VMware架构下虚拟机的性能测试分析

摘要：随着计算机软硬件技术的发展，计算机在日常工作中运用的越来越多，企业为共享硬件资源和节约生产管理成本，越来越多的利用虚拟化技术。文章先简介虚拟化技术的概念以及当今虚拟化技术的发展现状和虚拟化的种类，然后通过对比分析真实物理主机和VMware Workstation虚拟机上的Windows Server 2003 SP2操作系统在CPU运算能力和稳定性，以及磁盘读写速度等方面的差异，评价VMware虚拟化技术的性能，进而为企业在虚拟化的构建与应用上提供借鉴。

关键词：VMware；虚拟机技术；性能分析

中图分类号： TP302 文献标识码：A

1. 引言

计算机虚拟化技术并不是一个新概念，早在上世纪六、七十年代已经广泛运用于IBM的大型机中，目的是充分利用服务器硬件资源。在计算机界，所谓虚拟化，是指在一台实体计算机（就是真实的计算机）中，通过特殊的软件与技术，同时运行多个计算机系统的方法[1]。

虚拟化技术的本质是一种资源管理技术，他可以让资源更合理的利用，但是并不会创造任何新的资源。使用虚拟化技术可以有效减少服务器的数量，降低服务器的能耗，从而降低企业IT运营的成本。

2. 虚拟化技术的发展现状

虚拟化最早可以上溯到20世纪60年代，那时的计算机，如果只让一个人使用，则是一种严重的浪费，一般都是采用对CPU划分时间片等方式，让多个人同时使用。到了20世纪末期，随着计算机硬件的飞速发展与成本的不断下降，计算机及服务器的性能越来越高。另外伴随着操作系统与应用软件的不断发展，操作系统的版本、种类也越来越多，不同的应用软件大量出现。此时，VMware公司开创性地推出了VMware Workstation 1.0软件，随后，VMware陆续推出VMware Workstation 2.0、3.0、4.0、5.0直到现在的10.0。VMware的飞速发展与虚拟化应用，使进入这个行业的公司越来越多，在2008年2月，Windows推出了其最新的服务器操作系统――Windows Server 2008。它集成了支持硬件虚拟化的产品――Hyper-V的测试版，并且在2008年6月底推出了Hyper-V的正式版。受此压力，VMware在2008年8月宣布其企业级的产品VMware ESX 3i免费，这一切，都得力于众多厂商对虚拟化的推崇，并看好虚拟化应用的美好前景[1]。

3. 虚拟化的种类

3.1 全硬件仿真虚拟化技术

“全硬件仿真”虚拟化技术最本质的特点是，虚拟化管理器将所有的真实硬件设备以软件形式仿真出来，在客户操作系统看来，仿真出来的硬件无异于真实硬件，即虚拟化管理器采用仿真的手段，骗过了作为客户操作系统的标准操作系统，使其以为安装在真实的硬件设备之上[2]。正由于这一技术，使客户操作系统可以成功安装支持X86平台的任何操作系统（如Microsoft Windows系列、Linux系列。）

目前，“全硬件仿真”虚拟技术的主要领导者是VMware，其中VMware Workstation产品系列，VMware Server系列，VMware ESX系列，都是采用这一技术。采用 “全硬件仿真” 虚拟技术的虚拟机产品还有Microsoft 的Virtual PC、Virtual Server 以及Parallels Workstation等。

3.2 半虚拟化技术

半虚拟化技术也是基于硬件仿真的，它通过修改客户操作系统（guest OS）与体系相关的那部分内核模块，将虚拟机上的客户操作系统发出的指令重定向到虚拟机监视器（VMM）上。目的是让客户操作系统知道它不是安装在硬件上，而是安装在虚拟管理器之上。这样可以避免一定的性能损耗，得到一个更高效的虚拟化平台[2]。

Xen是一个开放源代码的虚拟机监视器，起源于剑桥大学。由于它的源代码开放、可移植性强、提供接近于物理机的性能等特点，在开源社区中得到了极大的推动。

3.3 操作系统级虚拟化技术

操作系统级虚拟化技术利用宿主操作系统的内核，通过开辟独立文件系统和内核服务抽象层创建多个虚拟环境，每个虚拟环境对用户来讲就相当于一个虚拟的客户操作系统[2]。操作系统级虚拟化技术省去了最复杂的硬件仿真和资源管理调度，所以，这种虚拟化技术性能损耗极小。目前，这一虚拟化技术的代表产品有SWSoft公司的Virtuozzo系列和Sun公司的Sun Solaris系列。

4. VMware架构下虚拟机的性能测试分析

4.1 VMware Workstation 简介

VMware Workstation是VMware面向桌面的主打产品。Workstation采用全硬件仿真技术，基于宿主模型，宿主机操作系统可以是Windows或者Linux。

VMware Workstation面向开发、测试、部署及支持软件的专业人员，可加快软件发展及测试，提供快速配置及重新设置多层环境的便利，能够在投入正式上线环境前测试新的台式电脑和服务器的应用程序，采用安全、简单的方式来管理虚拟机，并且允许用户在自己偏爱的操作系统上运行任何程序。

4.2 测试环境

4.3 CPU性能测试比较和分析

测评工具：Sisoftware Sandra 2010

测评结果如表2所示。

以上测评软件从CPU的多个不同的指令性能方面对物理主机和虚拟机下CPU 运算能力和稳定性进行了考察和对比，从对比结果可以看出物理主机和虚拟机下CPU 的整体性能相差不大，虚拟机的CPU性能比较接近物理主机的性能。

4.4 内存性能测试比较和分析

测评工具：Sisoftware Sandra 2010

测评结果如图3、图4、图5所示。

其中，“内存带宽基准测试”表示内存在处理整数和浮点数的情况下的吞吐量，其值越大表示系统的性能越好。 “内存延迟基准测试”表示内存访问的延迟时间，其值越小表示系统的性能越好。 “内存和缓存基准测试”表示在有缓存参与的情况下内存的吞吐量，其值越大表示系统的性能越好，其中的“速度因素”是一个参考值，表示相互的影响，其值越小越好。

由图3的比较结果可以看出，在内存带宽基准性能方面，VMware虚拟机和物理主机还是有一定差距的。由图4的比较结果可以看出，VMware虚拟机在内存延迟基准性能上和物理主机相差不大，和物理主机性能比较接近。由图5的比较结果可以看出，VMware虚拟机在内存和缓存基准性能上和物理主机比较接近，两者性能相差不大。

4.5 磁盘I0性能测试比较和分析

测评工具：Iometer1.1.0和HDTune4.60

4.5.1 磁盘响应时间

由测评结果可以看出，VMware虚拟机磁盘读写响应时间与物理主机的性能接近，如图6所示。

4.5.2 磁盘最大读写响应时间

由测评结果可以看出，VMware虚拟机磁盘的最大写操作响应时间与物理主机的差距很大，最大读操作响应时间接近。如图7所示。

4.5.3 磁盘读写速度测试比较和分析

由以上物理主机和虚拟机磁盘读写性能对比图可以看出，对小块数据的读取操作，两者趋于相近，随着读取数据块的增大，物理主机磁盘性能明显优于虚拟机。对小块数据的写入操作，物理主机磁盘性能优于虚拟机，但随着写入数据块的增大，虚拟机磁盘性能更佳。这是由于VMware 主要模拟了一些I/O 操作，直接借助于它本身的X86 运作引擎，与主机共享一部分硬件，当VMware 上的虚拟操作系统进行某些操作时，通过X86 运作引擎直接传递给底层物理硬件直接执行，因此VMware 对磁盘的操作效率较高[3]。

4. 结论

文章通过对真实物理主机和VMware Workstation虚拟机的系统下CPU运算性能、内存性能、磁盘读写性能、网卡性能的测试与对比，发现CPU运算能力和稳定性与物理主机相近。除了在内存的带宽基准性能上虚拟机和物理主机有差距外，在内存延迟、内存和缓存性能上两者都十分接近。虽然磁盘在写入小数据块和读取大数据块时性能差于物理主机磁盘，但磁盘在写入大数据块时的性能稍稍优于物理主机磁盘，且读取小数据块时两者性能十分接近。而在网卡性能的对比上，两者也很接近。

因此，当VMware workstation 用于软件产品测试和局域网实验模拟时，性能并不会大幅度下降，与真实环境相差无几。从此次测试可以发现，虚拟化技术发展的趋势是中央处理器的虚拟化，支持虚拟技术的中央处理器带有经优化的指令集控制其虚拟过程，从而简化虚拟化平台的建立，虚拟系统的性能将得到提高。

参考文献

[1]. 王春海.虚拟机深入应用实践[M]，中国铁道出版社；2009-03.

[2]. 鲁松.计算机虚拟化技术及应用[M]，机械工业出版社；2008-01.

[3].张毅.基于VMware 的虚拟机性能分析[J]，中国科技论文在线. http：///releasepaper/content/200804-788