Linnéuniversitetet

Projektrapport – Grundläggande Operativsystem 1DV415

Prestandatest mellan Windows ochLinux

Erik Källqvist, Teddy Wong, Douglas Rikardsson

10 januari 2014

Sammanfattning

Vi har i vårt laborativa experiment testat och analyserat skillnaden mellan Win-dows 8.1 och Ubuntu 12.04 LTS. Testerna simulerades helt virtuellt i VMWare.Genom att använda oss av testprogrammet Geekbench 3.1.3 har vi kunnat mätaflera olika delar, bla. grafik, minne och kryptering, samt fått fram ett slutgil-tigt resultat som sammanfattar hela operativsystemen. Varje test genomfördestre gånger på såväl Windows 8.1 som Ubuntu. Resultaten talar för en mind-re ledning för Ubuntu med 1,6 procent i singlecore-tester samt 4,2 procent imulticore-tester. Detta är dock resultat man får ta med en nypa salt då det oftafinns en felmarginal samt att testerna är gjorda i en virtuell miljö.

Vi hade även velat testa med flera olika testprogram som dels testar systemetpå andra sätt men också samma typer av tester för att se hur dessa kan skiljasig åt. Tyvärr är det väldigt få testprogram som stödjer ”cross-platforms”, dvsmöjligheten att köras på olika operativsystem.

Projektrapport – Grundläggande Operativsystem 1DV415

1 IntroduktionSom grund för detta experiment användes programmet VMWare för att kun-na simulera dessa beräkningar och ladda hem de program och mätverktyg somskulle användas. För att underlätta användargränssnittet och för att optimeratestresultaten installerades VMWare Tools.

Operativsystemen som användes genom VMWare var Windows 8.1 och Ubuntu12.04 LTS vilka kördes i två separata maskiner med samma förutsättningar.Hårdvaran bestod av följande:

• RAM-minne: 4GB 1066 MHz

• Processor: Intel Xeon W3530 2.8 GHz

• Grafikkort: NVIDIA Quadro FX 580

• Lokal hårddisk: HITACHI GST – Deskstar 7K1000.C - SATA 3.0Gb/s -16MB Cache - 320 GB kapacitet

• Linnéuniversitetet använder även en nätverksbaserad hårddisk-lösning somvåra virtuella maskiner lagras på. Denna faktor bör man begrunda då denkraftigt kan påverka resultatet i våra tester.

.

I båda operativsystemen gjordes alla aktuella uppdateringar för att får fram ettså rättvist resultat som möjligt.

Programvaran som användes för att utföra alla beräkningar var Geekbench 3.1.3.Detta är ett av de få testprogram som är kompatibelt för både Windows ochUbuntu. Sökandet efter ett program som stödjer båda operativsystemen varett stort problem. Vi ratade flera program på vägen på grund av kompatibi-litetsproblem mellan operativsystemen. Vi fann dock två andra program somvi försökte installera på Ubuntu-maskinen. Dessvärre gav dessa minnesfel och”internal errors” vid installationsprocessen. Av tidsskäl blev då Geekbench detenda program som vi valde att använda oss av. Vi började därefter undersökadess funktioner och saker som programmet testade. När vi visste det kunde lit-teratur om just detta plockas fram.

Eftersom att vi nu bildade oss en uppfattning om vad mätningarna omfattadeså anser vi att dessa ger en tillräckligt komplett bild i ett jämförande av opera-tivsystem. En annan fördel med Geekbench är dess flexibilitet att kunna köraflera olika typer av tester i samma program.

Anledningen till att vi valde just dessa operativsystem är att Ubuntu är detmest kända operativsystem inom Linux desktops. Vi valde version 12.04 för det

2

Projektrapport – Grundläggande Operativsystem 1DV415

är deras senaste ”Long Time Support” version för närvarande. På Microsoft-sidan valde vi Windows 8.1 då det är den senaste versionen från Microsoft ochden versionen som många användare uppgraderar till.

Ytterligare en aspekt som gör att just dessa två system känns intressanta attjämföra är deras divergens vad gäller kärnstrukturen. Ubuntu bygger sitt sy-stem på en monolitisk kärna utan user space. Detta innebär att man slipperoverhead-tid. Windows 8 bygger däremot på en hybridkärna vilket är en kombi-nation av en monolitisk kärna med en microkärna-arkitektur. I denna strukturjobbar vissa processer direkt från kernel space mot applikationen i fråga medanvissa passerar user mode. Detta bör ge viss overhead och då också påverka deslutliga resultaten. Med hjälp av litteratur har vi fått fram en teori som pekarpå att Ubuntu bör få bättre resultat i våra tester tack vare dess monolitiskakärnstruktur.

Då Linux generellt är mer komplext att använda gentemot Windows så tyckervi att det vore intressant att ställa dessa två mot varandra för att ta reda påeventuella fördelar hos Linux. Eftersom att vi inte har några större erfarenheterav Linux-miljöer är detta ett bra sätt att ta reda på om det finns några fördelarmed detta OS som väger upp dess komplexitet gentemot Windows.

Linux används idag mer och mer i Enterprise-miljön men har även börjat använ-das mer inom desktop-miljön där Ubuntu ligger högt [1]. Detta tycker vi är enintressant aspekt då många av dessa företag kan välja vilket OS de vill och trotsdet väljer Linux. Detta visar att Linux har utvecklats till att kunna erbjudaän bättre användarupplevelse än tidigare. De fördelarna som vi tror att dessaföretag och privatpersoner uppskattar är förmodligen det minimala virushotetjämfört med Windows. Den finansiella delen är garanterat uppskattad då Ubun-tu är open source och därmed gratis. De flesta versionerna av Linux är ocksåsimpla att uppdatera och installera[2].

Linux har generellt sett lägre hårdvarukrav för att drivas vilket bör ses som enfördel. Det är denna ”eventuella” fördel som vi vill ta reda på. Hur stor skillnadkan det vara och skiljer det mycket vid flerkärniga applikationer?

2 ExperimentProgrammet Geekbench 3.1.3 är ett verktyg som fungerar på många system.Testerna som utförs på Ubuntu 12.04 LTS sker direkt i terminalen medan påWindows 8.1 körs programmet i ett grafiskt gränssnitt. Alla tester beräknaranvändning av Single-core och Multi-core och tog cirka fem minuter vardera.Testerna utfördes tre gånger per operativsystem för att på så sätt undvika fel-aktig mätning. Medelvärdet användes sedan för att fastställa ett acceptabeltresultat.

3

Projektrapport – Grundläggande Operativsystem 1DV415

Följande tester beräknar hastigheten för algoritmberäkning i olika typer av kryp-teringsalgoritmer. Advanced Encryption Standard(AES), Twofish är separatakrypteringsalgoritmer och SHA-2 är en samling hashfunktioner [3].Även en funktion för ”Edge-detection” som beräknar hastigheten det tar för sy-stemet att analysera bilder och dess pixeluppbyggnad i kontraster presenteras idenna stapel (Sobel) [4]. Beräkningarna presenteras genom enheten MB/sek.

Figur 1: Resultat av kryptering samt Edge-detection för Singlecore-användning

Figur 2: Resultat av kryptering samt Edge-detection för Multicore-användning

Här ser vi att Ubuntu vinner i tre fall av fyra. Algoritmberäkningar i olikatyper av krypteringsalgoritmer har alltså generellt sett högre hastighet i Ubuntujämfört med Windows 8.1 i de flesta fall.

4

Projektrapport – Grundläggande Operativsystem 1DV415

Dessa tester beräknar hastigheten för att komprimera data där man med hjälpav källkod återskapar data med färre bitar [5]. Bzip2 är en välanvänd kompri-meringsmjukvara i UNIX-miljöer. Även resultat från komprimering av bildfileri Jpeg- och Png-format visas i denna stapel.

Figur 3: Resultat av komprimering i Singlecore

Figur 4: Resultat av komprimering i Singlecore

Dessa diagram tydliggör att Ubuntu har en fördel vad gäller komprimering avfiler i programmet Bzip2 vid både komprimering och dekryptering för bådesingle- och multicore. Resterande resultat för både single- och multicore skiljersig marginellt. Här sticker inte något av operativsystemen ut.

5

Projektrapport – Grundläggande Operativsystem 1DV415

I detta test används algoritmen Dijkstra för att mäta kortaste vägen mellangivna noder i exempelvis ett nätverk [6]. I en verklig situation kan denna al-goritm användas inom många områden, exempelvis vid dirigering för att finnaden effektivaste vägen när transportsträckor läggs ut.

Figur 5: Resultat av användning av Dijktstras algoritm.

Även i dessa tester drar Ubuntu det längsta strået och presterar bäst i prestan-datestet med såväl singlecore som multicore.

6

Projektrapport – Grundläggande Operativsystem 1DV415

Följande diagram visar skillnaden på hur effektivt operativsystemen analyserargrafiska simulationer. N-body simulerar dynamiska partikelsystem, som stjärnori rymdspel och dess banor påverkade av gravitation [7].

Ray-trace är en teknik för att rendera visuella ljusstrålar tillsammans med andraobjekt [8]. Tekniken används inom 3D-grafik till främst stillbilder eller andralångsamma renderingar.

Figur 6: Resultat vid användning av grafiska simulationer.

Här blir det ingen större skillnad på resultaten. Man bör dock notera att det ärväldigt gynnsamt att använda multicore när Ray-Trace används.

7

Projektrapport – Grundläggande Operativsystem 1DV415

Följande stapeldiagram visar effektiviteten hos operativsystemen när de arbetarmed filter inom området bildredigering [9]. Två filter används, ett för att skärpaupp bilden och ett som används för att ge oskärpa.

Figur 7: Resultat av effektiviteten vid användning av filter inom bildredigering.

Även här kan man se en klar fördel med användning av multicore. Dessa resultatblir markant bättre vid användning av just multicore. Som operativsystem ärUbuntu klart bäst i denna situation. Den klarar testerna bäst i såväl singlecoresom multicore.

8

Projektrapport – Grundläggande Operativsystem 1DV415

Slutligen kördes ett test på hur operativsystemen skiljer sig i minneshanteringenoch dess förmåga att hantera olika typer av dataöverföring från och till systemetsinternminne. Testet består av att skiva till och från minnet och mäta skalningenoch räknas i GB/sek.

Figur 8: Resultat visar effektiviteten vid minneshantering.

Detta test känns som ett av de mer väsentliga gällande den totala hastighetenav systemet. Ett snabbt internminne gör systemet responsivt och att operativ-systemet flyter på bra.

9

Projektrapport – Grundläggande Operativsystem 1DV415

Här är det slutgiltiga diagrammet som visar ett sammaställt resultat för bådesinglecore och multicore. Vi kan se att Ubuntu är starkast i båda testerna vilketvisar på en seger för Ubuntu i vår prestandajämföring. Vad som också är värtatt notera är den stora skillnaden på resultaten mellan single- och multicore.Vid generell användning av multicore höjs prestandan markant i flertrådadeapplikationer.

Figur 9: Total summering av resultaten

10

Projektrapport – Grundläggande Operativsystem 1DV415

3 SlutsatserVi tyckte själva att experimentet gick som planerat. Programmet som vi an-vände som mätverktyg fungerade på ett tillfredsställande sätt och vi kunde fåut bra siffor och diagram. Det program vi skulle använda oss av tog lång tidatt installera i Linux då våra kunskaper är här är begränsade. Windows 8.1 togockså lång tid då det var många uppdateringar som skulle genomföras innan vikunde komma igång. Installationen av testprogrammet gick däremot smidigt iWindows. På grund av detta hann vi bara med att göra tre tester för varderaoperativsystem. Här ställer vi oss frågan om tre försök är tillräckligt. Initielltsett så tror vi det. Däremot kan man ställa sig frågande till om vi hade fått utett mer rättvist resultat om vi gjort testet än fler gånger?

Som vi trodde hade Ubuntu med sin monolitiska kärna något bättre prestanda.I enskild desktop-miljö tycker vi att skillnaden inte är tillräckligt stor för attjust det ska fälla avgörande vilket operativsystem man väljer att använda. Omvi däremot hade gjort samma tester i en server-version och fått samma resultatbör dessa siffror tas i beaktning vid större server-miljöer.

Vi hade gärna gjort detta test med flera olika Linux-distributioner. Det hadedå varit intressant att se vad som skiljer sig mellan de olika inriktningar, exem-pelvis server, multimedia eller laptop. Det hade även varit spännande att testaWindows 7 då detta operativsystem fortfarande används flitigt och anses avmånga vara bättre än Windows 8.

11

Projektrapport – Grundläggande Operativsystem 1DV415

Litteraturförteckning

[1] Distrowatch, “Popularitet,” 2013. [Online]. Available: http://distrowatch.com/index.php?dataspan=2013

[2] mnsgroup. (2012) Mac, windows and linux: The pros and cons of eachoperating system. [Online]. Available: http://www.mnsgroup.com/blog/mac-windows-and-linux-the-pros-and-cons-of-each-operating-system/

[3] B. Esslinger. (2010) The cryptool script: Cryptography, mathematics, andmore. [Online]. Available: https://web.archive.org/web/20110722183013/http://www.cryptool.org/download/CrypToolScript-en.pdf

[4] E. Aybar. Sobel edge-detection method for matlab. [Online].Available: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.101.9053&rep=rep1&type=pdf

[5] G. E. Blelloch. (2013) Introduction to data compression. [Online]. Available:http://www.cs.cmu.edu/~guyb/realworld/compression.pdf

[6] R. L. R. C. S. Thomas H. Cormen, Charles E. Leiserson. (2009) Introductionto algorithms. [Online]. Available: http://tberg.dk/books/Introduction_to_algorithms_3rd_edition.pdf

[7] M. Trenti. (2008) Gravitational n-body simulations. [Online]. Available:http://arxiv.org/pdf/0806.3950.pdf

[8] T. Nikodym. (2010) Ray tracing algorithm for interactive applications.[Online]. Available: https://dip.felk.cvut.cz/browse/pdfcache/nikodtom_2010bach.pdf

[9] M. G. M. Zohair Al-Ameen, Ghazali Sulong. (2012) A comprehensivestudy on fast image deblurring techniques. [Online]. Available: http://www.sersc.org/journals/IJAST/vol44/1.pdf

12