Отличия полных (Full), связанных (Linked) и мгновенных (instant) клонов в инфраструктуре VMware vSphere / Horizon 29/03/2021 Поддержите VM Guru! USDT / TRC20, адрес: TCDP7d9hBM4dhU2mBt5oX2x5REPtq9QdU1 Пост:

Все, кто хоть раз сталкивался с инфраструктурой виртуальных ПК VMware Horizon, знает, что в этом решении есть 3 способа развертывания виртуальных ПК для нужд различных типов пользователей. Делается это с помощью одного из следующих видов клонов:

• Full Clone - полная копия родительской виртуальной машины, абсолютно никак с ней не связанная и действующая как полноценная новая ВМ.
• Linked Clone - связанный клон виртуальной машины, создаваемый со стороны View Composer, который использует общее для всех клонов хранилище реплики на чтение, но имеет собственное хранилище для операций записи (дельта-диск или redo log). Память такой ВМ полностью независима от родительской ВМ, которая называется репликой (потому что она получается путем создания дубликата мастер-образа).
• Instant Clone - это мгновенный клон работающей виртуальной машины, то есть имеющий с ней не только общее хранилище на чтение, но и общую память, для которой также используется техника copy-on-write. То есть это больше похоже на контейнерную виртуализацию.

Давайте теперь посмотрим на все эти виды клонов в деталях:

Full Clone

Это самый простой и понятный случай. С точки зрения производительности это всегда будет лучший вариант, так как это обычная виртуальная машина. Функциональность тут та же, что и для обычных ВМ. Очевидно, что главный минус - это скорость развертывания такой ВМ под новых пользователей, ведь нужно физически скопировать данные ее виртуальных дисков.

Но есть и еще некоторый минус по сравнению со связанными и мгновенными клонами - это обновления. Так как полные клоны содержат свою копию ОС, то вам нужно обновлять каждую машину, а не только реплику/родительскую ВМ, как в случае с Linked и Instant Сlones.

В целом, тут рассказывать особо больше не о чем, параметры производительности полного клона можно взять за эталон по отношению к остальным видам.

Linked Clone

Связанные клоны появились довольно давно в решении VMware View (тогда Horizon еще не было). Их созданием занимался и продолжает заниматься компонент VMware View Composer, который управляет процессами, связанными с развертыванием пулов виртуальных десктопов.

Суть таких клонов заключается в создании реплики от мастер-образа виртуального ПК, который подготовлен к массовому развертыванию (настроена ОС и установлены приложения). Реплика является родителем для новых виртуальных десктопов в плане их общего хранилища на чтение. Все операции чтения, которые создают клоны, складываются в отдельные дельта-диски за счет технологии copy-on-write, позволяющей при записи операции I/O перемещать ее в отдельный файл отличий от родительского диска.

Это очень удобно - такие десктопы создаются очень быстро (нужно только создать дельта-диски), реплика не должна быть включена и активна (только ее хранилище), а хранилище очень сильно экономится, ведь общие данные (предустановленные приложения и ОС) хранятся только в одном экземпляре. Такая модель идеально подходит для временных ПК - например, для сотрудников кол-центров, которые используют какое-то приложение во время работы (например, CRM), но в остальное время десктоп оказывается не нужен.

В этом случае, в соответствии с политикой пула Linked Clone, виртуальный ПК можно уничтожить после отключения пользователя или оставить висеть до следующего логина, а уничтожать после операции Log off. Что еще тут важно - к такому десктопу можно прицепить persistent-диск, который будет сохранять данные пользователя даже при выключении десктопа.

Недостатки тоже очевидны: инфраструктура связанных клонов опирается на компонент View Composer и зависит от его надежности, а операции записи и чтения работают медленнее, так как при записи данных нужно потратить ресурсы на обработку механизма copy-on-write, а при чтении - найти откуда данные считать - из базового образа или из дельта-дисков пользователей.

Тут надо обязательно отметить, что начиная с VMware Horizon 8 (2006), связанные клоны помечены как Deprecated-функционал, то есть вскоре (а именно, в следующей мажорной версии Horizon) будет произведен переход на мгновенные клоны, о которых рассказано ниже.

Instant Clone

Функция мгновенного клонирования виртуальной машины (ранее известная как технология VMFork) позволяет очень быстро сделать работающую копию запущенной ВМ на платформе VMware vSphere. Что важно, она не зависит от централизованного сервера, а реализована прямо на уровне гипервизора VMware ESXi. Появилась эта возможность в vSphere 6.7 и до сих пор совершенствуется.

Работает мгновенное клонирование так: посредством Memory copy-on-write "на лету" создается клон виртуальной машины (VMX-файл, процесс в памяти), который начинает использовать ту же память (Shared memory) на чтение, что и родительская ВМ. При этом дочерняя ВМ в общую память писать не может, а для записи и чтения собственных данных используется выделенная область памяти. Для дисков аналогично - с использованием технологии Copy-on-write в дельта-диск дочерней ВМ пишутся отличия от базового диска родительской ВМ:

Такой подход больше похож на контейнерную виртуализацию, где в рамках одной общей ОС работает несколько изолированных окружений - и это действительно так, со всеми его плюсами и минусами. Плюсом является экономия дискового пространства и памяти, а также скорость создания такого клона - он не просто быстрее создается, но и сразу включен и готов к использованию. Еще очевидным преимуществом является независимость технологии мгновенных клонов от сервисов View Composer, а значит в этом смысле надежность инфраструктуры таких ПК несколько выше.

Цикл включения нового десктопа для мгновенных клонов гораздо короче:

Минусы здесь те же самые, что и для связанных клонов, только добавляются ограничения по числу дочерних ВМ на одну родительскую, издержки на поддержание сложной системы работы с памятью (что влияет на безопасность и производительность), а также отсутствие поддержки некоторых функций.

Причина падения производительности ввода-вывода проста: у родительской ВМ создается дельта-диск, который используется первым мгновенным клоном, потом базовая ВМ несколько меняется за время до создания следующего - и на момент создания нового мгновенного клона будет использоваться уже следующий дельта-диск и так далее.

Такая схема имеет недостаток в том, что у родительской ВМ плодятся дельта-диски, что приводит к тому, что быстродействие родительской ВМ замедляется, а сама структура за счет увеличения числа дисков существенно усложняется, что потенциально может привести к различного рода сбоям.

Сейчас для связанных клонов недоступны следующие возможности:

• Кастомизация машин средствами Sysprep и Quickprep
• ОС Windows 8 и 8.1
• Функции Persona Management
• Тома Virtual Volumes (VVols)
• Нативные снапшоты на хранилищах через VAAI (vStorage APIs for Array Integration)
• Указание имен компьютеров ВМ вручную (это доступно для связанных клонов в пулах dedicated- или floating-)
• Политика питания Remote machine power policy (Always Powered On, Suspend, Power Off) для пула
• Привязка постоянных (Persistent) дисков

Несмотря на то, что персистентные диски не работают из коробки для связанных клонов, эту проблему можно решить с помощью продуктов Dynamic Environment Manger DEM , Microsoft FSLogix или VMware App Volumes Writable Volumes.

Отметим, что для мгновенных клонов (Instant clones) поддерживаются возможности TRIM и UNMAP для хранилищ vSAN.

Производительность клонов

У компании VMware есть прекрасный документ "Understanding Clones in VMware vSphere 7", где описываются результаты тестирования производительности всех трех типов клонов. Очень интересный whitepaper, давайте взглянем на некоторые выводы в нем содержащиеся.

Первое - это скорость развертывания клонов и тестирование производительности под большой нагрузкой ввода-вывода:

Очевидно, что связанные и мгновенные клоны создаются намного быстрее полных ввиду своей природы. Мгновенные создаются несколько дольше связанных из-за того, что первым нужно время не только на настройку операций copy-on-write с диском, но и с памятью.

А вот правая часть картинки показывает нам, насколько падает производительность подсистемы ввода-вывода при тяжелых нагрузках - для связанных клонов больше, чем в три раза, а для мгновенных - аж в четыре (Hammer DB создает нагрузку еще и на память, которую должен обслуживать механизм мгновенных клонов).

Второй не менее интересный тест - с помощью методики SPECjbb. Тут брали не машины с хранилищем 450 ГБ и тяжелой нагрузкой по вводу-выводу, как в прошлом тесте, а легковесные машины с 16 ГБ диска и нагрузку делали на CPU и память. Результат получился таким:

Первый важный вывод - самое большое время на развертывание связанные и мгновенные клоны тратят в самом начале, уступая для маленьких машин полным клонам, но потом полные клоны долго завершают копирование данных виртуальных дисков.

Второй полезный инсайт - с точки зрения отработки запросов к CPU и памяти (а именно это и меряет SPECjbb) все три типа клонов ведут себя одинаково в пределах статистической погрешности в 5%.

Следующая картинка - влияние на родительскую ВМ. Очевидно, что для полных клонов влияния никакого нет, а вот для связанных и, тем более, мгновенных клонов влияние большое:

И, опять-таки, для памяти и CPU связанных и мгновенных клонов такого влияния практически нет.

Следующая картинка - развертывание полного клона по сети на другой хост ESXi. Для мгновенных клонов такая возможность отсутствует, а для связанных требуется общее хранилище. Мы тут видим, как сильно увеличивается время развертывания полного клона по сети:

При увеличении числа виртуальных машин совокупная производительность по вводу-выводу растет вот так:

При увеличении числа клонов картина для CPU/памяти вполне ожидаемая:

С точки зрения CPU все три вида клонов будут работать одинаково, а вот с точки зрения памяти - мгновенные клоны будут немного помедленнее, так как некоторое количество ресурсов тратится на обслуживание работы механизма работы с памятью.

Что касается времени развертывания разного количества для трех типов клонов, тут тоже все понятно: полные клоны растут линейно, остальные - несущественно.

Итоги

Давайте сведем теперь в простую таблицу все преимущества и недостатки полных, связанных и мгновенных клонов, чтобы это могло помочь вам выбрать нужную схему использования виртуальных ПК: