Vergleich der Virtualisierungsleistung von PowerVM und VMware

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1 Vergleich der Virtualisierungsleistung von PowerVM und VMware 14. April 2010 Mala Anand, Yong Cai, William Bostic, Terry Thomas, Ian Robinson und Elisabeth Stahl IBM Systems and Technology Group 1

2 Virtualisierungsleistung bei POWER7: Kurzübersicht Mit der Einführung der neuen Generation von Power Systems-Servern und -Blades auf Basis der POWER7-Prozessorarchitektur im Jahr 2010 hat IBM seine führende Marktposition weiter ausgebaut. IBM ist bei Systemleistung, Durchsatz und Energieeffizienz in neue, bisher nicht gekannte Dimensionen vorgestoßen und hat seine Mitbewerber deutlich hinter sich gelassen. Ein wichtiger Aspekt dabei ist der, dass diese neue Architektur gleichzeitig die Grundlage für die integrierte PowerVM-Virtualisierungslösung bildet. Hierdurch wird ein Höchstmaß an Skalierbarkeit, Flexibilität und Zuverlässigkeit sichergestellt. Resultierend daraus werden Unternehmensworkloads in virtuellen PowerVM-Maschinen (VMs) auf POWER7-basierten Plattformen nicht nur schneller ausgeführt, sondern lassen sich auch wesentlich besser skalieren und effizienter optimieren. Dieses technische White Paper zeigt den deutlichen Leistungsvorsprung von PowerVM gegenüber x86-basierten Add-on-Virtualisierungsprodukten auf. Belegt wird dies durch die Benchmarktests für identische Virtualisierungsworkloads, die auf vergleichbaren POWER7- und Intel-basierten Systemen ausgeführt wurden. Die Ergebnisse dieser Tests zeigen die enormen Verbesserungen auf, die durch die Implementierung virtualisierter Workloads auf Power Systems-Servern im Vergleich zum Leistungsverhalten bei der Ausführung derselben Workloads auf x86-basierten Plattformen mit Virtualisierungsprodukten anderer Anbieter wie VMware vsphere 4 erzielt werden können. Die wichtigsten Ergebnisse dieser Tests sind nachfolgend aufgelistet: Leistungsverhalten von PowerVM auf Power 750 ist um bis zu 65 % besser als das von VMware. Skalierbarkeit von PowerVM auf Power 750 übertrifft bei den virtuellen CPUs VMware auf einer virtuellen Maschine um das Vierfache. Lineare Skalierbarkeit von PowerVM auf Power 750 ermöglicht im Gegensatz zu VMware die Verwendung aller CPUs. Aus den veröffentlichten Benchmarkergebnissen geht eindeutig hervor, dass PowerVM auf POWER7- basierten Plattformen nicht nur eine deutlich bessere Skalierbarkeit als VMware vsphere auf Intel x86- basierten Servern bietet, sondern auch Systemressourcen wesentlich effizienter nutzt und sich nur unerheblich auf das Leistungsverhalten auswirkt. Viele dieser Vorteile ergeben sich aus der Tatsache, dass PowerVM direkt in die Firmware aller Power Systems-Server integriert ist. Im Gegensatz dazu stehen die x86-basierten Virtualisierungsprodukte wie VMware vsphere, bei denen es sich in der Regel um Add-on-Software anderer Anbieter handelt, die separat verkauft und installiert wird. Schlussfolgernd lässt sich feststellen, dass die in diesem White Paper veröffentlichten Benchmarkergebnisse belegen, dass PowerVM auf POWER7-Plattformen die weit bessere Virtualisierungslösung als VMware vsphere auf Intel x86-plattformen darstellt und durch höhere Leistung, breitere Skalierbarkeit und mehr Flexibilität überzeugt. 2

3 IBM POWER7-Virtualisierung mit PowerVM Mithilfe von Virtualisierungstechnologien können IT-Unternehmen Workloads auf verschiedenen Betriebssystemen und Software-Stacks konsolidieren und Plattformressourcen dynamisch zuordnen, um geschäfts- und anwendungsspezifische Anforderungen zu erfüllen. Die Virtualisierungstechnologie ist mittlerweile zu einer Schlüsseltechnologie für die effiziente Implementierung von Servern in den Rechenzentren von Unternehmen geworden. Sie trägt u. a. dazu bei, Kosten zu senken, und wird immer mehr zur Basis für Server-Pools und Cloud-Computing-Technologien. Daher ist die Leistungsfähigkeit einer Virtualisierungslösung ein kritischer Faktor für die erfolgreiche Nutzung solcher Server-Pools und Cloud-Computing-Technologien. Eine Virtualisierungslösung eignet sich für viele Zwecke: Konsolidierung mehrerer Umgebungen, u. a. auch nicht ausgelastete Server und Systeme, mit unterschiedlichen und dynamischen Ressourcenanforderungen Dynamische Erweiterung und Verkleinerung von Ressourcen, Umsetzung von Energieeinsparmaßnahmen, Einsparung von Stellflächen und optimierte Ressourcennutzung Implementierung neuer Workloads durch die schnelle Bereitstellung virtueller Maschinen oder neuer Systeme, um sich auf geänderte Geschäftsanforderungen einzustellen Entwickeln und Testen neuer Anwendungen in sicheren, unabhängigen Domänen, während für die Produktion eine eigene Domäne auf demselben System zugeordnet werden kann Transfer von aktiven Workloads zur Unterstützung von Servermigrationen, für den Lastausgleich bei Systemauslastung oder zur Vermeidung von geplanten Nichtverfügbarkeitszeiten Senkung der Systemmanagementkosten durch gezielte Kontrolle von verteilten Serverumgebungen Die aktuellen POWER6- und POWER7-Systeme vereinen in sich hohe Leistungsfähigkeit, Skalierbarkeit und Modularität. Dadurch profitieren Unternehmen von einem optimalen Investitionsschutz und sind in der Lage, eine flexible, reaktionsfähige Infrastruktur aufzubauen, die sich einfach anpassen lässt und mit den Geschäftsanforderungen wächst. Mit einem Virtualisierungshypervisor, der in jedes Power-System integriert ist, werden alle leistungsbezogenen Benchmarks in einer virtualisierten Umgebung erreicht. Bei Systemen von Mitbewerbern hingegen kann es zu Leistungseinbußen kommen, wenn Virtualisierungssoftware von anderen Anbietern verwendet wird. POWER7-prozessorbasierte Systeme die erste Generation von Systemen, die für das Smarter Planet- Konzept entwickelt wurden bestechen durch ihr ausgewogenes Systemdesign, das die Voraussetzung für die automatische Optimierung der Workload-Leistung und -Kapazität auf System- oder VM-Ebene ist. Zu den Features gehören im Einzelnen: TurboCore für ein Maximum an Leistung pro Kern für Datenbanken MaxCore für leistungsfähige Parallelverarbeitung und maximale Kapazität und Durchsatz Intelligente Threadingtechnologie für die Nutzung mehrerer Threads bei entsprechender Anwendungsunterstützung Intelligente Cachetechnologie für die optimale Cachenutzung von Kern zu Kern Intelligente Energienutzung für die dynamische Leistungsoptimierung, wenn dietemperaturbedingungen dies erlauben Active Memory Expansion (aktive Hauptspeichererweiterung), die Speicher bedarfsorientiert dynamisch bereitstellt IBM PowerVM in der POWER6- und POWER7-Umgebung bietet eine breitere Plattformunterstützung, höhere Skalierbarkeit, eine effizientere Ressourcenauslastung, mehr Flexibilität und ein leistungsfähigeres heterogenes Server-Management als bisher. Die autonome Ressourcenaffinität von IBM PowerVM bewirkt eine höhere Workload-Leistung in virtualisierten Umgebungen. IBM POWER7 und PowerVM mit seiner effizienten Virtualisierungsfunktionalität sind elementare Faktoren für erfolgreiche Cloud- Computing-Umgebungen. 3

4 PowerVM Mit IBM POWER Systems und IBM PowerVM-Virtualisierungstechnologien kann ein Unternehmen Anwendungen und Server konsolidieren, indem mithilfe von Partitionierungsmechanismen und virtualisierten Systemressourcen eine flexiblere und dynamischere IT-Infrastruktur geschaffen wird. PowerVM überzeugt durch branchenspezifische, leistungsstarke Virtualisierung für AIX-, IBM System i-, und Linux -Umgebungen auf Systemen mit IBM POWER-Prozessoren. Der Power- Hypervisor unterstützt mehrere Betriebsumgebungen auf einem einzelnen System und ist in die Systemfirmware integriert. PowerVM bietet die Flexibilität, dedizierte und gemeinsam genutzte Ressourcen in derselben Partition kombinieren zu können. IBM Power Systems-Server und die PowerVM-Technologie sind so konzipiert, dass sie eine dynamischere Infrastruktur ermöglichen, zu Kostensenkungen beitragen, das Risikomanagement optimieren und die Service-Levels verbessern. Prozessorvirtualisierung Durch die dynamischen LPAR-Funktionen von PowerVM kann eine einzelne Partition als vollständig separate AIX-, IBM i- oder Linux-Betriebsumgebung fungieren. Partitionen können dedizierte oder gemeinsam genutzte Prozessorressourcen aufweisen. Bei gemeinsam genutzten Prozessorressourcen ist PowerVM in der Lage, automatisch die im Pool befindlichen Prozessorressourcen auf verschiedene Betriebssysteme abzustimmen. Dabei wird Verarbeitungsleistung von inaktiven Partitionen temporär herangezogen, um hohe Transaktionsvolumen in anderen Partitionen verarbeiten zu können. PowerVM Micro-Partitioning unterstützt bis zu zehn dynamische logische Partitionen pro Prozessorkern. Abhängig vom Power-Server können bis zu 254 unabhängige virtualisierte Server auf einem einzelnen physischen Power-Server laufen und zwar jeder Server mit eigenem Prozessor, Speicher und eigenen E/A-Ressourcen. Diese Partitionen können mit einer Granularität von einem Hundertstel eines Kerns zugeordnet werden. Durch die Konsolidierung von Systemen mit PowerVM lassen sich die Betriebskosten senken, die Verfügbarkeit sowie die Service-Levels verbessern und die Managementprozesse vereinfachen. Gleichzeitig können Unternehmen dadurch Anwendungen wesentlich schneller implementieren. Gemeinsam genutzte Prozessorpools erlauben die automatische, unterbrechungsfreie Verteilung von Verarbeitungsleistung zwischen Partitionen, die solchen Pools zugeordnet sind. In der Folge wirkt sich dies äußerst positiv auf den Durchsatz aus. Zudem lassen sich durch diesen Ansatz die Prozessorkernressourcen, die von einer Partitionsgruppe verwendet werden, begrenzen. Auf diese Weise reduzieren sich auch die prozessorbasierten Softwarelizenzierungskosten. Es können Kapazitäten (CPU-Zyklen von dedizierten Prozessorpartitionen) einem Pool gemeinsam genutzter Prozessoren zur Verfügung gestellt werden. Die dedizierte Partition hat dabei die absolute Priorität für deren CPU-Zyklen. Die Aktivierung dieses Features kann dazu beitragen, die Systemauslastung zu verbessern, ohne dass die Rechenleistung für kritische Workloads einer dedizierten Prozessorumgebung beeinträchtigt wird. PowerVM Logical Partitioning für prozessorbasierte POWER6-Systeme erhielt die CCEVS EAL4+-Zertifizierung (Common Criteria Evaluation and Validation Scheme) für ihre Sicherheitsfunktionen. Speichervirtualisierung Die PowerVM-Funktion Active Memory Sharing ist eine Technologie, mit der Unternehmen auf intelligente und dynamische Weise Speicher einer Partition einer anderen Partition neu zuordnen können, um Auslastung, Flexibilität und Leistung zu verbessern. Active Memory Sharing ermöglicht darüber hinaus die gemeinsame Nutzung eines Pools mit physischem Speicher durch logische Partitionen auf einem einzelnen Server. Dadurch lässt sich die Speicherressourcenkapazität in einer konsolidierten Umgebung reduzieren, indem die Speicherauslastung optimiert wird. Insgesamt wirkt sich dies natürlich auch positiv auf die Systemkosten aus. Der Speicher wird nach Bedarf dynamisch den Partitionen zugeordnet, um die gesamte Nutzung des physischen Speichers im Pool zu optimieren. Neben dem gemeinsam genutzten Speicher unterstützt PowerVM auch die Zuordnung von dediziertem Speicher. So können Partitionen, die Speicher gemeinsam nutzen, und Partitionen mit dediziertem Speicher problemlos im selben System betrieben werden. 4

5 E/A-Virtualisierung Virtual I/O Server (VIOS) ist ein integraler Bestandteil von PowerVM. Es handelt sich hierbei um eine spezielle Partition, die für die Virtualisierung von E/A-Ressourcen auf Clientpartitionen herangezogen werden kann. VIOS fungiert dabei als Eigner der Ressourcen, die mit den Clients gemeinsam genutzt werden. Ein physischer Adapter, der der VIOS-Partition zugeordnet ist, kann von einer oder mehreren anderen Partitionen gemeinsam genutzt werden. VIOS trägt ebenfalls zur Senkung der Kosten bei, da keine dedizierten Netzadapter, Plattenadapter und Plattenlaufwerke sowie Bandeinheitenadapter und Bandlaufwerke in jeder Clientpartition mehr erforderlich sind. Mit VIOS können Clientpartitionen wesentlich einfacher für Test-, Entwicklungs- oder Produktionszwecke erstellt werden. PowerVM unterstützt darüber hinaus dedizierte E/A-Operationen zusammen mit VIOS auf demselben System. Somit können auf einem einzelnen System für bestimmte Partitionen E/A-Operationen von VIOS gehostet werden. Gleichzeitig können andere Partitionen dedizierte E/A-Einheiten aufweisen. Partitionsmobilität Live Partition Mobility vereinfacht die Migration einer aktiven AIX- oder Linux-Partition von einem physischen Server auf einen anderen kompatiblen Server, ohne dass es zu Anwendungsausfallzeiten durch geplante Systemwartungen, Migrationen, Bereitstellungen und Workload-Management-Prozesse kommt. PowerVM Lx86-Support für Linux-Anwendungen PowerVM Lx86 ist eine plattformübergreifende Virtualisierungslösung, über die die unterschiedlichsten Linux-Anwendungen auf x86-basis auf Power Systems-Plattformen innerhalb einer Linux on Power-Partition ausgeführt werden können, ohne dass Workload-Änderungen oder -Neukompilierungen erforderlich sind. Dieses Feature ermöglicht die schnelle Konsolidierung von x86-anwendungen auf Power Systems-Plattformen, sodass Vorteile wie erweiterte Leistung, Skalierbarkeit, Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Wartungsfreundlichkeit genutzt werden können. Workload-Partitionierung Die PowerVM-Technologie unterstützt eine weitere Virtualisierungsfunktionalität, die als Workload Partitions (WPARs) bezeichnet wird. Es handelt sich hierbei um eine Technologie zur Softwarepartitionierung, die von AIX bereitgestellt wird. WPAR wurde erstmals mit AIX Version 6 eingeführt und weist keine Abhängigkeiten zu Hardware-Features auf. WPAR ermöglicht die Konsolidierung von Workloads auf dem Betriebssystem AIX, wobei die Workloads, die auf unterschiedlichen WPARs ausgeführt werden, voneinander isoliert sind. Aus Anwendungsperspektive laufen WPARs in ihrer eigenen Betriebssystemumgebung. Ein Hauptmerkmal von WPAR ist die Mobilität. Eine aktive WPAR auf einer virtuellen Maschine kann einer anderen virtuellen Maschine zugeordnet werden. Dies ist unabhängig davon, wo die virtuellen Maschinen gehostet werden. Mithilfe dieses Features können Anwendungen bei Software-Upgrades und anderen geplanten Wartungsarbeiten auf ein anderes System migriert werden. Dies trägt dazu bei, Workloads gleichmäßig zu verteilen, eine schnelle, dynamische Bereitstellung bei wachsenden Anforderungen zu gewährleisten und den Energieverbrauch zu senken, denn Konsolidierungen können auch während des Betriebs zu Zeiten niedriger Belastung durchgeführt werden. Systemmanagement IBM Systems Director Express für Power-Server (als Standard und Enterprise Edition erhältlich) unterstützt die PowerVM-Umgebung und ist das IBM Tool für das heterogene Virtualisierungsmanagement von Power-Servern, IBM System x und IBM System z. Die beiden IBM Systems Director- Editionen unterstützen erweiterte Managementfunktionen wie Systemerkennung, workload-spezifisches Life-Cycle-Management, Statusüberwachung, Systemupdates und Topologiezuordnungen. Darüber hinaus bietet die Lösung die Möglichkeit, Maßnahmen auf Basis definierter Ereignisschwellenwerte von überwachten Systemkomponenten einzuleiten. 5

6 IBM Systems Director VMControl ist ein optionales Plug-in und Bestandteil von Systems Director Standard und Enterprise Edition und steht für den Wandel vom Virtualisierungsmanagement zur Virtualisierungsnutzung, um das Management der gesamten IT-Infrastruktur zu optimieren. IBM Systems Director und VMControl sind so konzipiert, dass sie dazu beitragen, die Gesamtbetriebskosten in einer virtuellen Umgebung zu senken. Erreicht wird dies durch die Reduzierung des Zeit- und Arbeitsaufwands für die Implementierung von Workloads, die bessere Ressourcenauslastung und die Bereitstellung von Funktionen für Administratoren, um eine hohe Verfügbarkeit durch proaktive Überwachung und Fehlerbehebung im Team zu gewährleisten. VMControl ist in drei Editionen erhältlich, um möglichst individuell auf die unterschiedlichen Anforderungen einer Virtualisierungsimplementierung auf Kundenseite eingehen zu können. VMControl Express Edition bietet Basisfunktionen für das VM-spezifische Life-Cycle-Management. In VMControl Standard Edition sind zusätzlich Funktionen für das Appliance-Life-Cycle-Management enthalten. VMControl Enterprise Edition bietet darüber hinaus Life-Cycle-Management-Funktionalität für Systempools. VMControl Standard Edition erfasst Informationen aus aktiven Systemen und speichert diese in einem Repository als wiederverwendbare Systemimages, die auch als virtuelle Appliances bezeichnet werden. Mit VMControl Enterprise Edition kann der Benutzer Systempools oder Gruppen von virtuellen Appliances, die auf verschiedenen physischen Servern implementiert sind, erstellen und verwalten. Dies gestaltet sich genauso einfach wie das Management einer einzelnen Entität. Die erweiterten Virtualisierungsmanagementfunktionen von VMControl helfen Unternehmen, zukunftsweisende Cloud-Computing- Umgebungen aufzubauen. Im folgenden Abschnitt werden die Vorteile von PowerVM detaillierter dargestellt. 6

7 Vorteile von PowerVM PowerVM ist eine sichere Virtualisierungsumgebung, die auf Faktoren wie bewährte Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Wartungsfreundlichkeit und hohe Leistung der Power Systems-Plattform aufbaut. Nachfolgend sind einige der zahlreichen Vorteile von PowerVM aufgeführt: Höhere Ressourcenauslastung: PowerVM ermöglicht eine höhere Ressourcenauslastung, indem Ressourcen wie Prozessoren, Speicher und E/A-Komponenten auf verschiedenen virtuellen Maschinen virtualisiert werden. Flexibilität: PowerVM läuft auf allen Power Systems-Servern. Dies reicht von Blades bis zu High- End-Servern. Erreicht wird diese hohe Flexibilität durch die Kombination dedizierter und gemeinsam genutzter Ressourcen in einer Partition, die die dynamische Ressourcenzuordnung unterstützt. Skalierbarkeit: PowerVM unterstützt auch Partitionen mit einer Größe von 1/10 eines Prozessors. POWER7-High-End-Systeme unterstützen bis zu 256 physische Prozessoren und bis zu 1000 Partitionen. Verfügbarkeit: Mit Live Partition Mobility lassen sich geplante Nichtverfügbarkeitszeiten vermeiden, indem die Partition im laufenden Betrieb auf einen anderen Server verschoben und Hardware aktualisiert oder gewartet werden kann, ohne den Produktionsprozess unterbrechen zu müssen. PowerVM wird durch seine umfassende Funktionalität und seinen hohen Reifegrad in der Regel für Unternehmensanwendungen und Workloads implementiert. VMware, vsphere und andere Software anderer Anbieter müssen auf x86-hardware installiert werden, bei der hardwaregestützte Virtualisierungsoptionen zum Einsatz kommen. Im Gegensatz dazu implementieren die Power Systems-Server die Virtualisierungsarchitektur mit Komponenten, die in die Hardware, Firmware und Betriebssystemsoftware integriert sind. Das Funktionsspektrum dieser integrierten Virtualisierungsarchitektur unterscheidet sich grundlegend und in vielen Bereichen von den Angeboten anderer Anbieter und verursacht trotzdem deutlich geringere Gemeinkosten. PowerVM ermöglicht durch firmwarebasierte Partitionen eine bessere Partitionsisolierung als softwarebasierte Virtualisierungstechnologien. Firmwarebasierte logische Partitionen (oder VMs) helfen, potenzielle Leistungsengpässe zu vermeiden, und bieten höhere Verfügbarkeit und mehr Sicherheit als die softwarebasierte Virtualisierung. Zudem ist die lineare Skalierbarkeit deutlich höher. Power Systems-Server und PowerVM-Funktionen sind wesentlich differenzierter und enger integriert als bei VMware, Hyper-V, Oracle VM und vergleichbaren x86-basierten Virtualisierungstools. Die Power Systems-Plattform profitiert zudem von zahlreichen leistungsfähigen Features, mit denen sich die Verfügbarkeit weiter verbessern lässt. Diese vielfältige Funktionalität hat dazu geführt, dass Power Systems-Server in zahlreichen Unternehmenssystemen zu finden sind, um transaktions- und datenbankintensive Systeme zu unterstützen, deren Anforderungen in Bezug auf Leistung und Verfügbarkeitszeit deutlich über dem Durchschnitt liegen. Auch das Workload-Management muss besonders hervorgehoben werden. Partitionierung bietet das Potenzial für eine umfassende Kapazitätsnutzung. In welchem Umfang dieses Potenzial letztendlich in der Praxis genutzt wird, hängt von den Mechanismen ab, mit denen Systemressourcen zugeordnet und die Workload-Ausführung partitionsübergreifend überwacht wird. Wenn diese Mechanismen nicht greifen, kann dies dazu führen, dass ein großer Teil der Systemkapazität immer ungenutzt bleibt. Die enge Integration der Partitionierungs- und Workload-Management-Funktionen ist eine Grundvoraussetzung für die Minimierung von Risiken, die sich bei einer Zunahme der Workloads in einzelnen Partitionen negativ auf Leistung und Verfügbarkeit auswirken können. POWER7-basierte Systeme weisen zudem eine größere Anzahl an Kernen pro Socket, eine größere Anzahl an Threads pro Kern (SMT4), mehr Speicherkapazität sowie eine größere E/A-Bandbreite pro Kern auf. Durch diese Technologie können POWER7-Systeme eine deutlich größere Anzahl an Partitionen konsolidieren und höhere Workloads effektiver verarbeiten. So kann eine nachweislich höhere Leistung erzielt werden. PowerVM wurde so optimiert, dass auch geschäftskritische Systeme und komplexe Produktionsumgebungen mit mehreren Partitionen effizient unterstützt werden. Mit IBM Power-Systemen und 7

8 PowerVM-Technologien können Unternehmen ihren Konsolidierungsbedarf mit einem wesentlich höheren Konsolidierungsverhältnis decken, da IBM Power-Systeme mit einer konstant hohen Leistung und Auslastungsrate arbeiten. Um das Leistungsverhalten von PowerVM zu untermauern, führte IBM eine Studie durch, in deren Rahmen die Leistung der Virtualisierungstechnologien IBM PowerVM und VMware verglichen wurden. Die Basis bildeten dabei zwei Benchmarks nach Branchenstandard. Auf diese Studie werden wir im nächsten Abschnitt dieses White Papers näher eingehen. Studie zum Leistungsvergleich: PowerVM- und VMware-Virtualisierungstechnologien Ein Vergleich von Virtualisierungstechnologien kann sich durchaus als komplizierte Angelegenheit erweisen. Als Einstiegspunkt wird in diesem White Paper ein vereinfachter Ansatz aufgezeigt, der als Grundlage für die Zukunft verwendet werden kann. Zwei der am häufigsten gestellten Fragen bei der Betrachtung solcher Virtualisierungstechnologien sind: 1) Wie effizient ist die Technologie? und 2) Wie gut lässt sich die Technologie skalieren? Für den Anfang empfiehlt sich, mit dem einfachsten Ansatz zu beginnen. Dabei wird eine Bewertung vorgenommen, wie effizient eine einzelne virtuelle Maschine ein modernes Mehrkernprozessorsystem nutzen kann. Erreicht wird dies durch die Konfiguration einer einzelnen virtuellen Maschine und die anschließende Aufzeichnung des Durchsatzes sowie der CPU-Auslastung der jeweils zugeordneten virtuellen Maschinen. Auch wenn eine einzelne virtuelle Maschine nicht wirklich eine gängige Option bei der Implementierung einer Virtualisierungslösung darstellt, bietet sie doch klare und grundlegende Einblicke in das Leistungsverhalten einer Virtualisierungstechnologie. Zudem zeigt sie auf, wie dieses Leistungsverhalten umfangreichere Implementierungen ermöglichen kann. In einem weiteren Schritt soll geprüft werden, was passiert, wenn die Ressourcen in einem modernen Mehrkerncomputersystem über mehrere virtuelle Maschinen verteilt sind. Auch hier wird die Virtualisierungstechnologie anhand des Durchsatzes und der CPU-Auslastung bewertet. Jeder, der mit diesen Technologien vertraut ist, wird bestätigen können, dass die Workloads dabei eine große Rolle spielen. Daher wurden in dieser Studie mehrere Workloads verwendet. Für diese Studie wurden zwei Benchmarks, AIM7 und DayTrader2.0 ausgewählt. AIM7, eine bekannte Open-Source-Benchmark, wird von zahlreichen Anbietern von UNIX-Computersystemen eingesetzt, um das Leistungsverhalten von Computersystemen zu vergleichen. Die Benchmark DayTrader2.0, mit der die Leistung von Java Enterprise Edition (Java EE)-Technologien gemessen wird, wird in der Branche häufig für Leistungsvergleiche bei Webanwendungsservern verwendet. Wir möchten an dieser Stelle darauf hinweisen, dass IBM den Leistungstestplan vor der Durchführung der Tests an VMware übermittelt hat. Die Benchmark AIM7 wurde vor Kurzem im IBM Leistungstestlabor für einen Vergleich des Leistungsverhaltens von PowerVM und VMware herangezogen. Die Benchmark besteht aus einer Vielzahl von Stresstests zur Messung der Rechen- und Speicherleistung und des E/A-Durchsatzes, die ein breites Spektrum an Operationen wie numerische und Matrixoperationen, Zuordnen, Verschieben, Kopieren von Speicher, Sortieren/Suchen und Lesen/Schreiben abdecken. AIM7 umfasst drei vordefinierte Testsuites, die verschiedene Tests zur Messung der Rechen- und Speicherleistung und des E/A-Durchsatzes mit unterschiedlicher Gewichtung (Rechenserver, Multi-User und Datenbank) beinhalten. Für diese Vergleichsstudie wurde die AIM7-Testsuite für Rechenserver verwendet. 8

9 AIM7 Skalierung bei einer virtuellen Maschine (Scale-up-Leistung) Bei dieser Studie wurde ein POWER7-basiertes IBM Power 750 Express-System, das mit vier Sockets à acht Kernen bestückt war, mit einem HP DL370-System mit Intel Xeon 5570-Prozessor und zwei Sockets à vier Kernen verglichen. Für den Vergleich von 8-Kern-Systemen bei PowerVM und VMware wurden drei Sockets und die zugehörigen Speicherkomponenten auf dem Power 750-System inaktiviert, sodass dies einem 8-Kern-System (Einzelchipsystem) entsprach. In beiden Fällen wurde dasselbe Gastbetriebssystem SuSE 11 verwendet, Version x86_64 auf VMware und Power Linux-Version auf der virtuellen PowerVM-Maschine. Die Konfigurationsdetails zu den einzelnen Tests finden Sie in Anhang A. Für die Studie wurde das aktuelle Release von VMware vsphere 4.0 Update 1 ausgewählt. Auch wenn durch das vsphere 4.0-Update die VCPU-Begrenzung pro Kern von 20 auf 25 erhöht wurde, wurden nur maximal acht virtuelle Prozessoren pro virtuelle Maschine unterstützt. Daher war der Vergleich in Bezug auf die Skalierung mit einer virtuellen Maschine zwischen PowerVM und VMware auf acht virtuelle Prozessoren beschränkt. Ziel dieses Tests war es, die Hypervisoreffizienz bei der Skalierung virtueller Prozessoren in einer einzelnen isolierten virtuellen Maschine zu messen. Dabei ist jedoch zu beachten, dass die Virtualisierungstechnologie von PowerVM nicht auf die Skalierung von acht virtuellen Prozessoren in einer virtuellen Maschine beschränkt ist (wie dies bei der VMware-Technologie der Fall ist). Um die Vorteile von POWER7 und PowerVM bei der Skalierung gegenüber VMware aufzuzeigen, nahmen wir auch eine Skalierung auf bis zu 32 virtuelle Prozessoren in einer einzelnen virtuellen PowerVM-Maschine vor. Abbildung 1 zeigt die Testergebnisse der Skalierung auf einer einzelnen virtuellen Maschine von PowerVM und VMware vsphere 4.0 Update 1. Bei PowerVM erfolgte die Skalierung linear von einem virtuellen Prozessor auf 32 virtuelle Prozessoren. Die VMware-Ergebnisse basieren ebenfalls auf einer linearen Skalierung von einem auf acht virtuelle Prozessoren. Der absolute Durchsatz bei PowerVM (Jobs/Sek.) lag beim AIM7-Benchmarktest bei einem, zwei, vier und acht virtuellen Prozessoren um bis zu 65 % höher als beim Intel Xeon und VMware-System. Beim Test mit acht bis 32 virtuellen Prozessoren konnte durch die lineare Skalierung bei PowerVM eine einzelne virtuelle Maschine alle Prozessorressourcen auf dem System nutzen. Die VM-Konfiguration und die Testergebnisse finden Sie in den Tabellen nach den Grafiken zu jedem Test in diesem White Paper, beginnend ab Abbildung 1. 9

10 Systemkonfiguration für AIM7-Benchmarktest (1 virtuelle Maschine) Kerne Virtuelle CPUs Jobs/Min. IBM Power 750 3,5 GHz, DPSM-Modus, 4 Sockets, 512 GB RAM, SMT4 aktiviert, PowerVM und SLES11 (Power Linux) 1 Socket (8 Kerne), 128 GB RAM Socket (8 Kerne), 128 GB RAM Socket (8 Kerne), 128 GB RAM Socket (8 Kerne), 128 GB RAM Sockets aktiviert mit 512 GB RAM Sockets aktiviert mit 512 GB RAM Sockets aktiviert mit 512 GB RAM HP DL370 Intel Xeon ,9 GHz, 96 GB RAM (HT- und Turbo-Modus aktiviert in BIOS Intel VTx mit EPT HW Virtualization Assist), VMware vsphere 4.0 update1 und SLES11 (GA, x86_64) 2 Sockets (à 4 Kerne), 96 GB Sockets (à 4 Kerne), 96 GB Sockets (à 4 Kerne), 96 GB Sockets (à 4 Kerne), 96 GB Jeder AIM7-Benchmarktest wurde ausgeführt, um eine gesättigte Auslastung der virtuellen Prozessoren in der virtuellen Maschine bei den PowerVM- und VMware-Tests zu erreichen. Die Messdaten zur Prozessorauslastung beim Gastbetriebssystem wiesen auf eine nahezu 100 %ige Auslastung bei jedem Scale-up-Test hin. VMware esxtop (Tool zur Erfassung von Ressourcenauslastungsdaten) ermittelte die Kernauslastung bei der virtuellen Maschine wie in Abbildung 2 gezeigt. Dies entspricht den Auslastungswerten bei der virtuellen PowerVM-Maschine (wie auf der Y-Achse dargestellt). Mit der Skalierung der virtuellen Prozessoren wurde auch die CPU-Auslastung auf beiden Plattformen skaliert. Die Durchsatzleistung bei PowerVM übertrifft jedoch VMware bei jedem Datenpunkt auf der X-Achse. 10

11 Auch wenn auf beiden Plattformen die virtuellen Maschinen mit der identischen Anzahl an virtuellen Prozessoren konfiguriert waren, nutzt PowerVM SMT4 auch dann, wenn die Anzahl der virtuellen Prozessoren (8) im System geringer ist als die Anzahl der logischen Prozessoren (32). VMware wiederum ordnet einen logischen Prozessor einem virtuellen Prozessor zu. Dies hat zur Folge, dass eine mit acht virtuellen Prozessoren konfigurierte virtuelle VMware-Maschine immer nur acht logische Prozessoren nutzen kann. Wie im VMware-Artikel [Ref 16] ausgeführt, lässt sich folgende allgemeine Aussage zu HT auf ESX treffen: 1. Solange die Anzahl der Verarbeitungsleistung anfordernden vcpus kleiner ist als die Anzahl der physischen Kerne, verursacht HT keine Probleme, bietet aber auch keinen Nutzen. 2. Sobald die Anzahl der Verarbeitungsleistung anfordernden vcpus die Anzahl der physischen Kerne auf dem System übersteigt, bietet HT in der Regel nur geringe Leistungsgewinne. Im HT-Modus verfügt HP DL370 über 16 logische Prozessoren. Da VMware jedoch die Anzahl der in einer virtuellen Maschine unterstützten virtuellen Prozessoren beschränkt, sind zwei virtuelle Maschinen mit jeweils acht virtuellen Prozessoren erforderlich, um alle 16 logischen Prozessoren im HT-Modus nutzen zu können. PowerVM ordnet alle logischen Prozessoren eines Kerns einem virtuellen Prozessor zu. Dadurch können nicht nur alle Kerne in einer virtuellen Maschine, sondern auch alle verfügbaren Ressourcen (SMT4) genutzt werden, wodurch das Leistungsverhalten effizienter wird. Man könnte argumentieren, dass der Zweck einer Virtualisierung nicht die Ausführung einer einzelnen virtuellen Maschine auf einem System sei und dass bei der Konsolidierung mehrerer virtueller Maschinen VMware alle Zyklen im System verbrauchen würde. Dies ist in der Tat ein zulässiges Argument, sodass wir auf dieses Szenario im weiteren Verlauf dieses White Papers eingehen werden. Doch selbst in einer Umgebung, in der mehrere virtuelle Maschinen konsolidiert werden, könnte eine einzelne virtuelle Maschine eine hohe Systemauslastung bewirken und die meisten Zyklen in einem System verbrauchen, wenn andere virtuelle Maschinen inaktiv sind. Folglich ist die Skalierung virtueller Prozessoren in einer einzelnen virtuellen Maschine bei der Workload-Konsolidierung und -Virtualisierung ebenfalls ein kritischer Faktor. Durch die Begrenzung der Anzahl der virtuellen Prozessoren in einer virtuellen Maschine kann VMware die Hyper-Threading-Technologie (HT) des HP DL370-Systems nicht nutzen. IBM POWER7 und PowerVM ließen sich bei diesem Benchmarktest nicht nur in einer einzelnen virtuellen Maschine linear skalieren, sondern es wurden bei der Skalierung bei Bedarf auch alle Prozessorzyklen im gesamten System genutzt. Der Power-Hypervisor teilte die Prozessorzyklen auf effiziente Weise den konfigurierten virtuellen Prozessoren zu, die die Workloads ausführten, was zu einer höheren Durchsatzleistung führte. Die Zuordnung von physischen Prozessoren zu virtuellen Prozessoren erfolgte in ganzen Kerneinheiten, indem alle SMT-Threads einer virtuellen Maschine zugewiesen wurden. Sobald es zu einem Eins-zu-eins-Verhältnis zwischen physischen Prozessoren und den konfigurierten virtuellen Prozessoren kam, ordnete PowerVM einen kompletten physischen Prozessor (einschließlich aller logischen Prozessoren eines Kerns) einem virtuellen Prozessor zu. Bei Auftreten eines Eins-zu-viele- Verhältnisses zwischen einem physischen Prozessor und den konfigurierten virtuellen Prozessoren wurde der physische Prozessor von den verschiedenen virtuellen Prozessoren gemeinsam genutzt. Aus den VMware-Testergebnissen ist ersichtlich, dass VMware nicht alle logischen Prozessoren eines Kerns nutzte, wenn es zu einem Eins-zu-eins-Verhältnis zwischen verfügbaren physischen Kernen und konfigurierten virtuellen Prozessoren kam, wie in der Konfiguration mit einer einzelnen virtuellen Maschine dargestellt. VMware würde zwei virtuelle Maschinen mit jeweils acht virtuellen Prozessoren benötigen, um alle 16 logischen Prozessoren im HP DL370-System nutzen zu können. 11

12 Die Ergebnisse zweier virtueller Maschinen mit jeweils acht virtuellen Prozessoren zeigten auf, dass PowerVM bei zwei VM-Tests bei der Durchsatzleistung VMware trotzdem überlegen war. Siehe hierzu Abbildung 3, die zeigt, dass beide plattformspezifischen virtuellen Maschinen die gesamte Systemkapazität (alle verfügbaren logischen Prozessoren) verbrauchten. Die Gastbetriebssystemtools von PowerVM zeigen die Auslastung der virtuellen Prozessoren zusammen mit genauen Angaben zur Auslastung der physischen Prozessoren in einer virtuellen Maschine an. Diese sehr genauen Angaben sind das Ergebnis der engen Integration des Gastbetriebssystems, von PowerVM und der Power System-Hardware durch IBM. Darüber hinaus verfügt PowerVM über einen Ereignismonitor für die virtualisierte Hardware, der die Analyse des Leistungsverhaltens einer virtuellen Maschine (LPAR) auf CPI-Ebene (Zyklen pro Instruktion) erleichtert. In VMware-Virtualisierungsumgebungen hingegen sind Gastbetriebssystemtools nicht in die Virtualisierungstechnologie eingebunden. Der Bericht mit den Angaben zur Ressourcenauslastung enthält also keine Angaben zur Auslastung der virtuellen und tatsächlichen physischen Prozessoren in der virtuellen Maschine. Die Tools für die Hardwareüberwachung liefern keine verwertbaren Ergebnisse, wenn sie in einem Gastbetriebssystem auf VMware laufen, da die Hardwarezähler auf dem System für VMware nicht verfügbar sind. Beachten Sie, dass die beiden Tests mit aktiviertem x86-hyper-threading (Abbildung 3) auch mit inaktiviertem Hyper-Threading auf VMware durchgeführt wurden. Ohne Hyper-Threading verbesserte sich die Durchsatzleistung bei einer virtuellen Maschine um 1 % und bei zwei virtuellen Maschinen um 8 %. Bei der CPU-Auslastung wurden Werte von ~97 % bzw. ~99 % erreicht. Beim Test mit zwei virtuellen Maschinen, bei denen 16 virtuelle Prozessoren verwendet wurden, führten die besseren Ergebnisse im HT_disabled-Modus zu dem Schluss, dass VMware bei diesem Benchmarktest Ressourcen im Hyper-Threading-Modus nicht besonders effizient verarbeitete, wenn eine Eins-zu-eins-Zuordnung zwischen physischen und virtuellen Prozessoren konfiguriert war. AIM7 Skalierung bei mehreren virtuellen Maschinen Sowohl das Power 750- als auch das HP DL370-System wurde für diesen Test mit der gleichen Anzahl an Kernen (acht) konfiguriert. Für das Modell 750 wurde dabei eine Konfiguration mit 128 GB RAM und einem einzelnen Socket gewählt. Im Mittelpunkt des Szenarios in diesem Abschnitt stand der Umfang der Skalierbarkeit virtueller Maschinen. Die Studie konzentrierte sich also auf die kumulierte Leistung des Systems, wenn die acht virtuellen Maschinen nacheinander hinzugefügt wurden. Sobald virtuelle 12

13 Maschinen dem System hinzugefügt wurden, wurde die Konfiguration jeder virtuellen Maschine angepasst, sodass die Gesamtzahl der virtuellen Prozessoren bei jeder Konfiguration konstant bei acht blieb. Eine virtuelle Maschine verwendete acht virtuelle Prozessoren, zwei virtuelle Maschinen verwendeten jeweils vier virtuelle Prozessoren usw. Durch diese Skalierung ließen sich auf effektive Weise die Auswirkungen auf die Durchsatzleistung bei verschiedenen Konsolidierungsverhältnissen messen. Für jeden Test wurde sowohl Durchsatzleistung als auch CPU-Auslastung gemessen. Die Ergebnisse zeigten in erster Linie die Leistungsunterschiede zwischen einem Scale-up- (eine virtuelle Maschine) und einem Scale-out-Szenario (zwei, vier oder acht virtuelle Maschinen) bei beiden Virtualisierungstechnologien und Plattformen. PowerVM bietet die Möglichkeit, Prozessorressourcen im dedizierten Modus oder im Modus für gemeinsame Nutzung zuzuordnen. Diese Flexibilität schafft für Kunden verschiedene Optionen, um die Implementierung der Virtualisierungslösung individuell auf ihren jeweiligen Bedarf abzustimmen. IBM bietet diese vielfältige Auswahl, da der dedizierte Modus und der Modus für gemeinsame Nutzung unterschiedliche Vorteile aufweisen. Eine Lösung mit einer Einheitskonfiguration, die für alle Situationen passt, kann sehr schnell unnötige Einschränkungen mit sich bringen. Als aufgrund einer zu großen Anzahl virtueller Maschinen, die eine gemeinsame Prozessornutzung erforderlich machten und zu einer Ressourcenüberlastung führten, die Komplexität von Virtualisierungskonfigurationen immer weiter zunahm, wurde der Modus für gemeinsame Nutzung eingeführt. Wurden der Konfiguration weitere virtuelle Maschinen hinzugefügt, hatte die Verwaltung der gemeinsamen Prozessornutzung im Vergleich zum dedizierten Modus nur geringe Auswirkungen auf die Durchsatzleistung. Sowohl bei der PowerVM- als auch der VMware-Lösung blieb die Durchsatzleistung auch beim Hinzufügen neuer virtueller Maschinen stabil. Die absolute Durchsatzleistung bei der PowerVM-Lösung war bei jedem Scale-out-Test jedoch um ca. 65 % besser als die der VMware- Lösung, wie Abbildung 4 verdeutlicht. Wie bereits im vorherigen Abschnitt erwähnt, nutzte PowerVM bei jedem Scale-out-Test für die Ausführung der Workloads die gesamte verfügbare Rechenleistung im SMT4-Modus. 13

14 AIM7 Skalierung mehrerer virtueller Maschinen und virtueller Prozessoren Bei den nächsten Tests wurde die gleichzeitige Skalierung von virtuellen Maschinen und virtuellen Prozessoren getestet. Für diesen zweidimensionalen Skalierungstest wurden acht identisch konfigurierte virtuelle Maschinen erstellt (Scale-out-Leistung). Die acht virtuellen Maschinen wurden nacheinander gebootet, um die Tests mit ein bis acht virtuellen Maschinen durchführen zu können. Das heißt, beim Test mit einer virtuellen Maschine wurde nur eine virtuelle Maschine gebootet, beim Test mit acht virtuellen Maschinen hingegen alle acht. In dieser Kategorie wurden drei verschiedene Tests durchgeführt, wobei bei jedem Test unterschiedlich viele virtuelle Prozessoren (1, 2 und 4) eingesetzt wurden. Sobald weitere virtuelle Prozessoren zusammen mit weiteren virtuellen Maschinen hinzugefügt wurden, kam es zu einer Überlastung der Prozessorressourcen. Prozessorüberlastungen (Over-Committing) in einer konsolidierten Umgebung sind in einer virtualisierten Umgebung gängige Praxis, um eine optimale Auslastung sicherzustellen und bedarfsgesteuerte Spitzenbelastungen handhaben zu können. In einer solchen Umgebung mit Prozessorüberlastung werden physische Prozessorzyklen zeitlich aufgesplittet und für verschiedene virtuelle Prozessoren genutzt. Die Skalierungstests wurden zunächst mit einer virtuellen Maschine begonnen. Danach wurde jeweils eine weitere virtuelle Maschine hinzugefügt, bis das Maximum von acht virtuellen Maschinen erreicht war. Bei der Testausführung wurde für alle Szenarios mit virtuellen Maschinen (1, 2, 4 und 8) für die Benchmark ein identischer Auslastungsfaktor (Minimum und Maximum) verwendet. Für jeden Testfall wurden Durchsatz und die Prozessorauslastung gemessen. Sobald der erste Skalierungstest mit den verschiedenen virtuellen Maschinen für einen virtuellen Prozessor abgeschlossen war, wurden die virtuellen Maschinen neu konfiguriert, um die Anzahl der virtuellen Prozessoren auf zwei bzw. vier Prozessoren zu erhöhen. Dann wurden die Skalierungstests mit einer bis acht virtuellen Maschinen und zwei bzw. vier virtuellen Prozessoren wiederholt. In diesem Szenario wurden sowohl die virtuellen Maschinen als auch die virtuellen Prozessoren skaliert, woraus sich eine Mischung aus nicht überlasteten und überlasteten physischen Prozessoren ergab. Bei einem virtuellen Prozessor (Abbildung 5) und dem Maximum von acht virtuellen Maschinen wurden die CPU-Ressourcen nicht überlastet (eine VCPU x acht virtuelle Maschinen). Sobald aber die virtuellen Prozessoren hinzukamen, erhöhten sich die Überlastungsstufen mit der Anzahl der neu hinzukommenden virtuellen Maschinen, wodurch das System um bis zum Vierfachen (vier VCPUs x acht virtuelle Maschinen) der ursprünglichen Überlastungsstufe stärker belastet wurde. Sowohl bei den Nichtüberlastungsstufen- als auch den Überlastungsstufentests in Bezug auf die Prozessoren übertraf die IBM PowerVM-Lösung bei jedem AIM7-Test die VMware-Lösung bei der Durchsatzleistung. Abbildung 5 belegt die überlegene Leistung der PowerVM-Lösung, wenn ein virtueller Prozessor einem physischen Kern (Nichtüberlastung der Prozessorressourcen) zugeordnet wird. 14

15 Systemkonfiguration für AIM7-Benchmarktest (Skalierung mehrerer virtueller Maschinen mit 1 virtuellen Prozessor) Kerne Virtuelle CPUs gesamt Jobs/Min. IBM Power 750 3,5 GHz, DPSM-Modus, 1 Socket (8 Kerne), 128 GB RAM, SMT4 aktiviert, PowerVM und SLES11 (Power Linux) 8 1 VM VM VM VM ,8 HP DL370 Intel Xeon ,9 GHz, 96 GB RAM (HT- und Turbo-Modus aktiviert in BIOS Intel VTx mit EPT HW Virtualization Assist), VMware vsphere 4.0 Update 1 und SLES11 (GA, x86_64) 8 1 VM VM VM VM Abbildung 6 zeigt, dass bei zwei virtuellen Prozessoren pro VM-Konfiguration PowerVM alle Prozessorzyklen von acht Kernen im SMT4-Modus (32 logische Prozessoren, die acht virtuellen Prozessoren zugeordnet sind) bei vier virtuellen Maschinen nutzte. Die Durchsatzrate wurde aufrechterhalten, als weitere virtuelle Maschinen bis zum Maximum von acht Maschinen hinzukamen. Dabei wurden dieselben 32 logischen Prozessoren 16 virtuellen Prozessoren zugeordnet (zweifache Überlastungsstufe). Die VMware-Lösung hingegen nutzte das Hyper-Threading bei vier virtuellen Maschinen nicht besonders effizient (es wurden nur acht von 16 logischen Prozessoren verwendet). Der Durchsatz verbesserte sich bei acht virtuellen Maschinen um 9 % (wobei 16 logische Prozessoren verwendet wurden). Bei diesen Tests führte VMware also keine Überlastung der Prozessorressourcen herbei. Die Disparität, die sich zeigte, als es zu einer Überlastung der PowerVM- und VMware- Ressourcen kam, liegt an den Unterschieden bei der Nutzung der Hypervisortechnologie. PowerVM ordnet den kompletten Kern (alle vier logischen Prozessoren im SMT4-Modus) einem virtuellen Prozessor zu. Daher beginnt die Überlastung früher als bei der VMware-Lösung, da bei deren Technologie ein logischer Prozessor (und nicht der gesamte Kern im HT-Modus) einem virtuellen Prozessor zugeordnet wird. 15

16 Systemkonfiguration für AIM7-Benchmarktest (Skalierung mehrerer virtueller Maschinen mit 2 virtuellen Prozessoren) Kerne Virtuelle CPUs gesamt Jobs/Min. IBM Power 750 3,5 GHz, DPSM-Modus, 1 Socket (8 Kerne), 128 GB RAM, SMT4 aktiviert, PowerVM und SLES11 (Power Linux) 8 1 VM VM VM ,6 8 VM HP DL370 Intel Xeon ,9 GHz, 96 GB RAM (HT- und Turbo-Modus aktiviert in BIOS Intel VTx mit EPT HW Virtualization Assist), VMware vsphere 4.0 Update 1 und SLES11 (GA, x86_64) 8 1 VM VM VM VM Abbildung 7 zeigt ein Szenario mit einer Konfiguration mit vier virtuellen Prozessoren. Bei diesem Szenario nutzte die PowerVM-Lösung alle acht Kerne (32 logische Prozessoren) auch bei zwei virtuellen Maschinen. Das Leistungsverhalten blieb auch bei den verschiedenen Prozessorüberlastungsstufen (2x und 4x) bei vier bzw. acht virtuellen Maschinen weiterhin gut. Beim Test mit vier virtuellen Maschinen steigerte das Power 750-System über den Intelligent Energy Optimization -Modus die Systemfrequenz, als das System ein hohes Auslastungsniveau erreichte. Diese Frequenz erreichte einen Wert von annähernd 3,8 GHz, wodurch der Durchsatz um 9 % verbessert wurde. Insgesamt verbesserte sich der Durchsatz bei den verschiedenen Überlastungsstufen und wurde auch bei acht virtuellen Maschinen beibehalten, als sich die Überlastungsstufen verdoppelten. Solche Prozessorüberlastungssituationen werden häufig in virtualisierten Umgebungen herbeigeführt, um eine optimale Ressourcenauslastung zu ermöglichen. Der Vergleich der Ressourcenüberlastung bei PowerVM und VMware zeigt, dass VMware in diesem Bereich nicht sonderlich effizient ist und PowerVM hier ein bis zu 61 % besseres Leistungsverhalten aufweist. 16

17 Abbildung 8 zeigt die tatsächliche Prozessorauslastung in diesem Szenario auf beiden Plattformen. Auch wenn die esxtop-angaben zur VMware-Kernauslastung mit der Kernauslastungskurve von PowerVM übereinstimmen, zeigt sich doch ein Unterschied darin, wie bei jedem Test die Anzahl der logischen Prozessoren den virtuellen Prozessoren zugeteilt wird. Beim Test mit vier virtuellen Maschinen teilte die VMware-Lösung alle 16 logischen Prozessoren zu und ging bei acht virtuellen Maschinen in den Überlastungsmodus über. Man kann also sagen, dass abhängig von der Anzahl der gleichzeitig aktiven virtuellen Maschinen die Hardwarefunktion Hyper-Threading (HT) genutzt bzw. nicht genutzt wird. Die VMware-Lösung war auch dann nicht in der Lage, die Durchsatzleistung der PowerVM-Lösung zu erreichen, als sie auf die Hyper-Threading-Funktion zurückgriff. Systemkonfiguration für AIM7-Benchmarktest (Skalierung mehrerer virtueller Maschinen mit 4 virtuellen Prozessoren) Kerne Virtuelle Prozessoren gesamt Jobs/Min. IBM Power 750 3,5 GHz, DPSM-Modus, 1 Socket (8 Kerne) 128 GB RAM, SMT4 aktiviert, PowerVM und SLES11 (Power Linux) 8 1 VM VM ,3 4 VM VM ,8 HP DL370 Intel Xeon ,9 GHz, 96 GB RAM (HT- und Turbo-Modus aktiviert in BIOS Intel VTx mit EPT HW Virtualization Assist), VMware vsphere 4.0 Update 1 und SLES11 (GA, x86_64) 8 1 VM VM VM VM

18 DayTrader 2.0-Benchmark Über die Open-Source-Benchmark DayTrader2.0 wurde die POWER7- und PowerVM-Leistung mit den Intel Xeon 5570-Prozessoren und VMware vsphere 4.0 Update 1 verglichen. DayTrader 2.0 ist eine Benchmark für den Börsenhandel, die auf dem Konzept eines Online-Börsenhandelssystems aufbaut. Die Benchmark wurde in einem dreischichtigen Modus konfiguriert, wobei die Back-End-Datenbank auf einem separaten System installiert wurde und das zu testende System das mittelschichtige System war, das das Hosting des Web Application Server übernahm. Die Client-Workload wurde mithilfe von JIBE- Treibern auf einem separaten IBM System x System generiert. Für den Test der beiden Plattformen wurden derselbe Back-End-Datenbankserver und dieselben Clientsysteme (JIBE-Treiber) verwendet. Der mittelschichtige Web Application Server wurde auf einem POWER7-basierten IBM Power 750 Express-Server (für die PowerVM-Studie) und einem HP DL370 Intel Xeon 5570-Server (für die VMware- Studie) ausgeführt. Als Gastbetriebssystem in der virtuellen Maschine wurde für PowerVM AIX 6.1 TL 04 und für VMware RHEL 5.4 verwendet. IBM DB2 v9.7 wurde auf dem Back-End-Datenbankserver und IBM WebSphere V auf dem Web Application Tier-System (SUT) installiert. Weitere Einzelheiten zu Hardware, Software und Testplandetails finden Sie in Anhang A. Beim Test mit einer einzelnen virtuellen Maschine (Scale-up), bei dem virtuelle Prozessoren skaliert wurden, wurden zusätzliche Web Application Server-Instanzen zusammen mit den DayTrader2.0- Anwendungen hinzugefügt, um auf beiden Plattformen eine optimale Leistung zu erzielen. In Fällen, in denen mehrere Web Application Server-Instanzen verwendet wurden, handelte es sich um unabhängige, separat verwaltete Instanzen, die unabhängig voneinander ausgeführt wurden. Eine Lastverteilung zwischen den DayTrader2.0-Anwendungen auf mehreren Web Application Server-Instanzen innerhalb einer virtuellen Maschine erfolgte nicht. Des Weiteren wurden verschiedene Tests in einer Scale-up- Konfiguration ausgeführt: 1) Eine Web Application Server-Instanz pro virtuellem Prozessor und 2) Eine Web Application Server-Instanz pro zwei virtuellen Prozessoren. Zu Vergleichszwecken wurde für beide Plattformen die jeweils beste Durchsatzleistung ausgewählt. Daytrader2.0 baut auf zentralen Komponenten der Java EE-Technologien auf. Dies umfasst Java Servlets und JavaServer Pages (JSPs) für die Darstellungsschicht und Java Database Connectivity (JDBC), Java Message Service (JMS), Enterprise JavaBeans (EJBs) und Message-Driven Beans für die Back-End- 18

19 Geschäftslogik. Für die Ausführung der Benchmarktests stehen zwei Modi zur Verfügung: 1) EJB-Modus und 2) JDBC-Modus. Die Daytrader2.0-Architektur (Abbildung 9) zeigt den Fluss bei der Transaktionsverarbeitung für jeden dieser beiden Modi. Im JDBC-Modus umgeht die Transaktion die EJB-Container und greift direkt auf die Datenbank zu. DayTrader2.0 Skalierung mit einer virtuellen Maschine Die Skalierungstests mit einer virtuellen Maschine wurden sowohl im EJB- als auch im JDCB-Modus der Daytrader2.0-Benchmark durchgeführt. Jeder DayTrader2.0-Test erfolgte in vier Phasen, wobei jede Phase drei Minuten dauerte. Die Phasen 1 und 2 waren Warmup-Phasen; die Benchmarkergebnisse wurden in den Phasen 3 und 4 erfasst. Die Ergebnisse wurden ermittelt, indem der Transaktionsdurchsatz auf jeder Plattform für Vergleichszwecke erfasst wurde. Der optimale Transaktionsdurchsatz wurde erreicht, indem die Anzahl der Clients mit konsistenten Antwortzeiten mit einer hohen CPU-Auslastung (~90 bis ~100 % je nach CPU-Werten des Gastbetriebssystems) verwendet wurden. Die Ergebnisse im EJB-Modus, die in Abbildung 10 dargestellt werden, zeigen klar auf, dass die Durchsatzleistung von PowerVM bei diesem Benchmarktest bei Konfigurationen mit einem, zwei, vier oder acht virtuellen Prozessoren deutlich besser ist als die der VMware-Lösung. Die Durchsatzleistung bei der Skalierung mit zwei, vier und acht virtuellen Prozessoren lag bei PowerVM bei 1,8x, 3,4x bzw. 6,7x und bei VMware bei 1,9x, 3,2x bzw. 4,8x. Auf beiden Plattformen erfolgte eine vergleichbare relative Skalierung mit zwei und vier virtuellen Prozessoren. Jedoch nur bei PowerVM war eine lineare Skalierung von vier auf acht virtuelle Prozessoren möglich. Da diese Workload das Netzwerk stark belastete, wurden auf dem SUT (beide Plattformen) vier Gigabit-Ethernet-Ports verwendet, um Netzwerkengpässe während der Benchmarktests zu vermeiden. Die in Abbildung 10 gezeigten VMware-Ergebnisse und in der folgenden Tabelle die relative Leistung waren besser als die von HP für ein VMware/Intel Xeon System [9] veröffentlichten Ergebnisse. 19

20 Systemkonfiguration für DayTrader 2.0-Benchmarktest (EJB- Modus) Skalierung mit 1 virtuellen Maschine Kerne Websphere- Instanzen Anzahl der virtuelle n Prozess oren Transaktionen/ Sek. Relative Skalieru ng Antwortzeit IBM Power 750 3,5 GHz, 1 Socket (8 Kerne), 128 GB RAM, AIX v6.1 TL04 SMT4 aktiviert, IBM WebSphere V , PowerVM IBM Power 570 4,7 Ghz, 64 GB RAM, AIX v6.1 TL03, SMT2 aktiviert, DB2 V9.7, JDBC % 0, % 0,011 4 JIBE-Treiber % 0, % 0,010 HP DL370 Intel Xeon ,9 GHz, 96 GB RAM (HT- und Turbo- Modus aktiviert in BIOS Intel VTx mit EPT HW Virtualization Assist), RHEL 5.4, IBM WebSphere V , VMware vsphere 4.0 Update 1 IBM Power 570 4,7 Ghz, 128 GB RAM, AIX v6.1 TL03, SMT aktiviert, DB2 V9.7, JDBC % 0, % 0,016 4 JIBE-Treiber 2* % 0,017 4* % 0,027 * Die Ergebnisse mit vier und acht Web Application Server-Instanzen fallen niedriger aus als die Ergebnisse mit zwei und vier Web Application Server-Instanzen. Vergleichbare Ergebnisse wurden erzielt, als der Benchmarktest im JDBC-Modus ausgeführt wurde (Abbildung 11). Bei der PowerVM-Lösung war bei einem bis acht virtuellen Prozessoren im Vergleich zu VMware eine deutlich höhere Durchsatzleistung festzustellen. Wie im EJB-Modus überzeugte die PowerVM-Lösung durch eine hervorragende Scale-up-Leistung in einer einzelnen virtuellen Maschine im JDBC-Modus beim DayTrader2.0-Benchmarktest. 20