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

　　1、引言

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

　　2、虛擬桌面性能分析

　　2.1 影響虛擬桌面性能的因素

　　總的來說,虛擬桌面的性能跟服務(wù)器硬件資源、存儲系統(tǒng)、桌面操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、工作負載和網(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。如果單個服務(wù)器上面承載的虛擬桌面數(shù)量(密度)過大,出現(xiàn)資源競爭,執(zhí)行命令等待時間延長,必然導(dǎo)致虛擬桌面性能下降。

　　存儲系統(tǒng):主要考慮存儲系統(tǒng)支持的最大吞吐量和IOPS(每秒讀寫次數(shù))兩個指標(biāo),如果該指標(biāo)不能滿足需要,致使執(zhí)行命令等待時間延長,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更耗費系統(tǒng)資源。如果一臺服務(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。

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

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

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

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

　　IOPS(Input/Output Operations Per Second)即每秒進行讀寫操作的次數(shù),用于衡量存儲的性能。桌面虛擬化系統(tǒng)I/O方面的特點是小規(guī)模隨機讀寫,因而對存儲系統(tǒng)IOPS要求特別高。IOPS分為前端應(yīng)用IOPS及后端存儲IOPS,計算起來比較復(fù)雜,跟存儲RAID級別相關(guān)，跟業(yè)務(wù)的讀寫比例相關(guān)。如果在做系統(tǒng)設(shè)計的時候,存儲系統(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,“啟動風(fēng)暴”的存在,也加大了IOPS成為系統(tǒng)瓶頸的可能。“啟動風(fēng)暴”是指,當(dāng)早上上班時很多用戶同時啟動虛擬桌面,并登錄系統(tǒng)開始工作,這時需要大量的IOPS,導(dǎo)致后臺存儲系統(tǒng)的IOPS相對不足,而令桌面啟動和登錄時間延長。在一些比較極端的例子中,桌面用戶可以等候超過幾十分鐘,或更甚者,完全無法登錄系統(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桌面為例說明各種狀態(tài)下IOPS消耗情況,可以看出,桌面啟動時IOPS需求為平時的好幾倍,則高峰時段大量桌面同時啟動形成啟動風(fēng)暴,此時存儲IOPS就成為整個系統(tǒng)性能的瓶頸。

　　2.3 改善存儲系統(tǒng)I/O性能的方案

　　不同類型和轉(zhuǎn)速的磁盤提供的IOPS不同, 常見的轉(zhuǎn)速為10krpm和15krpm的SAS磁盤提供的原生IOPS分別是140和180,而SSD(固態(tài)硬盤)可以提供5000以上的原生IOPS。提高存儲IOPS最簡單的方法是增加磁盤數(shù)量,為了應(yīng)對啟動風(fēng)暴時的需求,磁盤數(shù)量要增加幾倍,顯然這不是一個好的方案。同樣,將全部磁盤都換成高I/O性能的SSD也是不可取的,SSD的成本是SAS磁盤的好幾倍。有沒有更經(jīng)濟的方案呢？答案是肯定。在原有存儲上加裝少量SSD,將存儲中讀寫頻繁的數(shù)據(jù)(或者稱為熱點數(shù)據(jù))放到SSD上,則存儲上大部分的讀寫操作都發(fā)生在高I/O性能SSD上,存儲性能會大幅提升。具體來說有兩種方案。

　　方案一: 將頻繁讀取的文件直接存放在SSD上。即將虛擬機的母版映像文件和副本放置在SSD存儲組中。母版映像文件作為只讀磁盤為所有桌面虛擬機所共享,每個虛擬機將單獨保留一份可寫的快照以存放所有對于母盤的修改,這些可寫快照可以存放在較低層級(SAS或SATA)的存儲上。當(dāng)桌面虛擬機經(jīng)歷啟動過程時,大部分的磁盤活動來自于母版映像,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,因而可以滿足啟動風(fēng)暴時大量IOPS的需求。

　　方案二:使用SSD作為緩存層。即將快速的SSD磁盤作為緩存層放置在由SAS和SATA組成的較慢存儲組的前端,通過緩存一些頻繁訪問的數(shù)據(jù)來提高存儲I/O性能。存儲系統(tǒng)可以識別頻繁訪問的磁盤數(shù)據(jù)塊,并自動將其緩存,這些數(shù)據(jù)塊將可以從快速的SSD磁盤讀取,而非從較慢的后端存儲讀取。目前,市場上主流的存儲廠商都有相應(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)實施了基于VmwareView5.0的桌面虛擬化項目,總共約800個虛擬桌面。用戶反映最大的問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間太長,影響工作效率。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn),每天早晨在8:50AM至9:30AM這個時段會有300臺虛擬桌面同時開機和登錄,平均進入桌面時間超過5分鐘。

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

　　根據(jù)現(xiàn)象分析判斷,存儲系統(tǒng)IOPS很可能是整個系統(tǒng)的性能瓶頸。該存儲系統(tǒng)配置60塊硬盤,除去系統(tǒng)盤4塊,熱備盤4塊,實際可用磁盤數(shù)為52塊。計算得知,該系統(tǒng)可提供的原生IOPS為9360。這個配置最多支持100多臺虛擬桌面同時啟動和登錄,如果超出這個數(shù)量就會出現(xiàn)桌面啟動時間延長及性能下降。存儲性能監(jiān)控數(shù)據(jù)也證實了這個判斷。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,在桌面啟動的高峰時段,存儲上單個磁盤平均IOPS達170左右,已達飽和狀態(tài)。

　　3.2 VMware View分層存儲技術(shù)

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

　　3.3 FAST Cache技術(shù)

　　FAST(Fully Automated Storage Tiering)全自動存儲分層技術(shù)是是EMC開發(fā)的一系列提高存儲性能的技術(shù), 其中FAST Cache是其重要成員。FAST Cache是指可通過利用閃存驅(qū)動器(即SSD)來擴展 DRAM 緩存的功能,達到優(yōu)化其存儲系統(tǒng)性能的目的。簡單說來,FAST Cache就是用SSD替代存儲系統(tǒng)上的內(nèi)存,當(dāng)做系統(tǒng)內(nèi)存底下一層的緩存來使用,作為內(nèi)存的補充。由于SSD也都是基于FLASH技術(shù)實現(xiàn)的,因此,速度也確實能夠允許其在內(nèi)存和磁盤間作為緩存來用。FAST Cache可以確保最常訪問的數(shù)據(jù)盡可能長時間地保存在閃存驅(qū)動器上。

　　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的分層存儲技術(shù),將虛擬桌面母盤映像存儲在SSD上,提高虛擬桌面系統(tǒng)盤的IOPS性能,加快桌面啟動速度。同時,還可以采用EMC 的FAST Cache技術(shù),擴充存儲的緩存,將更多的熱點數(shù)據(jù)移動到緩存中,提高命中率,進而提高存儲的整體性能。方案原理參見圖1。
 

　　具體方案是原EMC VNX5100存儲系統(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映像區(qū)域;最后1塊作為熱備盤。另外,在VMware View5.0軟件中要重新配置虛擬機池的存儲,把鏈接克隆虛擬機母盤映像存放到SSD上。計算得知,這6塊SSD的存儲至少提供的原生IOPS為30000,這個配置至少可以滿足500多臺虛擬機同時啟動的需要。

　　3.5 方案實施結(jié)果

　　該企業(yè)自從實施了存儲升級改造方案之后,桌面虛擬化系統(tǒng)性能大幅提升。高峰時段平均開機時間由5分多鐘縮短到1分半鐘,開機速度提高3倍多。各種桌面辦公軟件的運行速度也加快了,提高了整體辦公效率,得到廣大用戶好評。為了進一步加快早晨上班后用戶第一次登錄系統(tǒng)的速度,該企業(yè)還實施了預(yù)開機策略,將每天必開的部分虛擬桌面在上班前的1個小時內(nèi)預(yù)先啟動,則用戶每天第一次連接虛擬桌面時就不再需要等待桌面啟動,可以直接進入桌面,時間僅需要十幾秒,大大改善了用戶體驗。

　　4、結(jié)語

　　隨著桌面虛擬化系統(tǒng)在企業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛,系統(tǒng)性能問題就逐漸成為各企業(yè)面臨的突出問題。桌面虛擬化系統(tǒng)的優(yōu)勢是不言而喻的,但其在用戶體驗方面的劣勢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,改善用戶體驗,達到或接近傳統(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問題,桌面虛擬化系統(tǒng)必將得到全面推廣。屆時,傳統(tǒng)PC將在企業(yè)中消亡。 

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