🥇Sammenligning af ydeevne for KDE Plasma-sessioner baseret på X11 og Wayland

Igor Ljubuncic, der indtil 2024 var ansvarlig for produkter relateret til højtydende computing i Canonical, har udført præstations- og energiforbrugstest af KDE Plasma 6.4-sessioner baseret på X11 og Wayland. I slutningen af juni offentliggjorde Igor en gennemgang af funktionerne i KDE Plasma 6.4, hvor han konkluderede, at sessionen baseret på Wayland præsterer dårligere og lægger mere belastning på CPU og GPU sammenlignet med sessionen baseret på X11. I en ny artikelserie forsøgte Igor at teste ydeevnen af begge sessioner mere grundigt.

Det blev oprindeligt bemærket, at når der blev testet på en Lenovo IdeaPad 3 med en integreret AMD GPU, var CPU'en konstant belastet omkring 8% under Wayland-sessionen, uanset CPU-aktivitet, og hver 2-3 sekunder blev der observeret et hop, der fuldt ud belastede GPU'en. Under X11-sessionen var belastningen på CPU og GPU nul under inaktivitet. Yderligere kontrol med værktøjet radeontop viste et højere ressourceforbrug i Wayland-sessionen, især når "Color Accuracy"-profilen blev aktiveret i skærmindstillingerne. Tabellen nedenfor viser den gennemsnitlige belastning på GPU'en i procent ved en sammenlignelig mængde kørende applikationer og dataindsamling hver sekund i 60 sekunder.

Metric Wayland + energi effektivitet Wayland + farve nøjagtighed X11 Grafik rør 3.31 4.03 2.47 Vertex Grouper + Tesselator 0.33 0.3 0.11 Texture Addresser 0.90 2.03 0.78 Shader Export 2.24 3.03 1.42 Sequencer Instruction Cache 0.06 0.08 0.03 Shader Interpolator 2.58 3.31 1.61 Scan Converter 2.54 3.18 1.54 Primitive Assembly 0.32 0.30 0.11 Depth Block 2.51 3.18 1.53 Color Block 2.51 3.18 1.54 VRAM 26.39 28.44 22.36 GTT 3.92 3.98 3.85 Hukommelseshastighed 33.33 54.90 54.81 Shader Clock 16.67 16.67 16.67

Test af energiforbruget med værktøjet powertop viste også en fordel ved X11-sessionen: energiforbruget for Wayland-sessionen ved udførelse af flere prøver var 6.09 watt, Wayland med "Color Accuracy"-profilen 6.05-6.08 watt, mens X11 var 5.67-5.87 watt. Generelt konkluderes det, at X11-sessionen bruger 3-7% mindre batteristrøm end Wayland.

Lastningstest af CPU med værktøjet vmstat viste, at under inaktivitet forbruger X11-sessionen 1,83% CPU, mens Wayland — 1,97% (2,1% med Color Accuracy-profil). Værktøjet blev kørt på nyoprettede sessioner i terminalen Konsole, gennemsnittet blev beregnet med en sekundær sampling over 60 sekunder. CPU-belastningen ved brug af Wayland var 7,6% højere (14% i Color Accuracy-tilstand) end ved brug af X11-sessionen. I Wayland-sessionen blev der registreret 25% flere afbrydelser og 48% flere kontekstskift.

Metric Wayland + strømeffektivitet Wayland + farvepræcision X11 Gennemsnitligt antal opgaver i køen 0,18 0,35 0,07 Samlede opgaver i køen 11 21 4 Afbrydelser (ind) 1188 1173 937 Kontekstskift (cs) 1195 1208 803 Ledig CPU % (id) 98,03 97,90 98,17

Dernæst blev analysen af opkald under inaktivitet udført ved hjælp af værktøjet perf. KWin_wayland forbrugte cirka 1% (1,5%) af CPU-tiden, mens KWin_X11 — 0,44%. Opkald til amdgpu udgjorde 0,77% (1%) for Wayland og 0,65% for X11. Under inaktivitet i X11-sessionen blev der udført cirka to gange færre CPU-instruktioner end i Wayland-baserede session.

Metric Wayland + strømeffektivitet Wayland + farvepræcision X11 CPU-clock (ms) ~543.000 ~540.000 ~527.000 Kontekstskift 14.415 | 26.547/s 16.120 | 29.864/s 6.021 | 11.436/s CPU-migreringer 72 | 0.133/s 139 | 0.258/s 92 | 0.175/s Sidetabningsfejl 201 | 0.37/s 450 | 0.834/s 75 | 0.142/s Cyklusser 3.95B | 0.007 GHz 4.43B | 0.008 GHz 1.9B | 0.004 GHz Stoppede cyklusser frontend 452,5M | 11,47% 616,5M | 13,92% 213M | 11,13% Stoppede cyklusser backend 1,42B | 36,04% 1,45B | 32,82% 618M | 32,28% Instruktioner 780M | 0.2/cycle 1.82 stoppede/cycle 901M | 0.2/cycle 1.61 stoppede/cycle 483M | 0.25/cycle 1.28 stoppede/cycle Grene 168M | 309K/s 193M | 358K/s 104M | 197K/s Grenfejl 13,83% 13,36% 11,7%

I den næste artikel blev testene gentaget i en konfiguration med Kubuntu 24.04 med KDE Plasma 5.27 og en Lenovo Y50-70 bærbar computer med Intel CPU og NVIDIA grafikkort. Resultaterne var omtrent de samme — Wayland-sessionen viste sig at være mindre effektiv end X11. Energiforbruget var 22,42 watt i Wayland og 21,86 i X11, CPU-belastningen i inaktiv tilstand var 0,067 mod 0,050, antallet af kontekstskift var 43.835/s mod 34.133/s, belastningen ved afspilning af 4K-video i VLC var 12,54% mod 4,26%, og WebGL-ydeevnen var 16 FPS mod 29 FPS.

Derefter blev lignende tests udført på Lenovo IdeaPad 3 med AMD CPU/GPU ved hjælp af en ny version fra KDE Neon-projektet. I testen af 4K videovisning i VLC var CPU-belastningen ved brug af X11 med deaktiveret komposittering 3,72%, X11 med aktiveret komposittering 9,8%, Wayland med Color Accuracy (CA) 25,71%, og Wayland i effektivt energiforbrug (PE) 31,51%. På den måde var CPU-belastningen ved brug af Wayland 8-10 gange højere end ved brug af X11.

Ved brug af Wayland blev der også registreret 5-16% flere afbrydelser. Forskellen i GPU-belastning var inden for 2%: Wayland (PE) 56,33%, Wayland (CA) 57,33%, X11 (Comp ON) 57,98%, X11 (Comp OFF) 56,81%. Med hensyn til energiforbrug brugte Wayland mere strøm med 8-49%: Wayland (PE) 13,8-20,4 watt, Wayland (CA) 13,8-14,1 watt, X11 (Comp ON) 10,7-12,1 watt, X11 (Comp OFF) 11,4-14,9 watt. I testen af WebGL Aquarium viste resultaterne for Wayland og X11 sig at være nogenlunde ens: Wayland (PE) 16-38 FPS, Wayland (CA) 18-37 FPS, X11 (Comp ON) 16-42 FPS, X11 (Comp OFF) 21-42 FPS, men energiforbruget ved brug af Wayland var cirka 8% højere.

I sidste ende blev der udført et endnu et eksperiment, denne gang dække GNOME fra Fedora 42 og KDE Plasma 6.4 eller KDE neon. Testen blev udført på en Lenovo IdeaPad 3 med AMD CPU/GPU.

CPU-belastningen i hviletilstand: KDE X11 1,83%, KDE Wayland (PE) 1,97%, KDE Wayland (CA) 2,1%, GNOME Wayland 2,2%.
Energiforbruget i hviletilstand med et enkelt terminalvindue: KDE X11 5,67-5,87 watt, KDE Wayland (CA) 6,05-6,08 watt, KDE Wayland (PE) 6,09 watt, GNOME Wayland 5,83-7,62 watt.
GPU-belastningen i hviletilstand viste sig at være lavest i konfigurationen med GNOME Wayland, men forskellen kan forklares med de kørende applikationer System Monitor og GNOME System Monitor.
I statistikken indsamlet af værktøjet perf blev der brugt mindst CPU-tid i konfigurationen baseret på GNOME.
I testen af 4K 60FPS videovisning i VLC brugte GNOME-sessionen i Fedora lidt mindre CPU (29,6%) end KDE baseret på Wayland i Color Accuracy-tilstand (31,51%), men mere end KDE-sessionen baseret på X11 (9,8%) og Wayland i effektivt energiforbrug (25,71%).
Ved vurdering af GPU-ressurser brugte GNOME-sessionen på Fedora i testen af 4K 60FPS videowiedergivelse i VLC flere GPU-ressourcer. For eksempel var belastningen på GPU-grafikpipeline i GNOME på Fedora 58,21%, i KDE baseret på Wayland 56,33% og 57,33%, mens i KDE X11 var den 57,98%. Forbruget af videomemory i GNOME på Fedora oversteg mere end det dobbelte (50,89) af niveauerne for KDE baseret på Wayland (23,29 og 24,60) og var 15% højere end KDE X11 (44,36).
Energi forbrug under videowiedergivelse: KDE X11 – 11,4-14,9 watt, KDE Wayland (CA) – 13,8-14,1 watt, GNOME Wayland – 12,5-15,6 watt, KDE Wayland (PE) – 13,8-20,4 watt.

Metrik Fedora 42 Wayland KDE neon Wayland (PE) KDE neon Wayland (CA) KDE neon X11 (Comp ON) Idle CPU % (id) 97,8 98,03 97,90 98,17 Kontextskift (cs) 536 1195 1208 803 Interruptioner (in) 929 1188 1173 937 Energi forbrug (watt) 5,83-7,62 6,09 6,05-6,08 5,67-5,87 CPU clock (ms) ~492.000 ~543.000 ~540.000 ~527.000 Kontextskift 9.468 | 19.244/s 14.415 | 26.547/s 16.120 | 29.864/s 6.021 | 11.436/s Idle CPU % ved videowiedergivelse 70,4 68,49 74,29 90,20 GPU-grafikpipelinebelastning ved videowiedergivelse 58,21% 56,33% 57,33% 57,98% VRAM 50,89 23,29 24,60 44,36 Energi forbrug i watt ved videowiedergivelse 12,5-15,6 13,8-20,4 13,8-14,1 11,4-14,9 FPS i WebGL Aquarium-testen 26-29 16-38 18-37 16-42 Energi forbrug i WebGL Aquarium-testen 17-19 17-29 16-27 21-29

De afsluttende testresultater viser, at det er for tidligt at afskrive X11, mens løsninger baseret på Wayland kræver yderligere optimering. X11 betragtes stadig som den mest optimale løsning med hensyn til ydeevne. Implementeringen af Wayland i KDE er angiveligt bedre end i GNOME – GNOME Wayland-sessionen implementeret i Fedora fremstår i testene som mindre effektiv end KDE Wayland-sessionen, som igen halter bagefter KDE X11.

Kilde: opennet.ru

Sammenligning af ydeevne for KDE Plasma sessioner baseret på X11 og Wayland