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建置虛擬桌面基礎架構(VDI)最佳資源配置

主機虛擬化技術(Virtualization)最佳資源配置

VDI 最佳資源配置

        在50台虛擬桌面的電腦教室環境下,以10種待用虛擬機數量為基礎,根據我們做的3項實驗統計使用者平均等待時間、CPU 與記憶體最大使用量,收集到的測試數據如下表所示,並得到3個參考值 T、C、M 如下表所示、繪製如下圖。

待用虛擬機數量對應之參考值

CPU 使用率最大值與平均值

        我們利用情境模擬測試,收集、分析系統紀錄,VDI 執行效能與各項資源配置的關係,從實驗數據得知在50台虛擬桌面的電腦教室環境下,將待用虛擬機數量設定在15至20台之間即可獲得最佳的效能資源比,效能資源比的改善幅度可達122%

VDI 資源配置最佳化!實驗環境與步驟

        這個實驗所探討的實驗數據皆以 VMware Horizon View 所建立的 VDI 平台進行相關測試收集而來,所有實體伺服器皆已安裝 VMware ESXi 虛擬化底層,並且透過 VMware vCenter server 統一管理,架構成為主機虛擬化平台;VDI 相關軟體皆運作於虛擬機之中,並將桌面池佈建在虛擬化平台之上,虛擬機規格與測試平台皆為相同。

       

        VDI 管理者建立桌面池時,會設定待用虛擬機數量為 N,該桌面池啟用時,N 台待用虛擬機將同時開機並進入可使用狀態,供使用者發出桌面取用請求之後分配使用。我們進行了3項實驗,以實驗數據說明桌面池的虛擬機總量為50台的狀況下,待用虛擬機設定數量與 VDI 運算資源配置的建議值。

待用虛擬機數量 vs. 使用者等待時間

待用虛擬機數量與使用者等待時間的關係研究,主要影響為使用者使用體驗的滿意度。

待用虛擬機數量 vs. 記憶體使用量

待用虛擬機數量與實體伺服器記憶體使用量的關係研究,主要影響為運算資源配置與耗用的電力。

待用虛擬機數量 vs. CPU 使用率

待用虛擬機數量實體伺服器CPU 使用率的關係研究,主要影響為運算資源配置與耗用的電力。

待用虛擬機數量 vs. 使用者等待時間

         由 VDI 的運作流程可得知桌面池在作業離峰期間,待用虛擬機處於閒置狀態,這些閒置的虛擬機仍然持續耗用運算資源與電力,造成不必要的浪費;因此,於 VDI 平台設定中,可調整桌面池的待用虛擬機數量(如下圖的 N 值),讓閒置的虛擬機最小化,可達到節約能源的效果;但是當大量使用者上線請求取用桌面時,待用虛擬機立即被分配給使用者,未進入可使用狀態的虛擬機將在此時開機準備進入可使用狀態供使用者取用;在不同的待用虛擬機數量之下,使用者成功取得虛擬桌面的等待時間與桌面池運算資源負載之間的關係即是我們這個實驗的探討的想要了解的地方。

         此實驗由50位使用者同時對總量為50台虛擬機的桌面池發出桌面取用請求,在10種待用虛擬機數量下共測試10回合;於測試情境中,部份使用者會優先取得已進入可使用狀態的虛擬桌面,此時未取得桌面的使用者處於等待狀態,需點擊桌面池再次發出取用請求,此時後端伺服器將會喚醒未開機的虛擬機進入可使用狀態,直到所有使用者取得桌面為止。

測試結果如左圖,當待用虛擬機數量愈多,使用者所需等待的時間愈短。其中,我們可以觀察到待用虛擬機數量超過 15台之後,使用者等待時間減少的幅度明顯趨緩,這也代表待用虛擬機數量設定為15,可以讓閒置虛擬機最小化並產生較好的使用者等待時間節省效果。

待用虛擬機數量 vs. 記憶體使用量

         增加待用虛擬機的數量確實可以有效的降低使用者取得虛擬桌面的平均等待時間,但是卻也造成更多的資源消耗,也就是記憶體與 CPU 使用量的大幅增加,進而降低 VDI 的節能效率。桌面池啟用時,虛擬機開機階段為 CPU 與記憶體負載最重的時段,假設所有已分配給使用者的虛擬機操作負載未超過桌面池啟用的 CPU 與記憶體負載最大值的話,則預備虛擬機同時啟動的 CPU 與記憶體負載最大值,即是建立總量虛擬機的桌面池所需最低運算資源配置建議值,這也是我們這個實驗想要探討的另一個問題。

         此實驗設定了10種待用虛擬機數量,共測試 10回合,在不同待用虛擬機數量下啟用桌面池,此時所有待用虛擬機同時開機,直到進入可使用狀態,每回合測試收集了80分鐘的記憶體使用量如下左圖所示,虛擬機在開機階段使用了大量記憶體,當虛擬機漸漸進入可使用狀態時,負載將回到低點;進一步統計10回合測試數據,虛擬機開機時段的記憶體最大使用量明顯高於已進入可使用狀態的記憶體平均使用量如下右圖所示,本實驗之結果將成為後續 VDI 桌面池記憶體配置數量的參考依據。

記憶體使用量

記憶體使用量最大值與平均值

待用虛擬機數量 vs. CPU 使用率

         此實驗和記憶體使用量測試項目為同一測試環境,每回合測試收集了80分鐘的 CPU 使用率如下左圖所示,虛擬機在開機階段造成了高 CPU 負載,當虛擬機漸漸進入可使用狀態時,負載將回到低點;進一步統計10回合測試數據,虛擬機開機時段的 CPU 最大使用率明顯高於已進入可使用狀態的 CPU 平均使用率如下右圖所示,本實驗之結果將成為後續 VDI 桌面池 CPU 配置數量的參考依據。

CPU 使用率

CPU 使用率最大值與平均值

實驗結論

         從以上實驗數據,得知在50台虛擬桌面的電腦教室環境下,將待用虛擬機數量設定在15至20台之間,配置10 GHz 的 CPU 運算能力與55 GB 的記憶體,即可獲得最佳的效能資源比,效能資源比的改善幅度可達122%。