 60.0002s
total number of events: 58308
Latency (ms):
min: 1.00
avg: 1.03
max: 5.41
95th percentile: 1.08
sum: 59984.24
Threads fairness:
events (avg/stddev): 58308.0000/0.00
execution time (avg/stddev): 59.9842/0.00В тесте производительности последовательных операций чтения/записи в оперативную память (memory) нас интересует показатель Total operations per second:
# sysbench memory run --time=60
sysbench 1.0.20 (using system LuaJIT 2.1.0-beta3)
Running the test with following options:
Number of threads: 1
Initializing random number generator from current time
Running memory speed test with the following options:
block size: 1KiB
total size: 102400MiB
operation: write
scope: global
Initializing worker threads...
Threads started!
Total operations: 104857600 (4915856.94 per second)
102400.00 MiB transferred (4800.64 MiB/sec)
General statistics:
total time: 21.3283s
total number of events: 104857600
Latency (ms):
min: 0.00
avg: 0.00
max: 0.92
95th percentile: 0.00
sum: 9664.85
Threads fairness:
events (avg/stddev): 104857600.0000/0.00
execution time (avg/stddev): 9.6648/0.00В тесте на производительность планировщика потоков (threads) нас интересует total number of events разделенный на total time:
# sysbench threads run --time=60
sysbench 1.0.20 (using system LuaJIT 2.1.0-beta3)
Running the test with following options:
Number of threads: 1
Initializing random number generator from current time
Initializing worker threads...
Threads started!
General statistics:
total time: 60.0006s
total number of events: 52132
Latency (ms):
min: 1.12
avg: 1.15
max: 5.85
95th percentile: 1.21
sum: 59984.32
Threads fairness:
events (avg/stddev): 52132.0000/0.00
execution time (avg/stddev): 59.9843/0.00В mutex тестах нас интересует execution time на фиксированном количестве мьютексов, чтобы тест был подольше — можем увеличивать их количество в параметре mutex-num:
# sysbench mutex --mutex-num=10000000 run
sysbench 1.0.20 (using system LuaJIT 2.1.0-beta3)
General statistics:
total time: 4.7313s
total number of events: 1
Latency (ms):
min: 4731.14
avg: 4731.14
max: 4731.14
95th percentile: 4768.67
sum: 4731.14
Threads fairness:
events (avg/stddev): 1.0000/0.00
execution time (avg/stddev): 4.7311/0.00Напишем скрипт и запустим его в tmux, оставим гипервизор и виртуальную машину работать на пару дней, периодически проверяя, не закончились ли тесты.
Результаты сравнения тестов cpu и memory:
| sysbench cpu run | sysbench memory run | |||||
| vmware | qemu | разница | vmware | qemu | разница | |
| тест 1 | 968.97 | 994.61 | +2.5% | 4783.77 | 4757.06 | -0.5% |
| тест 2 | 973.11 | 995.48 | +2.2% | 4783.65 | 4762.45 | -0.4% |
| тест 3 | 971.62 | 994.66 | +2.3% | 4741.35 | 4762.03 | -0.5% |
| тест 4 | 970.13 | 994.68 | +2.4% | 4790.76 | 4761.68 | -0.6% |
| среднее | +2.35% | среднее | -0.50% | |||
Результаты сравнения тестов threads и mutex:
| sysbench threads run | sysbench mutex run | |||||
| vmware | qemu | разница | vmware | qemu | разница | |
| тест 1 | 831.25 | 884.90 | +6.1% | 24.6M | 24.5M | -0.4% |
| тест 2 | 826.54 | 948.81 | +12.8% | 25.4M | 25.2M | +0.7% |
| тест 3 | 864.86 | 911.74 | +5.1% | 24.5M | 24.7M | -0.8% |
| тест 4 | 862.94 | 925.23 | +6.7% | 25.1M | 24.9M | -0.8% |
| среднее | +7.6% | среднее | -0.3% | |||
Интересно, получается, что гипервизор 2 типа Qemu в режиме host-passthrough ничуть не уступил гипервизору 1 типа VMWare.
P.S. В данном исследовании допускается наличие некоторой погрешности из-за возможного перегрева ЦПУ. Чтобы исключить влияние термального режима, тесты проводились после предварительного охлаждения процессора до номинальной температуры, предотвращая активацию режима снижения частоты, и с контролем температуры через sensors на гипервизоре. Проведенные эксперименты достаточно наглядно ответили на ключевой вопрос: OpenSource гипервизоры второго типа, такие как Qemu, демонстрируют схожую производительность с гипервизорами первого типа. При этом мы оставляем в стороне вопросы, связанные с сложностью настройки, развертывания, автоматизации и точной настройки параметров.
