Leistungsvergleich von KDE Plasma-Sitzungen auf Basis von X11 und Wayland

Igor Ljubuncic, der bis 2024 bei Canonical für Produkte im Bereich Hochleistungsrechnen verantwortlich war, führte Tests zur Leistung und zum Energieverbrauch der KDE Plasma 6.4-Sitzungen auf Basis von X11 und Wayland durch. Ende Juni veröffentlichte Igor eine Übersicht über die Möglichkeiten von KDE Plasma 6.4, in der er zu dem Schluss kam, dass die Sitzung auf Basis von Wayland in der Leistung hinter der Sitzung auf Basis von X11 zurückbleibt und die CPU und GPU stärker belastet. In einer neuen Artikelreihe versuchte Igor, die Leistung beider Sitzungen tiefergehend zu testen.

Ursprünglich wurde festgestellt, dass bei Tests auf einem Lenovo IdeaPad 3 mit integrierter AMD-GPU im Wayland-Sitzungsmodus die CPU unabhängig von ihrer Aktivität konstant mit etwa 8 % belastet ist, während alle 2-3 Sekunden ein Anstieg zu beobachten ist, der die GPU vollständig belastet. Im X11-Sitzungsmodus lag die CPU- und GPU-Auslastung während der Leerlaufzeit bei null. Eine weitere Überprüfung mit dem Tool radeontop zeigte einen höheren Ressourcenverbrauch im Wayland-Sitzungsmodus, insbesondere bei Aktivierung des Profils 'Farbgenauigkeit' in den Bildschirmeinstellungen. In der folgenden Tabelle ist die durchschnittliche GPU-Auslastung in Prozent angegeben, die bei ähnlicher Anwendungsnutzung und Datenerfassung jede Sekunde über einen Zeitraum von 60 Sekunden erzeugt wurde.

Die Energieverbrauchsmessung mit dem Tool powertop zeigte ebenfalls einen Vorteil der X11-Sitzung: Der Energieverbrauch der Wayland-Sitzung lag bei mehreren Messungen bei 6,09 Watt, Wayland mit dem Profil «Farbgenauigkeit» bei 6,05 bis 6,08 Watt, und X11 bei 5,67 bis 5,87 Watt. Insgesamt wurde festgestellt, dass die X11-Sitzung 3-7% weniger Batterieenergie verbraucht als Wayland.

Die CPU-Auslastungsprüfung mit dem Tool vmstat hat gezeigt, dass während des Leerlaufs die X11-Sitzung 1,83 % CPU und Wayland 1,97 % (2,1 % im Color Accuracy-Profil) verbrauchte. Das Tool wurde in neu erstellten Sitzungen im Terminal Konsole gestartet und die Durchschnittswerte wurden bei einer Sekundenauswahl über 60 Sekunden hinweg berechnet. Die CPU-Auslastung bei der Verwendung von Wayland war um 7,6 % (im Color Accuracy-Modus um 14 %) höher als bei der Verwendung der X11-Sitzung. In der Wayland-Sitzung wurden 25 % mehr Unterbrechungen und 48 % mehr Kontextwechsel aufgezeichnet.

Anschließend wurde mit dem Tool perf eine Analyse der Aufrufe während des Leerlaufs durchgeführt. KWin_wayland verbrauchte etwa 1 % (1,5 %) der CPU-Zeit, während KWin_X11 0,44 % benötigte. Die Zugriffe auf amdgpu machten 0,77 % (1 %) für Wayland und 0,65 % für X11 aus. Im Leerlauf betrug die Anzahl der ausgeführten CPU-Anweisungen in der X11-Sitzung etwa die Hälfte derjenigen in der Wayland-basierten Sitzung.

Im folgenden Artikel wurden die Tests in der Konfiguration mit Kubuntu 24.04 und KDE Plasma 5.27 auf dem Lenovo Y50-70 Notebook mit Intel CPU und NVIDIA-Grafik wiederholt. Die Ergebnisse waren ungefähr die gleichen – die Wayland-Sitzung war weniger effizient als X11. Der Energieverbrauch lag bei 22,42 Watt in Wayland und 21,86 in X11, die CPU-Belastung im Leerlauf betrug 0,067 gegenüber 0,050, die Anzahl der Kontextwechsel – 43.835/s gegenüber 34.133/s, die Auslastung beim Abspielen von 4K-Videos in VLC – 12,54% gegenüber 4,26%, die WebGL-Leistung – 16 FPS gegenüber 29 FPS.

Ähnliche Tests wurden auch auf einem Lenovo IdeaPad 3 mit AMD CPU/GPU unter Verwendung einer frischen Version von KDE Neon durchgeführt. Im Test mit der Wiedergabe von 4K-Videos in VLC betrug die CPU-Belastung bei Verwendung von X11 ohne Kompositing 3,72 %, bei X11 mit aktiviertem Kompositing 9,8 %, bei Wayland mit Farbgenauigkeit (CA) 25,71 % und bei Wayland im Energiesparmodus (PE) 31,51 %. Somit war die CPU-Belastung bei Verwendung von Wayland 8-10 Mal höher als bei Verwendung von X11.

Bei der Verwendung von Wayland wurden auch 5-16 % mehr Interrupts verzeichnet. Der Unterschied in der GPU-Belastung lag bei etwa 2 %: Wayland (PE) – 56,33 %, Wayland (CA) – 57,33 %, X11 (Kompositing EIN) – 57,98 %, X11 (Kompositing AUS) – 56,81 %. In Bezug auf den Energieverbrauch verbrauchte Wayland 8-49 % mehr Energie: Wayland (PE) – 13,8-20,4 Watt, Wayland (CA) – 13,8-14,1 Watt, X11 (Kompositing EIN) – 10,7-12,1 Watt, X11 (Kompositing AUS) – 11,4-14,9 Watt. Im WebGL Aquarium-Test waren die Ergebnisse für Wayland und X11 etwa gleich: Wayland (PE) – 16-38 FPS, Wayland (CA) – 18-37 FPS, X11 (Kompositing EIN) – 16-42 FPS, X11 (Kompositing AUS) – 21-42 FPS, aber der Energieverbrauch bei der Verwendung von Wayland war etwa 8 % höher.

Letztendlich wurde ein weiterer Experiment durchgeführt, diesmal mit GNOME aus Fedora 42 und KDE Plasma 6.4 oder KDE neon. Die Tests fanden auf einem Lenovo IdeaPad 3 mit AMD CPU/GPU statt.

• CPU-Auslastung im Leerlauf: KDE X11 – 1,83 %, KDE Wayland (PE) – 1,97 %, KDE Wayland (CA) – 2,1 %, GNOME Wayland – 2,2 %.
• 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 GNOME Wayland-Konfiguration am niedrigsten, jedoch erklärt sich der Unterschied durch die Unterschiede in den verwendeten Anwendungen, Systemmonitor und GNOME Systemmonitor.
• In den von der perf-Utility gesammelten Statistiken wurde in der GNOME-basierten Konfiguration die geringste Prozesszeit registriert.
• Im Test der 4K 60FPS Video-Wiedergabe in VLC verbrauchte die GNOME-Sitzung in Fedora etwas weniger CPU (29,6 %) als KDE auf Wayland im Modus für Farbgenauigkeit (31,51 %), jedoch mehr als die KDE-Sitzung auf X11 (9,8 %) und Wayland im Modus für energieeffizienten Verbrauch (25,71 %).
• Bei der Bewertung des GPU-Ressourcenverbrauchs verbrauchte die GNOME-Sitzung in Fedora während des 4K 60FPS Video-Wiedergabetests in VLC mehr GPU-Ressourcen. Beispielsweise betrug die GPU-Pipeline-Auslastung in GNOME unter Fedora 58,21 %, in KDE auf Basis von Wayland 56,33 % und 57,33 %, während sie in KDE X11 bei 57,98 % lag. Der Verbrauch des Videospeichers in GNOME unter Fedora überstieg den von KDE auf Basis von Wayland mehr als doppelt (50,89) und übertraf um 15 % auch KDE X11 (44,36).
• Der Energieverbrauch beim Video Playback beträgt: 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.

Die Testergebnisse zeigen, dass es noch zu früh ist, X11 abzulehnen, während Lösungen auf Basis von Wayland zusätzliche Optimierungen benötigen. X11 wird nach wie vor als die leistungsbeständigste Lösung angesehen. Die Implementierung von Wayland in KDE scheint besser zu sein als in GNOME – die GNOME Wayland-Sitzung, die in Fedora realisiert wurde, hat laut den Tests eine geringere Leistung als die KDE Wayland-Sitzung, die wiederum hinter KDE X11 zurückbleibt.

Quelle: opennet.ru