張德安

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司惠州供電局，廣東惠州514021）

基于VMware View桌面虛擬化系統(tǒng)性能優(yōu)化

張德安

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司惠州供電局，廣東惠州514021）

基于VMware View 5.0的桌面虛擬化項(xiàng)目，分析了影響虛擬桌面性能的主要因素和常見系統(tǒng)性能瓶頸，通過(guò)監(jiān)測(cè)和分析找到了系統(tǒng)性能下降的根源，設(shè)計(jì)和實(shí)施了基于SSD的存儲(chǔ)改造方案，成功地解決了啟動(dòng)風(fēng)暴，系統(tǒng)運(yùn)行不佳，用戶體驗(yàn)較差等問(wèn)題，從而提升了整個(gè)桌面虛擬化的性能。

桌面虛擬化；虛擬桌面；VMware View；性能調(diào)優(yōu)；啟動(dòng)風(fēng)暴

0　引言

在企業(yè)實(shí)施桌面虛擬化項(xiàng)目中，項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵因素是用戶體驗(yàn)。用戶采用了虛擬桌面，其桌面性能是否下降和體驗(yàn)是否變差，是評(píng)判項(xiàng)目成功與否的重要指標(biāo)。常見的情況是用戶在使用虛擬桌面后，會(huì)花更多時(shí)間去登入系統(tǒng)，同時(shí)在使用一些軟件過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)其運(yùn)行速度變慢，以上種種導(dǎo)致用戶體驗(yàn)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)目效果下降［1-3］。

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)整到用戶認(rèn)可的程度以保證項(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［4-5］。

1　虛擬桌面性能分析

1.1影響虛擬桌面性能的因素

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)。其相關(guān)性解釋如下：

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（每秒讀寫次數(shù)）兩個(gè)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(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(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)刻掃描病毒，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。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)虛擬桌面與客戶端通訊所占帶寬100 kB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。

1.2桌面虛擬化系統(tǒng)性能瓶頸—存儲(chǔ)系統(tǒng)IOPS

每秒進(jìn)行讀寫操作的次數(shù)IOPS（Input/Output Operations Per Second），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，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)算比較復(fù)雜，同時(shí)跟存儲(chǔ)RAID級(jí)別相關(guān)以及業(yè)務(wù)的讀寫比例相關(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。由于“啟動(dòng)風(fēng)暴”的存在，也加大了IOPS成為系統(tǒng)瓶頸的風(fēng)險(xiǎn)?！皢?dòng)風(fēng)暴”是由于用戶同時(shí)啟動(dòng)虛擬桌面，并登陸不同類型，不同轉(zhuǎn)速的磁盤導(dǎo)致所提供的IOPS不同而帶來(lái)的啟動(dòng)狀態(tài)不佳。其中常見的轉(zhuǎn)速為10 kr/min和15 kr/min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5 000以上的原生IOPS。

提高存儲(chǔ)IOPS最簡(jiǎn)單的方法是增加磁盤數(shù)量，為了應(yīng)對(duì)啟動(dòng)風(fēng)暴時(shí)的需求，磁盤數(shù)量需要增加幾倍。同樣，也可以將磁盤都換成高I/O性能的SSD磁盤，但是SSD的成本是SAS磁盤的好幾倍。以上兩種解決方案都需要付出較高的經(jīng)濟(jì)代價(jià)，若在原有存儲(chǔ)上加裝少量SSD，將存儲(chǔ)中讀寫頻繁的數(shù)據(jù)（或者稱為熱點(diǎn)數(shù)據(jù)）放到SSD上，則存儲(chǔ)上大部分的讀寫操作都發(fā)生在高I/O性能SSD上，存儲(chǔ)性能會(huì)大幅提升。

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)保留一份可寫的快照以存放所有對(duì)于母盤的修改，這些可寫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)別頻繁訪問(wèn)的磁盤數(shù)據(jù)塊，并自動(dòng)將其緩存，這樣這些數(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(chǔ)讀取。目前，市場(chǎng)上主流的存儲(chǔ)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)。

2　基于VMware View桌面虛擬化系統(tǒng)性能優(yōu)化

2.1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Vmware View5.0的桌面虛擬化項(xiàng)目，總共約800個(gè)虛擬桌面。用戶反映最大的問(wèn)題是虛擬桌面速度慢，尤其是每天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2.8 GHz CPU，72 GB內(nèi)存。存儲(chǔ)為EMC VNX5100光纖存儲(chǔ)系統(tǒng)，配置60塊SAS 15 kr/min 600 GB硬盤，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1 G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，除去系統(tǒng)盤4塊，熱備盤4塊，實(shí)際可用磁盤數(shù)為52塊。該系統(tǒng)可提供的原生IOPS為9 360，最多可支持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)磁盤平均IOPS達(dá)170左右，已達(dá)飽和狀態(tài)。

2.2VMware View分層存儲(chǔ)優(yōu)化技術(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)。在相同成本下，既滿足性能需要又滿足容量需要。

在實(shí)際工作中，用戶希望將最重要的經(jīng)常訪問(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、SATA。通過(guò)這種設(shè)置，用戶可以在成本沒(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)，用戶可以將母盤映像和副本（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的速度，消除啟動(dòng)風(fēng)暴的影響。

2.3FAST Cache優(yōu)化技術(shù)

全自動(dòng)存儲(chǔ)分層技術(shù)FAST（Fully Automated Storage Tiering），其中FAST Cache是EMC開發(fā)的一系列提高存儲(chǔ)性能的技術(shù)的一種。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。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。SSD是基于FLASH技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，其速度允許其在內(nèi)存和磁盤間作為緩存來(lái)用。

具體實(shí)行方案是原EMC VNX5100存儲(chǔ)系統(tǒng)增加9塊100 G 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(jī)池的存儲(chǔ)，把鏈接克隆虛擬機(jī)母盤映像存放到SSD上。這6塊SSD的存儲(chǔ)至少提供的原生IOPS為30 000，這個(gè)配置至少可以滿足500多臺(tái)虛擬機(jī)同時(shí)啟動(dòng)的需要。

2.4方案實(shí)施效果

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)段平均開機(jī)時(shí)間由5分多鐘縮短到1分半鐘，開機(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，整體辦公效率得到了提高，得到廣大用戶好評(píng)。為了進(jìn)一步加快上班后用戶第一次登錄系統(tǒng)的速度，該企業(yè)還實(shí)施了預(yù)開機(jī)策略，將每天必開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，大大地改善了用戶體驗(yàn)。

3　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，但其在用戶體驗(yàn)方面的劣勢(shì)一直阻礙其全面推廣。提高桌面虛擬化系統(tǒng)的性能，改善用戶體驗(yàn)，達(dá)到或接近傳統(tǒng)PC的使用水平，一直是廣大虛擬化技術(shù)人員不斷追求的目標(biāo)。若能很好地解決這個(gè)問(wèn)題，桌面虛擬化系統(tǒng)必將得到全面推廣。

［1］張雪倩.一種Cache加速在虛擬桌面云上的應(yīng)用［J］.科技資訊，2012（12）：38-39.

［2］電科凌云——安全虛擬桌面［J］.信息安全與通信保密，2015（04）：76.

［3］李穎.試析虛擬桌面的安全隱患及安全策略［J］.科技視界，2014（01）：88.

［4］石勇，郭煜，韓臻.一種高效的虛擬桌面可信保證機(jī)制：工程科學(xué)版［J］.四川大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（01）：29-34.

［5］周文，劉曉毅，龍愷.基于安全終端的虛擬桌面系統(tǒng)［J］.通信技術(shù)，2014（06）：663-667.

Performance Tuning of Virtualization System Based on VMware View

ZHANG De-an
（Huizhou Power Supply Bureau，Huizhou514021，China）

In the process of implementing desktop virtualization project，the problem often encountered is poor system performance，user experience is poor，it is necessary to solve this problem for system performance optimization.The article based on VMware View 5.0 desktop virtualization project as an example，analyzes the main factors influencing the performance of virtual desktops and common system performance bottleneck by monitoring and analyzing the performance of the system to find the root causes of the decline，based on the design and implementation of SSD store renovation program，successfully resolved the boot storms and other issues，so as to enhance the performance of the entire desktop virtualization system.

desktop virtualization；virtual desktop；VMware View；performance tuning；boot storm

TP316

A文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：1009-9492（2015）12-0096-03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.12.027

張德安，男，1983年生，廣東惠州人，大學(xué)本科，工程師。研究領(lǐng)域：電力信息技術(shù)。

（編輯：向飛）

2015-10-31