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性能基准测试：KVM大战Xen
在上周，我们对 KVM 和 Xen 近几年里在性能上的改进进行了一些有趣的探讨后，我打算自己做一些这方面的小研究。我能找到的最新的资料，是来自2013年 Phoronix Haswell 性能评测上的基准测试。当然，还有其它一些2011年的评测，不过由于 Xen 被收录进 Kernel 3.0，它们都已被热烈地讨论过。
2011年的测试提供了许多很好的基准报表，在三年后的现在，我尽最大努力把它们列出的属性重新测试一遍。但我删减了其中两三个基准测试，原因是它们在未经特定优化的配置后跑出来的数据不是很好，或者它们需要跑很长时间才能得到结果。
测试环境
测试环境由两台一模一样的超微服务器组成，分别都配备一颗Intel 至强 E3-1220（4核，3.10GHz），24G 金士顿 DDR3 内存，4块西数 RE-3 160G 磁盘（组成 RAID10 阵列）。另外 BIOS 也是一模一样。
所有测试项目（即实体机和虚拟机）都在 Fedora 20 （开 SELinux）上进行，并且测试过程中几乎没有运行的不相关的服务。这里列一下相关服务的版本：
- Kernel: 3.14.8
- For KVM: qemu-kvm 1.6.2
- For Xen: xen 4.3.2
根文件系统都是使用默认配置的 XFS。虚拟机使用 virt-manager 来创建（virt-mamager 也使用默认配置）。虚拟磁盘使用 raw 镜像，容量为 8GB，虚拟4颗 CPU。Xen 虚拟机使用 PVHVM 建立虚拟磁盘。
附加说明
也许有人会考虑到 Fedora 是红帽公司所有，红帽一直在维护 KVM，而 Xen 则自从在2009年红帽重新选择 KVM 作为虚拟化产品后，再没得到这个公司的重要改进。我将这个因素排除在了测试所考虑的范围之外，不过仍然可以在心里稍微注意一下。
并且，资源竞争产生的影响也有被严格控制并最小化。在大多数虚拟服务器上，你可以跑多个虚拟机，而这些虚拟机会争用 CPU 时间片、磁盘 IO、网络带宽等等资源。在本测试中也不考虑这些因素。一台虚拟机抢到资源少，性能就差，而另一台抢得多，性能就好（LCTT译注：它们的性能总和，就可以大致当作是 KVM 或 Xen 的性能了）。
本测试运行在 Intel 的 CPU 上。如果使用的是 AMD 或 ARM，可能有些数据会不一样。
结果
本测试使用裸机作为虚拟服务测试的基准设备。在不跑虚拟机的情况下，两台裸机的性能偏差不会大于0.51%
在几乎所有测试中，KVM 的性能相比宿主机而言下降了1.5%以内，只有两项测试例外。第一个是 7-zip 压缩，比宿主机慢了 2.79%。第二个就奇怪了，我们搭了一个邮件服务器，用 PostMark 测试其性能，结果表明 KVM 竟比宿主机快了4.11%。然后我在两台服务器中重新跑了几遍 PostMark 测试，结果性能差异基本不变，浮动都在最初测试结果的1%以内。由于我对 virtio 的内部机制没有很深的理解，我只能在以后再对这个怪现象进行进一步了解。
Xen 的性能相对宿主机而言差异就比较大了。有3项测试性能下降在2.5%以内，剩下的性能下降率都是 KVM 的2～4倍。PostMark 测试的性能比 KVM 慢了14.41%，这结果令我大吃一惊。重新跑了下测试，性能差还是几乎不变，浮动都在最初结果的2%以内。KVM 表现最好的 CPU 测试：MAFFT 对齐测试，是 Xen 表现倒数第二差的。
现在奉上一个简短得总结表：
Best Value | Bare Metal | KVM | Xen | |
|---|---|---|---|---|
| C-Ray | lower | 35.35 | 35.66 | 36.13 |
| POV-Ray | lower | 230.02 | 232.44 | 235.89 |
| Smallpt | lower | 160 | 162 | 167.5 |
| John the Ripper (Blowfish) | higher | 3026 | 2991.5 | 2856 |
| John the Ripper (DES) | higher | 7374833.5 | 7271833.5 | 6911167 |
| John the Ripper (MD5) | higher | 49548 | 48899.5 | 46653.5 |
| OpenSSL | higher | 397.68 | 393.95 | 388.25 |
| 7-Zip | higher | 12467.5 | 12129.5 | 11879 |
| Timed MAFFT Alignment | lower | 7.78 | 7.795 | 8.42 |
| CLOMP | higher | 3.3 | 3.285 | 3.125 |
| PostMark | higher | 3667 | 3824 | 3205 |
如果需要完整数据，请查看Goole Docs 电子表格。
结论
基于上面的测试环境，KVM 的性能损耗几乎都在2％以内，Xen 则在十多项测试中有3项损耗在2.5％以内，而其他几项损耗都在5~7%之间。虽然 KVM 在 PostMark 测试中性能表现优异，但这是众多测试中仅有的一项 I/O 测试，如果想证明 KVM 确实在 I/O 处理方面很强悍，就需要更多测试。
对我来说，我想要深入了解一下 KVM 和 Xen 在 I/O 方面的处理，以及它们之间为什么会有这么大的差别。我也许还会跑一些有竞争的测试，来看看虚拟机在有压力的条件下是否真的能比宿主机表现得更出色。
我鼓励读者通过使用Phoronix 测试套件来进行一些基准测试，你们可以找到一些能模仿你们工作环境的用例。如果你的工作环境是低 CPU 高 I/O，你可以找找套件里面的 I/O 压力测试。另一方面，如果你的工作是音频、视频转码，你可以试试套件里面的 x264 或 mp3 测试。
更新：Chris Behrens 指出，我忘了提到 Xen 虚拟机类型了。这里补充下，我使用的是 PVHVM 模型（LCTT译注：目前支持的模型包括 PV、HVM 和 PVHVM），因为在 Xen 4.3 中这个选拥有最好的性能。另外需要注意的是在 Xen 4.4 中可以使用 PVH，但是在 Fedora 20 中还没有使用 Xen 4.4。
via: http://major.io/2014/06/22/performance-benchmarks-kvm-vs-xen/