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Leistungsvergleich der KDE Plasma-Sitzungen unter X11 und Wayland

Igor Ljubunchich, der bis 2024 bei Canonical fĂŒr Produkte im Bereich Hochleistungsrechnen verantwortlich war, hat die Leistung und den Energieverbrauch der KDE Plasma 6.4-Sitzungen unter X11 und Wayland getestet. Ende Juni veröffentlichte Igor eine Übersicht ĂŒber die Möglichkeiten von KDE Plasma 6.4, in der er zu dem Schluss kam, dass die Sitzung unter Wayland in der Leistung hinter der Sitzung unter X11 zurĂŒckbleibt und sowohl CPU als auch GPU stĂ€rker belastet als die Sitzung unter X11. In einer Reihe neuer Artikel versuchte Igor, die Leistung beider Sitzungen eingehender zu testen.

Es wurde zunĂ€chst festgestellt, dass bei Tests auf einem Lenovo IdeaPad 3 mit integriertem AMD-GPU die CPU im Wayland-Sitzungsmodus unabhĂ€ngig von der CPU-AktivitĂ€t konstant mit etwa 8 % belastet war, wĂ€hrend alle 2-3 Sekunden ein Anstieg zu beobachten war, der die GPU vollstĂ€ndig auslastete. Im X11-Sitzungsmodus war die Last auf CPU und GPU wĂ€hrend des Leerlaufs auf null. Eine weitere ÜberprĂŒfung mit dem Tool radeontop zeigte einen höheren Ressourcenverbrauch unter Wayland, insbesondere bei Aktivierung des Profils 'Farbgenauigkeit' in den Bildschirm Einstellungen. In der folgenden Tabelle ist die durchschnittliche GPU-Belastung in Prozent bei einer Ă€hnlichen Anzahl empfohlener Anwendungen und der Datenerfassung jede Sekunde ĂŒber 60 Sekunden aufgefĂŒhrt.

Metrik Wayland + Energieeffizienz Wayland + Farbgenauigkeit X11 Grafik-Pipeline 3,31 4,03 2,47 Vertex Grouper + Tesselator 0,33 0,30 0,11 Textur-Adressierung 0,90 2,03 0,78 Shader-Export 2,24 3,03 1,42 Sequenzierer-Instruction-Cache 0,06 0,08 0,03 Shader-Interpolatoren 2,58 3,31 1,61 Scan-Converter 2,54 3,18 1,54 Primitive Assembly 0,32 0,30 0,11 Tiefenblock 2,51 3,18 1,53 Farbblock 2,51 3,18 1,54 VRAM 26,39 28,44 22,36 GTT 3,92 3,98 3,85 Speicher-Takt 33,33 54,90 54,81 Shader-Takt 16,67 16,67 16,67

Die ÜberprĂŒfung des Energieverbrauchs mit dem Tool powertop zeigte ebenfalls einen Vorteil fĂŒr die Sitzung unter X11: Der Energieverbrauch der Sitzung unter Wayland betrug bei mehreren Messungen 6,09 Watt, Wayland mit dem Profil 'Farbgenauigkeit' 6,05-6,08 Watt, und X11 5,67-5,87 Watt. Insgesamt wurde festgestellt, dass die Sitzung X11 3-7 % weniger Batterielaufzeit verbraucht als Wayland.

Die CPU-BelastungsprĂŒfung mit dem Tool vmstat zeigte, dass wĂ€hrend des Leerlaufs die X11-Sitzung 1,83 % CPU verbrauchte, wĂ€hrend Wayland 1,97 % (2,1 % im Farbgenauigkeitsprofil) benötigte. Das Tool wurde in frisch erstellten Sitzungen im Konsole-Terminal ausgefĂŒhrt, wobei der Durchschnittswert ĂŒber eine einsekĂŒndliche Abtastung ĂŒber 60 Sekunden ermittelt wurde. Die CPU-Belastung bei der Verwendung von Wayland war um 7,6 % (im Farbgenauigkeitsmodus um 14 %) höher als bei der Verwendung der X11-Sitzung. In der Wayland-Sitzung wurden 25 % mehr Interrupts und 48 % mehr Kontextwechsel festgestellt.

Metrik Wayland + Energieeffizienz Wayland + Farbgenauigkeit X11 Durchschnittliche Anzahl von Aufgaben in der Warteschlange 0,18 0,35 0,07 Gesamtzahl der Aufgaben in der Warteschlange 11 21 4 Interrupts (in) 1188 1173 937 Kontextwechsel (cs) 1195 1208 803 Leerlauf-CPU % (id) 98,03 97,90 98,17

Anschließend wurde mit dem Tool perf eine Analyse der Aufrufe wĂ€hrend des Leerlaufs durchgefĂŒhrt. KWin_wayland benötigte etwa 1 % (1,5 %) der CPU-Zeit, wĂ€hrend KWin_X11 0,44 % in Anspruch nahm. Die Zugriffe auf amdgpu betrugen 0,77 % (1 %) fĂŒr Wayland und 0,65 % fĂŒr X11. Im Leerlauf wurde in der X11-Sitzung ungefĂ€hr halb so viele CPU-Instruktionen ausgefĂŒhrt wie in der Wayland-Sitzung.

Metrik Wayland + Energieeffizienz Wayland + Farbgenauigkeit X11 CPU-Takt (ms) ~543.000 ~540.000 ~527.000 Kontextwechsel 14.415 | 26,547/s 16.120 | 29,864/s 6.021 | 11,436/s CPU-Migrationen 72 | 0,133/s 139 | 0,258/s 92 | 0,175/s Seitenfehler 201 | 0,37/s 450 | 0,834/s 75 | 0,142/s Zyklen 3,95B | 0,007 GHz 4,43B | 0,008 GHz 1,9B | 0,004 GHz Stalled cycles frontend 452,5M | 11,47 % 616,5M | 13,92 % 213M | 11,13 % Stalled cycles backend 1,42B | 36,04 % 1,45B | 32,82 % 618M | 32,28 % Instruktionen 780M | 0,2/Zyklus 1,82 stalled/Zyklus 901M | 0,2/Zyklus 1,61 stalled/Zyklus 483M | 0,25/Zyklus 1,28 stalled/Zyklus Verzweigungen 168M | 309K/s 193M | 358K/s 104M | 197K/s Verzweigungsfehler 13,83 % 13,36 % 11,7 %

Im nĂ€chsten Artikel wurden die Tests mit der Konfiguration unter Kubuntu 24.04 mit KDE Plasma 5.27 und dem Lenovo Y50-70 Laptop mit Intel-CPU und NVIDIA-Grafikkarte wiederholt. Die Ergebnisse waren ungefĂ€hr dieselben – die Wayland-Sitzung war weniger effizient als X11. Der Energieverbrauch betrug 22,42 Watt in Wayland und 21,86 in X11, die CPU-Belastung im Leerlauf 0,067 gegenĂŒber 0,050, die Anzahl der Kontextwechsel 43.835/s gegenĂŒber 34.133/s, die Auslastung beim Abspielen von 4K-Videos in VLC betrug 12,54 % gegenĂŒber 4,26 %, die Leistung von WebGL 16 FPS gegenĂŒber 29 FPS.

Die gleichen Tests wurden auch auf dem Lenovo IdeaPad 3 mit AMD CPU/GPU unter Verwendung der neuesten Version des KDE Neon Projekts durchgefĂŒhrt. Beim Test der 4K Video-Wiedergabe in VLC lag die CPU-Auslastung bei X11 ohne Kompositing bei 3,72 %, bei X11 mit aktiviertem Kompositing bei 9,8 %, bei Wayland mit Farbkonsistenz (CA) bei 25,71 % und bei Wayland im Energiesparmodus (PE) bei 31,51 %. Somit war die CPU-Auslastung bei der Verwendung von Wayland 8 bis 10 Mal höher als bei der Verwendung von X11.

Bei der Verwendung von Wayland wurde auch eine 5-16% höhere Interrupt-Generierung festgestellt. Die GPU-Auslastung variierte um etwa 2 %: Wayland (PE) – 56,33 %, Wayland (CA) – 57,33 %, X11 (Comp ON) – 57,98 %, X11 (Comp OFF) – 56,81 %. BezĂŒglich des Energieverbrauchs verbrauchte Wayland 8-49 % mehr Energie: 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. Im WebGL Aquarium-Test waren die Ergebnisse fĂŒr Wayland und X11 ungefĂ€hr gleich: Wayland (PE) – 16-38 FPS, Wayland (CA) – 18-37 FPS, X11 (Comp ON) – 16-42 FPS, X11 (Comp OFF) – 21-42 FPS, jedoch war der Energieverbrauch bei der Verwendung von Wayland etwa 8 % höher.

Letztendlich wurde ein weiterer Versuch unternommen, dieses Mal mit GNOME aus Fedora 42 und KDE Plasma 6.4 oder KDE Neon. Die Tests wurden auf dem Lenovo IdeaPad 3 mit AMD CPU/GPU durchgefĂŒhrt.

  • Die CPU-Auslastung im Leerlauf: KDE X11 – 1,83 %, KDE Wayland (PE) – 1,97 %, KDE Wayland (CA) – 2,1 %, GNOME Wayland – 2,2 %.
  • Der Energieverbrauch im Leerlauf mit einem Terminalfenster: 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.
  • Die GPU-Auslastung im Leerlauf war in der Konfiguration mit GNOME Wayland am geringsten, jedoch lĂ€sst sich der Unterschied durch die Unterschiede zwischen den gestarteten Anwendungen Systemmonitor und GNOME Systemmonitor erklĂ€ren.
  • In den von der perf-Utility gesammelten Statistiken wurde in der GNOME-Konfiguration am wenigsten CPU-Zeit verwendet.
  • Beim Test der Wiedergabe von 4K 60FPS Video in VLC verbrauchte die GNOME-Sitzung in Fedora etwas weniger CPU (29,6 %) als KDE auf Basis von Wayland im Farbkonsistenzmodus (31,51 %), jedoch mehr als die KDE-Sitzung auf Basis von X11 (9,8 %) und Wayland im Energiesparmodus (25,71 %).
  • Bei der Bewertung des GPU-Ressourcenverbrauchs benötigte die GNOME-Sitzung in Fedora beim Abspielen von 4K 60FPS-Videos in VLC mehr GPU-Ressourcen. Zum Beispiel betrug die Auslastung der GPU-Pipeline in GNOME auf Fedora 58,21 %, in KDE auf Wayland 56,33 % und 57,33 %, wĂ€hrend es in KDE X11 57,98 % war. Der Video-Speicherverbrauch in GNOME auf Fedora ĂŒberstieg die Werte von KDE auf Wayland (23,29 und 24,60) um mehr als das Doppelte (50,89) und ĂŒberschritt die Werte von KDE X11 (44,36) um 15 %.
  • Energieverbrauch beim Videoabspielen: 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.

Metriken 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 Kontextwechsel (cs) 536 1195 1208 803 Anzahl der Unterbrechungen (in) 929 1188 1173 937 Energieverbrauch (Watt) 5,83–7,62 6,09 6,05–6,08 5,67–5,87 CPU-Uhr (ms) ~492.000 ~543.000 ~540.000 ~527.000 Kontextwechsel 9.468 | 19.244/s 14.415 | 26.547/s 16.120 | 29.864/s 6.021 | 11.436/s Idle CPU % beim Video-Ansehen 70,4 68,49 74,29 90,20 GPU-Pipeline-Auslastung beim Video-Abspielen 58,21 % 56,33 % 57,33 % 57,98 % VRAM 50,89 23,29 24,60 44,36 Energieverbrauch in Watt beim Video-Ansehen 12,5–15,6 13,8–20,4 13,8–14,1 11,4–14,9 FPS im Test WebGL Aquarium 26–29 16–38 18–37 16–42 Energieverbrauch im Test WebGL Aquarium 17–19 17–29 16–27 21–29

Nach den Testergebnissen zeigt sich, dass es zu frĂŒh ist, X11 abzulehnen, wĂ€hrend Lösungen auf Basis von Wayland zusĂ€tzliche Optimierungen benötigen. X11 wird nach wie vor als die optimale Lösung in Bezug auf die Leistung angesehen. Die Umsetzung von Wayland in KDE ist vermutlich besser als in GNOME – die GNOME Wayland-Sitzung, die in Fedora implementiert wurde, ist laut Tests weniger leistungsfĂ€hig als die KDE Wayland-Sitzung, die ihrerseits hinter KDE X11 zurĂŒckbleibt.

Quelle: opennet.ru

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