基于VMware View桌面虛擬化系統性能優化

張德安

（廣東電網有限責任公司惠州供電局，廣東惠州514021）

基于VMware View桌面虛擬化系統性能優化

張德安

（廣東電網有限責任公司惠州供電局，廣東惠州514021）

基于VMware View 5.0的桌面虛擬化項目，分析了影響虛擬桌面性能的主要因素和常見系統性能瓶頸，通過監測和分析找到了系統性能下降的根源，設計和實施了基于SSD的存儲改造方案，成功地解決了啟動風暴，系統運行不佳，用戶體驗較差等問題，從而提升了整個桌面虛擬化的性能。

桌面虛擬化；虛擬桌面；VMware View；性能調優；啟動風暴

0　引言

在企業實施桌面虛擬化項目中，項目成敗的關鍵因素是用戶體驗。用戶采用了虛擬桌面，其桌面性能是否下降和體驗是否變差，是評判項目成功與否的重要指標。常見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，同時在使用一些軟件過程中，發現其運行速度變慢，以上種種導致用戶體驗變差。如果這個問題處理不善，有可能使整個桌面虛擬化項目效果下降［1-3］。

虛擬桌面性能調優技術就成為關系項目成敗的關鍵技術，將虛擬桌面的性能調整到用戶認可的程度以保證項目的順利實施，掌握好性能調優技術可以保證桌面虛擬化項目的順利完成［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器硬件資源、存儲系統、桌面操作系統、應用軟件、工作負載和網絡帶寬等因素都有關。其相關性解釋如下：

服務器硬件：主要考慮CPU處理能力和內存容量。如果單個服務器上面承載的虛擬桌面數量（密度）過大，出現資源競爭，執行命令等待時間延長，必然導致虛擬桌面性能下降。

存儲系統：主要考慮存儲系統支持的最大吞吐量和IOPS（每秒讀寫次數）兩個指標，如果該指標不能滿足需要，致使執行命令等待時間延長，也必然導致虛擬桌面性能下降。

桌面操作系統：一般情況下，處理相同的業務，Windows7比Windows XP更耗費系統資源。如果一臺服務器上承載一定數量的Windows XP的桌面性能正常，如果換成同樣數量的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，譬如大型數據庫軟件、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，如果設定了所有虛擬桌面同一時刻掃描病毒，將會是災難性的。

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，需要的服務器和存儲的硬件資源越多，相同數量的桌面，工作負載越高，桌面性能越差。

網絡帶寬：普通辦公操作，平均每個虛擬桌面與客戶端通訊所占帶寬100 kB左右，如果觀看視頻，所需帶寬可能會增加十幾倍。如果網絡帶寬不能滿足需要，也必然導致系統性能下降，出現屏幕畫面卡頓現象。

1.2桌面虛擬化系統性能瓶頸—存儲系統IOPS

每秒進行讀寫操作的次數IOPS（Input/Output Operations Per Second），用于衡量存儲的性能。桌面虛擬化系統I/O方面的特點是小規模隨機讀寫，因而對存儲系統IOPS要求特別高。

IOPS分為前端應用IOPS及后端存儲IOPS，計算比較復雜，同時跟存儲RAID級別相關以及業務的讀寫比例相關。如果在做系統設計的時候，存儲系統IOPS方面考慮不充分，很容易導致IOPS成為系統性能的瓶頸。由于“啟動風暴”的存在，也加大了IOPS成為系統瓶頸的風險?！皢语L暴”是由于用戶同時啟動虛擬桌面，并登陸不同類型，不同轉速的磁盤導致所提供的IOPS不同而帶來的啟動狀態不佳。其中常見的轉速為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（固態硬盤）可以提供5 000以上的原生IOPS。

提高存儲IOPS最簡單的方法是增加磁盤數量，為了應對啟動風暴時的需求，磁盤數量需要增加幾倍。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濟代價，若在原有存儲上加裝少量SSD，將存儲中讀寫頻繁的數據（或者稱為熱點數據）放到SSD上，則存儲上大部分的讀寫操作都發生在高I/O性能SSD上，存儲性能會大幅提升。

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。當桌面虛擬機經歷啟動過程時，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文件和應用文件存放的地方，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據來提高存儲I/O性能。存儲系統可以識別頻繁訪問的磁盤數據塊，并自動將其緩存，這樣這些數據塊將可以從快速的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的SSD緩存方案，如EMC有FAST Cache技術，NetApp有Flash Cache技術。

2　基于VMware View桌面虛擬化系統性能優化

2.1系統性能調整前狀況

某中型研發企業，已經實施了基于Vmware View5.0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，尤其是每天上班后第一次登錄虛擬桌面的時間太長，影響工作效率。經觀察發現，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。

該企業桌面虛擬化系統配置如下，服務器主機為8臺DELL PowerEdge R710服務器，配置雙路6核2.8 GHz CPU，72 GB內存。存儲為EMC VNX5100光纖存儲系統，配置60塊SAS 15 kr/min 600 GB硬盤，做成RAID5。該系統承載約800個Windows XP的虛擬桌面，每個桌面配置單個vCPU和1 G內存。

根據現象分析判斷，存儲系統IOPS很可能是整個系統的性能瓶頸。該存儲系統配置60塊硬盤，除去系統盤4塊，熱備盤4塊，實際可用磁盤數為52塊。該系統可提供的原生IOPS為9 360，最多可支持100多臺虛擬桌面同時啟動和登錄，如果超出這個數量就會出現桌面啟動時間延長及性能下降。存儲性能監控數據也證實了這個判斷。監測數據顯示，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。

2.2VMware View分層存儲優化技術

分層存儲，就是將數據存儲在不同層級的介質中，在不同的層級之間使用有差別的存儲介質。在相同成本下，既滿足性能需要又滿足容量需要。

在實際工作中，用戶希望將最重要的經常訪問的數據保存在快速的高I/O存儲上，如SSD，而將不太重要或者不常訪問的數據保存在相對比較便宜的驅動器上，如SAS、SATA。通過這種設置，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動器上。借助這一分層存儲選項，可以加快密集型操作的速度，消除啟動風暴的影響。

2.3FAST Cache優化技術

全自動存儲分層技術FAST（Fully Automated Storage Tiering），其中FAST Cache是EMC開發的一系列提高存儲性能的技術的一種。FAST Cache是指可通過利用閃存驅動器（即SSD）來擴展DRAM緩存的功能，達到優化其存儲系統性能的目的。FAST Cache就是用SSD替代存儲系統上的內存，當做系統內存底下一層的緩存來使用，作為內存的補充。SSD是基于FLASH技術實現的，其速度允許其在內存和磁盤間作為緩存來用。

具體實行方案是原EMC VNX5100存儲系統增加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。這6塊SSD的存儲至少提供的原生IOPS為30 000，這個配置至少可以滿足500多臺虛擬機同時啟動的需要。

2.4方案實施效果

該企業自從實施了存儲升級改造方案之后，桌面虛擬化系統性能大幅提升。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，整體辦公效率得到了提高，得到廣大用戶好評。為了進一步加快上班后用戶第一次登錄系統的速度，該企業還實施了預開機策略，將每天必開的部分虛擬桌面在上班前的1個小時內預先啟動，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，大大地改善了用戶體驗。

3　結語

隨著桌面虛擬化系統在企業中應用越來越廣泛，系統性能問題就成為各企業面臨的突出問題。桌面虛擬化系統的優勢是不言而喻的，但其在用戶體驗方面的劣勢一直阻礙其全面推廣。提高桌面虛擬化系統的性能，改善用戶體驗，達到或接近傳統PC的使用水平，一直是廣大虛擬化技術人員不斷追求的目標。若能很好地解決這個問題，桌面虛擬化系統必將得到全面推廣。

［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制：工程科學版［J］.四川大學學報，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［J］.通信技術，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文獻標識碼：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，大學本科，工程師。研究領域：電力信息技術。

（編輯：向飛）

2015-10-31