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Performance-Optimierung: So bestehen VDI-Umgebungen gegen klassische Desktops

Virtuelle Desktops gelten als leistungsschwächer als klassische Desktops. Mit ein paar Tricks lässt sich die VDI-Performance aber drastisch erhöhen.

„Wenn ich Word starte, geht das bei mir am Laptop daheim aber schneller.“ Vielen Nutzern kommen virtuelle Desktops langsam vor – zumindest langsamer als ihre eigenen Laptops oder PCs. Das liegt auch an deren guter Ausstattung. Können virtuelle Desktops da überhaupt mithalten?

Ein durchschnittlicher Laptop verfügt aktuell über eine Vier-Kern-CPU, acht Gigabyte Arbeitsspeicher und eine SSD. Damit ist er eigentlich für viel mehr ausgelegt als für gelegentliche Spiele, HD-Filme und Internet-Surfen. Für einen virtuellen Desktop wäre die Ausstattung des heimischen Geräts überdimensioniert, denn der Büro-Mitarbeiter verwendet ihn meist für E-Mails, Textverarbeitung und Internetrecherche. Ein überaus subjektiver Vergleich mit einer virtuellen Desktop-Infrastruktur (VDI).

Planen und Simulieren der VDI-Umgebung

Bevor eine VDI-Umgebung dimensioniert und aufgesetzt werden kann, errechnen Experten den Bedarf an virtuellen Prozessoren (vCPU), Festplatten (vDisk) und an virtuellem Arbeitsspeicher (vRAM). Danach erarbeiten sie ein Konzept, belegen es in einer Machbarkeitsstudie und testen die gesamte Infrastruktur. Lastsimulationen bilden hierbei die Benutzer ab.

Anschließend wissen die Experten, wie viele Anwender davon gleichzeitig ihren virtuellen Desktop starten, sich parallel anmelden und zum selben Zeitpunkt drucken oder speichern können. Diese Werte sind allerdings nur Schätzungen, da sich die Arbeitsweise von verschiedenen Benutzern nie hundertprozentig simulieren lässt. Dabei stellt sich die Frage, welche Hardware für die Performance verantwortlich ist.

VDI-Performance und CPU-Ressourcen

Natürlich hängt beim Öffnen von Programmen viel von der CPU ab. Hier sind virtuelle Standard-Desktops oft mit zwei virtuellen Prozessoren ausgestattet. Die Anzahl aller vCPUs ist im Regelfall so berechnet, dass mehr vCPUs konfiguriert werden, als physisch tatsächlich vorhanden sind. Es wird also ein geplantes Overcommitment der CPUs durchgeführt, wodurch es zu Performance-Einbrüchen kommen könnte, sobald mehrere Anwender gleichzeitig beide ihrer vCPUs zu 100 Prozent auslasten.

In der Realität kommt dies allerdings nur selten vor, denn das CPU-Sharing zwischen mehreren virtuellen Maschinen wird normalerweise problemlos über den Hypervisor geregelt. Wenn es zum Problemfall kommt, dann meistens durch unbedachte Konfigurationen, etwa wenn alle virtuellen Desktops gleichzeitig einen Virenscan beginnen oder auch bei Realtime-Anwendungen wie Softwaretelefonie und anderen Audio- und Videoformaten, bei denen der Codec über die vCPU in Echtzeit kodiert und dekodiert werden muss.

Dies alles trifft aber zum Beispiel beim Starten von Word nicht zu. Server-CPUs sind enorm leistungsfähig, weswegen sie meist nicht der Grund sind, wieso sich beispielsweise Word in VDI-Umgebungen langsamer öffnet als auf einem Laptop.

Storage-Performance in VDI-Umgebungen

Die nächste relevante Hardware beim Öffnen von Word am Laptop ist die Festplatte. In Laptops sind immer häufiger schnelle SSDs verbaut, die Datendurchsätzen zwischen 500 Megabyte und 2 Gigabyte pro Sekunde bieten. Diese Leistung steht auf einem Laptop exklusiv einem Benutzer zur Verfügung. Das Storage-System hinter einer VDI-Lösung wird allerdings zwischen allen Benutzern aufgeteilt. Oftmals wird das gleiche Storage zusätzlich auch für andere Systeme wie virtuelle Server mitverwendet.

Auch wenn moderne Storage-Systeme über intelligentes Caching, Enterprise-SSDs und schnelle Festplatten verfügen und dazu noch mit zwei (oder mehr) redundanten Anbindungen mit einem Durchsatz von 40 (oder mehr) Gigabit eine immense Schreib/Lese-Performance bereitstellen, müssen sich diese alle Nutzer teilen. Wenn 500 oder mehr Anwender gleichzeitig auf das Storage-System zugreifen, spürt der Einzelne ähnlich wie bei den vCPUs gewisse Einschränkungen.

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Damit scheint es, als könne man der Performance von SSDs im heimischen Laptop in VDI-Bereitstellungen nicht beikommen. Würde man es versuchen, so wäre das benötigte Storage-System und dessen Anbindung so preisintensiv, dass man schnell über die Sinnhaftigkeit der Lösung nachdenken müsste.

Weitere Möglichkeiten zur Verbesserung der VDI-Performance

Der Arbeitsspeicher ist schneller als jede SSD-Festplatte und bringt daher in VDI-Umgebungen starke Performance-Gewinne. Der Serverstandard liegt bei 256 Gigabyte, Tendenz steigend. Um RAM als Storage in VDI-Bereitstellungen zu nutzen, wird eine passende Lösung wie die Citrix Provisioning Services benötigt. Damit stellt man virtuellen Desktops die Möglichkeit zur Verfügung, Arbeitsspeicher für die von Benutzern erzeugten Schreib-Operationen zu verwenden.

Aber wie schnell ist RAM eigentlich? Eine klassische Festplatte schafft rund 90 bis 140 Schreib- und Lesevorgänge pro Sekunde (IOPS), Consumer-SSDs dagegen schaffen 100.000 IOPS und mehr. Das erklärt den Leistungsschub, von dem so mancher Benutzer berichtet, wenn er seinen Laptop von einer klassischen Festplatte auf eine SSD umrüsten lässt. Aktueller RAM (DDR4) liegt jenseits der zwei Millionen IOPS.

Da in Standard-VDI-Umgebungen die Festplattenaktivitäten zu 85 Prozent zufällige Schreib-Operationen sind und diese Operationen das intensivste sind, was einem Storage-System passieren kann, ist die Umstellung auf beispielsweise die Citrix Provisioning Services mit RAM-Cache in etwa so stark zu spüren, wie der Umstieg von einer klassischen Festplatte auf eine SSD in einem Laptop. Auch wird das vorhandene Storage-System stark entlastet, was dann allen anderen Services zugutekommt, die darauf aufsetzen.

„Wenn 500 oder mehr Anwender gleichzeitig auf das Storage-System zugreifen, spürt der Einzelne ähnlich wie bei den vCPUs gewisse Einschränkungen.“

Christian Calov, Axians IT Solutions

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Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Verwendung der Provisioning Services im Gegensatz zu einem Storage-System eine vollständige horizontale Skalierung ermöglicht.

Fügt man einen Hostserver hinzu, erhöht sich zwar die Menge an maximalen CPUs und RAM, die Performance der maximalen Schreib- und Lese-Operationen, die das Storage-System anbietet, bleibt jedoch gleich. Mehr noch: Auf die Verkabelung der neuen Hosts muss ebenfalls geachtet werden. Je nach Anschluss müssen dann gegebenenfalls aktive Komponenten wie Fibre-Channel-Switches ausgetauscht oder erweitert werden, was zu zusätzlichen Kosten führen kann.

Dabei sollte doch das Ziel sein, ein System aufzubauen, bei dem sich alle zusätzlichen Ressourcen positiv auf die gesamte Performance auswirken. Wenn alle Komponenten des Hosts für die darauf befindlichen virtuellen Desktops verwendet werden, dann skaliert man mit zusätzlichen Host-, CPU-, RAM- und Storage-Ressourcen die Performance horizontal. Diese Eigenschaft ist auch ein Grund für die starke Nachfrage nach konvergenten Infrastrukturlösungen.

Mit der richtigen Planung der VDI-Bereitstellung können virtuelle Desktops durchaus gegen den heimischen Laptop antreten und dabei gewinnen. Es gibt also durchaus Performance-Stellschrauben für leistungsfähige VDI-Umgebungen. Um an ihnen zu drehen, braucht es aber Experten und  Lösungen wie die Citrix Provisioning Services, die die idealen Voraussetzungen mitbringen, um mit wenig finanziellem Aufwand und Risiko nachhaltig eine hohe Performance und Flexibilität zu gewährleisten.

Über den Autor:
Christian Calov ist Senior Citrix Consultant bei Axians IT Solutions.

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Artikel wurde zuletzt im Januar 2017 aktualisiert

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