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利用PCIe SSD加速卡提升虚拟桌面架构(VDI)的性能

2014/08/04 联系我们

当企业需要将应用迁移到虚拟桌面架构(VDI)或提升现有VDI的性能时,选择合适的软件平台,服务器和存储将会变的非常重要,这将牵涉到整个解决方案和系统构建的成本,日后部署的难易程度,以及将来的扩展性等。而存储设备又是重中之重,其担负着整个系统数据的存取,交互,和存储。在当前VDI应用中,可靠,高性能的SSD加速卡已经不可或缺,它将直接影响到数据传输的速率,以及响应的延迟,从而影响到整个系统的性能。。

 
本文将描述在使用PCIe总线的SSD加速卡时,VDI应用的规模,密度及其性能表现。在这个方案中,将利用VSI负载生成器,将1000个VMware View桌面会话加载到6台服务器上,服务器之间采用Mellanox 40GE网络互联方案。这个测试最大限度的模拟了典型的商业办公环境。
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图1 系统示意图
 
如上图所示,ScaleIO软件作为本次测试的平台,除此之外,还有安装在服务器中的的PCIe SSD加速卡,本地磁盘驱动器和高性能以太网,这些设备将组成一个高速虚拟SAN网络。长期以来,VDI方案的瓶颈通常在基于普通硬盘或传统SAN的存储环节,而在这个方案中,PCIe总线的SSD加速卡的应用,大大提高了VDI的性能。
 
概览
 
本测试将用来验证创建和部署1000个桌面运行环境的可行性及其实际性能。通常,系统管理员会在每个服务器节点部署大约150个左右的桌面会话进程,因此,这个测试中采用了6台高性能服务器,每台服务器节点都安装2片3.2TB容量的PCIe SSD加速卡。测试中ScaleIO创建的虚拟池将会存储在这些PCIe SSD加速卡中。而各服务器节点之间,通过Mellanox公司的ConnectX-3 40GE以太网卡和Switch X系列40GE交换机连接。
 
PCIe SSD将极大缓解存储性能瓶颈
 
VDI方案对存储环境的要求比较严格。假设,当数以百计或千计的用户在工作时间,几乎同时登录其虚拟桌面会话时,这种在虚拟架构中同时加载操作系统和应用的活动,将在短时间内形成一个“启动风暴”。系统管理员的经验表明,基于传统硬盘的存储难以满足如此苛刻的负载,其登录时间远大于用户直接从一台本地计算机启动。这种情况下,更高性能的存储解决方案就迫在眉睫了。
 
ScaleIO方案的优势在于,其高效的整合了安装于服务器节点的PCIe SSD加速卡,传统存储设备,以及高性能以太网,从而形成了高性能的虚拟SAN网络。在应用了ScaleIO和PCIe SSD加速卡后,所有登录用户的数据都由ScaleIO保护并存储到3.2TB的PCIe SSD加速卡中。这些高性能企业级的PCIe SSD加速卡可以提供更多的读写周期,而平均延迟一般低于50微秒,性能远强于传统的机械磁盘或SAN方案。
 
本方案的另外一个组成部分是VMware View,其提供统一的虚拟桌面和应用程序访问机制,并运行在一个安全,集中的数据中心,支持多种设备的访问。这种方案使得系统管理员对用户的桌面环境,应用程序,数据管理变的非常灵活,同时,其每节点的部署成本却远低于传统的基于PC的桌面环境。
 
存储设备 
 
基于PCIe总线的SSD加速器卡提供了极高的性能,同时拥有极低的时延和低CPU占用率。 基于标准PCIe 接口可以很方便的安装于主流服务器中。实验表明,PCIe SSD加速卡的存取效率在传统单个机械式磁盘的百倍以上。
 
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图2 Carnation CFD高性能PCIe 存储
 

网络互联设备

Mellanox公司是高性能网络互联的领导者。其高带宽Infiniband和万兆以太网解决方案在业界都处于领先水平。在本方案中,由Mellanox 提供的ConnectX-3 40GE系列网络接口卡(NIC)和SX6036 40GE交换机提供了高带宽和高性能的网络互联。

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图3 Mellanox 40GE节点卡和交换机
 
测试环境配置
 
系统部署了6台服务器,每台配置两片PCIe SSD加速卡和一片Mellanox 40GE以太网卡,服务器间通过Mellanox SX6036 40GE交换机连接。Vmware View提供 1000个桌面进程。每个桌面终端配置为Windows 7 64 bit操作系统,2GB RAM以及40GB 硬盘驱动器。
 
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图4 测试环境整体架构图
 
1000 个VDI会话将分布在六台服务器上,每服务器配置如下表所示。服务器之间通过40G 以太网互联,而VDI和服务器之间通过10G以太网互联。
 

项目

配置描述

数量

服务器主要参数

2U机架式服务器,冗余920W电源,24个内存插槽,210GB SFP以太网接口,11GB 管理以太网接口,2208 SAS2控制器,1个全长PCIe x16插槽,2个全长PCIe x8插槽,2个半长PCIe x8插槽

1

双英特尔Xeon处理器

Ivy Bridge E5-2680 2.8G 处理器

2

384GB内存

16GB ECC DDR3内存

24

SSD加速卡

PCIe 总线 SSD加速卡,3.2TB

2

本地存储设备

标准SATA 6Gb/s 2.5 100GB SSD电子盘

1

以太网卡

Mellanox 40GE PCIe 接口,QSFP网卡

1

 

VDI会话主要考量指标及测试结果

 

用户响应时间:用户发出指令到操作完成,依据传统操作经验,该响应应该在数秒之间;

VDI部署效率:创建桌面环境以及加载必须的应用(例如Office办公环境)

VDI启动:模拟用户从开始登录到所有应用项加载完成

用户响应时间 

VSI基准测试最大限度的模拟一个用户的实际工作。例如打开一个新的Microsoft Word文档,压缩一个zip文件(高CPU和磁盘I/O请求),打开Web浏览器,编辑工作表以及加载视频等。 

 

生成服务器可以支持的最大会话量(VDI的密度)后,能否有效降低CAPEX和OPEX就成为关键指标。随着会话越来越多,用户的响应时间可能会延长。

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图5 VSI基准测试
 
测试结果被用来计算桌面会话性能(VSImax),同时提供可接受的响应时间和可支持的最大数量。786毫秒的基线提供了最好的性能,系统可以给单个用户高性能响应。注意,没有达到VSImax,这说明1000个会话都能在可接受的时间来响应。
 
时间测试 – 克隆1000个相同会话 
 
这个测试中,新的桌面会话在小于0.09秒内部署完成。这种典型应用通常发生在系统完成修补后,大量新的桌面同时发起请求。经过Vmware View管理软件的测试,1000个桌面会话完成的时间大约为86分钟。
 
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图6 1000相同会话启动
 
时间测试 – 1000个相同会话启动风暴 
 
当1000个桌面会话同时启动,所有的终端会保证在12分钟可用。而通常在最坏的情况下,桌面用户的工作被要求在20分钟内开始。所以在这种更现实的极端情况下,用户的桌面会话启动和运行是很迅速的 
 
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总结
 
一般来说,VDI的工作负载,其瓶颈往往局限于磁盘的性能。有些情况下,系统管理员被迫使用基于高性能SSD SAN网络来解决这一难题,但这将大大提高系统的构建成本。而使用ScaleIO解决方案,则无需复杂和昂贵的基础设施,通过相对低成本的服务器和PCIe SSD加速卡即可达到较好的性能。在这次测试中,通过行业标准的基准实验表明,1000个VDI桌面运行在6台基于40GE以太网互联的服务器上,仍然可以获得很好的性能。PCIe SSD加速卡有效的加速了VDI启动时间,提高了终端桌面的性能,同时,它允许每个节点部署更多的VDI会话。