🥇Porovnanie výkonu relácií KDE Plasma založených na X11 a Waylande

Igor Ljubuncic, who until 2024 was responsible for high-performance computing products at Canonical, conducted testing on the performance and energy consumption of KDE Plasma 6.4 sessions based on X11 and Wayland. At the end of June, Igor published a review of the capabilities of KDE Plasma 6.4, concluding that the Wayland session underperforms and places a greater load on the CPU and GPU compared to the X11 session. In a series of new articles, Igor attempted to test the performance of both sessions in more depth.

It was initially noted that when testing on a Lenovo IdeaPad 3 laptop with an integrated AMD GPU, the Wayland session constantly kept the CPU load at around 8%, regardless of activity, while experiencing spikes every 2-3 seconds that fully loaded the GPU. In the X11 session, CPU and GPU loads were at zero during inactivity. Further checking with the radeontop utility showed higher resource consumption in the Wayland session, particularly when the 'Color Accuracy' profile was enabled in the display settings. The table below indicates the average GPU load in percentages created with a similar set of running applications and data collection every second over a period of 60 seconds.

Metric Wayland + power efficiency Wayland + color accuracy X11 Graphics pipe 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 Memory Clock 33.33 54.90 54.81 Shader Clock 16.67 16.67 16.67

Testing energy consumption with the powertop utility also showed an advantage for the X11 session: the energy consumption of the Wayland session averaged 6.09 watts over several samples, with Wayland using the 'Color Accuracy' profile at 6.05-6.08 watts, while X11 ranged from 5.67 to 5.87 watts. Overall, it was concluded that the X11 session consumes 3-7% less battery charge than Wayland.

Testovanie záťaže procesora pomocou nástroja vmstat ukázalo, že počas nečinnosti sa X11 session spotreboval 1,83 % CPU, zatiaľ čo Wayland — 1,97 % (2,1 % s profilom presnosti farieb). Nástroj bol spustený na čerstvo vytvorených sedeniach v termináli Konsole, pričom sa počítal priemerný údaj vzorkovania každú sekundu počas 60 sekúnd. Záťaž na CPU pri používaní Wayland bola vyššia o 7,6 % (v režime presnosti farieb o 14 %) ako pri použití sedenia X11. V sedení Wayland bolo zaznamenaných o 25 % viac prerušených operácií a o 48 % viac prepínaní kontextu.

Metrika Wayland + energetická efektívnosť Wayland + presnosť farieb X11 Priemerný počet úloh v riadku na vykonanie 0,18 0,35 0,07 Celkový počet úloh v riadku na vykonanie 11 21 4 Prerušenia (in) 1188 1173 937 Prepínania kontextu (cs) 1195 1208 803 Nečinnosť CPU % (id) 98,03 97,90 98,17﷯

Následne bol vykonaný analýza volaní počas nečinnosti pomocou nástroja perf. KWin_wayland spotreboval približne 1 % (1,5 %) procesorového času, zatiaľ čo KWin_X11 — 0,44 %. Volania k amdgpu tvorili 0,77 % (1 %) pre Wayland a 0,65 % pre X11. V režime nečinnosti v sedení X11 bolo vykonaných približne dvakrát menej inštrukcií procesora ako v sedení založenom na Waylande.

Metrika Wayland + energetická efektívnosť Wayland + presnosť farieb X11 Frekvencia CPU (ms) ~543 000 ~540 000 ~527 000 Prepínania kontextu 14 415 | 26,547/s 16 120 | 29,864/s 6 021 | 11,436/s Migrácie CPU 72 | 0,133/s 139 | 0,258/s 92 | 0,175/s Chybné stránky 201 | 0,37/s 450 | 0,834/s 75 | 0,142/s Cyklus 3,95B | 0,007 GHz 4,43B | 0,008 GHz 1,9B | 0,004 GHz Zablokované cykly frontend 452,5M | 11,47 % 616,5M | 13,92 % 213M | 11,13 % Zablokované cykly backend 1,42B | 36,04 % 1,45B | 32,82 % 618M | 32,28 % Inštrukcie 780M | 0,2/cyklus 1,82 zablokovaných/cyklus 901M | 0,2/cyklus 1,61 zablokovaných/cyklus 483M | 0,25/cyklus 1,28 zablokovaných/cyklus Vetvy 168M | 309K/s 193M | 358K/s 104M | 197K/s Nehody vetvenia 13,83 % 13,36 % 11,7 %

V nasledujúcom článku boli testy zopakované v konfigurácii s Kubuntu 24.04, KDE Plasma 5.27 a notebookom Lenovo Y50-70 s procesorom Intel a grafickou kartou NVIDIA. Výsledky boli približne rovnaké — sedenie Wayland sa ukázalo byť menej efektívne ako X11. Spotreba energie bola 22,42 wattov pri Wayland a 21,86 pri X11, záťaž CPU v režime nečinnosti 0,067 oproti 0,050, počet prepínaní kontextu — 43,835/s oproti 34,133/s, záťaž pri prehrávaní 4K videa vo VLC — 12,54 % oproti 4,26 %, výkon WebGL — 16 FPS oproti 29 FPS.

Ďalej boli podobné testy zopakované na notebooku Lenovo IdeaPad 3 s CPU/GPU AMD s použitím čerstvej verzie projektu KDE Neon. V teste s prehrávaním 4K videa v VLC bola záťaž CPU pri použití X11 s vypnutým kompozitom 3,72 %, X11 so zapnutým kompozitom - 9,8 %, Wayland s Color Accuracy (CA) - 25,71 %, Wayland v režime efektívneho vyžitia energie (PE) - 31,51 %. Takže záťaž CPU pri použití Wayland bola 8-10 krát vyššia ako pri použití X11.

Pri použití Wayland bola taktiež zaznamenaná generácia o 5-16 % viac prerušenia. Rozdiel záťaže na GPU bol v rozmedzí 2 %: Wayland (PE) - 56,33 %, Wayland (CA) - 57,33 %, X11 (Comp ON) - 57,98 %, X11 (Comp OFF) - 56,81 %. Pokiaľ ide o spotrebu energie, Wayland spotreboval viac energie o 8-49 %: Wayland (PE) - 13,8-20,4 wattov, Wayland (CA) - 13,8-14,1 wattov, X11 (Comp ON) - 10,7-12,1 wattov, X11 (Comp OFF) - 11,4-14,9 wattov. V teste WebGL Aquarium sa výsledky pre Wayland a X11 ukázali byť približne rovnaké: Wayland (PE) - 16-38 FPS, Wayland (CA) - 18-37 FPS, X11 (Comp ON) - 16-42 FPS, X11 (Comp OFF) - 21-42 FPS, ale spotreba energie pri použití Wayland bola približne o 8 % vyššia.

Nakoniec bol vykonaný ďalší experiment, tentoraz pokrývajúci GNOME z Fedora 42 a KDE Plasma 6.4 alebo KDE Neon. Testovanie bolo vykonané na notebooku Lenovo IdeaPad 3 s CPU/GPU AMD.

Záťaž CPU v režime nečinnosti: KDE X11 - 1,83 %, KDE Wayland (PE) - 1,97 %, KDE Wayland (CA) - 2,1 %, GNOME Wayland - 2,2 %.
Spotreba energie v režime nečinnosti s jedným oknom terminálu: KDE X11 - 5,67-5,87 wattov, KDE Wayland (CA) - 6,05-6,08 wattov, KDE Wayland (PE) - 6,09 wattov, GNOME Wayland - 5,83-7,62 wattov.
Záťaž GPU v režime nečinnosti bola najmenšia v konfigurácii s GNOME Wayland, ale rozdiel je vysvetlený rozdielom v spustených aplikáciách System Monitor a GNOME System Monitor.
V štatistike, zhromaždenej nástrojom perf, bol najmenší čas procesora v konfigurácii založenej na GNOME.
V teste prehrávania videa 4K 60FPS v VLC relácia GNOME vo Fedore spotrebovala o niečo menej CPU (29,6 %) ako KDE založené na Wayland v režime Color Accuracy (31,51 %), ale viac ako relácia KDE na X11 (9,8 %) a Wayland v režime efektívneho vyžitia energie (25,71 %).
Pri hodnotení spotreby zdrojov GPU relácia GNOME vo Fedore v teste prehrávania videa 4K 60FPS v VLC spotrebovala viac zdrojov GPU. Napríklad, zaťaženie grafického konvejera GPU v GNOME vo Fedore bolo 58,21 %, v KDE založenom na Waylande 56,33 % a 57,33 %, zatiaľ čo v KDE X11 57,98 %. Spotreba video pamäte v GNOME vo Fedore viac ako dvojnásobne prekročila (50,89) ukazovatele KDE založeného na Waylande (23,29 a 24,60) a o 15 % prekročila KDE X11 (44,36).
Spotreba energie pri prehrávaní videa: KDE X11 — 11,4-14,9 wattov, KDE Wayland (CA) — 13,8-14,1 wattov, GNOME Wayland — 12,5-15,6 wattov, KDE Wayland (PE) — 13,8-20,4 wattov.

Metrika Fedora 42 Wayland KDE neon Wayland (PE) KDE neon Wayland (CA) KDE neon X11 (Comp ON) Nečinný CPU % (id) 97,8 98,03 97,90 98,17 Prepínania kontextu (cs) 536 1195 1208 803 Počet prerušením (in) 929 1188 1173 937 Spotreba energie (watt) 5,83-7,62 6,09 6,05-6,08 5,67-5,87 Frekvencia CPU (ms) ~492,000 ~543,000 ~540,000 ~527,000 Prepínania kontextu 9,468 | 19,244/s 14,415 | 26,547/s 16,120 | 29,864/s 6,021 | 11,436/s Nečinný CPU % pri prehrávaní videa 70,4 68,49 74,29 90,20 Zaťaženie grafického konvejera GPU pri prehrávaní videa 58,21% 56,33% 57,33% 57,98% VRAM 50,89 23,29 24,60 44,36 Spotreba energie vo wattoch pri prehrávaní videa 12,5-15,6 13,8-20,4 13,8-14,1 11,4-14,9 FPS v teste WebGL Aquarium 26-29 16-38 18-37 16-42 Spotreba energie v teste WebGL Aquarium 17-19 17-29 16-27 21-29

Na základe testovania sa dospel k záveru, že X11 ešte nie je vhodné odpisovať, zatiaľ čo riešenia založené na Waylande vyžadujú ďalšiu optimalizáciu. X11 sa hodnotí ako naďalej najoptimálnejšie riešenie z hľadiska výkonu. Implementácia Wayland v KDE je pravdepodobne lepšia ako v GNOME — relácia GNOME Wayland, implementovaná vo Fedore, je podľa testov menej výkonná ako relácia KDE Wayland, ktorá zaostáva za KDE X11.

Zdroj: opennet.ru

Porovnanie výkonu relácií KDE Plasma na základe X11 a Wayland.