【OpenStack チャレンジ】 第8回 ゲストマシンの性能比較をしてみました!

2016.3.29


仮想化の性能を確認してみよう!

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OpenStackを使うと即座にサーバが起動できるので、社内でも各種OSでのアプリケーションのインストール検証、チーム内でのRedmineの運用、社員の学習用環境、はたまた一時的なテレビ会議システムなどを構築して、非常に便利に使用しております。
しかし一台のホストに沢山のゲストマシンを立ち上げると、性能の低下が気になりますよね。

ということで、今回はOpenStackのハイパーバイザとして使用しているKVM環境で、仮想化による性能低下がどれくらいあるのかを検証してみたいと思います。

まずは環境から

スペック的にはちょっと古いですが、以下のサーバを使用して既存のOpenStackにコンピュートノードを構築しました。

■ハードウェア環境

CPU Intel Xeon E5506 2.13GHz 4コア 4MBキャッシュ
メモリー 32GB
HDDドライブ 15,000rpm 300GB×3 RAID 0


■ソフトウェア環境

ホストOS CentOS 7.2
OpenStackバージョン Liberty
ハイパーバイザ KVM

 

■試験パターン

以下の4パターンで比較して行きたいと思います。

①ホスト(ホストマシン 4コア 32GBメモリ)
②ゲスト×1台(ホストマシン上に、4コア 28GBメモリのゲストマシン)
③ゲスト×2台(ホストマシン上に、2コア 8GBメモリのゲストマシン×2)
④ゲスト×2台【オーバーコミット】(ホストマシン上に、4コア 8GBメモリのゲストマシン×2)

ゲストマシンのOSはすべてUbuntu14.04を使用しています。

最後のパターンは物理コアが4コアしか無いハードウェアにオーバーコミットさせて8コア分のVMを作成しています。オーバーコミットとは、ホストマシンのリソース以上にリソースをゲストマシンに割り当てることです。OpenStackではデフォルトでCPUは16倍、メモリは1.5倍のオーバーコミットが許可されています。

ベンチマーク実行結果について

今回はCPUの処理能力を計測するためにUnixBenchを使用してみました。

CPUには、整数演算処理ユニットと浮動小数点演算処理ユニットが独立して、実装されています。
整数演算処理は、単純なテキストファイルの処理などに使われており、浮動小数点演算処理は、動画エンコードなどのメディア処理に使われています。

OpenStackで利用される仮想マシンは主にサーバとして利用されると思いますので、整数演算処理で比較してみます。

整数演算処理【シングルコア】

整数演算処理【シングルコア】.png

整数演算処理(シングルコア)は、どれも1900前後で仮想化しても性能低下は見られません。
ホストマシン(CentOS7.2)での値がゲストマシン(Ubuntu14.04)より若干低いですが、これはOSの差によるものと思われます。表には載せていませんが、ゲストマシンのOSをCentOS7.0で実施するとホストマシンよりもわずかに低い数値となりました。

整数演算処理【マルチコア】

整数演算処理【マルチコア】.png

整数演算処理(マルチコア)でも仮想化しても全体性能の低下はみられないようです。
全体的に7600前後の値となっており、シングルコアのちょうど4倍であることが分かります。
オーバーコミットしているVMでも全体としてみると性能低下は無く、ホストマシンのリソースを余すことなく均等に使えているのが分かります。このベンチマークは単純な整数演算の繰り返しであるため、CPUのパイプラインを余すことなくほとんど使い切っている為と思われます。

シェルスクリプト処理【シングルコア】

続いて、実際のサーバでありえそうな例としてシェルスクリプトの性能に注目してみます。
UnixBenchの中から、Shell Scripts (1 concurrent) のスコアを比較してみました。
ソースコードを見るとこのベンチマークは以下の処理を繰り返し実施しています。

ID="@(#)tst.sh:3.4 -- 5/15/91 19:30:24";
sort >sort.$$ <sort.src
od sort.$$ | sort -n -k 1 > od.$$
grep the sort.$$ | tee grep.$$ | wc > wc.$$
rm sort.$$ grep.$$ od.$$ wc.$$

それぞれに意味を簡単に紹介しておきます。

・リダイレクト ファイルへの出力
・sort 並び替え
・od バイナリ・ファイルの閲覧
・grep 抜粋
・tee 標準入力/標準出力をファイルに出力
・wc 行数を数える
・rm ファイル削除


シェルスクリプト【シングルコア】.png

その実行結果ですが、ゲストマシンのスコアがホストマシンを20%も上回っています。
処理の中にファイルの読み書きが含まれていることに注目しましょう。
これはKVMがDISKのIOの一部をキャッシュしているためだと考えられます。
小さいサイズの読み書きの繰り返しならばホストサーバよりも高性能になる可能性があると言えるでしょう。

一方で、オーバーコミットをしたVMでは性能が1300台前後から800台へと一気に30%も低下します。
整数演算処理に大きな違いはありませんでしたが、実際のアプリケーションを模した試験ではパフォーマンスが落ちることが分かりました。シングルコアで実行しているにも関わらずここまで性能が落ちてしまうということで、オーバーコミットはなるべく実施させないほうがよいのかもしれませんね。

シェルスクリプト処理【マルチコア】

シェルスクリプト処理【マルチコア】.png念のためマルチコアで実施したときの性能も見ておきましょう。シェルスクリプト処理(マルチコア)でも、オーバーコミットは3700台から2500台へと極端に性能が落ちています。

おわりに

今回はCPUに注目して仮想化した際のパフォーマンスを測定してみました。仮想化をすると一概にパフォーマンスが落ちるというわけではなく、場合によっては速くなるときもあるのが興味深かったです。また、オーバーコミット時は大幅にパフォーマンスが落ちる場合があることもわかりました。機会があればフォーマット毎のDISKのIO性能やメモリをオーバーコミットさせたときの動きについて確認できればと思います。

本日も最後までお付き合いくださりまして、ありがとうございました。

文:天野知樹

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