楊清玉，李 軒，李金麗，穆芳成

(1.中標(biāo)軟件有限公司 測(cè)試認(rèn)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)

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一種虛擬桌面容量評(píng)測(cè)系統(tǒng)*

楊清玉1，李 軒2，李金麗1，穆芳成1

(1.中標(biāo)軟件有限公司 測(cè)試認(rèn)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)

該文設(shè)計(jì)了一種虛擬桌面容量評(píng)測(cè)系統(tǒng)。在虛擬機(jī)中運(yùn)行工作負(fù)載，對(duì)指定操作的響應(yīng)時(shí)間和性能數(shù)據(jù)進(jìn)行周期性采樣。通過(guò)指定操作的響應(yīng)時(shí)間來(lái)計(jì)算平均響應(yīng)時(shí)間，確定基準(zhǔn)響應(yīng)時(shí)間和閾值響應(yīng)時(shí)間；繪制響應(yīng)時(shí)間曲線(xiàn)圖、虛擬機(jī)資源使用監(jiān)控圖和主機(jī)資源使用監(jiān)控圖，通過(guò)對(duì)比平均響應(yīng)時(shí)間與閾值響應(yīng)時(shí)間，評(píng)測(cè)虛擬桌面容量，通過(guò)資源使用情況判斷環(huán)境運(yùn)行情況，輔助評(píng)測(cè)虛擬桌面容量，并能夠定位性能瓶頸。

云計(jì)算；虛擬桌面；容量評(píng)測(cè)

0 引言

云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式，通過(guò)這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需求提供給計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備[1]。虛擬化是指計(jì)算機(jī)元件在虛擬的基礎(chǔ)上運(yùn)行。虛擬桌面是虛擬化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)分支，是指支持企業(yè)實(shí)現(xiàn)桌面系統(tǒng)的遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)訪(fǎng)問(wèn)與數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一托管的技術(shù)[2]。

近年來(lái)，出現(xiàn)了一些具有代表性的虛擬化系統(tǒng)性能評(píng)測(cè)方法及相應(yīng)的性能評(píng)測(cè)工具，如XenMon[3]、Xenoprof[4]、VMmark[5]等。但對(duì)于虛擬桌面容量的評(píng)測(cè)，仍然缺乏相應(yīng)的評(píng)測(cè)方法。因此，如何更有針對(duì)性、更有效地對(duì)云計(jì)算環(huán)境下虛擬桌面容量進(jìn)行評(píng)測(cè)成為需要解決的問(wèn)題。

1 虛擬桌面容量評(píng)測(cè)系統(tǒng)描述

虛擬桌面容量評(píng)測(cè)系統(tǒng)主要包括四個(gè)部分：工作負(fù)載模塊、信息收集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和結(jié)果展示模塊。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架

1.1 工作負(fù)載模塊

根據(jù)真實(shí)的用戶(hù)行為模擬用戶(hù)工作負(fù)載。工作負(fù)載使用用戶(hù)日常使用的應(yīng)用程序，如Word、Excel、IE瀏覽器等。這些工作負(fù)載在運(yùn)行時(shí)會(huì)占用虛擬機(jī)的CPU、內(nèi)存、磁盤(pán)等資源，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬機(jī)系統(tǒng)的加壓功能。工作負(fù)載根據(jù)并行的應(yīng)用數(shù)量和應(yīng)用組合分為輕負(fù)載、中負(fù)載和重負(fù)載三種工作負(fù)載類(lèi)型，不同的工作負(fù)載占用的虛擬機(jī)資源不同。

開(kāi)始測(cè)試時(shí)，系統(tǒng)連接虛擬桌面并登錄虛擬機(jī)系統(tǒng)，自動(dòng)執(zhí)行預(yù)設(shè)的工作負(fù)載，對(duì)虛擬機(jī)系統(tǒng)生成壓力。

1.2 信息收集模塊

測(cè)試過(guò)程中，系統(tǒng)周期性采樣虛擬機(jī)在運(yùn)行工作負(fù)載時(shí)指定操作的響應(yīng)時(shí)間，監(jiān)測(cè)虛擬機(jī)以及虛擬機(jī)所在主機(jī)的性能數(shù)據(jù)。

1.2.1 操作響應(yīng)時(shí)間

系統(tǒng)周期性采樣虛擬機(jī)5種操作的響應(yīng)時(shí)間以及采樣發(fā)生時(shí)所在環(huán)境中運(yùn)行工作負(fù)載的虛擬機(jī)數(shù)量。采樣的5種操作包括啟動(dòng)記事本、啟動(dòng)記事本的打開(kāi)對(duì)話(huà)框、啟動(dòng)記事本打印對(duì)話(huà)框、啟動(dòng)Word文檔、使用WinRAR壓縮文件。

1.2.2 性能監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)周期性采樣虛擬機(jī)和虛擬機(jī)所在主機(jī)的性能數(shù)據(jù)以及環(huán)境中運(yùn)行工作負(fù)載的虛擬機(jī)數(shù)量。性能數(shù)據(jù)包括CPU使用率和內(nèi)存使用率。

1.3 數(shù)據(jù)處理模塊

當(dāng)測(cè)試結(jié)束后，系統(tǒng)對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。根據(jù)指定操作的響應(yīng)時(shí)間計(jì)算平均響應(yīng)時(shí)間，并確定基準(zhǔn)響應(yīng)時(shí)間和閾值響應(yīng)時(shí)間。

1.4 結(jié)果展示模塊

系統(tǒng)根據(jù)平均響應(yīng)時(shí)間繪制響應(yīng)時(shí)間曲線(xiàn)圖，標(biāo)記不同虛擬機(jī)數(shù)量下對(duì)應(yīng)的平均響應(yīng)時(shí)間、最大響應(yīng)時(shí)間、最小響應(yīng)時(shí)間以及環(huán)境的基準(zhǔn)響應(yīng)時(shí)間和閾值響應(yīng)時(shí)間。如果在某虛擬機(jī)數(shù)量下對(duì)應(yīng)的平均響應(yīng)時(shí)間大于閾值響應(yīng)時(shí)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(jī)性能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)繪制虛擬機(jī)資源使用曲線(xiàn)圖，通過(guò)該曲線(xiàn)圖可以監(jiān)測(cè)虛擬機(jī)具體運(yùn)行情況，判斷虛擬機(jī)是否在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)阻塞以及阻塞的原因。

系統(tǒng)根據(jù)主機(jī)性能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)繪制主機(jī)資源使用曲線(xiàn)圖。該曲線(xiàn)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(píng)測(cè)指標(biāo)的量化算法

2.1 總體響應(yīng)時(shí)間

評(píng)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)虛擬機(jī)中記錄的每種操作的響應(yīng)時(shí)間計(jì)算每次采樣的總體響應(yīng)時(shí)間。由于每種操作的響應(yīng)時(shí)間是不同的，例如使用WinRAR軟件壓縮文件的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于打開(kāi)記事本的“打開(kāi)對(duì)話(huà)框”的時(shí)間。為了確保每種操作的響應(yīng)時(shí)間對(duì)總體響應(yīng)時(shí)間的影響相同，總體響應(yīng)時(shí)間等于不同操作的響應(yīng)時(shí)間加權(quán)后求和，計(jì)算方法如式(1)所示。fi為第i種操作響應(yīng)時(shí)間的權(quán)重，Tjki為運(yùn)行工作負(fù)載的虛擬機(jī)個(gè)數(shù)為j的第k次采樣結(jié)果中的第i種操作的響應(yīng)時(shí)間，n為操作的種類(lèi)，Tjk為運(yùn)行工作負(fù)載的虛擬機(jī)個(gè)數(shù)為j的第k次采樣的總體響應(yīng)時(shí)間。

(1)

2.2 平均響應(yīng)時(shí)間

根據(jù)總體響應(yīng)時(shí)間計(jì)算平均響應(yīng)時(shí)間，計(jì)算步驟如下：

(1)確定樣本數(shù)量

①將虛擬機(jī)個(gè)數(shù)為j時(shí)的所有采樣的總體響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行升序排序。

②如果采樣數(shù)大于最小樣本數(shù)量(默認(rèn)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(gè)最大值，一個(gè)最小值)，剩余的采樣數(shù)m為用于計(jì)算平均響應(yīng)時(shí)間的樣本數(shù)。

對(duì)運(yùn)行工作負(fù)載虛擬機(jī)個(gè)數(shù)為j時(shí)的m個(gè)總體響應(yīng)時(shí)間求平均，得到運(yùn)行工作負(fù)載虛擬機(jī)個(gè)數(shù)為j時(shí)的平均響應(yīng)時(shí)間Tj，如式(2)所示。

(2)

2.3 基準(zhǔn)響應(yīng)時(shí)間計(jì)算

基準(zhǔn)響應(yīng)時(shí)間(Baseline)代表了測(cè)試環(huán)境中最快的響應(yīng)時(shí)間?；鶞?zhǔn)響應(yīng)時(shí)間最大的作用是幫助計(jì)算閾值響應(yīng)時(shí)間(Threshold)。

首先將所有平均響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行升序排序，然后根據(jù)式(3)計(jì)算基準(zhǔn)響應(yīng)時(shí)間。

(3)

基準(zhǔn)響應(yīng)時(shí)間的計(jì)算存在以下3種情況：

(1)測(cè)試虛擬機(jī)個(gè)數(shù)x等于1時(shí)，該虛擬機(jī)的平均響應(yīng)時(shí)間即為基準(zhǔn)響應(yīng)時(shí)間。

(2)測(cè)試虛擬機(jī)個(gè)數(shù)為1

(3)測(cè)試虛擬機(jī)個(gè)數(shù)x>5時(shí)，將所有平均響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行升序排序，對(duì)最低的5個(gè)平均響應(yīng)時(shí)間求平均，結(jié)果作為基準(zhǔn)響應(yīng)時(shí)間。

在康復(fù)訓(xùn)練后期，患者需要根據(jù)自己的運(yùn)動(dòng)意圖進(jìn)行主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練。采用阻抗控制方法建立機(jī)器人與患者之間力與位置的動(dòng)態(tài)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)患者主動(dòng)參與的主動(dòng)訓(xùn)練控制，同時(shí)采用模糊自適應(yīng)邏輯對(duì)阻抗參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)整。

2.4 閾值響應(yīng)時(shí)間計(jì)算

閾值響應(yīng)時(shí)間等于基準(zhǔn)響應(yīng)時(shí)間加1 000，即：

TThreshold=Tbaseline+1 000

(4)

3 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

3.1 環(huán)境部署

測(cè)試環(huán)境選用的服務(wù)器配置為Intel Xeon 1路4核CPU，開(kāi)啟超線(xiàn)程，CPU主頻為3.70 GHz，物理內(nèi)存40 GB，Swap 24 GB，采用SSD固態(tài)硬盤(pán)，硬盤(pán)容量250 GB。

服務(wù)器所安裝的操作系統(tǒng)為中標(biāo)麒麟高級(jí)服務(wù)器操作系統(tǒng)，云環(huán)境部署中標(biāo)麒麟微云操作系統(tǒng)2.0。在云環(huán)境中創(chuàng)建35個(gè)Windows7虛擬機(jī)，虛擬機(jī)配置為1個(gè)虛擬內(nèi)核，1.5 GB內(nèi)存，系統(tǒng)磁盤(pán)40 GB。

3.2 測(cè)試方法

采用遞增的方式，連接虛擬桌面，登錄虛擬機(jī)系統(tǒng)，在虛擬機(jī)中運(yùn)行中等工作負(fù)載。中等負(fù)載同時(shí)運(yùn)行4～6個(gè)應(yīng)用，該工作負(fù)載一共運(yùn)行8個(gè)應(yīng)用，完成以下任務(wù)：

(1)Word：打開(kāi)一個(gè)Word文檔，編輯文檔。

(2)Excel：打開(kāi)一個(gè)Excel文件，編輯文件。

(3)Power Point：打開(kāi)一個(gè)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(yè)、播放在線(xiàn)視頻。

(5)Adobe Reader：打開(kāi)一個(gè)PDF文件、查找內(nèi)容。

(6)Windows照片查看器：查看系統(tǒng)自帶的示例圖片。

(7)Windows Media Player：打開(kāi)一個(gè)本地視頻，循環(huán)播放。

(8)計(jì)算器：打開(kāi)計(jì)算器，執(zhí)行加減乘除等運(yùn)算。

評(píng)測(cè)系統(tǒng)周期性地采樣虛擬機(jī)和虛擬機(jī)所在主機(jī)的性能數(shù)據(jù)以及當(dāng)前環(huán)境中運(yùn)行工作負(fù)載的虛擬機(jī)數(shù)量。

3.3 結(jié)果分析

3.3.1 響應(yīng)時(shí)間結(jié)果

35臺(tái)虛擬機(jī)運(yùn)行中等負(fù)載的響應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)如表1所示。由于運(yùn)行的虛擬機(jī)個(gè)數(shù)大于5個(gè)，所以基準(zhǔn)響應(yīng)時(shí)間等于最小的5個(gè)平均響應(yīng)時(shí)間的平均值，即為912 ms，閾值響應(yīng)時(shí)間為1 912 ms。當(dāng)運(yùn)行中等負(fù)載的虛擬機(jī)數(shù)量為34個(gè)時(shí)，平均響應(yīng)時(shí)間為2 063 ms，大于閾值響應(yīng)時(shí)間，所以該環(huán)境的虛擬桌面容量取值33個(gè)。

35臺(tái)虛擬機(jī)運(yùn)行中等負(fù)載的響應(yīng)時(shí)間曲線(xiàn)如圖2所示。

3.3.2 虛擬機(jī)資源使用監(jiān)控

以其中一個(gè)虛擬機(jī)為例，虛擬機(jī)資源使用曲線(xiàn)圖如圖3所示。虛擬機(jī)的CPU使用率在40%～70%，內(nèi)存使用率在60%～80%，虛擬機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。

3.3.3 主機(jī)資源使用監(jiān)控

主機(jī)資源使用曲線(xiàn)圖如圖4所示。由圖可知，隨著運(yùn)行工作負(fù)載的虛擬機(jī)數(shù)量的增多，主機(jī)的資源使用率也隨著增加。由該圖也可知，主機(jī)的內(nèi)存使用率最終接近100%，所以，可以通過(guò)增加主機(jī)內(nèi)存來(lái)提高虛擬桌面容量。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種虛擬桌面容量評(píng)測(cè)系統(tǒng)，在虛擬機(jī)中運(yùn)行工作負(fù)載，周期性采樣指定操作的響應(yīng)時(shí)間和性能數(shù)據(jù)。根據(jù)指定操作的響應(yīng)時(shí)間來(lái)計(jì)算平均響應(yīng)時(shí)間、基準(zhǔn)響應(yīng)時(shí)間和閾值響應(yīng)時(shí)間。通過(guò)對(duì)比平均響應(yīng)時(shí)間與閾值響應(yīng)時(shí)間，從而判斷是否達(dá)到虛擬桌面最大容量。通過(guò)資源使用曲線(xiàn)圖監(jiān)控虛擬機(jī)和主機(jī)運(yùn)行情況，并輔助判斷是否達(dá)到虛擬桌面最大容量。本文以公司產(chǎn)品為例，

表1 響應(yīng)時(shí)間表 (單位：ms)

圖2 響應(yīng)時(shí)間曲線(xiàn)圖

圖3 虛擬機(jī)資源使用曲線(xiàn)圖

圖4 主機(jī)資源使用曲線(xiàn)圖

評(píng)測(cè)了虛擬桌面容量，并幫助定位性能瓶頸。這些能夠?yàn)樵骗h(huán)境中的虛擬桌面規(guī)劃部署以及性能改進(jìn)提供參考依據(jù)。

[1] Wikipedia.Cloud computing[EB/OL].[2016-05-30].https://en.wikipedia.org/wiki/Cloud_computing.

[2] 馬薈.虛擬桌面落云端[J].互聯(lián)網(wǎng)周刊，2015,5(9)：60-62.

[3] SOLTESZ S,POTZL H,FIUCZYNSKI M E,et al.Container-based operating system virtualization: a scalable,high-performance alternative to hypervisors[C].Proceedings of the 2007 Eurosys Conference,Mar 21-23,2007,Lisbon,Portugal.New York,USA: ACM,2007:275-287.

[4] MENON A,SANTOS J R,TURNER Y,et al.Diagnosing performance overheads in the xen virtual machine environment[C].Proceedings of VEE’05.Chicago,Illinois,USA: [s.n.],2005:13-23.

[5] MAKHIJA V,HERNDON B,SMITH P,et al.VMmark: a scalable benchmark for virtualized systems[R].VMware Inc,CA,Tech.Rep.VMware-TR-2006-002,2006.

A capacity evaluation system for virtual desktop

Yang Qingyu1,Li Xuan2,Li Jinli1,Mu Fangcheng1

(1.Test and Certification Center,China Standard Software Co.,Ltd.,Beijing 100190,China; 2.System Engineering Center,Space Star Technology Co.,Ltd.,Beijing 100086,China)

A capacity evaluation system for virtual desktop was designed.It ran workload in virtual machines.The system periodically sampled the response time of specified operations,monitored the performance data.According to the response time of specified operations,the system could calculate the average response time and determine the baseline and threshold response time.The system drew the response time graph,the resource utilization graph of virtual machines and the resource utilization graph of hosts.By comparing the average response time to the threshold response time,the capacity of virtual desktop could be evaluated.According to the use of resource,it could judge the environmental operating conditions,assistantly evaluate the capacity of virtual desktop and locate the performance bottlenecks.

Cloud computing; virtual desktop; capacity evaluation

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)(2014AA123001)

TP302.7

A DOI：10.19358/j.issn.1674-7720.2016.19.004

楊清玉，李軒，李金麗，等.一種虛擬桌面容量評(píng)測(cè)系統(tǒng)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2016,35(19)：14-16,20.

2016-06-12)

楊清玉(1986-)，女，工學(xué)碩士，工程師，主要研究方向：云計(jì)算測(cè)試、自動(dòng)化測(cè)試。

李軒(1980-)，男，工學(xué)碩士，工程師，主要研究方向：通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

李金麗(1974-)，女，工學(xué)學(xué)士，高級(jí)工程師，主要研究方向：操作系統(tǒng)及相關(guān)應(yīng)用軟件測(cè)試及自動(dòng)化。