新一代桌面虚拟化技术-即时桌面交付

A Desktop VirtualizationTechnology in New Generation- The Instant Desktop Delivery

2016年2月，VMware发布了桌面虚拟化平台的最新版本Horizon 7，其中包含了新一代的桌面虚拟化技术——即时桌面交付。

传统的虚机都是从硬盘启动的，当同时启动的虚机比较多的时候，往往造成启动风暴和内存风暴。

●启动风暴是指很多虚机启动时，大家都要对硬盘进行读操作，造成密集磁盘读操作，从而引起读操作的竞争，导致系统整体性能下降，虚机启动非常慢。通常的解决方案是采用SSD作为高速缓存来提高读操作的性能；

●内存风暴是指很多虚机启动时都要申请大量的内存，造成Hypervisor在短时间内调度内存的巨大压力。

一、即时交付（Just-In-Time Delivery）

即时克隆（Instant Clone）是一种创新的虚机启动技术，它不再是从磁盘镜像来启动虚机，而是从系统中一台已经运行的父虚机中直接创建（vmFork）一台新的子虚机。子虚机不需要有物理镜像，在一开始的时候重用父虚机的内存，所以子虚机跟父虚机是一模一样的。这特别适合于桌面虚拟化这种应用场景，因为大部分桌面系统的操作系统都是一样的，上面跑的软件也几乎一样，办公环境就是Office，呼叫中心就是座席服务软件，所不同的只是个人的数据和Windows环境设置。

即时交付（Just-In-Time Delivery）是由Instant Clone、App Volumes和User Environment Manager几项技术一起协作来实现的，一个桌面系统主要包括以下几部分：

1、桌面虚拟机及Windows操作系统

先行启动一个标准的桌面虚机，上面有基本的Windows操作系统，其他后续的桌面虚机都可以直接利用这台父虚拟机的内存而即时克隆出来。

2、桌面上的应用软件

每台虚拟机上需要用到的应用软件都被预先封装在App Volumes的应用容器（卷）中，这些容器是被多台虚拟机所共享的，可以快速地装配（Mount）到刚刚克隆出来的虚机上。

3、用户个人数据

用户的个人数据既可以存放在一个可写的App Volume卷中，也可以用目录重定向指向文件服务器的个人目录，用户登录时被动态地装配到虚机上；

4、Windows环境设置

个人对于操作系统环境的配置（应用参数设置喜好、输入法等）可以被User Environment Manager快速配置到虚机上，从而构成一个完整的个人专用桌面系统。

由于需要从物理镜像启动并进行Windows的初始化，传统虚拟桌面环境中启动2000个桌面大概需要1～2个小时。对比一下，Horizon 7的即时交付方案可以在20分钟内生成2000个虚拟桌面，主要原因是几乎所有的操作都是在内存中完成的。这一性能提升相比于传统VDI技术是惊人的，达到了一秒一桌面的效果。

从用户体验的角度来看，在用户登录之前，他的桌面并不存在。只有当用户发起登录请求之后，Horizon才去帮助他动态合成一个属于他的专用桌面，整个过程只需要十几秒钟时间，这就相当于连接一个普通远程虚拟桌面的时间，仍然可以保持原有的用户体验。

二、减少硬件容量需求

Horizon 7的即时交付桌面虚拟化方案可以大大减少对于硬件容量的要求。

1、内存

vSphere在由父虚拟机vmFork出子虚拟机时，完全重用原父虚拟机的内存镜像，只有当子虚拟机中的内存发生写操作时，才会针对改动的那部分内存创建一个副本，在副本中进行写操作，这种技术称之为“写时才复制”（Copy-On-Write）。每一个虚机的内存实际上是由父虚机的内存和Copy-On-Write内存拼接而成的，COW那部分内存才是每个虚机所专有的。

这就避免了传统VDI环境启动时的内存风暴，在开始的时候每个虚机占用的内存非常少，尽量重用父虚拟机的内存；随着后续的使用变化，每个子虚机的内存用量才会慢慢上升。但是由于基本操作系统跟父虚机是一样，还是有很大一部分内存会重用父虚机的内存，所以在大部分应用场景下，采用Horizon 7即时交付技术的虚机对于内存的用量要比传统的VDI低一些。

2、磁盘存储

采用即时交付技术生成的虚拟桌面对于磁盘的存储需求如下：

（1）虚拟机：虚拟桌面都是动态生成的，不再需要存储每个虚拟机的物理镜像，最简单的情况下，整个部门可能只需要一个父镜像就行了。

（2）应用软件：需要若干个App Volumes卷，以安装各种不同软件包，这些卷是供所有的虚拟桌面共享的。

（3）个人数据：占用存储空间最多的可能是用户的个人数据了，每个用户都有自己的Windows环境配置和个人数据存储空间。

在即时交付工作模式下，用户的桌面是动态生成的，当用户退出当前会话时，他的桌面就会被删除掉，从而释放掉虚机所占用的系统资源，Horizon只需要保存用户的个性化数据就可以了，服务器上的资源可以被更充分地利用。

由上可见，即时交付桌面虚拟化方案通过共享虚机之间公用部分的内存和存储空间，大大减少了重复数据的存在，减少存储空间的用量，进而帮助客户降低硬件的采购成本。与此同时并没有牺牲用户体验，每个用户仍然可以拥有个性化的个人专用桌面。

三、简化系统管理

传统的VDI架构存在着另外一个问题，桌面操作系统升级或打补丁的工作量较大。即便是采用Linked Clone架构的虚机，尽管可以在父虚机上安装Windows补丁，但是所有的子虚机都需要做一个重构操作（Recompose），来把父虚机上的系统更新复制到每一个桌面虚机中去。当虚拟桌面的数量比较多的时候，这就是一个比较费时的操作；为了不影响用户的正常使用，管理员可能需要分期分批地升级用户桌面。

采用即时交付技术之后，无论是操作系统升级，还是应用软件的安装，都只需要在有限的几台虚机模板内完成就可以了，其他的桌面在下次生成的时候就能够获得最新的操作系统升级和应用软件。基于Instant Clone工作原理，这种操作甚至不需要系统维护窗口，完全不影响现有桌面的运行。父虚机完全可以独立于子虚机进行操作系统更新，甚至是系统重启，至于新的更新什么时候在用户桌面上生效取决于管理员的决定：

1、对于紧急的系统补丁，管理员可以强制要求现有的桌面用户退出当前会话，然后再重登录，这时候就是从更新后的父虚机重新生成一个新的桌面了；

2、不是很紧急的系统更新，则完全可以等到用户下次登录桌面的时候再生效。

由此可见，即时交付技术也可以降低系统管理的复杂度，大大减少管理员的的工作量。

四、总结

Horizon 7中的即时交付技术是新一代的VDI技术，它能够更加高效地利用系统资源，以更低地成本来为用户提供个性化的桌面；在保证用户体验的同时，大大简化系统管理的复杂度和工作量。

注意：即时交付技术需要Instant Clone、App Volumes和User Environment Manager几种技术的配合一起来实现的，所以需要Horizon的企业版才能支持这项新功能，因为只有企业版里才包含所有的这几项功能。