5. Rendimiento: anfitrión frente a invitado

«Mi VM va lenta» no es una medida. En esta página aprendes a medir la CPU, la memoria y el disco, primero en el anfitrión y después en el invitado, y a explicar la diferencia con números. Es la última pieza de la unidad: conecta lo que sabes de hipervisores, recursos e instantáneas.

Cómo trabajar esta página

Tiempo orientativo: unos 45 minutos de lectura y 90 de práctica.

1. Lee las secciones 1 y 2.
2. Usa la pestaña Reparto de recursos del laboratorio para ver cómo se reparten los recursos.
3. Haz la actividad 7, donde mides un anfitrión y un invitado reales.

1. ¿Qué esperamos?

Una máquina virtual funciona sobre el mismo hardware que el anfitrión, así que no puede ser más rápida. La pregunta es cuánto más lenta es y en qué tipo de trabajo.

Recurso	Qué ocurre en una VM	Diferencia típica
CPU	Con VT-x o AMD-V, la mayoría de las instrucciones se ejecutan directamente en el procesador.	Muy pequeña; a menudo cercana a la velocidad nativa (por ejemplo, el 90 % o más)
Memoria (RAM)	El invitado usa una parte de la memoria del anfitrión. La paginación anidada (EPT/NPT) hace rápida la traducción de direcciones.	Pequeña, si el anfitrión tiene memoria suficiente
Disco	Cada petición de disco pasa por una controladora virtual y por el sistema de archivos del anfitrión.	La mayor diferencia; depende mucho del disco y de las otras VM
Red	Pasa por una tarjeta virtual y por la red del anfitrión.	Pequeña en el uso normal

Los números son solo una orientación: un resultado depende de tu procesador, tu disco, los otros programas que se ejecutan y la configuración de la VM. Por eso medimos en lugar de suponer.

2. ¿Qué hace una VM más lenta o más rápida?

Factor	Efecto	Qué hacer
Tipo de disco	Un SSD cierra casi toda la diferencia; un disco mecánico hace muy lento el trabajo de disco en el invitado.	Guarda la VM en un SSD
Virtualización por hardware	Sin VT-x o AMD-V, la VM es mucho más lenta o no arranca.	Actívala en la UEFI/BIOS
Demasiadas vCPU	Si das más vCPU de las que el anfitrión puede ejecutar a la vez, la VM espera a que haya núcleos libres.	Usa 1-2 vCPU, nunca más que los núcleos del anfitrión
Poca RAM en el invitado	El invitado empieza a usar el disco como memoria (swap), que es muy lento.	Da al invitado lo que necesita
Demasiada RAM para el invitado	Al anfitrión se le acaba la memoria y usa el swap, y todas las VM sufren.	Deja 2-3 GB o más para el anfitrión
Cadenas largas de instantáneas	Cada lectura de disco puede tener que mirar a través de varias capas.	Mantén pocas instantáneas; borra las antiguas
Reserva del disco	Un disco dinámico tiene que crecer mientras el invitado escribe. Uno fijo es más predecible.	Usa tamaño fijo para las pruebas de rendimiento
Otras VM y programas	Compiten por CPU, memoria y disco.	No ejecutes otras tareas pesadas mientras mides
Guest Additions	Sin ellas, los gráficos y el ratón parecen lentos aunque la CPU vaya bien.	Instálalas
Controladora	SATA/AHCI es una buena elección general.	Deja la que viene por defecto salvo que tengas un motivo para cambiarla

3. Cómo medir con justicia

Una buena comparación necesita un método. Sigue estas reglas siempre:

1. Misma prueba, mismo tamaño. Usa el mismo programa y los mismos parámetros en el anfitrión y en el invitado.

2. Sistema tranquilo. Cierra navegadores, actualizaciones y otras VM. Enchufa el portátil, porque algunos portátiles van más lentos con batería.

3. Repite. Ejecuta cada prueba tres veces y usa la mediana (el resultado del medio). La primera ejecución suele ser distinta por las cachés.

4. Condiciones iguales en la prueba de CPU. Si el invitado tiene 2 vCPU, prueba también el anfitrión con 2 hilos (y, como extra, con todos sus núcleos).

5. Anótalo todo. Apunta el anfitrión (CPU, RAM, tipo de disco), la VM (vCPU, RAM, disco) y las órdenes. Sin esto, nadie puede repetir ni entender tus resultados.

6. Calcula el rendimiento relativo. Para resultados en los que más es mejor (operaciones por segundo, MB/s):

   rendimiento relativo (%) = resultado del invitado ÷ resultado del anfitrión × 100

   Para resultados en los que menos es mejor (segundos), usa tiempo del anfitrión ÷ tiempo del invitado × 100.

Conoce primero tu sistema

En un anfitrión o invitado Linux:

lscpu                       # modelo de procesador, núcleos, compatibilidad con virtualización
nproc                       # número de CPU que puede usar el sistema
free -h                     # memoria total y libre
lsblk -d -o NAME,SIZE,ROTA  # discos; ROTA 1 = mecánico, 0 = SSD (un disco virtual puede mostrar cualquiera)
systemd-detect-virt         # dentro de una VM nombra el hipervisor (VirtualBox muestra "oracle")

4. Pruebas en Linux

Puedes instalar una herramienta de pruebas llamada sysbench:

sudo apt install sysbench

CPU

sysbench cpu --cpu-max-prime=20000 --threads=1 run

Fíjate en los events per second (más es mejor) o en el total time (menos es mejor). Repite con --threads=2, o con el mismo número de vCPU que tu invitado.

Memoria

sysbench memory --memory-block-size=1M --memory-total-size=10G run

Fíjate en los MiB transferidos por segundo (más es mejor).

Disco

Puedes medir la velocidad de escritura con dd, una herramienta estándar que copia datos. Esta orden escribe un archivo de 1 GB saltándose la caché de memoria y después lo borra:

dd if=/dev/zero of=./test.tmp bs=1M count=1024 oflag=direct status=progress
rm ./test.tmp

dd muestra la velocidad en MB/s al final. Si quieres probar lecturas y escrituras aleatorias con sysbench:

sysbench fileio --file-total-size=2G prepare
sysbench fileio --file-total-size=2G --file-test-mode=rndrw --time=30 run
sysbench fileio --file-total-size=2G cleanup

Cuidado con la ruta

Escribe el archivo de prueba en una carpeta donde tengas permiso y espacio libre suficiente, y bórralo después. No uses otro disco ni una ruta que no entiendas.

Pruebas sencillas sin instalar nada

Si no puedes instalar programas, puedes medir el tiempo de una tarea:

time sha256sum bigfile.iso       # CPU y lectura de disco
time cp bigfile.iso copy.iso     # lectura y escritura de disco

time muestra real (lo que esperas), user y sys. Para la comparación usa real.

5. Pruebas en Windows

En un anfitrión o invitado Windows puedes usar la prueba de rendimiento gratuita de 7-Zip (menú Tools → Benchmark, o 7z b en un terminal) para comparar CPU y memoria. Para el disco, mide el tiempo de copiar un archivo grande con PowerShell:

Measure-Command { Copy-Item .\big.bin .\copy.bin }

(El valor TotalSeconds es el tiempo.) Usa el mismo archivo en el anfitrión y en el invitado.

6. Leer y explicar los resultados

Una tabla de resultados podría ser así (los números son un ejemplo, no una regla):

Prueba	Anfitrión	Invitado	Rendimiento relativo
CPU, 1 hilo (events/s)	1200	1090	91 %
Memoria (MiB/s)	9500	8300	87 %
Escritura en disco (MB/s)	480	310	65 %

Cómo explicarlo: la CPU está cerca de la velocidad nativa gracias a VT-x; la memoria es algo menor; el disco es lo más débil porque cada escritura pasa por la controladora virtual y por el sistema de archivos del anfitrión, y en este caso el disco del invitado era dinámico.

Cuando escribas un informe:

1. Describe el sistema y el método.
2. Da la tabla con los resultados y el rendimiento relativo.
3. Escribe una conclusión que explique la mayor diferencia con una o dos causas de la sección 2.
4. Di qué cambiarías para mejorarlo y por qué.

No es solo cuestión de velocidad

Aunque el invitado sea un 10-30 % más lento en algunas pruebas, las ventajas (instantáneas, aislamiento, creación rápida) pueden valer mucho más. El objetivo es conocer el coste, no evitar la virtualización.

Comprueba lo aprendido

1. ¿En qué recurso se suele encontrar la mayor diferencia de rendimiento entre anfitrión e invitado? ¿Por qué?

   Respuesta

   En el disco. Cada petición pasa por una controladora virtual y por el sistema de archivos del anfitrión, y el disco se comparte con el anfitrión y con las otras VM.

2. Tu prueba de CPU da 800 events/s en el anfitrión y 720 events/s en el invitado. ¿Cuál es el rendimiento relativo?

   Respuesta

   720 ÷ 800 × 100 = 90 %.

3. Un alumno da 8 vCPU a una VM en un anfitrión con 4 núcleos y la VM va más lenta. ¿Por qué?

   Respuesta

   El hipervisor no puede ejecutar 8 procesadores virtuales a la vez en 4 núcleos reales, así que la VM espera a que haya núcleos libres. Es mejor usar 1-2 vCPU, y nunca más que los núcleos del anfitrión.

4. ¿Por qué repites cada prueba tres veces y usas la mediana?

   Respuesta

   Porque un resultado puede verse afectado por las cachés o por tareas en segundo plano. La mediana de tres ejecuciones es más fiable.

5. Indica tres acciones que pueden mejorar el rendimiento de una VM.

   Respuesta

   Por ejemplo: guardar la VM en un SSD, activar VT-x/AMD-V, mantener un número razonable de vCPU, dar suficiente RAM pero dejar memoria al anfitrión, instalar las Guest Additions y borrar las instantáneas antiguas.

Glosario

English	Castellano
benchmark	prueba de rendimiento
performance	rendimiento
throughput	velocidad de transferencia
latency	latencia
median	mediana
thread	hilo
swap	memoria de intercambio
native	nativo
relative performance	rendimiento relativo
cache	caché

Créditos

Esta página adapta los apuntes del curso de SOM de Moisés Mas Rocamora, Daniel Álvarez Santamaría y Jana Taboada León, con licencia CC BY-NC-SA 4.0. Esta página se comparte con la misma licencia.