楊清玉1，李軒2，李金麗1，穆芳成1
?。?.中標軟件有限公司 測試認證中心，北京 100190；2.航天恒星科技有限公司 系統(tǒng)工程中心，北京 100086）
摘要：該文設計了一種虛擬桌面容量評測系統(tǒng)。在虛擬機中運行工作負載，對指定操作的響應時間和性能數(shù)據(jù)進行周期性采樣。通過指定操作的響應時間來計算平均響應時間，確定基準響應時間和閾值響應時間；繪制響應時間曲線圖、虛擬機資源使用監(jiān)控圖和主機資源使用監(jiān)控圖，通過對比平均響應時間與閾值響應時間，評測虛擬桌面容量，通過資源使用情況判斷環(huán)境運行情況，輔助評測虛擬桌面容量，并能夠定位性能瓶頸。
關鍵詞：云計算；虛擬桌面；容量評測
0引言
云計算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計算方式，通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需求提供給計算機和其他設備［1］。虛擬化是指計算機元件在虛擬的基礎上運行。虛擬桌面是虛擬化技術發(fā)展的一個分支，是指支持企業(yè)實現(xiàn)桌面系統(tǒng)的遠程動態(tài)訪問與數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一托管的技術［2］。
近年來，出現(xiàn)了一些具有代表性的虛擬化系統(tǒng)性能評測方法及相應的性能評測工具，如XenMon［3］、Xenoprof［4］、VMmark［5］等。但對于虛擬桌面容量的評測，仍然缺乏相應的評測方法。因此，如何更有針對性、更有效地對云計算環(huán)境下虛擬桌面容量進行評測成為需要解決的問題。
1虛擬桌面容量評測系統(tǒng)描述
虛擬桌面容量評測系統(tǒng)主要包括四個部分：工作負載模塊、信息收集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和結果展示模塊。如圖1所示。
1.1工作負載模塊
根據(jù)真實的用戶行為模擬用戶工作負載。工作負載使用用戶日常使用的應用程序，如Word、Excel、IE瀏覽器等。這些工作負載在運行時會占用虛擬機的CPU、內存、磁盤等資源，從而實現(xiàn)對虛擬機系統(tǒng)的加壓功能。工作負載根據(jù)并行的應用數(shù)量和應用組合分為輕負載、中負載和重負載三種工作負載類型，不同的工作負載占用的虛擬機資源不同。
開始測試時，系統(tǒng)連接虛擬桌面并登錄虛擬機系統(tǒng)，自動執(zhí)行預設的工作負載，對虛擬機系統(tǒng)生成壓力。
1.2信息收集模塊
測試過程中，系統(tǒng)周期性采樣虛擬機在運行工作負載時指定操作的響應時間，監(jiān)測虛擬機以及虛擬機所在主機的性能數(shù)據(jù)。
1.2.1操作響應時間
系統(tǒng)周期性采樣虛擬機5種操作的響應時間以及采樣發(fā)生時所在環(huán)境中運行工作負載的虛擬機數(shù)量。采樣的5種操作包括啟動記事本、啟動記事本的打開對話框、啟動記事本打印對話框、啟動Word文檔、使用WinRAR壓縮文件。
1.2.2性能監(jiān)測
系統(tǒng)周期性采樣虛擬機和虛擬機所在主機的性能數(shù)據(jù)以及環(huán)境中運行工作負載的虛擬機數(shù)量。性能數(shù)據(jù)包括CPU使用率和內存使用率。
1.3數(shù)據(jù)處理模塊
當測試結束后，系統(tǒng)對收集到的數(shù)據(jù)進行處理。根據(jù)指定操作的響應時間計算平均響應時間，并確定基準響應時間和閾值響應時間。
1.4結果展示模塊
系統(tǒng)根據(jù)平均響應時間繪制響應時間曲線圖，標記不同虛擬機數(shù)量下對應的平均響應時間、最大響應時間、最小響應時間以及環(huán)境的基準響應時間和閾值響應時間。如果在某虛擬機數(shù)量下對應的平均響應時間大于閾值響應時間，則可在此之前確定虛擬桌面最大容量。
系統(tǒng)根據(jù)收集到的虛擬機性能監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制虛擬機資源使用曲線圖，通過該曲線圖可以監(jiān)測虛擬機具體運行情況，判斷虛擬機是否在運行過程中出現(xiàn)阻塞以及阻塞的原因。
系統(tǒng)根據(jù)主機性能監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制主機資源使用曲線圖。該曲線圖可以輔助判斷虛擬桌面容量，幫助尋找環(huán)境性能瓶頸。
2評測指標的量化算法
2.1總體響應時間
評測系統(tǒng)根據(jù)虛擬機中記錄的每種操作的響應時間計算每次采樣的總體響應時間。由于每種操作的響應時間是不同的，例如使用WinRAR軟件壓縮文件的時間遠遠大于打開記事本的“打開對話框”的時間。為了確保每種操作的響應時間對總體響應時間的影響相同，總體響應時間等于不同操作的響應時間加權后求和，計算方法如式（1）所示。fi為第i種操作響應時間的權重，Tjki為運行工作負載的虛擬機個數(shù)為j的第k次采樣結果中的第i種操作的響應時間，n為操作的種類，Tjk為運行工作負載的虛擬機個數(shù)為j的第k次采樣的總體響應時間。
2.2平均響應時間
根據(jù)總體響應時間計算平均響應時間，計算步驟如下：
?。?）確定樣本數(shù)量
?、賹⑻摂M機個數(shù)為j時的所有采樣的總體響應時間進行升序排序。
?、谌绻蓸訑?shù)大于最小樣本數(shù)量（默認為3），則去除樣本中最大5%和最小5%的數(shù)據(jù)（至少去除一個最大值，一個最小值），剩余的采樣數(shù)m為用于計算平均響應時間的樣本數(shù)。
?。?）計算平均響應時間
對運行工作負載虛擬機個數(shù)為j時的m個總體響應時間求平均，得到運行工作負載虛擬機個數(shù)為j時的平均響應時間Tj，如式（2）所示。
2.3基準響應時間計算
基準響應時間（Baseline）代表了測試環(huán)境中最快的響應時間?；鶞薯憫獣r間最大的作用是幫助計算閾值響應時間（Threshold）。
首先將所有平均響應時間進行升序排序，然后根據(jù)式（3）計算基準響應時間。
基準響應時間的計算存在以下3種情況：
?。?）測試虛擬機個數(shù)x等于1時，該虛擬機的平均響應時間即為基準響應時間。
?。?）測試虛擬機個數(shù)為1<x≤5時，將所有平均響應時間進行升序排序，去除一個最大的平均響應時間，將剩余平均響應時間求平均，結果作為基準響應時間。
?。?）測試虛擬機個數(shù)x>5時，將所有平均響應時間進行升序排序，對最低的5個平均響應時間求平均，結果作為基準響應時間。
2.4閾值響應時間計算
閾值響應時間等于基準響應時間加1 000，即：
3系統(tǒng)實驗
3.1環(huán)境部署
測試環(huán)境選用的服務器配置為Intel Xeon 1路4核CPU，開啟超線程，CPU主頻為3.70 GHz，物理內存40 GB，Swap 24 GB，采用SSD固態(tài)硬盤，硬盤容量250 GB。
服務器所安裝的操作系統(tǒng)為中標麒麟高級服務器操作系統(tǒng)，云環(huán)境部署中標麒麟微云操作系統(tǒng)2.0。在云環(huán)境中創(chuàng)建35個Windows7虛擬機，虛擬機配置為1個虛擬內核，1.5 GB內存，系統(tǒng)磁盤40 GB。
3.2測試方法
采用遞增的方式，連接虛擬桌面，登錄虛擬機系統(tǒng)，在虛擬機中運行中等工作負載。中等負載同時運行4~6個應用，該工作負載一共運行8個應用，完成以下任務：
（1）Word：打開一個Word文檔，編輯文檔。
?。?）Excel：打開一個Excel文件，編輯文件。
?。?）Power Point：打開一個PPT演示文稿，幻燈片放映、新建幻燈片、編輯幻燈片。
（4）IE：瀏覽網(wǎng)頁、播放在線視頻。
?。?）Adobe Reader：打開一個PDF文件、查找內容。
（6）Windows照片查看器：查看系統(tǒng)自帶的示例圖片。
?。?）Windows Media Player：打開一個本地視頻，循環(huán)播放。
?。?）計算器：打開計算器，執(zhí)行加減乘除等運算。
評測系統(tǒng)周期性地采樣虛擬機和虛擬機所在主機的性能數(shù)據(jù)以及當前環(huán)境中運行工作負載的虛擬機數(shù)量。
3.3結果分析
3.3.1響應時間結果
35臺虛擬機運行中等負載的響應時間數(shù)據(jù)如表1所示。由于運行的虛擬機個數(shù)大于5個，所以基準響應時間等于最小的5個平均響應時間的平均值，即為912 ms，閾值響應時間為1 912 ms。當運行中等負載的虛擬機數(shù)量為34個時，平均響應時間為2 063 ms，大于閾值響應時間，所以該環(huán)境的虛擬桌面容量取值33個。
35臺虛擬機運行中等負載的響應時間曲線如圖2所示。
3.3.2虛擬機資源使用監(jiān)控
以其中一個虛擬機為例，虛擬機資源使用曲線圖如圖3所示。虛擬機的CPU使用率在40%~70%，內存使用率在60%~80%，虛擬機系統(tǒng)運行平穩(wěn)。
3.3.3主機資源使用監(jiān)控
主機資源使用曲線圖如圖4所示。由圖可知，隨著運行工作負載的虛擬機數(shù)量的增多，主機的資源使用率也隨著增加。由該圖也可知，主機的內存使用率最終接近100%，所以，可以通過增加主機內存來提高虛擬桌面容量。
4結束語
本文設計了一種虛擬桌面容量評測系統(tǒng)，在虛擬機中運行工作負載，周期性采樣指定操作的響應時間和性能數(shù)據(jù)。根據(jù)指定操作的響應時間來計算平均響應時間、基準響應時間和閾值響應時間。通過對比平均響應時間與閾值響應時間，從而判斷是否達到虛擬桌面最大容量。通過
資源使用曲線圖監(jiān)控虛擬機和主機運行情況，并輔助判斷是否達到虛擬桌面最大容量。本文以公司產品為例，
評測了虛擬桌面容量，并幫助定位性能瓶頸。這些能夠為云環(huán)境中的虛擬桌面規(guī)劃部署以及性能改進提供參考依據(jù)。
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