Hypervisor Showdown: prestazioni delle principali soluzioni di virtualizzazione

Seguendo il nostro recente articolo sull'hypervisor, approfondiamo e analizziamo i principali hypervisor in termini di funzionalità, interfacce web e capacità prestazionali. Nello specifico, stiamo confrontando KVM su RHEL, Proxmox, VMWare ESXI 8 e Microsoft HyperV.

Sulla scia della recente acquisizione di VMWare da parte di Broadcom, la comunità tecnologica è stata in fermento con le discussioni sui cambiamenti, in particolare il passaggio alle licenze basate su abbonamento. Ciò ha spinto molte aziende e MSP a cercare opzioni di hypervisor più convenienti. In risposta a questo crescente interesse, abbiamo confrontato i principali hypervisor, presentandoli come valide alternative per coloro che stanno valutando un passaggio o esplorando le opzioni sul mercato.

Il nostro obiettivo è analizzare questi hypervisor per quanto riguarda le loro funzionalità, interfacce web e capacità prestazionali. Nello specifico, stiamo confrontando KVM su RHEL, Proxmox, VMWare ESXI 8 e Microsoft HyperV.

KVM su RHEL (RedHat Enterprise Linux)

KVM (Kernel-based Virtual Machine) è un hypervisor open source basato su Linux che trasforma Linux in un hypervisor di tipo 1 incorporando funzionalità di virtualizzazione di base nel kernel Linux. Sebbene KVM possa essere ospitato su qualsiasi distribuzione Linux, Red Hat Enterprise Linux (RHEL) è popolare grazie al suo solido supporto e alle funzionalità di livello aziendale.

RHEL è una distribuzione Linux versatile che può essere installata con o senza un ambiente desktop. L'interfaccia di gestione, Cockpit, è un servizio opzionale che può essere aggiunto in fase di installazione. Cockpit, un progetto open source non esclusivo di RHEL, facilita la gestione di base delle istanze e dei servizi Linux. Tuttavia, non è progettato principalmente come strumento di gestione dell'hypervisor e manca di alcune funzionalità come il memory ballooning. Questa limitazione non è dovuta all'hypervisor ma piuttosto all'interfaccia di gestione.

Per una virtualizzazione e un'orchestrazione dei container più avanzate, Red Hat offre OpenShift, una piattaforma completa con un approccio cloud-first che può essere ospitata anche on-premise. OpenShift fornisce strumenti robusti per la gestione di applicazioni e infrastrutture containerizzate, comprese funzionalità avanzate di rete, archiviazione e sicurezza. Tuttavia, OpenShift ha un requisito di produzione minimo di almeno tre nodi, il che lo rende meno adatto a distribuzioni più piccole.

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Proxmox, basato su Debian, è un'altra implementazione KVM che sta guadagnando terreno nei laboratori domestici e nelle aziende, sebbene non ancora sulla scala di ESXi o HyperV. È gratuito e open source e offre supporto e aggiornamenti basati su abbonamento.

La sua interfaccia utente web è superiore a Cockpit per le attività di virtualizzazione, semplifica la gestione delle risorse e include funzionalità e ottimizzazioni avanzate. Proxmox offre anche backup avanzati, istantanee e gestione del firewall. Tuttavia, non corrisponde completamente all'ampiezza di VMWare, soprattutto per attività come l'installazione di vGPU, che richiedono l'intervento della riga di comando. Dal punto di vista delle funzionalità, Proxmox rispecchia KVM su RHEL, mantenendo la parità con i principali hypervisor.

VMware ESXi

ESXi di VMWare è rinomato per il suo set completo di funzionalità. Sebbene funzioni da solo come hypervisor, tutte le sue funzionalità vengono sbloccate con vCenter, che centralizza la gestione.

Essere innanzitutto un hypervisor, costruito da zero. L'interfaccia utente web di ESXi è la più raffinata tra i suoi concorrenti. Porta quasi tutte le funzionalità, incluse caratteristiche come la gestione vGPU, nell'interfaccia basata sul web, richiedendo raramente l'accesso alla console. Insieme a soluzioni come VMWare Horizon, ESXi offre una soluzione VDI integrata. Le sue funzionalità standalone e cluster sono ulteriormente migliorate da servizi come vCenter, VSAN e Horizon, rendendolo una solida opzione unica.

Hyper-V

Hyper-V di Microsoft si è affermato, in particolare negli ambienti incentrati su Windows. La gestione in Hyper-V viene gestita tramite Hyper-V Manager per configurazioni più piccole o SCVMM per ambienti più grandi. L'interfaccia utente è intuitiva, soprattutto per chi è abituato a Windows, e offre anche funzionalità come la gestione vGPU direttamente dall'interfaccia utente. Hyper-V eccelle nella virtualizzazione basata su Windows e si integra bene con altre soluzioni Microsoft, come Azure, facilitando facili aggiornamenti e migrazioni nel cloud. Sebbene sia una scelta ovvia per gli ambienti incentrati su Windows, potrebbe non essere altrettanto adatto per altri casi d'uso.

Quanto bene si sono comportati?

Confrontiamo le prestazioni di questi hypervisor e vediamo come si sovrappongono tra loro.

Metodologia di test

Il nostro obiettivo principale è valutare il sovraccarico prestazionale associato a ciascun hypervisor, utilizzandolo come parametro chiave per il confronto. I nostri test si concentrano sul confronto delle prestazioni multithread, della larghezza di banda della memoria e delle prestazioni I/O di archiviazione.

I nostri benchmark includono Linux Kernel Compilation, Apache, OpenSSL, SQLite, Stream e FIO. Vengono somministrati almeno tre volte utilizzando Phoronix Test Suite e ripetuti fino al raggiungimento di una bassa varianza nei risultati. Durante i test, funzionalità come le interfacce web o gli ambienti desktop vengono chiuse per garantire condizioni ottimali.

La nostra base di riferimento è la prestazione del bare metal e tutti i numeri sono scalati rispetto ad essa come percentuale. Gli stessi test vengono poi replicati per ciascun hypervisor; configuriamo una VM con Ubuntu. Fondamentalmente, a ciascuna VM viene assegnata la totalità delle risorse dell'host. Le VM vengono configurate utilizzando le impostazioni predefinite senza ulteriori ottimizzazioni.

A seguito di alcune preoccupazioni relative ai risultati, abbiamo voluto fornire ulteriore contesto alla base della nostra metodologia di test. I test sono stati progettati per simulare l'esperienza di qualcuno nuovo nell'ambiente, come un utente che migra da una configurazione focalizzata su ESXi o Hyper-V. Quando facciamo riferimento a "predefinite", intendiamo le opzioni preselezionate durante la creazione di una VM, con le uniche impostazioni configurate quelle per l'allocazione delle risorse (vCPU, RAM e spazio di archiviazione).

Sono state sollevate preoccupazioni anche sul motivo per cui tutte le risorse sono state assegnate a questi test. Ci sono due ragioni principali per questo approccio. Il confronto di questi risultati con il bare metal come riferimento fornisce più contesto per le nostre prestazioni misurate. In secondo luogo, ci consente di giudicare le prestazioni tra i nodi NUMA. Negli ambienti di produzione è difficile evitare i salti dei nodi NUMA, rendendo essenziale includere questo aspetto nei nostri test.

Abbiamo ritenuto che fossero necessari ulteriori chiarimenti. Per risolvere questi problemi, abbiamo eseguito nuovamente tutti i test, inclusa una configurazione Proxmox ottimizzata e ulteriori test con allocazioni di risorse VM più realistiche.

Nei nostri nuovi test, Proxmox ottimizzato utilizza host come tipo di CPU, NUMA abilitato, q35 come macchina e OVMF (UEFI) come BIOS. La cache è stata impostata su Write Back per l'archiviazione poiché stiamo utilizzando un controller raid e l'emulazione SSD è stata attivata. In tutti gli altri casi con tutti gli altri hypervisor, solo le risorse sono state allocate alla VM con le rispettive UI e non sono state modificate impostazioni aggiuntive.

Configurazione di prova

Per i nostri test, utilizziamo il Dell R760.

Specifiche tecniche:

Intel Xeon Sapphire Rapids 6430
256GB DDR5
8 x 7.68TB Solidig P5520 in RAID5 su Dell PERC12

(Nota: Il server utilizzato per i test originali è stato aggiornato per accogliere i nuovi processori Emerald Rapids. Di conseguenza, i risultati originali non possono essere confrontati direttamente con i nuovi risultati. Pertanto, tutti i test sono stati rieseguiti per garantire coerenza e accuratezza.)

Questi nuovi test verranno eseguiti sul Dell R760 con raffreddamento a liquido diretto.
Specifiche tecniche:

Intel Xeon Emerald Rapids 8580
256GB DDR5
8 x 7.68TB Solidig P5520 in RAID5 su Dell PERC12

Risultati del test

Andiamo più a fondo nei risultati dei singoli test.

Il test Linux Kernel Compile, che richiede un utilizzo intensivo della CPU e misura il tempo impiegato per compilare il kernel Linux, ha dimostrato che ESXi e Hyper-V hanno funzionato eccezionalmente bene, raggiungendo rispettivamente il 96.79% e il 96.70% delle prestazioni bare metal. KVM su RHEL ha raggiunto il 66.61%, mentre il titolo Proxmox è rimasto indietro del 63.28%. Tuttavia, Optimized Proxmox ha ottenuto un rispettabile 89.71% di prestazioni bare metal.

Nel benchmark Apache, che valuta le prestazioni del server web Apache in caso di connessioni e richieste simultanee elevate, ESXi e Hyper-V hanno dimostrato risultati impressionanti, rispettivamente con il 113.64% e il 129.62% di prestazioni bare metal. KVM su RHEL ha ottenuto l'85.72%, Proxmox azionario ha ottenuto il 75.90% e Proxmox ottimizzato ha ottenuto il 75.31%. In particolare, ESXi e Hyper-V hanno superato le prestazioni bare metal, probabilmente a causa degli acceleratori hardware nei chip più recenti, suggerendo che questi hypervisor possono utilizzare questi acceleratori senza configurazione e messa a punto manuali.

Il test OpenSSL, che misura le prestazioni crittografiche della CPU, ha mostrato che ESXi, Hyper-V e KVM su RHEL hanno funzionato notevolmente bene, rispettivamente con il 101.35%, 101.27% e 101.15% di prestazioni bare metal. Stock Proxmox ha faticato con solo il 5.33%, mentre Optimized Proxmox ha ottenuto il 98.91%.

Nel test di compressione 7-Zip, che valuta le prestazioni di compressione e decompressione, ESXi e Hyper-V hanno dimostrato ottime prestazioni, rispettivamente con il 95.98% e il 97.56% di prestazioni bare metal. KVM su RHEL, Proxmox stock e Proxmox ottimizzato si sono tutti avvicinati rispettivamente all'85.81%, 87.17% e 87.43%.

Il test FIO, che misura le prestazioni del sottosistema di storage con lettura e scrittura casuale di dimensioni di blocco di 4k, ha mostrato che ESXi ha ottenuto il 57.41% per la lettura casuale e il 55.27% per la scrittura casuale, mentre Hyper-V ha ottenuto il 72.95% per la lettura casuale e l'85.71% per la scrittura casuale. KVM su RHEL ha raggiunto il 74.60% per la lettura casuale e l'85.37% per la scrittura casuale. Stock Proxmox si è attestato al 54.71% per la lettura casuale e al 44.71% per la scrittura casuale, mentre Optimized Proxmox ha ottenuto i risultati migliori in questo test con il 98.57% per la lettura casuale e il 91.49% per la scrittura casuale.

Il test SQLite, che misura le prestazioni del database SQLite, ha dimostrato che ESXi ha dimostrato il 96.44% delle prestazioni bare metal. Hyper-V ha ottenuto il 55.94%, mentre KVM su RHEL ha ottenuto il 62.52%. È interessante notare che il titolo Proxmox si è attestato all'85.27%, ottenendo un punteggio migliore rispetto a Optimized Proxmox, che è arrivato al 68.86%. La causa esatta non è del tutto chiara, ma i test sono stati eseguiti due volte su nuove installazioni dell'hypervisor e della VM per garantire la ripetibilità.

Il benchmark Stream, che valuta le prestazioni della larghezza di banda della memoria, ha mostrato che ESXi e Hyper-V hanno dimostrato ottime prestazioni, rispettivamente con il 98.30% e il 99.01% di prestazioni bare metal. KVM su RHEL, Proxmox stock e Proxmox ottimizzato hanno ottenuto punteggi vicini tra loro rispettivamente con 74.60%, 76.24% e 71.04%.

Nel complesso, Hyper-V è emerso come il prodotto con le migliori prestazioni, con una media del 92% delle prestazioni bare metal. ESXi era leggermente indietro con una performance media dell'89%, Optimized Proxmox era al terzo posto con l'85%, KVM su RHEL è arrivato quarto al 79% e le azioni Proxmox sono rimaste indietro al 61%.

In uno scenario più realistico di allocazione delle risorse VM, i numeri sono stati normalizzati in base al miglior rendimento in ciascuna categoria. Per il benchmark Linux Kernel Compile, ESXi ha ottenuto il punteggio migliore, con KVM su RHEL al secondo posto con il 97.90% e Optimized Proxmox al terzo posto con il 97.88%. Stock Proxmox è arrivato quarto con l'88.90% e Hyper-V è rimasto indietro con il 66.05%.

Per il benchmark Apache, ESXi ha ottenuto ancora una volta il punteggio migliore, con KVM su RHEL al secondo posto con il 76.25% e Hyper-V al terzo posto con il 76.14%. Anche Proxmox ottimizzato era molto vicino con il 75.36%, mentre Proxmox azionario è arrivato ultimo con il 61.11%.

Nel benchmark OpenSSL, ESXi ha mantenuto la sua posizione ottenendo il punteggio migliore, con KVM su RHEL al secondo posto con il 96.25%, Optimized Proxmox al terzo con il 94.48%, Hyper-V solo al 48.96% e Proxmox stock all'ultimo posto con il 3.42%. .

Per il test di compressione 7-Zip, ESXi ha continuato a ottenere i migliori punteggi, con KVM su RHEL, Optimized Proxmox e Proxmox stock che si sono avvicinati molto rispettivamente a 96.84%, 96.59% e 95.40%, mentre Hyper-V è ancora rimasto indietro con 64.48%.

Nel test FIO, ESXi ha ottenuto i migliori risultati sia in lettura casuale che in scrittura casuale. Per la lettura casuale, Optimized Proxmox è arrivato secondo con l'86.81%, Hyper-V è arrivato terzo con 71.02%, KVM su RHEL quarto con 68.44% e Proxmox stock ultimo con 45.05%. Il test di scrittura casuale ha raccontato una storia simile, con Hyper-V al secondo posto con il 73.43%, KVM su RHEL al terzo con il 70.92%, Proxmox ottimizzato al quarto con il 59.91% e Proxmox stock all'ultimo con il 38.79%.

Il test SQLite è stato più interessante, con ESXi che ha ottenuto ancora i migliori punteggi, Proxmox stock al secondo posto e KVM su RHEL, Hyper-V e Optimized Proxmox all'ultimo posto rispettivamente con 49.23%, 43.06% e 42.61%.

Nel test Stream, Optimized Proxmox ha ottenuto il punteggio migliore, con Proxmox stock secondo con l'83.56%, KVM su RHEL terzo con l'82.47%, ESXi quarto con il 71.21% e Hyper-V ultimo con il 63.02%.

Conclusione

Nel complesso, nel test peggiore di tutte le risorse, Hyper-V ha vinto con un punteggio medio del 92.34%, seguito da ESXi con l'89.36%, Optimized Proxmox con l'85.16%, KVM su RHEL con il 79.55% e infine Proxmox stock. al 61.58% rispetto al metallo nudo. Con un'allocazione delle risorse più realistica, ESXi ha vinto ottenendo il miglior punteggio in tutti i test tranne Stream, ottenendo un punteggio medio del 96.4%, seguito da Optimized Proxmox con l'81.7%, KVM su RHEL con un vicino 79.79%, Hyper-V finale. dietro con solo il 63.27%, e le azioni Proxmox arrivano ultime con il 59.69%.

Nei nostri test, ESXi ha ottenuto in media le prestazioni migliori. Tra le alternative open source, Optimized Proxmox ha dimostrato prestazioni lodevoli, ma le prestazioni erano tutt'altro che ideali senza le ottimizzazioni. KVM su RHEL è rimasto indietro nel nostro test dello scenario peggiore, ma era molto vicino a Optimized Proxmox nei test più realistici. I risultati di Hyper-V con un'allocazione realistica delle risorse sono stati sorprendenti; un'analisi più approfondita spiegherebbe perché i risultati sono stati quelli visti, ma ciò esula dallo scopo di questo articolo.

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