性能评测｜虚拟化和裸金属 K8s 哪个性能更好？

本文重点

整体而言，SKS（虚拟机 Kubernetes）可以达到裸金属 Kubernetes 性能的 82% – 96%，满足绝大部分场景下生产容器应用的性能需求。
更多虚拟化与裸金属 Kubernetes 架构、特性、适用场景与性能对比，欢迎阅读文末电子书《IT 基础架构团队的 Kubernetes 管理：从入门到评估（更新版）》。

前段时间，我们通过《虚拟化 vs. 裸金属：K8s 部署环境架构与特性对比》和《适合在虚拟化环境中部署 Kubernetes 的三个场景》两篇文章，从功能特性和应用场景的角度，对比了虚拟化环境和裸金属环境部署 Kubernetes 的区别和优劣势。在性能方面，虽然普遍认为裸金属支持 Kubernetes 性能更佳，但对于两个环境的具体表现和性能差距并没有明确的数据参考，甚至有不少用户认为“虚拟化上的 Kubernetes 不能满足生产需求”。

为了让用户直观感受两个环境对 Kubernetes 的支持能力，我们分别测试了基于裸金属与 SMTX Kubernetes Service（SKS）运行有状态应用和无状态应用的性能表现。综合结果显示，SKS（虚拟机 Kubernetes）可以达到裸机 Kubernetes 性能的 82% – 96%，满足绝大部分场景下生产容器应用的性能需求。

1 测试目标

在 Kubernetes 版本、相关的调优参数、应用的资源配置均保持一致的情况下，对比测试超融合（虚拟化环境）上部署 Kubernetes 集群与裸金属服务器部署 Kubernetes 集群的基础性能、有状态应用性能和无状态应用性能。其中，有状态应用选择 MySQL、Redis 和 Kafka，无状态应用选择 Nginx 和微服务测试 Online Boutique。

在这次测试中，我们使用了配置相同（包括 CPU、内存、本地盘和网络）的裸金属服务器。这些服务器被用于部署两种 Kubernetes 集群：一种是通过 SmartX 超融合（内置原生虚拟化 ELF）部署的 SKS Kubernetes 集群（包含 1 个 Control Plane 和 1 个 Worker），另一种是直接运行在一个裸金属上的 Kubernetes 集群。

SKS Kubernetes 集群使用了超融合集群自身的分布式存储，而裸金属上的 Kubernetes 集群则通过 CSI 使用了分离部署的分布式存储集群的资源。这个分布式存储集群的配置（CPU/内存/本地盘/网络）与超融合集群保持一致。

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测试环境架构图

为了方便表述，下文中两种测试环境分别简称为“SKS”和“裸金属 Kubernetes”。

2 测试环境配置

2.1 软件环境

2.1.1 SKS 环境（基于超融合部署）

SMTX OS（SmartX 超融合软件）：

SKS：

2.1.2 裸金属环境

2.2 硬件环境

裸金属服务器配置见下表。

3 测试过程与结果

3.1 基础性能测试

利用 FIO 对两个环境进行压力测试，结果显示，得益于 SMTX ELF CSI 具备超融合系统中 I/O 本地化的性能优势，SKS 相比裸金属 Kubernetes 性能更佳。

3.2 有状态应用测试

3.2.1 MySQL软件列表：

测试结果：

ReadWrite

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连续 1 小时压测

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3.2.2 Redis参数设定：

10,000,000 requests
200 parallel clients
Mixed 模式数据持久化模式（AOF、RDB）

测试结果：

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3.2.3 Kafka参数设定：

6 Partition 3 Replication
num-records 10,000,000

测试结果：

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3.3 无状态应用测试

3.3.1 Nginx软件列表：

测试结果：

可以看到，20000 以下的用户并发场景下，SKS 与裸金属 Kubernetes 性能相差小于 1%。

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长时间运行后，25000 用户并发场景下，SKS 与裸金属 Kubernetes 性能相差在 12% 左右。

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3.3.2 微服务测试 Online Boutique

Online Boutique 是一个云优先的微服务演示应用程序，由 11 层微服务应用程序组成。该应用程序是一个基于网络的电子商务应用程序，用户可以在其中浏览商品、将其添加到购物车并购买。

软件列表：

测试结果：

可以看到，5000 以下的用户并发场景下，SKS 与裸金属 Kubernetes 性能相差小于 4%，后随着用户数量提升，最大差距在 20% 左右。

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4 测试结论

综合以上测试结果，可以看到，在 SKS 上运行的有状态和无状态应用的整体性能水平，可达到裸金属 Kubernetes 的 82% – 96%，在一些常规业务压力的场景下，SKS 与裸金属 Kubernetes 几乎可以提供相同的性能，满足绝大多数业务场景的性能需求。具体来说：

SKS 可以很好地支撑处于早期和起步阶段的用户的容器化应用。
SKS 可以很好地支撑所有场景中的研发测试集群上的容器化应用。
虽然各类企业应用对性能的需求不尽相同，但通过以上多个场景的测试结果可以看出，SKS 可满足大部分常规应用场景的性能需求（除非应用对性能要求非常严格，或同时在线用户数可达到较高水平）。SKS 在下一版本也会增加对裸金属部署环境的支持能力，以满足不同用户和应用的性能需求。
另外值得注意的是，此次测试时 SKS 基于 SmartX 超融合部署，并开启了 Boost 模式进行加速，其他的虚拟化方案可能无法达到相同的性能水平。

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此外，正如《适合在虚拟化环境中部署 Kubernetes 的三个场景》文章中提到，虽然虚拟化和裸金属支持 Kubernetes 在性能上有所差距，但由于虚拟化在资源效率、弹性扩缩、安全隔离、简易运维等方面的优势，Gartner 预计直到 2027 年依旧会有 70% 的数据中心 x86 工作负载部署在虚拟化环境，为容器化应用提供敏捷支持。

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