Leistungsbetrachtung von virtualisierten Umgebungen für Telekommunikationsanwendungen, Christian Pohen

Christian Pohen

Kurzfassung

In den vergangenen Jahren ist das Interesse der Unternehmen an Virtualisierung und Cloud Computing stark gestiegen. Der Hypervisor führt eine weitere Abstraktionsschicht ein, welche für alle Gäste eine homogene Infrastruktur schafft, welche weitgehend unabhängig von der eigentlichen Hardware ist. Virtuelle Maschinen nutzen somit nur die notwendigen Ressourcen, was zu einer höheren Flexibilität führt. Sämtliche Zugriffe, die über den Hypervisor realisiert werden, benötigen mehr Zeit und damit mehr Leistung. Diese Arbeit versucht diese Leistungsunterschiede zwischen den unterschiedlichen Hypervisoren zu messen. Bei nicht virtualisierten Infrastrukturen sind für die System-Leistung besonders der Prozessor, der Cache, der Arbeitsspeicher, die Ein- und Ausgabegeräte sowie die verwendete Systemarchitektur von besonderer Bedeutung. Durch den Einsatz der Virtualisierung und der dadurch gemeinsamen Nutzung von kritischen Ressourcen können besonders bei z.B. Cache oder Ein-/Ausgabegeräten verstärkte Einbußen auftreten. Ebenso kann die Funktionsweise des Hypervisors zu großen Unterschieden führen. Des Weiteren werden die leistungsrelevanten Anforderungen der Telekommunikationsanwendungen betrachtet, welche sich besonders durch eine geringe Latenz beim Transportieren und Verarbeiten der Sprachdaten auszeichnen. Mit Hilfe eines Benchmarks wird die Leistung der verwendeten Systeme ermittelt. Zu Beginn werden bestehende Benchmarks sowie bereits durchgeführte Arbeiten im Bereich der Leistungsmessung von virtualisierten Systemen sowie VoIP-Servern vorgestellt, bevor anschließend der verwendete Benchmark, welcher auf Basis der vorgestellten Leistungsindikatoren erstellt wurde, sowie der Testaufbau erläutert werden. Die durch Messungen auf dem Hypervisoren vSphere und KVM ermittelten Resultate zeigen zum Teil erheblich Unterschiede. Diese ermittelten Ergebnisse erlauben nur eine erste Bewertung, da z.B. keine Optimierung der beiden VMMs erfolgte. Auch die Messung auf nativen Systemen sowie eine nähere Betrachtung der Ursachen der Verzögerungen sollten im Fokus zukünftiger Arbeiten stehen.

Schlagwörter: Benchmark, Leistungsmessung, Virtualisierung, Telekommunikation

Abstract

In the last years, companies have been focusing more on virtualization and cloud computing. The hypervisor provides an additional abstraction layer. Virtual machines only consume the resources they really need, which leads to an increased flexibility. All access to hardware needs to pass the hypervisor and therefore requires more execution time and performance. This thesis measures the performance difference between different hypervisors. In non-virtualized infrastructures, the system-performance is characterized by CPU, cache, memory and input/output devices, as well as the used system architecture. The use of virtualization and the related shared usage of critical resources may cause penalties for e.g. cache or I/O devices. The way the hypervisor is acting between hardware and VMs also impacts performance. Furthermore the focus is on telecommunication applications, which put high requirements on low latency for transport, signaling and transcoding of voice data. The performance of the used systems is measured by a benchmark. Therefore it contains an overview of related work in the area of virtualization and voice over IP performance measurements. Afterwards the benchmark and the test setup are described for testing KVM and vSphere virtualization environments. The measured results show signicant differences between the measured hypervisors, but the measurements need to be seen as first estimation, because no optimization of the hypervisors has been done. Additionally, native performance as well as the origin of the different latencies should be considered.

Keywords: Benchmark testing, Performance evaluation, Platform virtualization, Telecommunication