以往在评估桌面虚拟化方案的用户体验时,常见思路是将虚拟桌面系统与PC进行类比。以至于在进行用户体验评估时,往往采用PC的测试方法。比如VMware Capacity Planner 和Login VSI都将应用程序的响应时间作为主要评估参数。这种方式在横向对比时可看出差距,要将这种差异与实际主观感受关联则无比困难。
CCBench有别于PC类比思路。它认为虚拟桌面交付过程可以视为一种独特的流媒体,用户操作虚拟桌面的过程是实时制作流媒体节目源的过程。
在客户机与虚拟桌面的交互过程中,键鼠操作触发屏幕显示的更新。键鼠信号的数据包在1kb左右,假设虚拟桌面工作带宽在1Mbps左右,也就是说键鼠信号在传输过程仅需要消耗1ms。这个数据相对于动辄几十上百毫秒的屏幕刷新间隔而言可忽略不计。因此,CCBench直接忽略键鼠输入在用户体验方面的影响,聚焦屏幕显示性能,通过Win32 API模拟客户端的键鼠输入。根据Yen-Fu Ou等人在《MODELING THE IMPACT OF FRAME RATE ON PERCEPTUAL QUALITY OF VIDEO》中研究发现,视频帧率与主观体验评价之间存在转化关系。根据该研究成果,CCBench通过检测屏幕显示的帧率,将虚拟桌面的用户体验用MOS评分方式来表示。由于MOS仅分五个等级,为了放大差异,CCBench以1000分对应MOS中的最高等级。
VDI用户体验分析
Citrix是桌面虚拟化领域的领导厂商。本文以Citrix XenDesktop 5.6为例来说明当前VDI(Virtual Desktop Infrastructure)中用户体验的问题。
针对Citrix XenDesktop 5.6,CCBench建立如下评价模型,其中800分时,用户能够获取到满意的体验效果,600分至800分,用户尽管可以感受到瑕疵,但勉强能够接收。600分以下则无法接受。
为了排除干扰,整个实验环境部署在局域网内,具体如下。客户机方面,主要选取了国内外几大终端厂家的主流产品。其中,精简PC采用的是Centerm C51,该产品基于AMD Trinity R-464L,其性能接近Intel Core i7 610E;瘦客户机方面,选择的是Centerm和HP经典机型,分别是GA690-2(x2)和t510,而零终端选用的是教育行业中应用广泛的Ncomputing的N500,以及Centerm和海思联姻产品C10。
图1 Citrix XenDesktop环境
图2 虚拟桌面连接示意图
下面通过三类应用类说明Citrix XenDesktop 5.6的性能瓶颈,包括纯文字类、图文并茂类和纯图像类三种显示负载。
首先是纯文字类应用,本文中采用PDF翻页模拟负载。随着操作间隔的缩短,单位时间内屏幕显示更新数据量将递增。
从上图可以看出,除Ncomputing N500外,所有客户机的性能曲线几乎重叠,且都在操作间隔为100ms时CCBench得分达到峰值,超过了用户满意的临界值。与其他客户机相比,Ncomputing N500在文本显示处理方面性能偏弱。但由于其得分接近满意值,且办公场景下文本操作压力绝少出现高负载情况,因此,在实际使用过程中,其与其他客户机的差异不容易被察觉。
将文本操作切换为图文并存类型,以及纯图像类型时,各客户机的CCBench得分普遍出现大幅下降。
图文并茂类型的应用,本文选取的是PPT放映,其中包含百叶窗等动画效果。这类应用中,虚拟桌面的CPU占用在70%以内。上图显示,各个客户机的表现差异较小,,都处在勉强能够接受的范围。
纯图像类型的应用,文本通过服务端渲染模式下的在线Flash视频播放来模拟。这类应用中,虚拟桌面的CPU占用在80%~90%间波动,还未达到瓶颈。但在客户机方面出现较大的偏差。其中,除Centerm C51外,其余客户机中画面播放时跳帧卡顿明显,用户无法接受。而Centerm C51勉强能够提供相对流畅的播放效果,卡顿跳帧不明显,但依旧可察觉。
显然,纯文本类型应用和图文并茂类型应用已基本覆盖企业办公应用场景下的各类应用,“虚拟桌面+瘦客户机/零终端”已能为用户提供满意的用户体验。这也是企业级市场中桌面虚拟化市场逐年增长的重要原因。但对于纯图像类应用,也就是图形密集型用户来说,Citrix XenDesktop 之类方案已经不能为用户提供满意的用户体验。VDI方案并不适用于图形密集型领域。相对于PC的平台作用而言,VDI的适用范围狭窄。
或许有人会用多媒体加速和重定向技术来反驳。但必须看到,多媒体重定向支持的应用程序有限,仅支持Windows Media Player和Media Player Classic。QQ影音、暴风影音等其他播放器无法获得流畅的用户体验。Flash重定向的功能还不稳定,如Citrix XenDesktop中经常遇到客户端崩溃,或是网络不稳定导致的智能回退问题。多媒体加速技术除了支持的应用有限和稳定性问题外,要么带来高昂的带宽开销,要么为平衡带宽而降低图像显示质量,使用户无法获得高清体验。
当然,通过GPU虚拟化技术可以满足图形密集型用户的需求,这种技术能够为2D和3D应用带来良好的用户体验,并将网络开销下降到2Mbps。但遗憾的是GPU虚拟化将使原单点成本增加50%,而XenDesktop 5.6的单点成本基本在10k左右,是PC的2倍以上。如果增加GPU虚拟化技术,单点成本上升到PC的3倍以上。对于大型企业而言,可以通过桌面虚拟化优势的规模效应来抵消前期的投入。但对于中小企业而言,部署桌面虚拟化的优势远不如大企业明显,而且高昂的前期投入足以让其望而却步,这也是当前桌面虚拟化在大企业中推广相对顺利,而在中小企业中推广比较困难的重要原因。当然随着VDI与IaaS的结合,DaaS(Desktop as a Service)可以让中小企业从规模效应中获益。
另一方面,从客户机角度来看,上述客户机中Centerm C51的性能明显高于其他客户机,但事实是除了在纯图像类应用中获得勉强能够接受的用户体验外,在纯文本和文本并茂两类应用中与其他客户机表现相当。为什么呢?
实际上,在客户机中,除了在多媒体重定向时可以调用显卡性能外,其他的处理全部依赖CPU。也就是说,远程显示协议客户端无法调用显卡处理能力,不管客户机的显示性能多么强悍,依旧白搭。而在CPU处理性能中,远程显示协议在处理特定应用类型时,仅需要客户机一定程度的处理能力。客户机性能太强纯属浪费,因为无人使用。因此,不考虑外设支持能力,采用ARM方案客户机的性价比明显比基于x86方案的高,因为ARM方案的处理能力够用了。此外,如何充分利用客户机性能,降低对服务器和存储的依赖性,这也是催生VOI(Virtual OS Infrastructure)方案的重要原因。