引言

本次性能测试对比了在ZVM和裸机上分别运行不同虚拟机操作系统的性能表现，以评估ZVM平台引入的性能开销与延迟损耗。4个测试结果表明了ZVM引入的延迟和性能损耗均很小，延迟增加平均4%内，性能损耗在1.4%内。

ZVM简介

ZVM项目（仓库地址：https://gitee.com/openeuler/zvm）是在开源实时操作系统 Zephyr RTOS（由Linux基金会托管）上构建的一款虚拟机管理器（Hypervisor），ZVM一方面继承了Zephyr RTOS的开源生态和特性，另一方面为业界提供了一个原创的面向嵌入式场景的开源虚拟化平台解决方案。

ZVM整体架构

ZVM测试概述

ZVM的性能测试在瑞芯微RK3568芯片上进行（开发板采用ROC-RK3568-PC），RK3568芯片是一款代表性的基于ARMv8.2架构（采用Cortex A55）的4核CPU国产SoC芯片。本次性能测试主要对比虚拟机操作系统（VM）在裸板（即RK3568裸板）和 ZVM（即ZVM on RK3568）上的各种性能指标，包括系统线程的调度时延、中断处理时延、内核对象的操作时间、系统吞吐量等。本次测试采用的VM为Zephyr RTOS（3.7 LTS）和Debian（Linux 5.10内核），使用的测试集包括：1）Zephyr Latency  Measure测试集；2）Debian Cyclictest测试集；3）Zephyr Sys kernel测试集；4）Debian Unixbench测试集。前两个测试集关注VM的系统延迟，后两个测试集关注VM的整体性能，具体说明见下面测试中描述。

测试1：Zephyr RTOS的延迟测试

我们分别在裸板和ZVM上运行Zephry RTOS，并在ZephyrRTOS中运行Zephyr Latency measure测试集，该基准测试测量选定内核功能的平均延迟，如线程上下文切换、中断处理、信号量收发的延迟，测试项的细节见Zephyr Latency measure：https://github.com/zephyrproject-rtos/zephyr/tree/main/tests/benchmarks/latency_measure 中列出的基准项。

Zephyr中运行Latency Measure测试结果

测试结果如上图所示，纵坐标代表各个基准项目的时延（单位为ns），横坐标为各个基准测试项。结果显示，相比于裸机，Zephyr RTOS运行在ZVM上时，“Context switch between preemptive thread”测试项的延迟增加了7.1%，“Abort thread”测试项增加了2.4%，所有其他测试项延迟增幅均低于1%,且大部分是0增长。整体结果表明，ZVM对Zephyr RTOS的各项基准测试延迟的影响很小。

测试2：Debian的延迟测试

我们分别在裸板和ZVM上运行Debian，并在Debian中运行Cyclictest测试集，Cyclictest 是一个用于测量 Debian系统实时性能的工具，尤其是测量系统的 中断延迟 和 调度延迟。它通常用于测试系统在实时场景下的响应能力，以确保系统在关键任务中具备足够的实时性。见Cyclictest：https://wiki.linuxfoundation.org/realtime/documentation/howto/tools/cyclictest/test-design详细描述。在测试过程中，我们还通过stress工具逐步增加Debian的负载，依次将CPU密集型线程数量从1个增加到8个，每次Cyclictest测试的运行时间为30分钟，累计运行时间4小时。我们同时使用stress生成固定数量的IO和内存密集型任务，以模拟真实部署场景。

Debian中运行Cyclictest测试结果

测试结果如上图所示，横坐标为CPU密集型线程数量，纵坐标为具体的延迟数据指标（单位为us）。我们选择1，2，4，8等四个CPU密集型任务数量作为采样点。结果显示，相比于裸机，Debian运行在ZVM上时，最大延迟增加了6.2%，最小延迟增加了2.4%。随着系统负载的增加，Debian在ZVM运行的Cyclictest测试结果逐渐逼近裸机。具体原因是负载较轻情况下ZVM本身内核的线程存在资源竞争会会对Debian线程有一定影响，而当负载到达一定临界值时，裸机与ZVM的资源竞争都满量。

测试3：Zephyr RTOS的开销测试

我们分别在裸板和ZVM上运行Zephyr RTOS，并在Zephyr RTOS中运行Zephyr sys kernel基准测试集，其主要评估Sem、LIFO、FIFO、堆栈和Memslab等内核对象的操作效率，以体现系统开销。见Zephyr sys kernel：https://github.com/zephyrproject-rtos/zephyr/tree/main/tests/benchmarks/sys_kernel 详细描述。

Zephyr中运行Sys kernel测试结果

测试结果如上图所示，横坐标为各项基准测试项目，纵坐标为相关执行项的时间（单位为ns）。测试结果显示，相比于裸机平台，ZVM上运行Zephy RTOS的Semaphore 3测试项的损耗最大（8.7%），LIFO #3项的性能损耗为5.4%，其余损耗均在3%以内，且FIFO/Stack/Memslab等多个测试项的损耗为0。相比于裸机，ZVM引入的平均开销损耗仅为1.4%，说明ZVM上运行Zephyr RTOS的性能达到了裸机平台的98.6%。

测试4：Debian的开销测试

我们分别在裸板和ZVM上运行Debian，并在Debian中运行UnixBench基准测试集。UnixBench套件包含多项测试，每项测试评估Debian性能的不同方面，并提供相应的评分。最终，这些评分会被加权并平均，生成一个综合分数作为系统整体性能的评估值，即系统基准指数分数（System Benchmarks Index Score），详细描述见UnixBench：https://github.com/kdlucas/byte-unixbench。

Debian中运行Unixbench测试结果

测试结果如上图所示，横坐标为各项基准测试项，纵坐标各个基准项的评分（Score数值）。测试结果显示，相比于裸机平台，ZVM上运行Debian的Process Creation测试项所引入的性能损耗最大（5.7%），其余项的性能损耗都在2%以内。ZVM和裸机对比，基准指数分数上的开销损耗仅为0.7%。说明ZVM上运行Debian的性能达到了裸机平台的99.3%，基本可以忽略不计。

总结

4个测试结果表明了ZVM引入的延迟和性能损耗均很小，延迟增加平均4%内，性能损耗在1.4%内。测试的详细说明和使用方法参考：https://gitee.com/openeuler/zvm。