🥇Comparação de desempenho das sessões KDE Plasma baseadas em X11 e Wayland

Igor Ljubuncic, que até 2024 foi responsável pelos produtos relacionados a computação de alto desempenho na Canonical, realizou testes de desempenho e consumo de energia das sessões KDE Plasma 6.4 baseadas em X11 e Wayland. No final de junho, Igor publicou uma revisão das capacidades do KDE Plasma 6.4, concluindo que a sessão baseada em Wayland tem um desempenho inferior e consome mais CPU e GPU do que a sessão baseada em X11. Em uma série de novos artigos, Igor tentou testar mais a fundo o desempenho de ambas as sessões.

Inicialmente, foi observado que ao testar no notebook Lenovo IdeaPad 3 com GPU integrada AMD, na sessão Wayland, independentemente da carga da CPU, ela permanece constantemente em cerca de 8%, enquanto a cada 2-3 segundos ocorre um pico que sobrecarrega completamente a GPU. Na sessão X11, a carga na CPU e GPU durante ocioso foi nula. Uma verificação adicional com a ferramenta radeontop revelou um maior consumo de recursos na sessão Wayland, especialmente ao ativar o perfil 'Color Accuracy' nas configurações da tela. Na tabela abaixo, está a carga média gerada na GPU em porcentagens, com um conjunto similar de aplicativos em execução e coleta de dados a cada segundo durante 60 segundos.

Métrica Wayland + eficiência energética Wayland + cor de precisão X11 Pipe Gráfico 3.31 4.03 2.47 Grupo de Vértices + Tesselação 0.33 0.30 0.11 Acessador de Textura 0.90 2.03 0.78 Exportação de Sombreamento 2.24 3.03 1.42 Cache de Instrução Sequenciador 0.06 0.08 0.03 Interpolador de Sombreamento 2.58 3.31 1.61 Conversor de Escaneamento 2.54 3.18 1.54 Assembléia de Primitivos 0.32 0.30 0.11 Bloco de Profundidade 2.51 3.18 1.53 Bloco de Cor 2.51 3.18 1.54 VRAM 26.39 28.44 22.36 GTT 3.92 3.98 3.85 Clock de Memória 33.33 54.90 54.81 Clock de Sombreamento 16.67 16.67 16.67

Os testes de consumo de energia com a ferramenta powertop também mostraram a vantagem da sessão X11: o consumo de energia da sessão Wayland durante várias amostragens foi de 6.09 watts, Wayland com o perfil 'Color Accuracy' variou entre 6.05-6.08 watts, enquanto o X11 variou entre 5.67-5.87 watts. Em geral, concluiu-se que a sessão X11 consome de 3-7% menos carga da bateria do que a Wayland.

O teste de carga da CPU com a ferramenta vmstat mostrou que, durante o ocioso, a sessão X11 consumiu 1,83% da CPU, enquanto Wayland usou 1,97% (2,1% com o perfil de Precisão de Cor). A ferramenta foi executada em novas sessões na terminal Konsole, calculando a média em amostras a cada segundo durante 60 segundos. A carga da CPU ao usar Wayland foi 7,6% maior (14% em modo de Precisão de Cor) do que ao usar a sessão X11. Na sessão Wayland, foram registrados 25% mais interrupções e 48% mais mudanças de contexto.

Métrica Wayland + eficiência energética Wayland + precisão de cor X11 Média de tarefas na fila de execução 0,18 0,35 0,07 Total de tarefas na fila de execução 11 21 4 Interrupções (entrada) 1188 1173 937 Mudanças de contexto (cs) 1195 1208 803 CPU inativa % (id) 98,03 97,90 98,17﷯

A seguir, foi realizada uma análise de chamadas durante o ocioso utilizando a ferramenta perf. O KWin_wayland consumiu aproximadamente 1% (1,5%) do tempo da CPU, enquanto o KWin_X11 usou 0,44%. As chamadas ao amdgpu representaram 0,77% (1%) para Wayland e 0,65% para X11. Durante o ocioso na sessão X11, foram executadas aproximadamente duas vezes menos instruções de CPU do que na sessão baseada em Wayland.

Métrica Wayland + eficiência energética Wayland + precisão de cor X11 Clock da CPU (ms) ~543.000 ~540.000 ~527.000 Mudanças de contexto 14.415 | 26,547/s 16.120 | 29,864/s 6.021 | 11,436/s Migrações de CPU 72 | 0,133/s 139 | 0,258/s 92 | 0,175/s Faltas de página 201 | 0,37/s 450 | 0,834/s 75 | 0,142/s Ciclos 3,95B | 0,007 GHz 4,43B | 0,008 GHz 1,9B | 0,004 GHz Ciclos travados no frontend 452,5M | 11,47% 616,5M | 13,92% 213M | 11,13% Ciclos travados no backend 1,42B | 36,04% 1,45B | 32,82% 618M | 32,28% Instruções 780M | 0,2/ciclo 1,82 travadas/ciclo 901M | 0,2/ciclo 1,61 travadas/ciclo 483M | 0,25/ciclo 1,28 travadas/ciclo Ramos 168M | 309K/s 193M | 358K/s 104M | 197K/s Erros de ramo 13,83% 13,36% 11,7%

No próximo artigo, os testes foram repetidos na configuração com Kubuntu 24.04, KDE Plasma 5.27 e um laptop Lenovo Y50-70 equipado com CPU Intel e placa de vídeo NVIDIA. Os resultados foram aproximadamente os mesmos — a sessão Wayland foi menos eficiente do que X11. O consumo de energia foi de 22,42 watts no Wayland e 21,86 no X11, a carga da CPU em modo de espera foi de 0,067 contra 0,050, o número de mudanças de contexto foi de 43,835/s contra 34,133/s, a carga ao reproduzir vídeo 4K no VLC foi de 12,54% contra 4,26%, e o desempenho do WebGL foi de 16 FPS contra 29 FPS.

Em seguida, testes semelhantes foram realizados no notebook Lenovo IdeaPad 3 com CPU/GPU AMD, utilizando uma versão recente do projeto KDE Neon. No teste de reprodução de vídeo 4K no VLC, a carga na CPU ao usar X11 com o compositor desligado foi de 3.72%; com o compositor ligado, foi de 9.8%; Wayland com Precisão de Cor (CA) foi de 25.71%; e Wayland no modo de eficiência energética (PE) atingiu 31.51%. Assim, a carga na CPU ao usar Wayland foi de 8 a 10 vezes maior do que ao utilizar X11.

No uso de Wayland, também foi registrada uma geração de interrupções de 5 a 16% a mais. A diferença na carga do GPU variou dentro de 2%: Wayland (PE) — 56.33%, Wayland (CA) — 57.33%, X11 (Comp ON) — 57.98%, X11 (Comp OFF) — 56.81%. Em termos de consumo de energia, Wayland consumiu entre 8 a 49% a mais: Wayland (PE) — 13.8-20.4 watts, Wayland (CA) — 13.8-14.1 watts, X11 (Comp ON) — 10.7-12.1 watts, X11 (Comp OFF) — 11.4-14.9 watts. No teste WebGL Aquarium, os resultados para Wayland e X11 foram aproximadamente iguais: Wayland (PE) — 16-38 FPS, Wayland (CA) — 18-37 FPS, X11 (Comp ON) — 16-42 FPS, X11 (Comp OFF) — 21-42 FPS, mas o consumo de energia ao usar Wayland foi aproximadamente 8% maior.

Finalmente, foi realizado mais um experimento, desta vez abrangendo o GNOME do Fedora 42 e o KDE Plasma 6.4 ou KDE neon. O teste foi realizado no notebook Lenovo IdeaPad 3 com CPU/GPU AMD.

Carga na CPU em modo ocioso: KDE X11 — 1.83%, KDE Wayland (PE) — 1.97%, KDE Wayland (CA) — 2.1%, GNOME Wayland — 2.2%.
Consumo de energia em modo ocioso com uma única janela de terminal: KDE X11 — 5.67-5.87 watts, KDE Wayland (CA) — 6.05-6.08 watts, KDE Wayland (PE) — 6.09 watts, GNOME Wayland — 5.83-7.62 watts.
A carga no GPU em modo ocioso foi a menor na configuração com GNOME Wayland, mas a diferença é explicada pelos aplicativos em execução, System Monitor e GNOME System Monitor.
Na estatística coletada pela ferramenta perf, o menor tempo de CPU foi gasto na configuração baseada em GNOME.
No teste de reprodução de vídeo 4K 60FPS no VLC, a sessão GNOME no Fedora consumiu um pouco menos de CPU (29.6%) do que o KDE com Wayland no modo de Precisão de Cor (31.51%), mas mais do que a sessão KDE com X11 (9.8%) e Wayland no modo de eficiência energética (25.71%).
Ao avaliar o consumo de recursos da GPU, a sessão GNOME no Fedora durante o teste de reprodução de vídeo 4K a 60FPS no VLC consumiu mais recursos da GPU. Por exemplo, a carga no pipeline gráfico da GPU no GNOME no Fedora foi de 58,21%, enquanto no KDE baseado em Wayland foi de 56,33% e 57,33%, e no KDE X11 foi de 57,98%. O consumo de memória de vídeo no GNOME no Fedora foi mais de duas vezes superior (50,89) em comparação com os níveis do KDE baseado em Wayland (23,29 e 24,60) e superou em 15% o KDE X11 (44,36).
Consumo de energia durante a reprodução de vídeo: KDE X11 — 11,4-14,9 watts, KDE Wayland (CA) — 13,8-14,1 watts, GNOME Wayland — 12,5-15,6 watts, KDE Wayland (PE) — 13,8-20,4 watts.

Métrica 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 Trocas de contexto (cs) 536 1195 1208 803 Número de interrupções (in) 929 1188 1173 937 Consumo de energia (watts) 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 Trocas de contexto 9.468 | 19.244/s 14.415 | 26.547/s 16.120 | 29.864/s 6.021 | 11.436/s Idle CPU % durante a reprodução de vídeo 70,4 68,49 74,29 90,20 Carga no pipeline gráfico da GPU durante a reprodução de vídeo 58,21% 56,33% 57,33% 57,98% VRAM 50,89 23,29 24,60 44,36 Consumo de energia em watts durante a reprodução de vídeo 12,5-15,6 13,8-20,4 13,8-14,1 11,4-14,9 FPS no teste WebGL Aquarium 26-29 16-38 18-37 16-42 Consumo de energia no teste WebGL Aquarium 17-19 17-29 16-27 21-29

Os resultados dos testes indicam que ainda é cedo para descartar o X11, enquanto as soluções baseadas em Wayland precisam de otimizações adicionais. O X11 é considerado ainda a solução mais otimizada em termos de desempenho. A implementação do Wayland no KDE é presumivelmente melhor do que no GNOME — a sessão GNOME Wayland implementada no Fedora, de acordo com os testes, demonstrou ser menos eficiente do que a sessão KDE Wayland, que por sua vez está atrás do KDE X11.

Fonte: opennet.ru