1、引言

　　在企業(yè)中實(shí)施桌面虛擬化項(xiàng)目的時(shí)候,項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵因素往往就是用戶(hù)體驗(yàn)。用戶(hù)在采用了虛擬桌面以后,桌面性能是否下降,用戶(hù)體驗(yàn)是否變差,這是評(píng)判項(xiàng)目成功與否的一項(xiàng)重要指標(biāo)。經(jīng)常遇到的情況是,用戶(hù)在使用虛擬桌面后,會(huì)花更多時(shí)間去登入系統(tǒng),而且使用一些軟件時(shí)速度會(huì)變慢,用戶(hù)體驗(yàn)明顯變差。如果這個(gè)問(wèn)題處理不善,有可能使整個(gè)桌面虛擬化項(xiàng)目半途而廢。因而,虛擬桌面性能調(diào)優(yōu)技術(shù)就成為關(guān)系項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵技術(shù),將虛擬桌面的性能調(diào)整到用戶(hù)認(rèn)可的程度可以保證項(xiàng)目的順利實(shí)施,掌握好性能調(diào)優(yōu)技術(shù)可以保證桌面虛擬化項(xiàng)目的順利完成。

　　2、虛擬桌面性能分析

　　2.1 影響虛擬桌面性能的因素

　　總的來(lái)說(shuō),虛擬桌面的性能跟服務(wù)器硬件資源、存儲(chǔ)系統(tǒng)、桌面操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、工作負(fù)載和網(wǎng)絡(luò)帶寬等因素都有關(guān)。服務(wù)器硬件:主要考慮CPU處理能力和內(nèi)存容量。如果單個(gè)服務(wù)器上面承載的虛擬桌面數(shù)量(密度)過(guò)大,出現(xiàn)資源競(jìng)爭(zhēng),執(zhí)行命令等待時(shí)間延長(zhǎng),必然導(dǎo)致虛擬桌面性能下降。

　　存儲(chǔ)系統(tǒng):主要考慮存儲(chǔ)系統(tǒng)支持的最大吞吐量和IOPS(每秒讀寫(xiě)次數(shù))兩個(gè)指標(biāo),如果該指標(biāo)不能滿(mǎn)足需要,致使執(zhí)行命令等待時(shí)間延長(zhǎng),也必然導(dǎo)致虛擬桌面性能下降。

　　桌面操作系統(tǒng):一般情況下,處理相同的業(yè)務(wù),Windows7比Windows XP更耗費(fèi)系統(tǒng)資源。如果一臺(tái)服務(wù)器上承載一定數(shù)量的Windows XP的桌面性能正常,如果換成同樣數(shù)量的Windows7桌面就可能性能下降。

　　用戶(hù)桌面安裝的軟件:用戶(hù)桌面上安裝的一些特殊軟件,譬如大型數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、高清圖像軟件、視頻播放器、殺毒軟件等會(huì)對(duì)性能造成嚴(yán)重影響。特別要注意殺毒軟件,如果設(shè)定了所有虛擬桌面同一時(shí)刻掃面病毒,將會(huì)是災(zāi)難性的。

　　工作負(fù)載:虛擬桌面按照工作壓力可以分為重載,中載和輕載用戶(hù)。工作負(fù)載越高,需要的服務(wù)器和存儲(chǔ)的硬件資源越多,相同數(shù)量的桌面,工作負(fù)載越高,桌面性能越差。

　　網(wǎng)絡(luò)帶寬:普通辦公操作,平均每個(gè)虛擬桌面與客戶(hù)端通訊所占帶寬100KB左右,如果觀看視頻,所需帶寬可能會(huì)增加十幾倍。如果網(wǎng)絡(luò)帶寬不能滿(mǎn)足需要,也必然導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降,出現(xiàn)屏幕畫(huà)面卡頓現(xiàn)象。

　　2.2 桌面虛擬化系統(tǒng)常見(jiàn)性能瓶頸——存儲(chǔ)系統(tǒng)IOPS

　　IOPS(Input/Output Operations Per Second)即每秒進(jìn)行讀寫(xiě)操作的次數(shù),用于衡量存儲(chǔ)的性能。桌面虛擬化系統(tǒng)I/O方面的特點(diǎn)是小規(guī)模隨機(jī)讀寫(xiě),因而對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)IOPS要求特別高。IOPS分為前端應(yīng)用IOPS及后端存儲(chǔ)IOPS,計(jì)算起來(lái)比較復(fù)雜,跟存儲(chǔ)RAID級(jí)別相關(guān)，跟業(yè)務(wù)的讀寫(xiě)比例相關(guān)。如果在做系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候,存儲(chǔ)系統(tǒng)IOPS方面考慮不充分,很容易導(dǎo)致IOPS成為系統(tǒng)性能的瓶頸。另一方面,“啟動(dòng)風(fēng)暴”的存在,也加大了IOPS成為系統(tǒng)瓶頸的可能。“啟動(dòng)風(fēng)暴”是指,當(dāng)早上上班時(shí)很多用戶(hù)同時(shí)啟動(dòng)虛擬桌面,并登錄系統(tǒng)開(kāi)始工作,這時(shí)需要大量的IOPS,導(dǎo)致后臺(tái)存儲(chǔ)系統(tǒng)的IOPS相對(duì)不足,而令桌面啟動(dòng)和登錄時(shí)間延長(zhǎng)。在一些比較極端的例子中,桌面用戶(hù)可以等候超過(guò)幾十分鐘,或更甚者,完全無(wú)法登錄系統(tǒng)。
 

　　虛擬桌面在不同狀態(tài)下消耗的IOPS是有差別的,表1以Windows XP桌面為例說(shuō)明各種狀態(tài)下IOPS消耗情況,可以看出,桌面啟動(dòng)時(shí)IOPS需求為平時(shí)的好幾倍,則高峰時(shí)段大量桌面同時(shí)啟動(dòng)形成啟動(dòng)風(fēng)暴,此時(shí)存儲(chǔ)IOPS就成為整個(gè)系統(tǒng)性能的瓶頸。

　　2.3 改善存儲(chǔ)系統(tǒng)I/O性能的方案

　　不同類(lèi)型和轉(zhuǎn)速的磁盤(pán)提供的IOPS不同, 常見(jiàn)的轉(zhuǎn)速為10krpm和15krpm的SAS磁盤(pán)提供的原生IOPS分別是140和180,而SSD(固態(tài)硬盤(pán))可以提供5000以上的原生IOPS。提高存儲(chǔ)IOPS最簡(jiǎn)單的方法是增加磁盤(pán)數(shù)量,為了應(yīng)對(duì)啟動(dòng)風(fēng)暴時(shí)的需求,磁盤(pán)數(shù)量要增加幾倍,顯然這不是一個(gè)好的方案。同樣,將全部磁盤(pán)都換成高I/O性能的SSD也是不可取的,SSD的成本是SAS磁盤(pán)的好幾倍。有沒(méi)有更經(jīng)濟(jì)的方案呢？答案是肯定。在原有存儲(chǔ)上加裝少量SSD,將存儲(chǔ)中讀寫(xiě)頻繁的數(shù)據(jù)(或者稱(chēng)為熱點(diǎn)數(shù)據(jù))放到SSD上,則存儲(chǔ)上大部分的讀寫(xiě)操作都發(fā)生在高I/O性能SSD上,存儲(chǔ)性能會(huì)大幅提升。具體來(lái)說(shuō)有兩種方案。

　　方案一: 將頻繁讀取的文件直接存放在SSD上。即將虛擬機(jī)的母版映像文件和副本放置在SSD存儲(chǔ)組中。母版映像文件作為只讀磁盤(pán)為所有桌面虛擬機(jī)所共享,每個(gè)虛擬機(jī)將單獨(dú)保留一份可寫(xiě)的快照以存放所有對(duì)于母盤(pán)的修改,這些可寫(xiě)快照可以存放在較低層級(jí)(SAS或SATA)的存儲(chǔ)上。當(dāng)桌面虛擬機(jī)經(jīng)歷啟動(dòng)過(guò)程時(shí),大部分的磁盤(pán)活動(dòng)來(lái)自于母版映像,也就是大部分的操作系統(tǒng)文件和應(yīng)用文件存放的地方,由于SSD的高I/O性能,因而可以滿(mǎn)足啟動(dòng)風(fēng)暴時(shí)大量IOPS的需求。

　　方案二:使用SSD作為緩存層。即將快速的SSD磁盤(pán)作為緩存層放置在由SAS和SATA組成的較慢存儲(chǔ)組的前端,通過(guò)緩存一些頻繁訪(fǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)來(lái)提高存儲(chǔ)I/O性能。存儲(chǔ)系統(tǒng)可以識(shí)別頻繁訪(fǎng)問(wèn)的磁盤(pán)數(shù)據(jù)塊,并自動(dòng)將其緩存,這些數(shù)據(jù)塊將可以從快速的SSD磁盤(pán)讀取,而非從較慢的后端存儲(chǔ)讀取。目前,市場(chǎng)上主流的存儲(chǔ)廠(chǎng)商都有相應(yīng)的SSD緩存方案,如EMC有FAST Cache技術(shù),NetApp有Flash Cache技術(shù)。

　　3、基于VMware View的桌面虛擬化系統(tǒng)性能調(diào)優(yōu)

　　3.1 系統(tǒng)性能調(diào)整前狀況

　　某中型研發(fā)企業(yè),已經(jīng)實(shí)施了基于VmwareView5.0的桌面虛擬化項(xiàng)目,總共約800個(gè)虛擬桌面。用戶(hù)反映最大的問(wèn)題是虛擬桌面速度慢,尤其是每天早晨上班后第一次登錄虛擬桌面的時(shí)間太長(zhǎng),影響工作效率。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn),每天早晨在8:50AM至9:30AM這個(gè)時(shí)段會(huì)有300臺(tái)虛擬桌面同時(shí)開(kāi)機(jī)和登錄,平均進(jìn)入桌面時(shí)間超過(guò)5分鐘。

　　該企業(yè)桌面虛擬化系統(tǒng)配置如下,服務(wù)器主機(jī)為8臺(tái)DELL PowerEdge R710服務(wù)器,配置雙路6核2.8GHz CPU,72GB內(nèi)存。存儲(chǔ)為EMC VNX5100光纖存儲(chǔ)系統(tǒng),配置60塊SAS 15Krpm 600GB硬盤(pán),做成RAID5。該系統(tǒng)承載約800個(gè)Windows XP的虛擬桌面,每個(gè)桌面配置單個(gè)vCPU和1G內(nèi)存。

　　根據(jù)現(xiàn)象分析判斷,存儲(chǔ)系統(tǒng)IOPS很可能是整個(gè)系統(tǒng)的性能瓶頸。該存儲(chǔ)系統(tǒng)配置60塊硬盤(pán),除去系統(tǒng)盤(pán)4塊,熱備盤(pán)4塊,實(shí)際可用磁盤(pán)數(shù)為52塊。計(jì)算得知,該系統(tǒng)可提供的原生IOPS為9360。這個(gè)配置最多支持100多臺(tái)虛擬桌面同時(shí)啟動(dòng)和登錄,如果超出這個(gè)數(shù)量就會(huì)出現(xiàn)桌面啟動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)及性能下降。存儲(chǔ)性能監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)也證實(shí)了這個(gè)判斷。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示,在桌面啟動(dòng)的高峰時(shí)段,存儲(chǔ)上單個(gè)磁盤(pán)平均IOPS達(dá)170左右,已達(dá)飽和狀態(tài)。

　　3.2 VMware View分層存儲(chǔ)技術(shù)

　　分層存儲(chǔ),就是將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同層級(jí)的介質(zhì)中,在不同的層級(jí)之間使用有差別的存儲(chǔ)介質(zhì),以期在相同成本下,既滿(mǎn)足性能的需要又滿(mǎn)足容量的需要。在實(shí)際工作中,用戶(hù)希望將最重要的經(jīng)常訪(fǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)保存在快速的高I/O存儲(chǔ)上,如SSD,而將不太重要或者不常訪(fǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)保存在相對(duì)比較便宜的驅(qū)動(dòng)器上,如SAS或SATA。通過(guò)這種設(shè)置,用戶(hù)可以在成本沒(méi)有大幅增加的情況下獲得更佳的存儲(chǔ)性能。VMware View 5.0提供分層存儲(chǔ)選項(xiàng),用戶(hù)可以將母盤(pán)映像和副本(Replica)存儲(chǔ)在SSD上,而將鏈接克隆存儲(chǔ)在相對(duì)比較便宜的驅(qū)動(dòng)器上。借助這一分層存儲(chǔ)選項(xiàng),可以加快密集型操作(例如同時(shí)啟動(dòng)大量虛擬桌面)的速度,消除啟動(dòng)風(fēng)暴的影響。

　　3.3 FAST Cache技術(shù)

　　FAST(Fully Automated Storage Tiering)全自動(dòng)存儲(chǔ)分層技術(shù)是是EMC開(kāi)發(fā)的一系列提高存儲(chǔ)性能的技術(shù), 其中FAST Cache是其重要成員。FAST Cache是指可通過(guò)利用閃存驅(qū)動(dòng)器(即SSD)來(lái)擴(kuò)展 DRAM 緩存的功能,達(dá)到優(yōu)化其存儲(chǔ)系統(tǒng)性能的目的。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái),FAST Cache就是用SSD替代存儲(chǔ)系統(tǒng)上的內(nèi)存,當(dāng)做系統(tǒng)內(nèi)存底下一層的緩存來(lái)使用,作為內(nèi)存的補(bǔ)充。由于SSD也都是基于FLASH技術(shù)實(shí)現(xiàn)的,因此,速度也確實(shí)能夠允許其在內(nèi)存和磁盤(pán)間作為緩存來(lái)用。FAST Cache可以確保最常訪(fǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)盡可能長(zhǎng)時(shí)間地保存在閃存驅(qū)動(dòng)器上。

　　3.4 性能調(diào)優(yōu)方案

　　由于該企業(yè)桌面虛擬化系統(tǒng)是基于VMware View5.0的,絕大部分虛擬桌面是鏈接克隆的,這就可以應(yīng)用VMware View的分層存儲(chǔ)技術(shù),將虛擬桌面母盤(pán)映像存儲(chǔ)在SSD上,提高虛擬桌面系統(tǒng)盤(pán)的IOPS性能,加快桌面啟動(dòng)速度。同時(shí),還可以采用EMC 的FAST Cache技術(shù),擴(kuò)充存儲(chǔ)的緩存,將更多的熱點(diǎn)數(shù)據(jù)移動(dòng)到緩存中,提高命中率,進(jìn)而提高存儲(chǔ)的整體性能。方案原理參見(jiàn)圖1。
 

　　具體方案是原EMC VNX5100存儲(chǔ)系統(tǒng)增加9塊100G SSD,其中2塊做鏡像,配置成FAST Cache;另外6塊做RAID5,保留為存放鏈接克隆虛擬桌面母盤(pán)映像區(qū)域;最后1塊作為熱備盤(pán)。另外,在VMware View5.0軟件中要重新配置虛擬機(jī)池的存儲(chǔ),把鏈接克隆虛擬機(jī)母盤(pán)映像存放到SSD上。計(jì)算得知,這6塊SSD的存儲(chǔ)至少提供的原生IOPS為30000,這個(gè)配置至少可以滿(mǎn)足500多臺(tái)虛擬機(jī)同時(shí)啟動(dòng)的需要。

　　3.5 方案實(shí)施結(jié)果

　　該企業(yè)自從實(shí)施了存儲(chǔ)升級(jí)改造方案之后,桌面虛擬化系統(tǒng)性能大幅提升。高峰時(shí)段平均開(kāi)機(jī)時(shí)間由5分多鐘縮短到1分半鐘,開(kāi)機(jī)速度提高3倍多。各種桌面辦公軟件的運(yùn)行速度也加快了,提高了整體辦公效率,得到廣大用戶(hù)好評(píng)。為了進(jìn)一步加快早晨上班后用戶(hù)第一次登錄系統(tǒng)的速度,該企業(yè)還實(shí)施了預(yù)開(kāi)機(jī)策略,將每天必開(kāi)的部分虛擬桌面在上班前的1個(gè)小時(shí)內(nèi)預(yù)先啟動(dòng),則用戶(hù)每天第一次連接虛擬桌面時(shí)就不再需要等待桌面啟動(dòng),可以直接進(jìn)入桌面,時(shí)間僅需要十幾秒,大大改善了用戶(hù)體驗(yàn)。

　　4、結(jié)語(yǔ)

　　隨著桌面虛擬化系統(tǒng)在企業(yè)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛,系統(tǒng)性能問(wèn)題就逐漸成為各企業(yè)面臨的突出問(wèn)題。桌面虛擬化系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是不言而喻的,但其在用戶(hù)體驗(yàn)方面的劣勢(shì)一直是阻礙其全面推廣的癥結(jié)所在。提高桌面虛擬化系統(tǒng)的性能,改善用戶(hù)體驗(yàn),達(dá)到或接近傳統(tǒng)PC的水平,一直是廣大虛擬化技術(shù)人員不斷追求的目標(biāo)。如果能很好的解決這個(gè)問(wèn)題,桌面虛擬化系統(tǒng)必將得到全面推廣。屆時(shí),傳統(tǒng)PC將在企業(yè)中消亡。 

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