Скільки накладних витрат має віртуалізація x86 / x64?

Скільки накладних витрат на віртуалізацію x86 / x64 (я, мабуть, буду використовувати VirtualBox, можливо VMWare, безумовно, не паравіртуалізація) для кожної з наступних операцій хост Win64 та гість Linux64 з використанням віртуалізації апаратних засобів Intel?

• Чисто пов'язаний з процесором 64-бітний код режиму користувача

• Суто обмежений процесором 32-бітний код режиму користувача

• Файл вводу / виводу на жорсткий диск (я дбаю в основному про пропускну здатність, а не затримку)

• Мережевий введення / виведення

• Примітиви синхронізації ниток (мутекси, семафори, змінні стану)

• Контекстні комутатори нитки

• Атомні операції (з використанням lockпрефікса, такі речі, як порівняння та заміна)

Мене в першу чергу цікавлять апаратно підтримувані випадки x64 (як Intel, так і AMD), але я б не проти слухати про непідтримуваний бінарний переклад і x86 (тобто 32-бітовий хост і гість). Мене не цікавить паравіртуалізація.

Я виявив, що не існує простої та абсолютної відповіді на такі питання, як ваше. Кожне рішення щодо віртуалізації поводиться по-різному на конкретних тестах на ефективність. Крім того, такі тести, як пропускна здатність вводу / виводу диска, можна розділити на багато різних тестів (читати, записувати, переписувати, ...), і результати будуть відрізнятися від рішення до рішення та від сценарію до сценарію. Ось чому не тривіально вказати одне рішення як найшвидше для дискових вводу-виводу, і саме тому немає абсолютної відповіді на мітки, як накладні витрати на введення / виведення диска.

Він стає складнішим при спробі знайти співвідношення між різними тестами. Жодне з перевірених нами рішень не мало хороших показників на тестах мікро операцій. Наприклад: Всередині VM один-єдиний дзвінок на "gettimeofday ()" в середньому зайняв в 11,5 разів більше циклів годин, ніж на апаратному забезпеченні. Гіпервізори оптимізовані для реальних програм і не дуже добре працюють на мікроопераціях. Це може не бути проблемою для вашої програми, яка може краще відповідати додатку в реальному світі. Я маю на увазі під мікро-операцією будь-яку програму, яка витрачає менше 1000 тактових циклів, щоб закінчити (для процесора 2,6 ГГц, 1000 тактових циклів витрачається за 385 наносекунд, або 3,85е-7 секунд).

Я провів широке тестування на чотирьох основних рішеннях для консолідації центрів обробки даних для архітектури x86. Я зробив майже 3000 тестів, порівнюючи продуктивність всередині віртуальних машин із продуктивністю обладнання. Я назвав "накладні витрати" різницею максимальної продуктивності, виміряної всередині ВМ, а максимальної продуктивності, виміряної на апаратному забезпеченні.

Рішення:

• VMWare ESXi 5
• Microsoft Hyper-V Windows 2008 R2 SP1
• Citrix XenServer 6
• Віртуалізація Red Hat Enterprise 2.2

Гості ОС:

• 64-бітний Microsoft Windows 2008 R2
• Red Hat Enterprise Linux 6.1 64 біт

Інформація про тест:

• Сервери: 2X Sun Fire X4150 кожен з 8 ГБ оперативної пам’яті, 2X процесор Intel Xeon E5440 та чотири гігабітні порти Ethernet
• Диски: 6X 136 Гб SAS диски через iSCSI через гігабітний Ethernet

Програмне забезпечення для порівняння:

• Процесор і пам’ять: орієнтир Linpack для 32 і 64 біт. Це процесор і об'єм пам'яті.

• Дисковий ввод / вивід та затримка: Bonnie ++

• Мережевий ввод / вивід: Netperf: TCP_STREAM, TCP_RR, TCP_CRR, UDP_RR та UDP_STREAM

• Мікрооперації : rdtscbench : системні виклики, міжпроцесовий зв'язок

Середні показники розраховуються за параметрами:

• Процесор і пам'ять: СЕРЕДНЕ (HPL32, HPL64)

• Введення / виведення диска: AVERAGE (put_block, переписати, get_block)

• Мережевий введення / виведення: СРЕДНИЙ (tcp_crr, tcp_rr, tcp_stream, udp_rr, udp_stream)

• Мікрооперації AVERAGE (getpid (), sysconf (), gettimeofday (), malloc [1M], malloc [1G], 2pipes [], simplemath [])

Для мого тестового сценарію, використовуючи мої метрики, середні результати результатів чотирьох рішень для віртуалізації:

Накладні шари VM, гість Linux:

• Процесор і пам'ять: 14,36%

• Мережевий введення / виведення: 24,46%

• Введення / виведення диска: 8,84%

• Затримка диска для читання: у 2,41 рази повільніше

• Час виконання мікрооперацій: у 10,84 рази повільніше

Накладний шар VM, гість Windows:

• Середній процесор і пам'ять для 32 та 64 біт: 13,06%

• Мережевий введення / вивід: 35,27%

• Введення / виведення диска: 15,20%

Зауважте, що ці значення є загальними та не відображають конкретний сценарій випадків.

Перегляньте повну статтю: http://petersenna.com/en/projects/81-performance-overhead-and-comparative-performance-of-4-virtualization-solutions

У вашому запитанні занадто багато змінних, проте я можу спробувати його звузити. Припустимо, що ви переходите з VMware ESX, ви все робите правильно - найновіший процесор з підтримкою віртуалізації, інструменти VMware з паравіртуалізованими драйверами для зберігання та мережею, багато пам’яті. Тепер припустимо, що ви запускаєте одну віртуальну машину для цієї установки. З мого досвіду, ви повинні мати ~ 90% швидкості процесора для навантаження на процесор. Я не можу сказати вам багато про швидкість мережі, оскільки ми використовуємо посилання 1Gbps, і я можу наситити її без проблем, можливо, посилання на 10Gbps може бути різним, однак у нас немає жодної з них. Пропускна здатність сховища залежить від типу накопичувача, я можу отримати близько 80% пропускної здатності з локальним сховищем, але для 1 Гбіт / с NFS це близько 100%, оскільки мережа є вузьким місцем. Неможливо розповісти про інші показники,

Ці цифри дуже приблизні, і вони сильно залежать від вашого типу навантаження, обладнання, вашої мережі. Це стає ще більш нечітким, коли ви запускаєте кілька робочих навантажень на сервері. Але я хочу тут сказати, що в ідеальних умовах ви повинні мати можливість наблизитись до 90% натур.

Крім того, з мого досвіду, набагато більшою проблемою для високопродуктивних додатків є затримка, і це особливо стосується клієнтських серверних додатків. У нас є обчислювальна машина, яка отримує запит від 30+ клієнтів, виконує короткі обчислення та повертає результати. На голому металі він зазвичай підштовхує процесор до 100%, але той же сервер на VMware може завантажувати CPU лише до 60-80%, і це в першу чергу через затримку в обробці запитів / відповідей.

Я не дотягнувся до виконання таких основних примітивів, як переключення контексту та атомні операції, але ось мої результати тесту грубої сили, який я нещодавно провів з різними гіпервізорами. Це має вказувати на те, що ви можете очікувати, якщо ви здебільшого обмежені пропускною здатністю процесора та оперативної пам’яті.

http://www.altechnative.net/2012/08/04/virtual-performance-part-1-vmware/