桌面虛擬化儲存問題層層剖析

桌面虛擬化（Desktop Virtualization）能為企業帶來的優勢或許讀者們已有所聞，整體來說包括了三個面向：總體成本、安全以及行動化。而總體成本更包括設備的使用壽命、電力費用以及維護與管理成本。這些優勢每一項都令IT決策者怦然心動。台灣賽門鐵克資深技術顧問陳力維引述研究機構DCIG的數據指出，根據2009年一項針對132個決策階層進行的調查結果，這些受訪的組織中有73%已經投資或計畫部署VDI（Virtual Desktop Infrastructure）技術。而有意導入VDI的組織中，有78%將簡化桌面管理作為主要部署的動機，同時也有72%是為了節省設備、電力以及維護上的支出。

桌面虛擬化的優勢

桌面虛擬化具有節省成本、減少維護與管理負擔以及集中式桌面管理所具有的高安全性。從設備成本的角度來看，桌面虛擬化提高了桌面電腦的使用年限，甚至帶來電力節省的效益。原因在於，一旦將運算工作挪到伺服器上後，PC只要負責簡單的連繫工作，那麼PC使用周期壽命就能延長。更進一步地，若是將汰換下來的桌面電腦轉換成Thin Client（精簡型電腦），將省下更可觀的電力成本。

另一方面，部署桌面虛擬化也有助於解決令IT人員相當頭疼的管理問題。長期以來，分散用戶與集中管理原本就是一場拉鋸戰，讓使用者具備個人化彈性的使用自由，固然有助於提升工作效率，卻也讓桌面電腦成為惡意軟體、駭客入侵以及資料外洩的溫床。

如今所有的運算都在伺服器內執行後，IT人員便只要經由伺服器就能一次性解決桌面環境或應用程式的問題，以升級Windows 7為例，傳統作法是每台PC都要進行升級，100台PC就花費100倍單次升級的時間，幾乎沒有批量效益可言，集中桌面管控後，這些時間可以大幅地縮短。

桌面虛擬化的優勢還包括了安全與行動化。HP企業伺服器暨儲存網路設備事業處儲存解決方案事業部儲存方案產品經理張瑞弘觀察台灣企業需求發現，桌面虛擬化之所以受到企業重視，一開始便著眼於資安議題，由於不希望企業內部資料外洩，因此希望透過虛擬桌面基礎結構技術進行集中化管理。

「另一個造成近期日益熱絡的原因是行動化（Mobility），隨著智慧型手機日益被拿來應用到工作中趨勢，企業當然會希望資源是統一管控的狀態。」他表示，如此一來，行動工作者都可以對應用程式或內容進行存取，相對就是增加員工的機動性與生產力。

部署動機首推安全性

光從優勢當然還不足以說明企業部署動機的全貌。過去許多IT資產及資料集中管控方案其實也有類似的好處，更何況簡化桌面管理也不是突如其來的想法，但隨著桌面虛擬化技術已經成熟到即使重度使用者也能得到良好的桌面使用體驗，以及桌上型電腦、網路、儲存元件等成本快速下降之後，桌面虛擬化也變得日益可行。

事實上，桌面虛擬化市場正在成長，根據DCIG的調查，2009年VDI業者口中的「大型專案」約莫是虛擬化5,000～10,000台的桌面電腦，但到了2010年一萬台以下的數量已經不被業者稱為大型專案了。聚碩科技網路整合事業群市場規劃部資深經理林立棕表示，台灣雖然中小企業居多，但在他經手的專案中，也有高達5,000台以上的案例，顯示企業對於桌面虛擬化的興趣不低，「而且多數案例是基於安全性而導入，尤其是對資料敏感的企業更是如此。有些企業甚至會配合Thin Client設備，連透過USB外洩的機率都一併杜絕，更嚴密的作法是不對外連接到網際網路上，形成一個實體隔離的架構，進而確保資料的安全性。」

先天架構引來的儲存問題

桌面虛擬化的優勢顯而易見，然而在這看似十全十美的解決方案，卻存在著先天技術使然而造成的後端儲存挑戰。一般來說，企業對於桌面虛擬化接受度的增加，看重的是它帶來的投資報酬率，但是在桌面虛擬化的缺點中，儲存系統的成本與複雜度卻往往令人猶豫。更直接了當地說，為了桌面虛擬化而導入的儲存設備很有可能抵消上述桌面虛擬化優勢可帶來的成本效益。

在探討桌面虛擬化為什麼會導致這個結果之前，先來瞭解桌面虛擬化會帶來那些儲存問題。整體歸納，除了資料增長的議題之外，「開機風暴（boot-storm）」對儲存成本的影響也甚鉅。

快速增長的儲存需求

理論上，桌面虛擬化會增加儲存空間的增長。前面提到VDI是一種把作業系統、應用程式以及個人化檔案，由IT統一管理並且派送給使用者的技術，這意謂著所有的資料都被存放到後端儲存設備上，因而增加了儲存容量的需求，就以作業系統來說，若有100個VDI桌面都是Windows 7作業系統，在還沒有採用相關的解決方案之前，例如VMware 的Composer、Citrix 的Provisioning等等，作業系統就會被重複存放了100份。

除了儲存容量的增加之外，管理上也是一大問題。Dell企業技術系統顧問陳毅達指出，剛開始IT人員總會先為每個虛擬桌面設定的相同的儲存空間容量，一旦真正上線，這些Volume依照使用者的使用程度不同，而開始有了改變，重度使用者容量不夠，而輕度使用者的空間卻又過多，當這些Volume必須由IT手動調整並且判斷各個虛擬桌面的工作負載，這就會造成管理上的負擔。

令IT跳腳的開機風暴

基本上，開機風暴並不是桌面虛擬化特有的挑戰，這個問題在伺服器虛擬化中就已經存在，只是影響不明顯，因而沒有受到重視。一般情況下，開機風暴發生的時機，多半在每天上班前的半小時左右，尤其是當企業愈要求員工準時上班，開機風暴就愈容易變成IT的痛點。

原因就在於，當數百名或數千名使用者同時登入，企圖存取儲存設備中與桌面相關的資源時，儲存系統沒有辦法在短時間內就開啟這麼多的虛擬桌面，開機延遲將導致使用者的抱怨，也為IT人員帶來莫大的困擾。林立棕提到，「這是桌面虛擬化先天技術上的因素，無可避免，而且不管是那家虛擬平台業者提供的解決方案，遇到的問題都一樣。」

VM數量劇增
長期以來，各家解決方案業者在虛擬桌面基礎結構（VDI）技術上都會有些差異，名稱也有所不同，這次就撇開技術細節不談，直接將所有的虛擬桌面方案都統一採用「VDI」這個名詞。簡單地說，VDI是一種把作業系統、應用程式以及個人化檔案，由IT統一管理並且派送給使用者的技術，因此能大幅降低資安風險。一般而言，基於效能及成本上的考量，常見的作法是配合伺服器虛擬化，最大化地承載VDI桌面，通常是一個虛擬機器對一個VDI桌面。

所謂的最大化是多少呢，這裡有一個經驗數據可作為參考。以Intel具有超執行緒（Hyper-Threading）技術的CPU而言，一個核心（Core）約莫可以支持8個VDI桌面，如果該伺服器具有2顆4核心的處理器，換算下來，總共就可以支撐64個VDI桌面。當然，這是理想數值，需要對IT架構優化才能做到，但打個折扣，伺服器上執行40個VDI桌面，就會有40個虛擬機器需要與儲存設備溝通。

Random I/O

▲聚碩科技網路整合事業群市場規劃部資深經理林立棕表示，開機風暴是桌面虛擬化先天技術上的因素，無可避免，而且不管是那家虛擬平台業者提供的解決方案，都會遇到一樣的問題。

伺服器上開啟的虛擬機器數量是一個因素，虛擬機器與儲存設備的溝通方法則是另一個導因。伺服器還沒被虛擬化前，傳統上就只會安裝一套作業系統，而且也只有少數的應用服務被安裝其上，因此對後端儲存設備而言，所有的存取動作都來自於單純的應用服務。一旦伺服器虛擬化後，後端儲存設備維持原樣，但是所有I/O的存取不是由應用服務決定，而是透過虛擬管理軟體（Hypervisor）讓虛擬機器對硬碟溝通，在這個狀況下，所有進到儲存的I/O全部都是random I/O。意思是，資料會被隨機地存放到儲存空間中，而且是不連續的空間，由於硬碟是機械式的讀取，如此效率便會降低很多。

林立棕表示，在所有的虛擬化架構中，所有的虛擬機器對後端儲存設備的存取，百分之百都是以random I/O形式，不管後面是接SAN或NAS設備，問題都一樣，除非設備本身具有可進行Block重整或位移功能，才可能被加以改善。

I/O流量的挑戰

最大化的VDI承載加上random I/O帶來的低效率，不難想像，企業為何會遭遇開機風暴。而且開機風暴往往會出現在一開始上班後的半個小時內，陳力維提到，I/O流量的變化將使得企業面臨挑戰。

「根據賽門鐵克的觀察，在使用者一開始上班後半個小時內，第一個動作就是先開機，這時讀寫比可以攀升到20：1，甚至更高。亦即每20個讀取的I/O才有一個寫入的I/O，換句話說，大部分的使用者都是在讀的狀態，只有少部分是在寫的情況。日復一日的上班日都是如此。」陳力維解釋，但是過了開機潮之後，I/O需求卻隨即往反方向變化，寫入的I/O比起讀取的I/O可以達到50：50的讀寫比，甚至會達到80：20的寫讀比。」

他指出，每一台虛擬桌面的I/O數範圍可以從輕度使用者的3 IOPS（每秒3個I/O）到重度使用者的20 IOPS，所以當企業環境裡有1000個使用者時，以80：20的寫讀比換算，平均每天6400 IOPS裡，有超過5000 IOPS都是在寫入。這個I/O流量的變化影響著企業該如何選擇後端的儲存設備。

林立棕也指出，在他協助企業部署的經驗中，企業面臨的開機風暴可以從兩個層次來看，一是開機，二是開機後的登入，而這兩者的I/O流量完全相反，前者的讀寫比是80：20，後者則是20：80。

VDI部署該做足功課

導入桌面虛擬化的確有著許多利益與優勢，然而本文也帶出了桌面虛擬化對後端儲存可能帶來的挑戰，一旦企業打算部署桌面虛擬化，評估企業內部現有的儲存設備到底合不合用也就成為必要的功課。事實上，許多專家普遍認為，企業傳統的IT架構並不足以支持桌面虛擬化的運作，大多數的經驗都是必須採購新的儲存設備，但是具有那些功能的儲存設備才能符合桌面虛擬化的需求？後續我們也將邀請專家針對這個議題進行討論。