Enfrentamiento de hipervisores: rendimiento de las soluciones de virtualización líderes

Siguiendo nuestro reciente artículo sobre hipervisores, profundizamos y analizamos los principales hipervisores en cuanto a características, interfaces web y capacidades de rendimiento. Específicamente, estamos comparando KVM en RHEL, Proxmox, VMWare ESXI 8 y Microsoft HyperV.

A raíz de la reciente adquisición de VMWare por parte de Broadcom, la comunidad tecnológica ha estado llena de debates sobre los cambios, en particular el cambio a licencias basadas en suscripción. Esto ha llevado a muchas empresas y MSP a buscar opciones de hipervisor más rentables. En respuesta a este creciente interés, hemos comparado los principales hipervisores, presentándolos como alternativas viables para quienes estén considerando un cambio o explorando opciones en el mercado.

Nuestro objetivo es analizar estos hipervisores en cuanto a sus características, interfaces web y capacidades de rendimiento. Específicamente, estamos comparando KVM en RHEL, Proxmox, VMWare ESXI 8 y Microsoft HyperV.

KVM en RHEL (RedHat Enterprise Linux)

KVM (máquina virtual basada en kernel) es un hipervisor de código abierto basado en Linux que transforma Linux en un hipervisor tipo 1 al incorporar capacidades de virtualización centrales en el kernel de Linux. Si bien KVM se puede alojar en cualquier distribución de Linux, Red Hat Enterprise Linux (RHEL) es popular debido a su sólido soporte y características de nivel empresarial.

RHEL es una distribución de Linux versátil que se puede instalar con o sin un entorno de escritorio. La interfaz de gestión, Cockpit, es un servicio opcional que se puede añadir durante la instalación. Cockpit, un proyecto de código abierto no exclusivo de RHEL, facilita la gestión básica de instancias y servicios de Linux. Sin embargo, no está diseñado principalmente como una herramienta de gestión de hipervisor y carece de ciertas características como el aumento de memoria. Esta limitación no se debe al hipervisor sino a la interfaz de gestión.

Para una virtualización y orquestación de contenedores más avanzada, Red Hat ofrece OpenShift, una plataforma integral con un enfoque centrado en la nube que también se puede alojar localmente. OpenShift proporciona herramientas sólidas para administrar infraestructura y aplicaciones en contenedores, incluidas capacidades avanzadas de redes, almacenamiento y seguridad. Sin embargo, OpenShift tiene un requisito mínimo de producción de al menos tres nodos, lo que lo hace menos adecuado para implementaciones más pequeñas.

proxmox

Proxmox, basado en Debian, es otra implementación de KVM que está ganando terreno en homelabs y empresas, aunque todavía no en la escala de ESXi o HyperV. Es gratuito y de código abierto y ofrece soporte y actualizaciones mediante suscripción.

Su interfaz de usuario web es superior a Cockpit para tareas de virtualización, simplifica la gestión de recursos e incluye funciones avanzadas y ajustables. Proxmox también ofrece copias de seguridad avanzadas, instantáneas y administración de firewall. Sin embargo, no coincide completamente con la amplitud de VMWare, especialmente para tareas como la configuración de vGPU, que requieren intervención de la línea de comandos. En cuanto a las funciones, Proxmox refleja KVM en RHEL, manteniendo la paridad con los principales hipervisores.

VMware ESXi

ESXi de VMWare es conocido por su completo conjunto de funciones. Si bien es un hipervisor independiente, todas sus capacidades se desbloquean con vCenter, que centraliza la administración.

Ser primero un hipervisor, construido desde cero. La interfaz de usuario web de ESXi es la más refinada entre sus competidores. Incorpora casi todas las funcionalidades, incluidas características como la administración de vGPU, a la interfaz basada en web, y rara vez requiere acceso a la consola. Vinculado con soluciones como VMWare Horizon, ESXi ofrece una solución VDI integrada. Sus capacidades independientes y de clúster se ven mejoradas aún más por servicios como vCenter, VSAN y Horizon, lo que la convierte en una sólida opción integral.

Hyper-V

Hyper-V de Microsoft se ha establecido, particularmente en entornos centrados en Windows. La administración en Hyper-V se realiza a través de Hyper-V Manager para configuraciones más pequeñas o SCVMM para entornos más grandes. La interfaz de usuario es fácil de usar, especialmente para quienes están acostumbrados a Windows, y también ofrece funciones como administración de vGPU directamente desde la interfaz de usuario. Hyper-V sobresale en la virtualización basada en Windows y se integra bien con otras soluciones de Microsoft, como Azure, lo que facilita actualizaciones y migraciones a la nube sencillas. Si bien es una opción obvia para entornos centrados en Windows, puede que no sea tan adecuada para otros casos de uso.

¿Qué tan bien se desempeñaron?

Comparemos el rendimiento de estos hipervisores y veamos cómo se comparan entre sí.

Metodología de prueba

Nuestro objetivo principal es evaluar la sobrecarga de rendimiento asociada con cada hipervisor, usándola como una métrica clave para la comparación. Nuestras pruebas se centran en comparar el rendimiento de subprocesos múltiples, el ancho de banda de la memoria y el rendimiento de E/S de almacenamiento.

Nuestros puntos de referencia incluyen la compilación del kernel de Linux, Apache, OpenSSL, SQLite, Stream y FIO. Se administran al menos tres veces utilizando Phoronix Test Suite y se repiten hasta que se logra una variación baja en los resultados. Durante las pruebas, funciones como interfaces web o entornos de escritorio se cierran para garantizar condiciones óptimas.

Nuestro punto de referencia es el rendimiento básico y todos los números se escalan en relación con él como porcentaje. Luego se replican las mismas pruebas para cada hipervisor; Configuramos una VM que ejecuta Ubuntu. Fundamentalmente, a cada VM se le asigna la totalidad de los recursos del host. Las máquinas virtuales se configuran utilizando la configuración predeterminada sin ninguna optimización adicional.

Tras algunas inquietudes con respecto a los resultados, queríamos brindar un contexto adicional detrás de nuestra metodología de prueba. Las pruebas se diseñaron para simular la experiencia de alguien nuevo en el entorno, como un usuario que migra desde una configuración centrada en ESXi o Hyper-V. Cuando nos referimos a "valores predeterminados", nos referimos a las opciones preseleccionadas al crear una VM, siendo las únicas configuraciones configuradas las de asignación de recursos (vCPU, RAM y almacenamiento).

También surgieron preocupaciones sobre por qué se asignaron todos los recursos para estas pruebas. Hay dos razones principales para este enfoque. Comparar estos resultados con el metal desnudo como punto de referencia proporciona más contexto para nuestro desempeño medido. En segundo lugar, nos permite juzgar el rendimiento entre los nodos NUMA. En entornos de producción, es un desafío evitar los saltos de nodos NUMA, por lo que es esencial incluir este aspecto en nuestras pruebas.

Sentimos que se justificaba una aclaración adicional. Para abordar estas inquietudes, hemos vuelto a ejecutar todas las pruebas, incluida una configuración optimizada de Proxmox y pruebas adicionales con asignaciones de recursos de VM más realistas.

En nuestras nuevas pruebas, Proxmox optimizado utiliza host como tipo de CPU, NUMA habilitado, q35 como máquina y OVMF (UEFI) como BIOS. La caché se configuró en Escritura posterior para el almacenamiento ya que estamos usando un controlador Raid y la emulación SSD estaba activada. En todos los demás casos con todos los demás hipervisores, solo se asignaron recursos a la VM con sus respectivas UI y no se cambiaron configuraciones adicionales.

Configuración de prueba

Para nuestras pruebas, utilizamos el Dell R760.

Caracteristicas:

Intel Xeon Zafiro Rapids 6430
256GB DDR5
8 x 7.68TB Solidigmo P5520 en RAID5 en Dell PERC12

(Nota: El servidor utilizado para las pruebas originales se actualizó para acomodar los nuevos procesadores Emerald Rapids. Como resultado, los resultados originales no se pueden comparar directamente con los nuevos resultados. Por lo tanto, todas las pruebas se volvieron a ejecutar para garantizar la coherencia y precisión).

Estas nuevas pruebas se ejecutarán en el Dell R760 con refrigeración líquida directa.
Caracteristicas:

Intel Xeon Esmeralda Rapids 8580
256GB DDR5
8 x 7.68TB Solidigmo P5520 en RAID5 en Dell PERC12

resultados de la prueba

Profundicemos en los resultados de las pruebas individuales.

La prueba de compilación del kernel de Linux, que requiere un uso intensivo de la CPU y mide el tiempo necesario para compilar el kernel de Linux, mostró que ESXi y Hyper-V se desempeñaron excepcionalmente bien, logrando un 96.79 % y un 96.70 % de rendimiento básico, respectivamente. KVM en RHEL logró un 66.61%, mientras que el stock Proxmox se quedó atrás con un 63.28%. Sin embargo, Proxmox optimizado obtuvo un respetable 89.71% de rendimiento básico.

En el benchmark Apache, que evalúa el rendimiento del servidor web Apache bajo altas conexiones y solicitudes simultáneas, ESXi y Hyper-V demostraron resultados impresionantes, con 113.64% y 129.62% de rendimiento bare metal, respectivamente. KVM en RHEL logró un 85.72 %, el stock Proxmox obtuvo un 75.90 % y el Proxmox optimizado obtuvo un 75.31 %. En particular, ESXi y Hyper-V superaron el rendimiento básico, probablemente debido a los aceleradores de hardware en los chips más nuevos, lo que sugiere que estos hipervisores pueden utilizar estos aceleradores sin configuración ni ajuste manual.

La prueba OpenSSL, que mide el rendimiento criptográfico de la CPU, mostró que ESXi, Hyper-V y KVM en RHEL tuvieron un rendimiento notablemente bueno, con 101.35 %, 101.27 % y 101.15 % de rendimiento básico, respectivamente. Stock Proxmox tuvo problemas con sólo un 5.33%, mientras que Optimized Proxmox obtuvo un 98.91%.

En la prueba de compresión 7-Zip, que evalúa el rendimiento de compresión y descompresión, ESXi y Hyper-V demostraron un rendimiento sólido, con 95.98 % y 97.56 % de rendimiento básico, respectivamente. KVM en RHEL, Proxmox en acciones y Proxmox optimizado se acercaron al 85.81%, 87.17% y 87.43%, respectivamente.

La prueba FIO, que mide el rendimiento del subsistema de almacenamiento con lectura y escritura aleatoria de tamaño de bloque de 4k, mostró que ESXi logró un 57.41% para lectura aleatoria y un 55.27% para escritura aleatoria, mientras que Hyper-V obtuvo una puntuación de 72.95% para lectura aleatoria y 85.71%. para escritura aleatoria. KVM en RHEL logró un 74.60 % para lectura aleatoria y un 85.37 % para escritura aleatoria. Stock Proxmox obtuvo un 54.71% para lectura aleatoria y un 44.71% para escritura aleatoria, mientras que Proxmox optimizado obtuvo el mejor rendimiento en esta prueba con un 98.57% para lectura aleatoria y un 91.49% para escritura aleatoria.

La prueba SQLite, que mide el rendimiento de la base de datos SQLite, mostró que ESXi demostró un 96.44% de rendimiento básico. Hyper-V obtuvo una puntuación del 55.94 %, mientras que KVM en RHEL logró un 62.52 %. Curiosamente, las acciones de Proxmox obtuvieron un 85.27%, una puntuación mejor que el Proxmox optimizado, que obtuvo un 68.86%. La causa exacta no es del todo evidente, pero las pruebas se ejecutaron dos veces en instalaciones nuevas del hipervisor y la máquina virtual para garantizar la repetibilidad.

El punto de referencia Stream, que evalúa el rendimiento del ancho de banda de la memoria, mostró que ESXi y Hyper-V demostraron un rendimiento sólido, con un 98.30 % y un 99.01 % de rendimiento básico, respectivamente. KVM en RHEL, Proxmox en acciones y Proxmox optimizado obtuvieron puntuaciones cercanas entre sí con 74.60%, 76.24% y 71.04%, respectivamente.

En general, Hyper-V emergió como el de mejor desempeño, con un promedio del 92% del rendimiento básico. ESXi quedó ligeramente por detrás con un rendimiento promedio del 89%, Proxmox optimizado quedó en tercer lugar con un 85%, KVM en RHEL quedó en cuarto lugar con un 79% y Proxmox stock quedó atrás con un 61%.

En un escenario de asignación de recursos de VM más realista, los números se normalizaron al mejor desempeño en cada categoría. Para el punto de referencia Linux Kernel Compile, ESXi obtuvo la mejor puntuación, con KVM en RHEL en segundo lugar con un 97.90% y Proxmox optimizado en un cercano tercer lugar con un 97.88%. Stock Proxmox quedó en cuarto lugar con un 88.90% y Hyper-V se quedó atrás con un 66.05%.

Para el punto de referencia de Apache, ESXi una vez más obtuvo el mejor puntaje, con KVM en RHEL en segundo lugar con un 76.25 % y Hyper-V en un cercano tercer lugar con un 76.14 %. El Proxmox optimizado también estuvo muy cerca con un 75.36%, mientras que el Proxmox de acciones quedó último con un 61.11%.

En el punto de referencia OpenSSL, ESXi mantuvo su posición al obtener la mejor puntuación, con KVM en RHEL en segundo lugar con un 96.25%, Proxmox optimizado en tercer lugar con un 94.48%, Hyper-V solo obtuvo un 48.96% y Proxmox estándar terminó último con un 3.42%. .

Para la prueba de compresión 7-Zip, ESXi continuó obteniendo la mejor puntuación, con KVM en RHEL, Proxmox optimizado y Proxmox estándar muy cerca con 96.84%, 96.59% y 95.40%, respectivamente, mientras que Hyper-V aún se quedó atrás con 64.48%.

En la prueba FIO, ESXi obtuvo la mejor puntuación tanto en lectura como en escritura aleatoria. Para lectura aleatoria, Proxmox optimizado quedó en segundo lugar con un 86.81%, Hyper-V quedó en tercer lugar con un 71.02%, KVM en RHEL en cuarto lugar con un 68.44% y Proxmox estándar en último lugar con un 45.05%. La prueba de escritura aleatoria contó una historia similar, con Hyper-V en segundo lugar con un 73.43%, KVM en RHEL en tercer lugar con un 70.92%, Proxmox optimizado en cuarto lugar con un 59.91% y Proxmox estándar en último lugar con un 38.79%.

La prueba de SQLite fue más interesante, con ESXi aún obteniendo la mejor puntuación, Proxmox estándar en segundo lugar y KVM en RHEL, Hyper-V y Proxmox optimizado en último lugar con 49.23%, 43.06% y 42.61%, respectivamente.

En la prueba Stream, Proxmox optimizado obtuvo el mejor puntaje, con Proxmox estándar en segundo lugar con 83.56%, KVM en RHEL en tercer lugar con 82.47%, ESXi en cuarto lugar con 71.21% y Hyper-V en último lugar con 63.02%.

Conclusión

En general, en la prueba de todos los recursos en el peor de los casos, Hyper-V se llevó la victoria con una puntuación promedio de 92.34%, seguido de ESXi con 89.36%, Proxmox optimizado con 85.16%, KVM en RHEL con 79.55% y, finalmente, Proxmox estándar. al 61.58% en comparación con el metal desnudo. Con una asignación de recursos más realista, ESXi se llevó la victoria al obtener la mejor puntuación en todas las pruebas excepto Stream, logrando una puntuación promedio del 96.4 %, seguido por Proxmox optimizado con un 81.7 %, KVM en RHEL con un cercano 79.79 %, seguido por Hyper-V. detrás con sólo el 63.27%, y la acción Proxmox quedó en último lugar con el 59.69%.

En nuestras pruebas, ESXi obtuvo el mejor rendimiento en promedio. Entre las alternativas de código abierto, Optimized Proxmox demostró un rendimiento encomiable, pero el rendimiento no fue ideal sin las optimizaciones. KVM en RHEL quedó atrás en nuestra prueba del peor de los casos, pero estuvo muy cerca de Proxmox optimizado en pruebas más realistas. Los resultados de Hyper-V con una asignación de recursos realista fueron sorprendentes; un análisis más profundo explicaría por qué los resultados fueron los vistos, pero eso está fuera del alcance de este artículo.

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