Horizon Vmware 桌面虛擬化 虛擬化 快取

設定VMware內建快取機制 加速虛擬桌面環境效能

2013-11-22
建置虛擬桌面環境時,為避免使用者體驗不佳,虛擬桌面管理伺服器勢必要進行優化,以加速系統反應並降低工作負載,但市面上具備硬體快取機制的設備十分昂貴,所以直接利用VMware內建的View Storage Accelerator機制來提升整體的使用操作體驗,將是最好的解決辦法。
事實上,從VMware vSphere 5.0版本開始,便支援ESXi Host Caching機制(Content-Based Read Cache,CBRC),也就是VMware vSphere內建的讀取快取機制,到了VMware View 5.1版本,更將底層的ESXi Host Caching CBRC機制整合進來,稱之為「View儲存加速器(View Storage Accelerator)」。

整合了底層ESXi Host Caching CBRC機制的View儲存加速器,能為虛擬桌面環境帶來以下幾個優點:

  • 內建CBRC讀取快取機制後,當虛擬桌面所要存取的資料在ESXi Host Disk內已經存在時(包含View Composer OS Disks及Full Clone Pool),便能發揮讀取快取的效果。
  • CBRC讀取快取機制能夠有效降低原有儲存設備的Read I/O Requests工作負載,並且幫忙處理虛擬桌面「啟動風暴(Boot Storm)的情況,也就是當為數眾多的虛擬桌面一起開機(Power On)時所造成的大量Read Requests。
  • 根據VMware官方統計結果顯示,啟用View儲存加速器機制後,在部署虛擬桌面時,可以降低80%的Peak IOPS,就整體來說,能夠降低65% Peak Throughput。
  • 當虛擬桌面執行應用程式時,例如Outlook、Adobe Reader等等,系統一樣會透過CBRC讀取快取機制,將Read Request重新導向到Shared Cache Memory當中,以便讀取CBRC快取內容縮短回應時間。
  • 支援由vCenter Server所管理的各種虛擬桌面資源池,包含手動桌面資源池、自動化完整複製虛擬桌面資源池、自動化連結複製桌面資源池等。
  • CBRC讀取快取機制支援虛擬桌面作業系統磁碟,若虛擬桌面中的Persistent Disk有包含User Data時也有支援。
但在使用CBRC讀取快取機制之前,必須先了解下列相關的功能限制及注意事項,才能順利地啟用讀取快取機制:
  • 啟用CBRC讀取快取機制時,ESXi Host上所運作的VM虛擬桌面主機,其運作狀態必須為「關機(Power off)」,或將所有VM虛擬桌面主機先遷移至別台ESXi Host主機,否則ESXi Host的CBRC讀取快取機制無法套用生效。
  • 採用「連結複製(Linked Clone)」虛擬桌面機制時,Shared Disk中的VM虛擬桌面,其運作狀態也必須關機,否則CBRC讀取快取機制也無法套用生效。
  • 因為CBRC讀取快取機制是將ESXi Host的「Physical Memory」空間劃分出一塊來使用(最大至2GB),所以嚴格來說會降低ESXi Host上VM虛擬主機的整併比率。
  • 啟用CBRC讀取快取機制之後,每台虛擬桌面主機其儲存資源會增加Boot VMDK和Snapshot VMDK,所以虛擬桌面主機的磁碟占用空間會增加。
  • 後續若變更某些CBRC參數值內容,必須要將 vSphere CBRC Module重新載入(Unloaded→ Reloaded),才能套用變更生效新的參數設定。
  • CBRC讀取快取機制,不支援「未」被vCenterServer所管理的虛擬桌面資源池,同時也不支援Terminal Server虛擬桌面資源池。
TOP 2:CBRC讀取快取機制的運作架構為何?

CBRC讀取快取機制最大使用空間,不是只能設定ESXi Host的2GB,就可以有這麼大的讀取快取效能嗎?它是怎麼達成降低儲存設備工作負載,加速使用者要求回應時間?

CBRC讀取快取機制,是以「離線雜湊(Offline Hashing)」配合「線上快取(Online Caching)」這兩種機制來達成提供讀取快取的特色功能。

從圖3可以看到,VM虛擬主機的VMDK檔案連接到CBRC VSCSI Filter(簡稱CBRC Filter),此時的CBRC Filter,便是在VM虛擬主機與ESXi Host之間負責提供Hashing及Caching快取機制運作的溝通介面。


▲圖3 CBRC快取機制運作架構概念圖。(圖片來源:VMware Technical Papers – View Storage Accelerator in VMware View 5.1)

簡單來說,CBRC Filter透過RAM-Based Cache機制來管理ESXi Host當中的「磁碟快取資料區塊(Cached Disk Blocks)」,當VM虛擬桌面主機需要存取資料時,便會偵測VM虛擬桌面需要使用到快取中的哪些資料區塊,進而快速回復給VM虛擬桌面,如圖4所示。


▲圖4 CBRC Filter運作示意圖。(圖片來源:VMware Technical Papers – View Storage Accelerator in VMware View 5.1)

離線雜湊機制會在VMDK File當中產生「摘要檔案(Digest File)」(包含Digest Headers、Journaling、Digest Hashes等資訊),並且在每個Boot VMDK檔案內,也會透過Digest機制在每個Content Blocks內產生「雜湊數值(Hash Value)」,其中的Journaling是用來「復原(Recovery)」線上快取運作時的雜湊數值。

摘要檔案(Digest File)便是在VM虛擬主機內所看到的「-digest.vmdk」檔案,該檔案記錄著每個資料區塊(Block)當中的雜湊數值,同時也包含「中繼資料(Metadata)」內容。

若是以SHA1 Hash及4K Block Size當作基準,且「衝突偵測(Collision Detection)」設定為禁用(Disabled)時,摘要檔案大小將為Logical Disk Size的0.5%,若衝突偵測設定為啟用(Enabled),則檔案大小將為Logical Disk Size的1.2%。

簡單來說,一個具有20GB的Windows VM虛擬桌面主機,大約會有100MB大小的摘要檔案,但是當VM虛擬主機執行快照(Snapshot)時,摘要檔案將會額外分開產生,所以採用連結複製(Linked Clone)技術所建立出來的VM虛擬桌面主機,會有屬於個別(Respective)的Redo Log(Delta File),如圖5所示。


▲圖5 摘要檔案(Digest File)運作示意圖。(圖片來源:VMware Technical Papers – View Storage Accelerator in VMware View 5.1)

至於線上快取(Online Caching)機制,當VM虛擬桌面開機(Power on)時,摘要檔案將載入到ESXi Host的記憶體空間內(包含Block-Hash Mapping),所以當VM虛擬桌面需要進行「Read I/O Request」時,ESXi Host便會檢查(Check)記憶體空間中是否有相對應的雜湊值(也就是可用的資料區塊)。


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