Badanie wydajności maszyn wirtualnych

Transkrypt

1 Rozdział xx Badanie wydajności maszyn wirtualnych Mirosław SKRZEWSKI Politechnika Śląska, Instytut Informatyki Paweł MOROZ Politechnika Śląska, Instytut Informatyki Streszczenie Wzrost mocy obliczeniowej procesorów stworzył warunki do stosowania rozwiązań opartych o wirtualizację systemów. Rozwiązania takie uważane są obiecujący sposób rozwiązania wielu problemów (łatwość odtwarzania, kopiowania systemów, efektywniejsze wykorzystanie sprzętu, oszczędności na energii elektrycznej, bezpieczeństwo testowania nowych rozwiązań). Milczeniem pomijane są ewentualne koszty wirtualizacji - straty wydajności, mocy obliczeniowej systemów, ograniczenia przepustowości kanałów transmisji. Próby uruchomienia na komputerze więcej niż jednego system wirtualny daj często wrażenie bardzo dużego spowolnienia pracy takich systemów a także niepewnego działania ich komunikacji sieciowej, co kontrastuje z prezentowaną w publikacjach tendencją do wirtualizacji i konsolidacji kilku serwerów aplikacyjnych na jednej platformie sprzętowej. W pracy zajęto się problemem oceny wydajności systemów wirtualnych i metodami jej pomiaru na systemach uruchamianych na różnych platformach sprzętowych i w oparciu o różne platformy wirtualizacji.. 1. Wprowadzenie Wzrost mocy obliczeniowej procesorów stworzył warunki do stosowania rozwiązań opartych o wirtualizację systemów. Wiele publikacji [a, b, c] podkreśla zalety takich rozwiązań (łatwość odtwarzania, kopiowania systemów, efektywniejsze wykorzystanie sprzętu, oszczędności na energii elektrycznej, bezpieczeństwo testowania nowych rozwiązań), pomija natomiast milczeniem ewentualne koszty wirtualizacji - straty wydajności, mocy obliczeniowej systemów, ograniczenia przepustowości kanałów

2 2 M. Skrzewski, P. Moroz transmisji. Z publikacji tych nie wynika także, na jakie parametry systemu wirtualnego można liczyć, uruchamiając wirtualizację na określonej wydajności konfiguracji platformy sprzętowej, a także jakiego rodzaju ograniczenia funkcjonalności systemu wirtualnego mogą wystąpić w stosunku do możliwości tego samego systemu działającego bezpośrednio na tej platformie. Osobnym zagadnieniem pozostaje także sprawa określenia ilości systemów wirtualnych możliwych do uruchomienia na danej konfiguracji sprzętowej i poziomu wydajności tych systemów oraz zmian wydajności tych systemów ze wzrostem ich ilości. Korzystając z systemów wirtualnych na zajęciach dydaktycznych, na tym samym komputerze próbowano uruchomić więcej niż jeden system wirtualny, i często odnosiło się wrażenie bardzo dużego spowolnienia pracy takich systemów a także niepewnego działania ich komunikacji sieciowej, co kontrastuje z prezentowaną w publikacjach tendencją do wirtualizacji i konsolidacji kilku serwerów aplikacyjnych na jednej platformie sprzętowej. Te doświadczenia skłoniły nas do zajęcia się problemem oceny wydajności systemów wirtualnych i metodami jej pomiaru na systemach uruchamianych na różnych platformach sprzętowych i w oparciu o różne platformy wirtualizacji. W szczególności interesowały nas odpowiedzi na pytania jaką część wydajności platformy sprzętowej oferuje uruchomiona na niej maszyna wirtualna, jak zmienia się ta wydajność z uruchomieniem na platformie kolejnych maszyn wirtualnych, i jak to wygląda dla różnych dostępnych rozwiązań wirtualizacji. Odpowiedź na wiele z tych zagadnień zależy od stosowanej metody (platformy) wirtualizacji oraz uruchamianego na niej systemu operacyjnego. 2. Metody wirtualizacji Przez wirtualizację [d] określa się metody (techniki) podziału zasobów systemu komputerowego na izolowane środowiska (partycje) wykonania (uruchamiania) oprogramowania nazywane maszynami wirtualnymi (virtual machines VM) lub środowiskami wirtualnymi (virtual environments VE). Spotykane rozwiązania reprezentują jedną z trzech technik: pełną wirtualizację, para-wirtualizację lub wirtualizację na poziomie systemu operacyjnego. Pełna wirtualizacja oferuje maszynę wirtualną emulującą rzeczywiste lub fikcyjne środowisko sprzętowe systemu, korzystające z rzeczywistych zasobów systemu gospodarza (hosta) na którym działa oprogramowanie obsługujące emulację (virtual machine monitor VMM, hypervisor). Emulowane środowisko pozwala na uruchomienie dowolnego systemu operacyjnego gościa (guest) bez jego modyfikacji system operacyjny gościa nie ma informacji, że działa na emulowanym sprzęcie, a za analizę wykonywanego kodu, wykrywanie i obsługę fragmentów wymagających specjalnego uprzywilejowania i za rozwiązywanie konfliktów przy dostępie do sprzętu odpowiada VMM. Takie podejście reprezentują rozwiązania VirtualBox, VMware, QEMU, Microsoft Virtual Server czy Virtual PC. Para-wirtualizacja zakłada, że większość zadań VMM realizuje zmodyfikowany kod systemu operacyjnego guesta, minimalizujący użycie specjalnie uprzywilejowa-

3 Badanie wydajności maszyn wirtualnych 3 nych instrukcji. W tej wersji także możliwe jest uruchamianie różnych systemów operacyjnych guesta, ale muszą one być zmodyfikowane dla współpracy z programem hypervisor-a (wiedzą, że działają w emulowanym środowisku). Rozwiązanie takie oferują systemy Xen, UML. Wirtualizacja na poziomie systemu operacyjnego pozwala na uruchomienie na platformie hosta kolejnych instancji tego samego co host systemu operacyjnego, zapewniając im wymaganą izolację zasobów i bezpieczeństwo wykonania różnych aplikacji. Przykładami takiego rozwiązania mogą być systemy OpenVZ, Linux-VServer, icore Virtual Accounts czy Returnil. Różne rozwiązania charakteryzują się różną wielkością narzutu programowego (udziału VMM w wykonaniu kodu maszyny wirtualnej) na obsługę wirtualizacji. Procesor x86 [d] ma w swojej liście rozkazów 17 operacji na rejestrach sterujących i adresowych, których wykonanie musi być kontrolowane (modyfikowane) przez monitor maszyn wirtualnych VMM. Największy narzut występuje przy pełnej wirtualizacji (monitor VMM obsługuje wszystkie wystąpienia tych krytycznych dla bezpieczeństwa działania VM operacji), mniejszy przy para-wirtualizacji, dzięki przerzuceniu dużej części tej obsługi na kod maszyny wirtualnej (modyfikacja systemu dla współpracy z VMM), a najmniejszy przy wirtualizacji na poziomie systemu operacyjnego. W tym ostatnim rozwiązaniu wirtualizowany jest nie cały system operacyjny, a tylko środowisko i zasoby użytkownika, które komunikują się ze sprzętem (dyski, sieć) poprzez moduły systemu operacyjnego gospodarza (hosta). W 2005 i 2006 roku pojawiły się nowe wersje procesorów x86 Intela i AMD, zawierające rozszerzenia listy rozkazów wspomagające obsługę wirtualizacji i pozwalające na uruchamianie niemodyfikowanych wersji systemów operacyjnych jako maszyny wirtualne bez dużego narzutu programowego VMM na ich działanie tzw. sprzętowe wspomaganie wirtualizacji. Te rozszerzenia nie są dostępne we wszystkich procesorach, i wymagają obsługi programowej w kodzie VMM, co nie jest dostępne we wszystkich rozwiązaniach. 3. Metody oceny wydajności systemów Ocena wydajności systemów oparta jest na tzw. benchmarkach, czyli testach sprawdzających szybkość wykonywania przez system mieszanki określonego typu operacji. Często testy te mają charakter porównawczy i oceniane jest który system jest ile razy bardziej wydajny od drugiego. Technicznie przyjmują one jedną z dwóch form: pomiar czasu wykonania określonego programu zadaną ilość razy im niższy wynik (krótszy czas wykonania) tym lepszy system lub zliczanie ilości wykonań określonego zadania w ustalonym przedziale czasu np. 1s w tym przypadku im więcej zadań, tym lepiej. Sama koncepcja testów dobrze pasuje do systemów jednozadaniowych (np. DOS), gdzie uruchomione zadanie ma do dyspozycji wszystkie zasoby testowanego systemu. W systemach wielozadaniowych na szybkość realizacji testu mogą mieć wpływ różne, pozostające poza kontrolą użytkownika czynniki, związane z wykonywaniem zadań systemu operacyjnego, stąd takie testy wykonywane są jako pojedyncze zadanie w

4 4 M. Skrzewski, P. Moroz dłuższym okresie czasu lub uruchamiane kilkukrotnie, aby zmniejszyć wpływ tych czynników na wynik. Dobór treści zadań testowych zależy od elementów systemu, które mają być testowane. Opracowano szereg zadań ukierunkowanych na sprawdzanie możliwości obliczeniowych procesora, osobno dla obliczeń stałoprzecinkowych (Dhrystone benchmark) jak i dla obliczeń zmiennoprzecinkowych (Whetstone benchmark), oceny szybkości działania pamięci procesora (cache, RAM), pamięci dyskowej, szybkości kreślenia obrazu na ekranie (testy jednostki graficznej) oraz szybkości transmisji w sieci. Oprócz testów tematycznych spotykane są także testy oparte o wybrane aplikacje użytkownika, określane jako testy syntetyczne, mierzące np. szybkość wykonywania określonej mieszanki zadań w edytorze tekstowym, arkuszu kalkulacyjnym czy programie CAD. Otrzymane wyniki testów często przeliczane są na pewne warunki odniesienia, mające ułatwić porównywanie różnych wersji systemów, np. przeliczając wyniki na 1 MHz zegara procesora czy też wyrażając je jako wielokrotność wyniku systemu referencyjnego i podając w pewnych umownych jednostkach (np. kwhetstones/s czy MegaDhrystones/s). W przypadku maszyn wirtualnych celem badań jest określenie możliwości sprzętu czyli samej maszyny wirtualnej, tworzonej przez oprogramowanie wirtualizacyjne, a mniej wpływu zainstalowanego na niej oprogramowania na wyniki. Wydaje się, że najbliższe tego celu będzie wykorzystanie do testów minimalnego systemu operacyjnego jakim jest DOS, i uruchomianie testów z systemu Live CD. Drugim możliwym rozwiązaniem jest wykorzystanie narzędzi opracowanych dla wybranych systemów operacyjnych (Windows, Linux) i wykonywanie testów na zainstalowanym na maszynie wirtualnej systemie. 4. Środowisko i program badań W celu określenia możliwych wydajności maszyn wirtualnych uruchamianych na wybranych platformach wirtualizacji zdecydowano się przeprowadzić testy, porównujące możliwości uruchamianych maszyn wirtualnych z możliwościami systemu fizycznego, na którym uruchamiano wirtualizację, starając się określić, jak wpływa na uzyskiwane wyniki testów uruchamianie kolejnych maszyn wirtualnych. Przy doborze testów kierowano się potrzebą oceny podstawowych elementów systemów wpływających na ich wydajność obliczeniową (szybkość wykonywania zadań) i możliwości komunikacji z otoczeniem, nie testowano natomiast ich zdolności prezentacji wyników (grafiki systemów). Badania przeprowadzono na systemach wirtualnych uruchamianych na dwóch platformach wirtualizacji na systemie VirtualBox firmy Sun działającym pod systemem Kubuntu (Linux) na komputerze z czterordzeniowym procesorem i 4 GB RAM oraz na Virtual PC Microsoftu na systemie Windows XP na dwurdzeniowym procesorze z 1,5 GB RAM. Wybrano trzy obszary testów wydajności maszyn wirtualnych: wydajność obliczeniową jednostki centralnej, wydajność kanału dyskowego oraz wydajność komunikacji w sieci.

5 Badanie wydajności maszyn wirtualnych 5 Przy planowaniu i doborze testów dla maszyn wirtualnych największym problemem było zapewnienie równoczesności wykonania testów na testowanych maszynach wirtualnych. Dostępne programy uruchamiane były przez kliknięcie myszką lub z linii komend konsoli tekstowej maszyny wirtualnej, co nie pozwalało równocześnie uruchomić dwóch lub więcej programów. W tej sytuacji jedynym wyjściem było wybranie odpowiednio długo działających programów i puszczanie ich w pętli, aby niewielkie różnice w momentach startu nie miały dużego wpływu na otrzymywane wyniki Dobór programów testujących W Internecie można znaleźć wiele programów typu benchmark na różne architektury komputerów i systemów operacyjnych. Do oceny wydajności obliczeniowej procesora w pierwszym podejściu skorzystano z moduł SNNI pakietu Ultimate Boot CD [x], płytki Live CD z systemem operacyjnym FreeDOS ładowanym do pamięci RAM, zawierającym testy procesora pod kątem operacji stałoprzecinkowych (ang. CPU) i zmiennoprzecinkowych (ang. Floating Point Unit FPU). Uruchomione testy działały do ręcznego zatrzymania programu, na bieżąco uaktualniając uśredniony wynik operacji, co uniezależniało odczytywany wynik od momentu startu testu. Program działał w środowisku VirtualBox, nie dał się natomiast uruchomić na VirtualPC, dla którego wybrano inne rozwiązanie, w postaci dwóch programów CPU Free BenchMark 2.2 [xx] i Prime Benchmark [z]. Programy te wykonywały się przez kilkadziesiąt sekund od momentu startu i po zatrzymaniu wyświetlały końcowy wynik. W tych warunkach różnica kilku sekund pomiędzy uruchomieniem programu na pierwszej i ostatniej maszynie wirtualnej mogła powodować niewielkie zniekształcenie wyniku. Do oceny wydajności kanału dyskowego wykorzystano Windows Disk Benchmark firmy ATTO Technology [zz], wykonujący ustaloną serię zadań odczytu i zapisu danych na dysk blokami o różnej wielkości. Program ten także uruchamiano ręcznie na poszczególnych maszynach wirtualnych. Wydajność komunikacji sieciowej testowano programem netio (Network Throughput Benchmark) [w]. Program ten działał w oknie konsoli tekstowej maszyny wirtualnej, przesyłając dane z/do swojej kopii uruchomionej jako serwer na innym systemie. Do badań uruchomiono niezależne kopie serwera programu dla każdej testowanej maszyny wirtualnej na systemie z 1 Gbitową kartą sieciową, platforma wirtualizacji korzystała z połączenia 100 Mbit Ethernet. Także ten program uruchamiano ręcznie na każdej testowanej maszynie wirtualnej Metodyka badań Ponieważ nie spotkano się z opisem metod wyznaczania wydajności obliczeniowej wirtualnych procesorów (maszyn), w porównaniu z wydajnością jednostki fizycznej na której uruchamiano wirtualizację, zaproponowano algorytm postępowania składający się z następujących etapów: 1. przygotowanie na platformie n maszyn wirtualnych, gdzie n = 2*liczba procesorów (rdzeni) maszyny fizycznej.

6 6 M. Skrzewski, P. Moroz 2. konfiguracja maszyn wirtualnych. Maszyny wirtualne częściej niż rzeczywiste systemy nastręczają problemów podczas uruchomienia (np. dla systemu FreeDOS konieczne do poprawnego działania było wyłączenie wspomagania sprzętowego wirtualizacji). 3. uruchomienie maksymalnej liczby maszyn, a po ich uruchomieniu i załadowaniu systemu, aplikacji testowych. 4. odczekanie pewnego czasu (kilku minut) na tzw. ustabilizowanie się pracy systemu 5. wykonanie zdjęcia ekranu (zarejestrowanie wyników na uruchomionych maszynach). 6. zmniejszenie liczby pracujących komputerów wirtualnych i powtórzenie testu. Zaplanowany algorytm udało się zrealizować w trakcie testów wydajności obliczeniowej procesora na platformie VirtualBox, na VirtualPC system Live CD nie dał się uruchomić i konieczne było skorzystanie z testów nie działających w sposób ciągły, co wykluczyło możliwość zrealizowania punktu 4 algorytmu. W tej sytuacji punkt 3 obejmował tylko uruchomienie maszyn wirtualnych i odczekanie na ustabilizowanie się ich pracy, a krok 4 obejmował możliwie szybkie uruchomienie aplikacji testowych na wszystkich działających maszynach. Zarejestrowanie wyników (punkt 5) następowało po zakończeniu testów na wszystkich maszynach wirtualnych. W celu zminimalizowania wpływu różnic czasu uruchomienia testu, tam gdzie to było możliwe, testy startowano poprzez skrypt, w którym uruchamiane one były minimum 3 razy. Dla określenia wydajności platformy fizycznej, wszystkie testy były wykonywane na systemie z wyłączonym programem VMM, analogicznym skryptem tą samą ilość razy, a wyniki uśredniano. 5. Przegląd wyników 5.1. Pomiary wydajności obliczeniowej procesora Badania na platformie VirtualBox realizowano na komputerze z cztero-rdzeniowym procesorem, maksymalnie na 8 maszynach wirtualnych, do testów wykorzystano pakiet SNNI. Wyniki podają ilości wykonań pętli głównej testu Dhrystone (CPU) lub Whetstone (FPU) przez procesor maszyny w ciągu jednej sekundy. W tabeli 1 przedstawiono wyniki testu CPU z platformy VirtualBox. Tabela 1. Wydajność operacji stałoprzecinkowych (CPU) kolejnych maszyn wirtualnych uruchamianych na systemie z CPU = Ilość_VM 1 VM 2 VM 3 VM 4 VM 5 VM 6 VM 7 VM 8 VM Wartości CPU Suma Średnia

7 Badanie wydajności maszyn wirtualnych 7 W testach wydajności na platformie VirtualPC uczestniczyło do 4 maszyn wirtualnych, w trakcie testów wykonywano dwa programy: CPU Free BenchMark oraz Prime Benchmark. Pierwszy z nich wykonywał trzy testy: operacje na rejestrach, operacje stałoprzecinkowe i operacje zmiennoprzecinkowe, wykonując w nich stałą liczbę operacji i podając jedną wartość liczbową jako wynik. Drugi test wyszukiwał kolejne liczby pierwsze, podając jako wynik ich ilość znalezioną w stałym czasie 60s. W tabe Tabela 2. Wyniki CPU FreeBenchmark w [s] dla kolejno uruchamianych maszyn wirtualnych na VirtualPC 1 Vm 2 Vm 3 Vm 4 Vm Średnia Zmiana 107,03 60,08 116,8 126,08 102,50 264% 52,95 79,04 96,45 76,15 198% 69,46 47,21 58,34 150% 41,11 41,11 106% Platforma fizyczna (PC) 38,79 100% Tabela 3. Wyniki Prime Benchmark [ilość liczb] dla kolejno uruchamianych maszyn wirtualnych na VirtualPC 1 Vm 2 Vm 3 Vm 4 Vm Średnia Zmiana ,9% ,2% ,4% ,0% Platforma fizyczna (PC) ,0% li 2 przedstawiono wyniki testu CPU Free Benchmark dla maszyn wirtualnych uruchamianych na platformie VirtualPC, a w tabeli 3 wyniki testu Prime Benchmark. Wynik testu dla platformy sprzętowej wynoszą odpowiednio 38,79s (test CPU) i ,0% 12,0% 10,0% 8,0% 6,0% 4,0% 2,0% 0,0% 1 Vm 2 Vm 3 Vm 4 Vm 5 Vm 6 Vm 7 Vm 8 Vm CPU średnia FPU średnia Rys. 1 Zmiany średniej wydajności obliczeniowej maszyn wirtualnych ze wzrostem ich ilości wyrażone w procentach wydajności obliczeniowej maszyny fizycznej

8 8 M. Skrzewski, P. Moroz (test Prime). Na rys. 1 przedstawiono podsumowanie testów wydajności osiąganej przez procesor maszyny wirtualnej dla obliczeń stałoprzecinkowych (CPU) i zmiennoprzecinkowych (FPU) przy zmianach ilości uruchomionych na platformie Virtual Box maszyn. Rys. 2 przedstawia podobny wykres zmian wydajności obliczeniowej dla 120,0% 100,0% 80,0% 60,0% 40,0% 20,0% 0,0% PC 1 Vm 2 Vm 3 Vm 4 Vm Wydajność (CPU test) Ilość (Prime test) Rys. 2. Zmiany średniej wydajności obliczeniowej maszyn wirtualnych w funkcji ich ilości (platforma VirtualPC) platformy VirtualPC określony na podstawie wyników testu CPU FreeBenchmark (po przeliczeniu zmiany czasu wykonania na wydajność) i testu Prime Benchmark jako zmian średniej ilości wyznaczonych liczb pierwszych, odniesionych do wyników testów dla maszyny fizycznej Pomiary wydajności kanału dyskowego Do badań szybkości zapisu / odczytu danych w kanale dyskowym wykorzystano program Windows Disk Benchmark firmy ATTO Technology. Program wykonuje serię operacji odczytów i zapisów danych blokami o wielkości od 0,5 do 8192 kb i określa średnie szybkości odczytu i zapisu dla poszczególnych serii. Program uruchamiano , Rd-PC Rd-1Vm Rd-2Vm Rd-3Vm Rd-4Vm Rys. 3. Zmiany szybkości odczytu w kanale dyskowym maszyny fizycznej (PC) i uruchamianych równocześnie od 1 do 4 maszyn wirtualnych (platforma VirtualPC)

9 Badanie wydajności maszyn wirtualnych 9 klikając przycisk start w oknach poszczególnych maszyn wirtualnych. Na rys. 3 przedstawiono szybkości odczytu (w kb/s) danych zmierzone dla maszyny fizycznej (PC) i uruchamianych równocześnie od 1 do 4 maszyn wirtualnych.ponieważ szybkości dostępu do dysku stabilizują się przy rozmiarach bloków powyżej 64 kb, dla otrzymania jednej średniej szybkości dostępu do dysku uśredniono wyniki pomiarów dla bloków ponad 64 kb. Na rys 4 przedstawiono uśrednione w ten sposób szybkości odczytu i zapisu danych przy zmianach ilości działających maszyn wirtualnych PC 1 Vm 2 Vm 3 Vm 4 Vm Read [kb/s] Write [kb/s] Rys. 4. Zmiany szybkości dostępu do dysku przy wzroście ilości działających maszyn wirtualnych, platforma VirtualPC k 2k 4k 8k 16k 32k PC_nadaw anie PC_odbiór Rys. 5. Zależność szybkości transmisji w sieci od wielkości bloku dla platformy Virtualbox 5.3. Pomiary wydajności komunikacji sieciowej Do pomiarów szybkości komunikacji w sieci wykorzystano program netio (Network Throughput Benchmark) [w], uruchamiany z konsoli tekstowej. Jak większość tego typu programów opiera się on na przesyłaniu (wysyłanie, odbiór) danych blokami o określonej wielkości pomiędzy dwoma systemami w sieci i pomiarze czasu transmisji. Program netio może działać w jednym z dwóch trybów: klienta, przeprowadzającego pomiary i serwera, obsługującego komunikację z wybranym klientem na określonych w konfiguracji serwera portach tcp i udp, dla przeprowadzenia badań

10 10 M. Skrzewski, P. Moroz 25,0% 20,0% 15,0% 10,0% 5,0% 1k 2k 4k 8k 16k 32k 0,0% 1-Vm 2-Vm 3-Vm 4-Vm Rys. 6. Zmiana szybkości nadawania z ilością uruchomionych maszyn wirtualnych uruchomiono na dedykowanym systemie osiem modułów serwera, działających na osobnych portach. Klient przesyła wewnętrznie ustaloną ilość danych blokami o rozmiarze od 1 do 32 kb i dla każdego z nich podaje uzyskane szybkości wysyłania 25,0% 20,0% 15,0% 10,0% 5,0% 1k 2k 4k 8k 16k 32k 0,0% 1-Vm 2-Vm 3-Vm 4-Vm Rys. 7. Zmiana szybkości odbioru z ilością uruchomionych maszyn wirtualnych i odbioru informacji. Na rys. 5 przedstawia wydajność systemu fizycznego platformy VirtualBox. Na rys. 6 oraz 7 przedstawiono zmiany wydajności kolejno uruchamianych maszyn wirtualnych na platformie VirtualBox dla nadawania i odbioru w sieci względem wydajności sieciowej maszyny fizycznej. Na rys. 8 przedstawiono zmierzoną wydajność komunikacji sieciowej dla platformy sprzętowej systemu VirtualPC (system z kartą sieciową 100 Mb), a na rys. 9 i 10 średnie wydajności toru nadawania i odbioru dla kolejno rosnącej ilości działających maszyn wirtualnych.

11 Badanie wydajności maszyn wirtualnych k 2k 4k 8k 16k 32k PC_odbiór PC_nadawanie Rys. 8. Zależność szybkości transmisji w sieci od wielkości bloku dla platformy sprzętowej VirtualPC 120% 100% 80% 60% 40% 20% 1k 2k 4k 8k 16k 32k 0% Tx_PC Tx-1Vm Tx_2Vm Tx_3Vm Tx-4Vm Rys. 9. Zmiana szybkości nadawania z ilością uruchomionych maszyn wirtualnych, platforma VirtualPC 120% 100% 80% 60% 40% 20% 1k 2k 4k 8k 16k 32k 0% Rx_PC Rx_1Vm Rx_2Vm Rx-3Vm Rx-4Vm

12 12 M. Skrzewski, P. Moroz Rys. 10. Zmiana szybkości odbioru informacji z sieci z ilością uruchomionych maszyn wirtualnych, platforma VirtualPC 5.4. Ocena wyników Przeprowadzone testy wydajności pokazują, że dwa rozwiązania należące do tej samej grupy systemów pełnej wirtualizacji mogą się dość wyraźnie różnić sposobem wykorzystania dostępnej mocy obliczeniowej, dostępnych procesorów (rdzeni) i jej udostępnieniem uruchamianym maszynom wirtualnym. Oba testowane systemy nie wykorzystywały w trakcie badań sprzętowego wspomagania wirtualizacji platforma VirtualBox-a z powodu ograniczeń wykorzystywanego do testów FreeDos-a, a platforma VirtualPC z powodu ograniczeń procesora systemu. Wyniki testów wydajności obliczeniowej dla VirtualBox-a pokazują, że do ilości dostępnych rdzeni w procesorze wydajność kolejnych uruchamianych maszyn wirtualnych nie ulega większym zmianom cztery kolejno uruchamiane maszyny wirtualne maja niemal identyczna wydajność, na poziomie 10% maszyny fizycznej. dopiero uruchomienie kolejnych systemów wirtualnych powoduje spadek wydajności. Drugie z testowanych rozwiązań robi wrażenie efektywnego systemu jednordzeniowego, pierwszy system wirtualny korzysta z blisko 95% wydajności obliczeniowej systemu fizycznego, uruchomienie kolejnej maszyny wirtualnej powoduje podział wydajności platformy fizycznej pomiędzy działające systemy i w konsekwencji wyraźny spadek wydajności pojedynczego systemu o ok. 30%, choć suma wydajności 2 i trzech działających maszyn utrzymuje się na poziomie ok. 150% wydajności jednego rdzenia maszyny fizycznej W przypadku kanału dyskowego i karty sieciowej, jako pojedynczych zasobów komputera fizycznego, należało się spodziewać podziału dostępnej wydajności pomiędzy uruchamiane maszyny wirtualne, co daje się potwierdzić w wynikach testów komunikacji sieciowej dla platformy VirtualPC. W przypadku drugiej platformy wydajność komunikacji pierwszej uruchomionej maszyny wirtualnej sięga ok. 20% wydajności platformy fizycznej, spadając przy kolejnych uruchomionych maszynach o kilka procent, sięgając ok. 9% wydajności platformy przy uruchomionych 4 systemach wirtualnych. Przy komunikacji z dyskiem ten spadek wydajności jest znacznie szybszy, przypuszczalnie z powodu działania algorytmów kolejkowania żądań dostępu, uruchomienie drugiej maszyny wirtualnej pod VirtualPC zmniejsza szybkość odczytu niemal 3 krotnie. 6. Podsumowanie Przeprowadzone testy pokazały, że wydajność maszyn wirtualnych jest różnie powiązana z możliwościami maszyn fizycznych, na których te systemy działają, a różnice mogą sięgać blisko 90% wydajności maszyny fizycznej dla pojedynczego systemu wirtualnego. Badane systemy charakteryzowały się prostą budową (jedna karta sieciowa, pojedynczy dysk). Ciekawe wydaje się przebadanie mechanizmów podziału

13 Badanie wydajności maszyn wirtualnych 13 wydajności bardziej złożonych zasobów, jak macierz dyskowa czy kilka kart sieciowych oraz wpływu sprzętowego wspomagania wirtualizacji, co planujemy w kolejnym etapie. Literatura 1. Creating a Dynamic Infrastructure through Virtualization, [@:] /resources/creating_a_dynamic_infrastructure_through_virtualization.pdf 2. Citrix XenServer, [@:] HP Client Virtualisation, [@:] 4. Introduction to virtualization, [@:] 5. Network Throughput Benchmark NetIO, [@:] 6. The Xen virtual machine monitor, [@:] 7. CPU Free Benchmark 2.2, [@:] 8. Prime benchmark 3.0, [@:] 9. Disk Benchmark, [@:] BenchNT, Ultimate Boot CD v4.10, [@:] [@:] [@:] [@:] [@:] [@:] [@:]