Мы в Cloud4Y считаем лидирующим решением для виртуализации продукты VmWare. Тем не менее, мы интересуемся и другими решениями, в том числе, Xen и KVM. И вот что мы заметили: существует не так уж много информации, позволяющей сравнить эти гипервизоры: последние дельные исследования, которые мы нашли в сети, относятся к 2012 году и, конечно, уже не могут считаться актуальными. Сегодня мы представим вашему вниманию тоже не самое новое, но, на наш взгляд, достаточно полезное исследование, посвященное производительности гипервизоров KVM и Xen.
Гипервизор KVM
Да простят нас гуру виртуализации, но для начала мы напомним читателям, что такое гипервизор и для чего он нужен. Для выполнения разных по смыслу задач (разработки программного обеспечения, и т. п.) проще всего использовать виртуальные машины: они позволят иметь несколько разных ОС с соответствующей программной средой. Для простоты работы с виртуальными машинами применяются гипервизоры — программные средства, позволяющие быстро развертывать, останавливать и запускать ВМ. KVM является одним из наиболее широко распространенных гипервизоров.
KVM — это ПО, позволяющее организовывать виртуализацию на основе ПК под управлением ОС Linux и похожих. С недавнего времени KVM считается составляющей Linux-ядра и развивается параллельно ему. Этот гипервизор может использоваться только в системах, где виртуализация поддерживается аппаратно — с помощью процессоров Intel и AMD.
В процессе работы KVM осуществляет доступ к ядру напрямую посредством процессор-специфичного модуля (kvm-intel или kvm-amd). К тому же, в состав комплекса включено основное ядро — kvm.ko и элементы UI, включая широко распространенный QEMU. KVM дает возможность напрямую работать с файлами ВМ и дисковыми образами. Каждая виртуальная машина обеспечивается своим изолированным пространством.
Гипервизор Xen
Изначально студентами Кембриджа был запущен проект, который в итоге стал коммерческой версией Xen. Первый релиз датирован 2003 годом, а в 2007 исходный код выкупила компания Citrix. Xen — это кроссплатформенный гипервизор с большим функционалом и огромными возможностями, что дает возможность применять его в корпоративной сфере. Xen поддерживает паравиртуализацию — особый режим ядра операционной системы, когда ядро настроено на одновременную работу с гипервизором.
В код Xen добавлен только необходимый комплект функций: управление виртуальной памятью и тактовой частотой процессора, работа с DMA, таймером реального времени и прерываниями. Остальной функционал вынесен в домены, то есть в работающие в это время виртуальные машины. Таким образом, Xen — самый легкий гипервизор.
Суть исследования
Тестирование основано на использовании двух серверов SuperMicro, у каждого из которых четырехядерный процессор Intel Xeon E3-1220 с тактовой частотой 3,10 Гц, 24GB Kingston DDR3 RAM и четырьмя драйверами Western Digital RE-3 160GB (RAID 10). Версии BIOS идентичны.
Для и виртуальных машин мы взяли Fedora 20 (с SELinux). Вот взятые нами версии ПО:
- Kernel: 3.14.8
- Для KVM: qemu-kvm 1.6.2
- Для Xen: xen 4.3.2
Все корневые файловые системы — XFS с конфигурацией по умолчанию. Виртуальные машины созданы с помощью virt-Manager с использованием настроек по умолчанию, применимых к KVM и Xen. Виртуальные диски использовали raw-образы и было выделено 8 Гб РАМ с 4 vCPU (виртуальными процессорами). ОС, запущенные на Xen, использовали PVHVM.
Пояснения
Кто-то из вас может начать возмущаться — мол, владелец Fedora 20, Red Hat, тратит значительное количество усилий на поддержку именно KVM. Уточним: Red Hat не делали значительных продвижений по части Xen долгие годы.
Кроме того, конкуренция между гипервизорами жестко контролируется и сведена к минимуму. На большинстве виртуальных серверов у вас будет несколько виртуальных машин, борющихся за время процессора, устройства ввода/вывода и доступ к сети. Наше тестирование не принимает это во внимание. Один гипервизор может иметь низкую производительность при низкой конкуренции за ресурсы, а затем показать куда большую эффективность, чем конкуренты, когда борьба за ресурсы выше.
Исследование проводилось на процессорах Intel, поэтому его результаты могут отличаться для AMD и ARM.
Результаты
Тесты для виртуальных машин, установленных непосредственно на «железо», то есть, без операционной системы (далее — «железо»), послужили основой для тестирования виртуальных машин. Отклонение в производительности между двумя серверами без виртуализации составило 0.51% или менее.
Производительность KVM упала в пределах 1,5% по сравнению с «железом» практически во всех тестах. Только два теста показали иной результат: один из них — тест 7-Zip, где KVM показал себя на 2,79% медленнее, чем «железо». Странно, что KVM был на 4,11% быстрее в тесте PostMark (который симулировал сильно загруженный почтовый сервер). Производительность Xen сильнее отличалась от производительности «железа», чем в ситуации с KVM. В трех тестах Xen отличался на 2,5% от скорости «железа», в остальных тестах он оказался еще медленнее.
В тесте PostMark Xen был медленнее на 14.41%, чем «железо». При перезапуске результаты теста отличались от первоначальных на 2%. Лучший тест для KVM, MAFFT, оказался вторым в списке худших для Xen.
Вот краткий итог тестирования:
| Best Value | Bare Metal | KVM | Xen | |
|---|---|---|---|---|
| Timed MAFFT Alignment | lower | 7.78 | 7.795 | 8.42 |
| Smallpt | lower | 160 | 162 | 167.5 |
| POV-Ray | lower | 230.02 | 232.44 | 235.89 |
| PostMark | higher | 3667 | 3824 | 3205 |
| OpenSSL | higher | 397.68 | 393.95 | 388.25 |
| John the Ripper (MD5) | higher | 49548 | 48899.5 | 46653.5 |
| John the Ripper (DES) | higher | 7374833.5 | 7271833.5 | 6911167 |
| John the Ripper (Blowfish) | higher | 3026 | 2991.5 | 2856 |
| CLOMP | higher | 3.3 | 3.285 | 3.125 |
| C-Ray | lower | 35.35 | 35.66 | 36.13 |
| 7-Zip | higher | 12467.5 | 12129.5 | 11879 |
Если вы хотите увидеть результаты полностью, пройдите по ссылке.
Вместо заключения
В нашем тестировании KVM был почти всегда на 2% медленнее, чем «железо». Xen оказался на 2,5% медленнее всего в трех тестах из десяти, а в остальных был выше на 5–7%. Хотя KVM показал себя с лучшей стороны в тесте PostMark, следует отметить, что мы провели всего один I/O тест, и для получения более достоверной картины стоит провести еще несколько.
Для выбора правильного гипервизора необходимо правильно оценить характер своих нагрузок. Если ваши нагрузки предполагают меньший объем для процессора и больший для I/O, то можно провести больше I/O тестов. Если же вы работаете, в основном, с аудио и видео, попробуйте тесты x264 или mp3.
[UPD] Как справедливо заметил mister_fog, в 2007 Citrix выкупила не исходный код Xen, а компанию XenSource, которая была основана разработчиками Xen и занималась коммерческим развитием этого открытого проекта. Пруф.
Автор: Cloud4Y
