基于VMware View桌面虚拟化系统性能调优

【摘 要】 在实施桌面虚拟化项目的过程中，经常遇到的问题就是系统性能不佳，用户体验较差，要解决这个问题就必须进行系统性能优化。文章以一个基于vmware view 5.0的桌面虚拟化项目为例，分析了影响虚拟桌面性能的主要因素和常见的系统性能瓶颈，通过监测和分析找到了系统性能下降的根源，设计和实施了基于SSD的存储改造方案，成功地解决了启动风暴等问题，从而提升了整个桌面虚拟化系统的性能。

【关键词】 桌面虚拟化 虚拟桌面 VMware View 性能调优 启动风暴

1 引言

在企业中实施桌面虚拟化项目的时候，项目成败的关键因素往往就是用户体验。用户在采用了虚拟桌面以后，桌面性能是否下降，用户体验是否变差，这是评判项目成功与否的一项重要指标。经常遇到的情况是，用户在使用虚拟桌面后，会花更多时间去登入系统，而且使用一些软件时速度会变慢，用户体验明显变差。如果这个问题处理不善，有可能使整个桌面虚拟化项目半途而废。因而，虚拟桌面性能调优技术就成为关系项目成败的关键技术，将虚拟桌面的性能调整到用户认可的程度可以保证项目的顺利实施，掌握好性能调优技术可以保证桌面虚拟化项目的顺利完成。

2 虚拟桌面性能分析

2.1 影响虚拟桌面性能的因素

总的来说，虚拟桌面的性能跟服务器硬件资源、存储系统、桌面操作系统、应用软件、工作负载和网络带宽等因素都有关。

服务器硬件：主要考虑CPU处理能力和内存容量。如果单个服务器上面承载的虚拟桌面数量（密度）过大，出现资源竞争，执行命令等待时间延长，必然导致虚拟桌面性能下降。

存储系统：主要考虑存储系统支持的最大吞吐量和IOPS（每秒读写次数）两个指标，如果该指标不能满足需要，致使执行命令等待时间延长，也必然导致虚拟桌面性能下降。

桌面操作系统：一般情况下，处理相同的业务，Windows7比Windows XP更耗费系统资源。如果一台服务器上承载一定数量的Windows XP的桌面性能正常，如果换成同样数量的Windows7桌面就可能性能下降。

用户桌面安装的软件：用户桌面上安装的一些特殊软件，譬如大型数据库软件、高清图像软件、视频播放器、杀毒软件等会对性能造成严重影响。特别要注意杀毒软件，如果设定了所有虚拟桌面同一时刻扫面病毒，将会是灾难性的。

工作负载：虚拟桌面按照工作压力可以分为重载，中载和轻载用户。工作负载越高，需要的服务器和存储的硬件资源越多，相同数量的桌面，工作负载越高，桌面性能越差。

网络带宽：普通办公操作，平均每个虚拟桌面与客户端通讯所占带宽100KB左右，如果观看视频，所需带宽可能会增加十几倍。如果网络带宽不能满足需要，也必然导致系统性能下降，出现屏幕画面卡顿现象。

2.2 桌面虚拟化系统常见性能瓶颈——存储系统IOPS

IOPS（Input/Output Operations Per Second）即每秒进行读写操作的次数，用于衡量存储的性能。桌面虚拟化系统I/O方面的特点是小规模随机读写，因而对存储系统IOPS要求特别高。IOPS分为前端应用IOPS及后端存储IOPS，计算起来比较复杂，跟存储RAID级别相关，跟业务的读写比例相关。如果在做系统设计的时候，存储系统IOPS方面考虑不充分，很容易导致IOPS成为系统性能的瓶颈。另一方面，“启动风暴”的存在，也加大了IOPS成为系统瓶颈的可能。“启动风暴”是指，当早上上班时很多用户同时启动虚拟桌面，并登录系统开始工作，这时需要大量的IOPS，导致后台存储系统的IOPS相对不足，而令桌面启动和登录时间延长。在一些比较极端的例子中，桌面用户可以等候超过几十分钟，或更甚者，完全无法登录系统。

虚拟桌面在不同状态下消耗的IOPS是有差别的，表1以Windows XP桌面为例说明各种状态下IOPS消耗情况，可以看出，桌面启动时IOPS需求为平时的好几倍，则高峰时段大量桌面同时启动形成启动风暴，此时存储IOPS就成为整个系统性能的瓶颈。

2.3 改善存储系统I/O性能的方案

不同类型和转速的磁盘提供的IOPS不同，常见的转速为10Krpm和15Krpm的SAS磁盘提供的原生IOPS分别是140和180，而SSD（固态硬盘）可以提供5000以上的原生IOPS。提高存储IOPS最简单的方法是增加磁盘数量，为了应对启动风暴时的需求，磁盘数量要增加几倍，显然这不是一个好的方案。同样，将全部磁盘都换成高I/O性能的SSD也是不可取的，SSD的成本是SAS磁盘的好几倍。有没有更经济的的方案呢？答案是肯定。在原有存储上加装少量SSD，将存储中读写频繁的数据（或者称为热点数据）放到SSD上，则存储上大部分的读写操作都发生在高I/O性能SSD上，存储性能会大幅提升。

具体来说有两种方案。

方案一： 将频繁读取的文件直接存放在SSD上。即将虚拟机的母版映像文件和副本放置在SSD存储组中。母版映像文件作为只读磁盘为所有桌面虚拟机所共享，每个虚拟机将单独保留一份可写的快照以存放所有对于母盘的修改，这些可写快照可以存放在较低层级（SAS或SATA）的存储上。当桌面虚拟机经历启动过程时，大部分的磁盘活动来自于母版映像，也就是大部分的操作系统文件和应用文件存放的地方，由于SSD的高I/O性能，因而可以满足启动风暴时大量IOPS的需求。

方案二：使用SSD作为缓存层。即将快速的SSD磁盘作为缓存层放置在由SAS和SATA组成的较慢存储组的前端，通过缓存一些频繁访问的数据来提高存储I/O性能。存储系统可以识别频繁访问的磁盘数据块，并自动将其缓存，这样这些数据块将可以从快速的SSD磁盘读取，而非从较慢的后端存储读取。目前，市场上主流的存储厂商都有相应的SSD缓存方案，如EMC有FAST Cache技术，NetApp有Flash Cache技术。

3 基于VMware View的桌面虚拟化系统性能调优

3.1 系统性能调整前状况

某中型研发企业，已经实施了基于VmwareView5.0的桌面虚拟化项目，总共约800个虚拟桌面。用户反映最大的问题是虚拟桌面速度慢，尤其是每天早晨上班后第一次登录虚拟桌面的时间太长，影响工作效率。经观察发现，每天早晨在8：50AM至9：30AM这个时段会有300台虚拟桌面同时开机和登录，平均进入桌面时间超过5分钟。

该企业桌面桌面虚拟化系统配置如下，服务器主机为8台DELL PowerEdge R710服务器，配置双路6核2.8GHz CPU，72GB内存。存储为EMC VNX5100光纤存储系统，配置60块SAS 15Krpm 600GB硬盘，做成RAID5。该系统承载约800个Windows XP的虚拟桌面，每个桌面配置单个vCPU和1G内存。

根据现象分析判断，存储系统IOPS很可能是整个系统的性能瓶颈。该存储系统配置60块硬盘，除去系统盘4块，热备盘4块，实际可用磁盘数为52块。计算得知，该系统可提供的原生IOPS为9360。这个配置最多支持100多台虚拟桌面同时启动和登录，如果超出这个数量就会出现桌面启动时间延长及性能下降。存储性能监控数据也证实了这个判断。监测数据显示，在桌面启动的高峰时段，存储上单个磁盘平均IOPS达170左右，已达饱和状态。

3.2 VMware View 分层存储技术

分层存储，就是将数据存储在不同层级的介质中，在不同的层级之间使用有差别的存储介质，以期在相同成本下，既满足性能的需要又满足容量的需要。在实际工作中，用户希望将最重要的经常访问的数据保存在快速的高I/O存储上，如SSD，而将不太重要或者不常访问的数据保存在相对比较便宜的驱动器上，如SAS或SATA。通过这种设置，用户可以在成本没有大幅增加的情况下获得更佳的存储性能。VMware View 5.0提供分层存储选项，用户可以将母盘映像和副本（Replica）存储在SSD上，而将链接克隆存储在相对比较便宜的驱动器上。借助这一分层存储选项，可以加快密集型操作（例如同时启动大量虚拟桌面）的速度，消除启动风暴的影响。

3.3 FAST Cache技术

FAST（Fully Automated Storage Tiering）全自动存储分层技术是是EMC开发的一系列提高存储性能的技术，其中FAST Cache是其重要成员。FAST Cache是指可通过利用闪存驱动器（即SSD）来扩展 DRAM 缓存的功能，达到优化其存储系统性能的目的。简单说来，FAST Cache就是用SSD替代存储系统上的内存，当做系统内存底下一层的缓存来使用，作为内存的补充。由于SSD也都是基于FLASH技术实现的，因此，速度也确实能够允许其在内存和磁盘间作为缓存来用。FAST Cache可以确保最常访问的数据尽可能长时间地保存在闪存驱动器上。

3.4 性能调优方案

由于该企业桌面虚拟化系统是基于VMware View5.0的，绝大部分虚拟桌面是链接克隆的，这就可以应用VMware View的分层存储技术，将虚拟桌面母盘映像存储在SSD上，提高虚拟桌面系统盘的IOPS性能，加快桌面启动速度。同时，还可以采用EMC 的FAST Cache技术，扩充存储的缓存，将更多的热点数据移动到缓存中，提高命中率，进而提高存储的整体性能。方案原理参见图1。

具体方案是原EMC VNX5100存储系统增加9块100G SSD，其中2块做镜像，配置成FAST Cache；另外6块做RAID5，保留为存放链接克隆虚拟桌面母盘映像区域；最后1块作为热备盘。另外，在VMware View5.0软件中要重新配置虚拟机池的存储，把链接克隆虚拟机母盘映像存放到SSD上。计算得知，这6块SSD的存储至少提供的原生IOPS为30000，这个配置至少可以满足500多台虚拟机同时启动的需要。

3.5 方案实施结果

该企业自从实施了存储升级改造方案之后，桌面虚拟化系统性能大幅提升。高峰时段平均开机时间由5分多钟缩短到1分半钟，开机速度提高3倍多。各种桌面办公软件的运行速度也加快了，提高了整体办公效率，得到广大用户好评。为了进一步加快早晨上班后用户第一次登录系统的速度，该企业还实施了预开机策略，将每天必开的部分虚拟桌面在上班前的1个小时内预先启动，则用户每天第一次连接虚拟桌面时就不再需要等待桌面启动，可以直接进入桌面，时间仅需要十几秒，大大改善了用户体验。

4 结语

随着桌面虚拟化系统在企业中应用越来越广泛，系统性能问题就逐渐成为各企业面临的突出问题。桌面虚拟化系统的优势是不言而喻的，但其在用户体验方面的劣势一直是阻碍其全面推广的症结所在。提高桌面虚拟化系统的性能，改善用户体验，达到或接近传统PC的水平，一直是广大虚拟化技术人员不断追求的目标。如果能很好的解决这个问题，桌面虚拟化系统必将得到全面推广。届时，传统PC将在企业中消亡。

参考文献：

[1]张雪倩.一种Cache加速在虚拟桌面云上的应用[J].科技资讯，2012（12）：38-39.

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[4]如何使用SSD避免VDI启动风暴[EB/OL].存储人生网站，2012-11-15[2013-7-10]. http：//.cn/performance-analysis/storage-performance-analysis/how-to-use-ssd-to-eliminate-vm-boot-storm/.