Hypervisor-Showdown: Leistung führender Virtualisierungslösungen

Im Anschluss an unseren aktuellen Hypervisor-Artikel gehen wir tiefer in die Materie und analysieren die Top-Hypervisoren hinsichtlich Funktionen, Web-Schnittstellen und Leistungsfähigkeit. Insbesondere vergleichen wir KVM auf RHEL, Proxmox, VMWare ESXI 8 und Microsoft HyperV.

Nach der kürzlich erfolgten Übernahme von VMWare durch Broadcom wurde in der Tech-Community heftig über die Änderungen diskutiert, insbesondere über die Umstellung auf abonnementbasierte Lizenzierung. Dies hat viele Unternehmen und MSPs dazu veranlasst, nach kostengünstigeren Hypervisor-Optionen Ausschau zu halten. Als Reaktion auf dieses wachsende Interesse haben wir führende Hypervisoren verglichen und sie als praktikable Alternativen für diejenigen vorgestellt, die einen Wechsel in Erwägung ziehen oder Optionen auf dem Markt erkunden.

Unser Ziel ist es, diese Hypervisoren hinsichtlich ihrer Funktionen, Webschnittstellen und Leistungsfähigkeit zu analysieren. Insbesondere vergleichen wir KVM auf RHEL, Proxmox, VMWare ESXI 8 und Microsoft HyperV.

KVM auf RHEL (RedHat Enterprise Linux)

KVM (Kernel-based Virtual Machine) ist ein Linux-basierter Open-Source-Hypervisor, der Linux in einen Typ-1-Hypervisor verwandelt, indem er Kernvirtualisierungsfunktionen in den Linux-Kernel einbettet. Während KVM auf jeder Linux-Distribution gehostet werden kann, ist Red Hat Enterprise Linux (RHEL) aufgrund seiner robusten Unterstützung und unternehmenstauglichen Funktionen beliebt.

RHEL ist eine vielseitige Linux-Distribution, die mit oder ohne Desktop-Umgebung installiert werden kann. Die Verwaltungsschnittstelle Cockpit ist ein optionaler Dienst, der während der Installation hinzugefügt werden kann. Cockpit, ein Open-Source-Projekt, das nicht exklusiv für RHEL ist, erleichtert die grundlegende Verwaltung von Linux-Instanzen und -Diensten. Es ist jedoch nicht in erster Linie als Hypervisor-Verwaltungstool konzipiert und verfügt nicht über bestimmte Funktionen wie Memory Ballooning. Diese Einschränkung liegt nicht am Hypervisor, sondern an der Verwaltungsschnittstelle.

Für eine fortgeschrittenere Virtualisierung und Container-Orchestrierung bietet Red Hat OpenShift an, eine umfassende Plattform mit einem Cloud-First-Ansatz, die auch vor Ort gehostet werden kann. OpenShift bietet robuste Tools für die Verwaltung von containerisierten Anwendungen und Infrastrukturen, einschließlich erweiterter Netzwerk-, Speicher- und Sicherheitsfunktionen. OpenShift erfordert jedoch mindestens drei Produktionsknoten und ist daher für kleinere Bereitstellungen weniger geeignet.

nextmox

Proxmox, basierend auf Debian, ist eine weitere KVM-Implementierung, die in Heimlabors und Unternehmen an Bedeutung gewinnt, allerdings noch nicht im Ausmaß von ESXi oder HyperV. Es ist kostenlos und Open Source und bietet Support und Updates auf Abonnementbasis.

Seine Web-Benutzeroberfläche ist Cockpit für Virtualisierungsaufgaben überlegen, vereinfacht die Ressourcenverwaltung und enthält erweiterte Funktionen und Anpassungsmöglichkeiten. Proxmox bietet auch erweiterte Backups, Snapshots und Firewall-Verwaltung. Es reicht jedoch nicht ganz an die Bandbreite von VMWare heran, insbesondere bei Aufgaben wie der vGPU-Einrichtung, die einen Befehlszeileneingriff erfordern. In Bezug auf die Funktionen spiegelt Proxmox KVM auf RHEL und hält damit die Parität mit führenden Hypervisoren aufrecht.

VMware ESXi E

ESXi von VMWare ist für seinen umfassenden Funktionsumfang bekannt. Obwohl es als Hypervisor allein steht, werden seine gesamten Fähigkeiten mit vCenter freigeschaltet, das die Verwaltung zentralisiert.

In erster Linie ein Hypervisor, der von Grund auf neu entwickelt wurde. Die Web-Benutzeroberfläche von ESXi ist die ausgereifteste unter seinen Konkurrenten. Sie bringt fast alle Funktionen, einschließlich Features wie vGPU-Verwaltung, in die webbasierte Oberfläche und erfordert nur selten Konsolenzugriff. In Verbindung mit Lösungen wie VMWare Horizon bietet ESXi eine integrierte VDI-Lösung. Seine Standalone- und Cluster-Funktionen werden durch Dienste wie vCenter, VSAN und Horizon weiter verbessert, was es zu einer robusten Komplettlösung macht.

Hyper-V

Microsoft Hyper-V hat sich insbesondere in Windows-zentrierten Umgebungen etabliert. Die Verwaltung in Hyper-V erfolgt über den Hyper-V Manager für kleinere Setups oder SCVMM für größere Umgebungen. Die Benutzeroberfläche ist benutzerfreundlich, insbesondere für Windows-Benutzer, und bietet auch Funktionen wie die vGPU-Verwaltung direkt über die Benutzeroberfläche. Hyper-V zeichnet sich durch Windows-basierte Virtualisierung aus und lässt sich gut in andere Microsoft-Lösungen wie Azure integrieren, wodurch einfache Upgrades und Cloud-Migrationen ermöglicht werden. Obwohl es für Windows-zentrierte Umgebungen eine naheliegende Wahl ist, ist es für andere Anwendungsfälle möglicherweise nicht so gut geeignet.

Wie gut war ihre Leistung?

Vergleichen wir die Leistung dieser Hypervisoren und sehen wir, wie sie im Vergleich zueinander abschneiden.

Testmethodik

Unser Hauptziel besteht darin, den mit jedem Hypervisor verbundenen Leistungsaufwand zu bewerten und ihn als Schlüsselmetrik für den Vergleich zu verwenden. Unsere Tests konzentrieren sich auf den Vergleich von Multithread-Leistung, Speicherbandbreite und Speicher-E/A-Leistung.

Unsere Benchmarks umfassen Linux Kernel Compilation, Apache, OpenSSL, SQLite, Stream und FIO. Sie werden mindestens dreimal mit der Phoronix Test Suite durchgeführt und wiederholt, bis eine geringe Varianz der Ergebnisse erreicht ist. Während des Tests werden Funktionen wie Weboberflächen oder Desktopumgebungen geschlossen, um optimale Bedingungen zu gewährleisten.

Unsere Basis ist die Bare-Metal-Leistung, und alle Zahlen werden relativ dazu als Prozentsatz skaliert. Dieselben Tests werden dann für jeden Hypervisor repliziert; wir konfigurieren eine VM, auf der Ubuntu läuft. Entscheidend ist, dass jeder VM die gesamten Ressourcen des Hosts zugewiesen werden. Die VMs werden mit Standardeinstellungen ohne zusätzliche Optimierungen konfiguriert.

Aufgrund einiger Bedenken hinsichtlich der Ergebnisse wollten wir zusätzliche Kontexte hinter unserer Testmethodik bereitstellen. Die Tests wurden entwickelt, um die Erfahrungen einer Person zu simulieren, die neu in der Umgebung ist, z. B. eines Benutzers, der von einem ESXi- oder Hyper-V-orientierten Setup migriert. Wenn wir von „Standardeinstellungen“ sprechen, meinen wir die vorab ausgewählten Optionen beim Erstellen einer VM, wobei die einzigen konfigurierten Einstellungen diejenigen für die Ressourcenzuweisung (vCPUs, RAM und Speicher) sind.

Es wurden auch Bedenken geäußert, warum alle Ressourcen für diese Tests bereitgestellt wurden. Es gibt zwei Hauptgründe für diesen Ansatz. Der Vergleich dieser Ergebnisse mit Bare Metal als Basis bietet mehr Kontext für unsere gemessene Leistung. Zweitens können wir die Leistung über NUMA-Knoten hinweg beurteilen. In Produktionsumgebungen ist es schwierig, NUMA-Knotensprünge zu vermeiden, weshalb es wichtig ist, diesen Aspekt in unsere Tests einzubeziehen.

Wir waren der Meinung, dass weitere Erläuterungen erforderlich sind. Um diese Bedenken auszuräumen, haben wir alle Tests erneut ausgeführt, einschließlich einer optimierten Proxmox-Konfiguration und weiterer Tests mit realistischeren VM-Ressourcenzuweisungen.

In unseren neuen Tests verwendet optimiertes Proxmox Host als CPU-Typ, NUMA aktiviert, q35 als Maschine und OVMF (UEFI) als BIOS. Der Cache wurde für die Speicherung auf Write Back eingestellt, da wir einen Raid-Controller verwenden, und die SSD-Emulation war eingeschaltet. In allen anderen Fällen mit allen anderen Hypervisoren wurden der VM nur Ressourcen mit ihren jeweiligen Benutzeroberflächen zugewiesen und keine zusätzlichen Einstellungen geändert.

Test-Setup

Für unsere Tests setzen wir den Dell R760 ein.

Technische Daten:

Intel Xeon Sapphire Rapids 6430
256GB DDR5
8 x 7.68TB Solidigm P5520 im RAID5 auf Dell PERC12

(Hinweis: Der für die ursprünglichen Tests verwendete Server wurde aktualisiert, um die neuen Emerald Rapids-Prozessoren zu unterstützen. Daher können die ursprünglichen Ergebnisse nicht direkt mit den neuen Ergebnissen verglichen werden. Daher wurden alle Tests erneut ausgeführt, um Konsistenz und Genauigkeit sicherzustellen.)

Diese neuen Tests werden auf dem Dell R760 mit direkter Flüssigkeitskühlung durchgeführt.
Technische Daten:

Intel Xeon Emerald Rapids 8580
256GB DDR5
8 x 7.68TB Solidigm P5520 im RAID5 auf Dell PERC12

Testergebnisse

Lassen Sie uns tiefer in die einzelnen Testergebnisse eintauchen.

Der CPU-intensive Linux-Kernel-Compile-Test, der die zum Kompilieren des Linux-Kernels benötigte Zeit misst, zeigte, dass ESXi und Hyper-V außergewöhnlich gut abschnitten und 96.79 % bzw. 96.70 % der Bare-Metal-Leistung erreichten. KVM auf RHEL erreichte 66.61 %, während der Standard-Proxmox mit 63.28 % zurückblieb. Der optimierte Proxmox erreichte jedoch respektable 89.71 % der Bare-Metal-Leistung.

Im Apache-Benchmark, der die Leistung des Apache-Webservers bei vielen gleichzeitigen Verbindungen und Anfragen bewertet, zeigten ESXi und Hyper-V beeindruckende Ergebnisse mit 113.64 % bzw. 129.62 % der Bare-Metal-Leistung. KVM auf RHEL erreichte 85.72 %, Proxmox im Standardformat 75.90 % und optimiertes Proxmox 75.31 %. Bemerkenswerterweise übertrafen ESXi und Hyper-V die Bare-Metal-Leistung, wahrscheinlich aufgrund von Hardwarebeschleunigern in neueren Chips, was darauf hindeutet, dass diese Hypervisoren diese Beschleuniger ohne manuelle Konfiguration und Feinabstimmung nutzen können.

Der OpenSSL-Test, der die kryptografische Leistung der CPU misst, zeigte, dass ESXi, Hyper-V und KVM auf RHEL mit 101.35 %, 101.27 % bzw. 101.15 % der Bare-Metal-Leistung bemerkenswert gut abschnitten. Stock Proxmox kämpfte mit nur 5.33 %, während Optimized Proxmox 98.91 % erreichte.

Im 7-Zip-Komprimierungstest, der die Komprimierungs- und Dekomprimierungsleistung bewertet, zeigten ESXi und Hyper-V eine starke Leistung mit 95.98 % bzw. 97.56 % der Bare-Metal-Leistung. KVM auf RHEL, Standard-Proxmox und optimiertes Proxmox kamen mit 85.81 %, 87.17 % bzw. 87.43 % alle nahe heran.

Der FIO-Test, der die Leistung des Speichersubsystems mit wahlfreiem Lesen und Schreiben in 4 KB-Blöcken misst, zeigte, dass ESXi 57.41 % beim wahlfreien Lesen und 55.27 % beim wahlfreien Schreiben erreichte, während Hyper-V 72.95 % beim wahlfreien Lesen und 85.71 % beim wahlfreien Schreiben erreichte. KVM auf RHEL erreichte 74.60 % beim wahlfreien Lesen und 85.37 % beim wahlfreien Schreiben. Stock Proxmox kam auf 54.71 % beim wahlfreien Lesen und 44.71 % beim wahlfreien Schreiben, während Optimized Proxmox in diesem Test mit 98.57 % beim wahlfreien Lesen und 91.49 % beim wahlfreien Schreiben die beste Leistung erzielte.

Der SQLite-Test, der die Leistung der SQLite-Datenbank misst, zeigte, dass ESXi 96.44 % der Bare-Metal-Leistung erreichte. Hyper-V erreichte 55.94 %, während KVM auf RHEL 62.52 % erreichte. Interessanterweise erreichte der Standard-Proxmox 85.27 % und schnitt damit besser ab als der optimierte Proxmox, der 68.86 % erreichte. Die genaue Ursache ist nicht ganz klar, aber die Tests wurden zweimal auf Neuinstallationen des Hypervisors und der VM ausgeführt, um die Wiederholbarkeit sicherzustellen.

Der Stream-Benchmark, der die Speicherbandbreitenleistung bewertet, zeigte, dass ESXi und Hyper-V mit 98.30 % bzw. 99.01 % der Bare-Metal-Leistung eine starke Leistung zeigten. KVM auf RHEL, Standard-Proxmox und optimiertes Proxmox erzielten mit 74.60 %, 76.24 % bzw. 71.04 % nahe beieinander liegende Ergebnisse.

Insgesamt erwies sich Hyper-V als Spitzenreiter mit einer durchschnittlichen Leistung von 92 % der Bare-Metal-Leistung. ESXi lag mit einer durchschnittlichen Leistung von 89 % knapp dahinter, Optimized Proxmox belegte mit 85 % knapp den dritten Platz, KVM auf RHEL kam mit 79 % auf den vierten Platz und Stock Proxmox landete mit 61 % auf dem letzten Platz.

In einem realistischeren Szenario zur VM-Ressourcenzuweisung wurden die Zahlen auf das beste Ergebnis in jeder Kategorie normalisiert. Beim Linux Kernel Compile Benchmark schnitt ESXi am besten ab, KVM auf RHEL kam mit 97.90 % auf den zweiten Platz und Optimized Proxmox mit 97.88 % knapp dahinter auf den dritten Platz. Stock Proxmox kam mit 88.90 % auf den vierten Platz und Hyper-V hinkte mit 66.05 % hinterher.

Beim Apache-Benchmark schnitt ESXi erneut am besten ab. KVM auf RHEL landete mit 76.25 % auf dem zweiten Platz und Hyper-V mit 76.14 % knapp auf dem dritten Platz. Optimiertes Proxmox lag mit 75.36 % ebenfalls ganz nah dran, während Standard-Proxmox mit 61.11 % den letzten Platz belegte.

Im OpenSSL-Benchmark behauptete ESXi seine Position mit dem besten Ergebnis. KVM auf RHEL landete mit 96.25 % auf dem zweiten Platz, optimiertes Proxmox kam mit 94.48 % auf den dritten Platz, Hyper-V erreichte nur 48.96 % und Standard-Proxmox landete mit 3.42 % auf dem letzten Platz.

Beim 7-Zip-Komprimierungstest erzielte ESXi weiterhin die besten Ergebnisse. KVM auf RHEL, optimiertes Proxmox und Standard-Proxmox lagen mit 96.84 %, 96.59 % bzw. 95.40 % sehr nah beieinander, während Hyper-V mit 64.48 % immer noch zurückblieb.

Im FIO-Test erzielte ESXi sowohl beim wahlfreien Lesen als auch beim wahlfreien Schreiben die besten Ergebnisse. Beim wahlfreien Lesen belegte optimiertes Proxmox mit 86.81 % den zweiten Platz, Hyper-V kam mit 71.02 % auf den dritten Platz, KVM auf RHEL mit 68.44 % auf den vierten Platz und Standard-Proxmox landete mit 45.05 % auf dem letzten Platz. Beim wahlfreien Schreibtest ergab sich ein ähnliches Bild: Hyper-V kam mit 73.43 % auf den zweiten Platz, KVM auf RHEL mit 70.92 % auf den dritten Platz, optimiertes Proxmox mit 59.91 % auf den vierten Platz und Standard-Proxmox landete mit 38.79 % auf dem letzten Platz.

Der SQLite-Test war interessanter: ESXi schnitt noch immer am besten ab, das Standard-Proxmox kam auf den zweiten Platz und KVM auf RHEL, Hyper-V und optimiertem Proxmox landete mit 49.23 %, 43.06 % bzw. 42.61 % auf den letzten Plätzen.

Im Stream-Test schnitt optimiertes Proxmox am besten ab, gefolgt von Standard-Proxmox mit 83.56 %, KVM auf RHEL mit 82.47 % auf dem dritten Platz, ESXi mit 71.21 % auf dem vierten Platz und Hyper-V mit 63.02 % auf dem letzten Platz.

Fazit

Im Worst-Case-Test aller Ressourcen ging Hyper-V mit einem Durchschnittswert von 92.34 % als Sieger hervor, gefolgt von ESXi mit 89.36 %, optimiertem Proxmox mit 85.16 %, KVM auf RHEL mit 79.55 % und schließlich dem Standard-Proxmox mit 61.58 % im Vergleich zu Bare Metal. Mit einer realistischeren Ressourcenzuweisung ging ESXi als Sieger hervor, indem es in allen Tests außer Stream am besten abschnitt und einen Durchschnittswert von 96.4 % erreichte, gefolgt von optimiertem Proxmox mit 81.7 %, KVM auf RHEL mit knappen 79.79 %, Hyper-V lag mit nur 63.27 % dahinter und der Standard-Proxmox landete mit 59.69 % auf dem letzten Platz.

In unseren Tests schnitt ESXi im Durchschnitt am besten ab. Unter den Open-Source-Alternativen zeigte Optimized Proxmox eine lobenswerte Leistung, aber ohne die Optimierungen war die Leistung nicht optimal. KVM auf RHEL blieb in unserem Worst-Case-Szenario-Test zurück, kam aber in realistischeren Tests sehr nah an Optimized Proxmox heran. Die Ergebnisse von Hyper-V mit realistischer Ressourcenzuweisung waren überraschend; eine eingehendere Analyse würde erklären, warum die Ergebnisse so ausfielen, aber das liegt außerhalb des Rahmens dieses Artikels.

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