Erster Test: VMware Workstation 5.5

VMwares Virtualisierungs-Software Workstation emuliert auf einem vorhandenen Rechner komplett neue Systeme, inklusive BIOS und Hardware. Diese können dann zur Installation verschiedener Gastbetriebssysteme genutzt werden. VMwares Workstation selbst muss auf einem Host-Betriebssystem installiert sein.

Mit der Version Workstation 5.5 bietet VMware eine Vielzahl an neuen Features. Beispielsweise lässt sich die Virtualisierungs-Software auf 32-Bit-Betriebssystemen installieren und dann in einer virtuellen Maschine ein 64-Bit-OS starten – vorausgesetzt, die richtige CPU sitzt im Rechner.

Die neue Vielzahl virtualisierbarer Betriebssysteme darf mit Workstation 5.5 auch mit mehr Performance arbeiten. So weist VMware auf Wunsch einer virtuellen Maschine nun zwei Prozessoren statt bisher einen zu. Damit profitieren die VMs insbesondere von der Dual-Core-Technologie sowie von Systemen mit mehreren CPUs.

Intels Vanderpool-Technologie zur Virtualisierung des Prozessors unterstützt Workstation 5.5 bereits „experimentell“. Im tecCHANNEL-Testlabor testen wir die VMware-Software mit einem Bensley-Server. Die Xeon-Dempsey-Prozessoren des Systems beherrschen Vanderpool. Damit können wir eine erste Aussage treffen, ob Vanderpool Vorteile in der Performance ermöglicht.

Außerdem überprüfen wir die Performance von Windows und Linux in den virtuellen Maschinen. Dabei setzen wir sowohl Windows als auch Linux als Host-Betriebssystem ein. Läuft Windows auf einem Linux-Rechner sogar schneller?

Gastbetriebssysteme: Jetzt auch 64 Bit

VMwares neue Workstation 5.5 gibt es in einer installierbaren Version für Windows und Linux. Bei den Microsoft-Betriebssystemen unterstützt Workstation 5.5 die 32-Bit-Varianten Windows XP mit SP1 oder SP2, Windows 2000 mit SP3 oder SP4 sowie Windows Server 2003. Zusätzlich lässt sich die Virtualisierungs-Software jetzt auf den x64-Editions von Windows XP und Windows Server 2003 installieren.

Bei Linux als Host-Betriebssystem akzeptiert Workstation 5.5 die meisten bekannten Distributionen von Mandrake, Red Hat, SUSE oder Ubuntu. Auch 64-Bit-Distributionen wie SUSE Linux 9.3 und 10.0, Ubuntu Linux 5.04 und 5.10 sind für VMwares neue Workstation kein Problem.

Die Liste installierbarer 32-Bit-Gastbetriebssysteme in den virtuellen Maschinen ist groß: Microsoft Windows und MS-DOS, Linux, FreeBSD sowie Sun Solaris zählen zum Repertoire. Neu bei der Workstation 5.5 ist die Unterstützung von 64-Bit-Gastbetriebssystemen. Hierzu zählen die x64 Editions von Windows Server 2003, XP Pro und bereits Vista, diverse Linux-Distributionen sowie FreeBSD 5.3 und 5.4 sowie Solaris 10.

Gastbetriebssysteme wie Microsofts Vista oder 64-Bit-Ubuntu-Linux sind mit „experimental“ gekennzeichnet. Hier muss laut VMware mit einem eventuell instabilen oder eingeschränkten Betrieb gerechnet werden.

64 Bit nicht mit allen CPUs

Um die 64-Bit-Gastbetriebssysteme mit der Workstation 5.5 zu betreiben, genügt VMware auch ein 32-Bit-Betriebssystem als Host. Allerdings setzt die Virtualisierungs-Software für 64-Bit-Gäste bestimmte Prozessoren voraus. Hierzu zählen AMDs Athlon 64, Opteron, Turion sowie der Sempron in der 64-Bit-Variante. Die CPUs müssen mindestens folgendes Core-Stepping besitzen:

• Athlon 64: Stepping D oder später

• Opteron: Stepping E oder später

• Turion 64: Stepping E oder später

• Sempron 64-Bit: Stepping D oder später (experimentelle Unterstützung)

Somit müssen die AMD64-Prozessoren bereits in einem 90-nm-Prozess gefertigt sein. CPUs mit 130-nm-Strukturbreite und somit früheren Steppings unterstützen keine 64-Bit-Gastbetriebssysteme. Auf der Homepage von AMD lässt sich die Stepping-Version des Athlon 64 und Sempron sowie des Opteron einfach nachschlagen.

Neben den genannten AMD-CPUs akzeptiert Workstation 5.5 für den Betrieb von 64-Bit-Gästen auch Intel-Prozessoren mit der 64-Bit-Erweiterung EM64T und gleichzeitiger VT-Unterstützung. Die einzigen aktuell verfügbaren 64-Bit-CPUs von Intel mit Vanderpool-Technologie (VT) sind der Pentium 4 662 und 672. Im ersten Quartal 2005 folgen die 65-nm-Pentium-D-Modelle mit Presler-Core sowie die Xeon-5000-CPUs mit dem Codenamen Dempsey. Auf Systemen mit Intel-CPUs, die nur EM64T unterstützen, lassen sich keine 64-Bit-Gastbetriebssysteme einrichten.

Mit einem Tool von VMware lässt sich die Kompatibilität der eigenen CPU zu 64-Bit-Gastbetriebssystemen einfach überprüfen. VMware bietet das Check-Utility als freien Download an.

Systeme mit einem AMD K5 oder K6/II/III, VIA C3, NexGen Nx586, Transmeta Crusoe, Intel P5 oder einem Itanium unterstützt VMwares Workstation 5.5 dagegen generell nicht.

Emulierte Hardware im Überblick

VMwares Workstation 5.5 erzeugt auf einem Host-Rechner emulierte PCs. Diese emulierten Rechner verfügen über alle notwendigen Elemente wie Prozessor, Festplatte, Grafikkarte und Tastatur. Allerdings sind die meisten Komponenten wie beispielsweise der Chipsatz nur virtuell vorhanden.

In der folgenden Tabelle finden Sie die von VMware Workstation 5.5 bereitgestellte Hardware.

Statt einer nun zwei virtuelle CPUs

Neu bei VMware Workstation 5.5 ist ein „experimenteller“ Support von zwei virtuellen Prozessoren pro virtueller Maschine. Damit soll vor allem Entwicklern und Anwendern eine realistischere und leistungsfähigere Umgebung zur Verfügung gestellt werden. Für die Nutzung von zwei virtuellen CPUs bei Gastbetriebssystemen setzt VMware ein Host-System mit mindestens einer Dual-Core- oder einer Hyper-Threading-CPU voraus.

In tecCHANNEL-Test vergleichen wir die Performance von zwei Prozessoren auf dem Host mit der Geschwindigkeit in einer virtuellen Maschine. Hierzu verwenden wir zwei AMD Opteron 254 und Windows Server 2003 als Betriebssystem (für den Host sowie den Gast). Als Benchmark dient das Raytracing-Programm POV-Ray 3.7 mit SSE2-Unterstützung. Bei POV-Ray lässt sich die Anzahl der zu verwendenden Threads einstellen.

Bei zwei Opteron 254 nutzt die virtuelle Maschine bei nur einer zugewiesenen virtuellen CPU auch nur einen Prozessor. Die Performance bei Singlethread-Programmen (POV-Ray 1 Thread) ist in der virtuellen Maschine knapp drei Prozent langsamer als auf dem realen System. Ist der Gastrechner mit zwei virtuellen CPUs konfiguriert, so nutzen Multithread-Anwendungen (POV-Ray 2 Threads) beide Opterons. Die SMP-Performance des Gastsystems liegt bei unserem Test nur zwei Prozent unterhalb des Host-Rechners.

Beim Einsatz von beispielsweise zwei Opteron 280 mit Dual-Core-Technologie stehen dem System insgesamt vier „Prozessoren“ zur Verfügung. Eine virtuelle Maschine mit zwei zugewiesenen virtuellen CPUs nutzt dabei nur zwei der vier realen Cores. Von vier, acht oder mehr CPU-Kernen profitieren aus Performance-Sicht somit nur parallel agierende virtuelle Maschinen.

Performance von Intels Vanderpool

VMwares Workstation 5.5 bietet eine „experimentelle“ Unterstützung für Intel-Prozessoren mit VT-Unterstützung. Die Vanderpool-Technologie ermöglicht die Virtualisierung auf Prozessorebene durch eine neue Form von CPU-Operationen mit der Bezeichnung VMX (Virtual Machine Extensions). Damit stehen einem Gastbetriebssystem volle CPU-Rechte zu, trotzdem behält die Virtualisierungs-Software die Oberhand. Durch VMX wird unter anderem das Exceptions-Handling erleichtert – es müssen nicht mehr so viele Befehle abgefangen und „umgebogen“ werden. Dies sollte zumindest theoretisch die Performance in einer virtuellen Maschine verbessern.

Für den Test der Vanderpool-Technologie verwendeten wir eine Bensley-Evaluierungsplattform mit Intels nächster Xeon-Generation. Die im ersten Quartal 2006 erwarteten Xeon-Dempsey-Prozessoren bieten VT-Support. Im BIOS der Plattform lässt sich VMX ein- und ausschalten. Auf einem Windows-Server-2003-Host-Betriebssystem installierten wir Workstation 5.5. Dabei überprüften wir die Performance einer virtuellen Maschine mit ebenfalls Windows Server 2003 bei aktivierter und deaktivierter Vanderpool-Technologie.

Als Benchmark diente die SPEC-CPU2000-Suite. Der Test ermittelt die Integer- und Floating-Point-Performance von Prozessoren. Mit VT arbeitete der Xeon Dempsey in der virtuellen Maschine insgesamt nur 0,5 Prozent schneller als auf dem Host. Dabei wiederholten wir den Test mehrere Male, um Messungenauigkeiten zu minimieren. Von den insgesamt 26 Teilprogrammen der Benchmark-Suite profitiert die Anwendung 178.galgel zur Berechnung von Flüssigkeitsströmungen mit fast vier Prozent mehr Performance von VT am meisten.

Laut Intel sollte der Vorteil von Vanderpool in massiven Multi-User-Szenarien besser zur Geltung kommen. Beispielsweise, wenn viele virtuelle Maschinen parallel auf einem System agieren und somit eine Vielzahl von VM-Entries und VM-Exits zu verzeichnen sind.

Bei den Testergebnissen ist der Sample-Status unserer Bensley-Evaluierungsplattform zu berücksichtigen. Besonders durch BIOS-Optimierungen sind bis zum Launch im ersten Quartal 2006 noch Verbesserungen zu erwarten. Auch der VT-Support in VMwares Workstation 5.5 wird noch als „experimentell“ bezeichnet.

Ausführliche Informationen über Intels Virtualisierungstechnologie finden Sie bei tecCHANNEL im Artikel Intels Vanderpool virtualisiert CPUs.

Performance-Test: Linux oder Windows der bessere Host?

Die Performance einer virtuellen Maschine liegt durch die Emulation der Hardware sowie dem Exception-Handling natürlich unterhalb des Host-Systems. Doch wie groß sind die Leistungseinbußen mit VMwares Workstation 5.5, wenn Linux oder Windows in einer virtuellen Maschine laufen?

Zur Klärung messen wir mit verschiedenen Benchmarks zuerst die Performance des Host-Systems. Als Betriebssystem verwenden wir Windows Server 2003 sowie SUSE Linux 10.0. Dann überprüfen wir die Performance von Windows Server 2003 in der virtuellen Maschine – jeweils mit Windows Server 2003 und mit SUSE 10.0 als Host. Dadurch wird die Frage geklärt, welches Host-Betriebssystem für VMwares Workstation 5.5 besser geeignet ist.

Mit SUSE Linux 10.0 verfahren wir auf die gleiche Weise: Native Performance, Geschwindigkeit mit Windows Server 2003 sowie SUSE Linux 10.0 als Host-Betriebssystem.

Als Testplattform dient uns ein Bensley-Evaluierungssystem von Intel. Die Plattform setzt zwei Intel Xeon 5070 „Dempsey“ mit 3,46 GHz Taktfrequenz ein. Als Hauptspeicher stehen vier GByte FB-DIMMs zur Verfügung. Bei allen Benchmarks ist die Vanderpool-Technologie der Dempsey-Prozessoren im BIOS aktiviert. Alle Einstellungen bei VMwares Workstation 5.5 für die virtuellen Maschinen sind identisch.

Einen ausführlichen Test von Intels Xeon 5070 können Sie bei tecCHANNEL im Artikel Exklusiv: Erster Test! Intel Dempsey jetzt mit 3,46 GHz nachlesen.

Windows-Performance: Integer

Wir setzen die SPEC-Benchmarks unter Windows Server 2003 praxisnah ein und kompilieren sie für das Base-Rating. Dazu verwenden wir Intel C++ 9.0 und MS Visual Studio .NET für alle Integer-Tests.

Der SPECint_base2000-Benchmark arbeitet singlethreaded und nutzt die Vorteile von Hyper-Threading und Dual-Core nicht. Auch die SMP-Fähigkeit von VMwares Workstation 5.5 bleibt hier ungenutzt. Die ermittelten Werte gelten als Indiz für die Integer-Performance des Prozessors.

Windows-Performance: Floating-Point

Wir setzen die SPEC-Benchmarks unter Windows Server 2003 praxisnah ein und kompilieren sie für das Base-Rating. Dazu verwenden wir Intel C++ 9.0 und MS Visual Studio sowie Intel Fortran 9.0 für alle Fließkommatests.

Der SPECfp_base2000-Benchmark arbeitet singlethreaded und nutzt die Vorteile von Hyper-Threading und Dual-Core nicht. Auch die SMP-Fähigkeit von VMwares Workstation 5.5 bleibt hier ungenutzt. Die ermittelten Werte gelten als Indiz für die Floating-Point-Performance des Prozessors.

Windows-Performance: Raytracing

Das Raytracing-Programm POV-Ray ist ein frei erhältliches Open-Source-Tool zum kreieren von 3D-Grafiken. Der „Persistence of Vision Raytracer“ existiert in der Version 3.7. Beta 9 mit optimiertem Thread-Handling. Die Beta-Version wartet außerdem mit einer SSE2-optimierten Rendering-Engine auf.

Für die Tests von VMwares Workstation 5.5 erfolgt der Raytracing-Vorgang jeweils singlethreaded.

Windows-Performance: Cache-/Speicher-Transfer

Die Cache- und Speicher-Performance des Xeon-5070-Prozessors mit FB-DIMMs überprüfen wir mit unserem Programm tecMem aus der tecCHANNEL Benchmark Suite Pro jeweils unter Windows Server 2003. tecMem misst die effektiv genutzte Speicherbandbreite zwischen der Load-/Store-Unit der CPU und den unterschiedlichen Ebenen der Speicherhierarchie (L1-, L2-Cache und RAM). Die Ergebnisse erlauben eine getrennte Analyse von Load-, Store- und Move-Operationen.

Windows Server 2003 läuft einmal nativ auf dem System (ohne Virtualisierung), dann in virtuellen Maschinen von VMware Workstation 5.5 mit Windows Server 2003 sowie mit SUSE Linux 10.0 als Host-Betriebssystem.

Linux-Performance: Integer

Die modulare Benchmark-Suite SysBench für Linux eignet sich neben dem Test von Datenbanken zur Überprüfung der Integer-Performance der Prozessoren, des Speicherdurchsatzes oder der Scheduler-Performance des Betriebssystems.

Beim CPU-Test von SysBench berechnet der Benchmark die Primzahlen bis zu einer wählbaren Obergrenze. In unserem Fall lassen wir alle Primzahlen bis 100.000 berechnen. Als Ergebnis übergibt SysBench die benötigte Zeit. Die Berechnung der Primzahlen erfolgt in Integer-Operationen.

Die Thread-Anzahl ist beim CPU-Test von SysBench konfigurierbar. Wir führen den Benchmark mit einem Thread durch.

Linux-Performance: Floating Point

Der Linpack-Benchmark wurde in den 70er Jahren ursprünglich für Supercomputer entwickelt. Bis heute dient Linpack aber als verbreitetes Tool zum Ermitteln der Floating-Point-Performance von Highend-Computern. Das Ergebnis wird in Flops (Fließkomma-Operationen pro Sekunde) angegeben.

Linpack löst komplexe lineare Gleichungssysteme. Die Anzahl der Gleichungen lässt sich dabei stark erhöhen, der Bedarf an Arbeitsspeicher wächst entsprechend mit. Die Speicherzuweisung erfolgt über eine Matrix-Berechnung. Size x LDA x 8 (Anzahl der Gleichungen x Input x 8 bit) ergibt den zu allozierenden Speicher.

Unter SUSE Linux 10.0 32-Bit-Edition setzen wir die 32-Bit-Version von Linpack 2.1.2 ein. Den Benchmark mit SSE3-Unterstützung konfigurieren wir für die Berechnung von 12.000 Gleichungssystemen mit einem Thread. Dabei benötigt Linpack zirka 1,1 GByte Arbeitsspeicher.

Fazit

VMwares Workstation 5.5 bietet mit seinem breiten Support von Host- und Gastbetriebssystemen eine nützliche Plattform für Software-Entwickler und Tester. Auch experimentierfreudige Naturen kommen mit der Workstation auf ihre Kosten. Ohne das eigene System zu „verunstalten“, lassen sich nach Belieben Betriebssysteme und Anwendungen ausprobieren.

Allerdings funktioniert das Ganze nur vernünftig, solange keine grafikintensive Software zum Einsatz kommt. Denn die emulierte VMware SVGA II erledigt nur 2D-Jobs. Und selbst einfaches Fensterverschieben geht in den virtuellen Maschinen manchmal ruckelig vonstatten. Doch bis die Grafikkarte des Systems selbst virtualisiert wird, vergehen noch einige Jahre. Immerhin demonstrierte Intel bereits erste Versuche mit virtualisierter 3D-Grafik.

Für die Prozessoren gibt es die Virtualisierung mit Intels Vanderpool-Technologie bereits. VMwares Workstation 5.5 unterstützt die neue Technik „experimentell“. Allerdings darf von Vanderpool kein großer Performance-Schub erwartet werden – der findet definitiv nicht statt. Schließlich arbeiteten die CPUs in den virtuellen Maschinen durchschnittlich nur drei bis maximal acht Prozent langsamer als direkt auf dem Host-System. Der Spielraum für Vanderpool in Bezug auf die Performance bleibt somit minimal. Allerdings soll die Technologie für mehr Betriebssicherheit sorgen.

Gut zu wissen ist auch, dass es VMwares Workstation 5.5 aus Sicht der Performance egal ist, ob es auf Windows oder Linux installiert ist. Die Unterschiede verschwinden im vernachlässigbaren Ein-Prozent-Bereich.

Die Bedienung der Virtualisierungs-Software ist denkbar einfach und kann ohne Handbuchstudium erfolgen. Auch den Bedienkomfort verbesserte VMware mit der 5.5er Version nochmals. Beispielsweise durch Clone- und Snapshot-Funktionen sowie umfangreicher Import-Möglichkeiten virtueller Maschinen. Nur die Installation der VMware-Tools in Linux-Gastbetriebssystemen bereitet weiterhin Schwierigkeiten. Bei Fragen erweist sich das VMware-Community-Forum als hilfreich.

Relativ unverändert sind bei der neuen Workstation 5.5 die Preise geblieben: Für die Download-Version verlangt VMware 189 US-Dollar, die Paketvariante steht mit 199 US-Dollar in den Regalen. Eine 30 Tage gültige Testversion mit vollem Funktionsumfang steht bei VMware als Download zur Verfügung. (cvi)