銳捷云桌面IDV終端極速開機技術(shù)白皮書

極速開機技術(shù)充分利用主機系統(tǒng)空閑的CPU和內(nèi)存資源，將目標虛擬機預先啟動到一定階段，等待用戶登錄后再繼續(xù)啟動，大幅提升開機速度，讓用戶能夠獲取到類似物理PC開機速度的體驗。

發(fā)布時間：2020-04-29
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摘要

IDV終端云桌面的啟動包含了Linux主機的啟動和Windows虛擬機的啟動，兩個系統(tǒng)的串行啟動再加上虛擬化的損耗，讓IDV終端的啟動速度嚴重低于物理PC，影響最終的用戶體驗。

我們結(jié)合IDV終端的一些特性和使用場景，對IDV終端的啟動模型進行調(diào)整，提出了IDV終端極速開機技術(shù)。該技術(shù)充分利用主機系統(tǒng)空閑的CPU和內(nèi)存資源，將目標虛擬機預先啟動到一定階段，等待用戶登錄后再繼續(xù)啟動，大幅提升開機速度，讓用戶能夠獲取到類似物理PC開機速度的體驗。

關(guān)鍵字

預啟動

術(shù)語清單

縮略語/術(shù)語	說明
預啟動	在主機系統(tǒng)上預判用戶將會啟動的虛擬機，并在后臺進行預先處理，并隱藏不讓用戶察覺的方式。
IDV	Intelligent Desktop Virtualization，一種將計算和數(shù)據(jù)都放在本地系統(tǒng)的桌面虛擬化技術(shù)。

概述

IDV（Intelligent Desktop Virtualization）云桌面的使用場景中，IDV終端的啟動（從IDV終端上電到用戶桌面可用）速度一直是用戶比較詬病的一個痛點。因為IDV終端需要先后啟動主機Linux系統(tǒng)和虛擬機的用戶桌面系統(tǒng)，如Windows，相對物理PC而言，啟動時間基本需要翻倍。IDV云桌面廠商為了縮短系統(tǒng)的啟動時間一般都會對主機系統(tǒng)和虛擬機系統(tǒng)的啟動進行優(yōu)化，主機系統(tǒng)的啟動優(yōu)化同樣適用于物理PC，而虛擬機系統(tǒng)的啟動優(yōu)化主要集中于模擬I/O的優(yōu)化，其啟動性能跟物理PC還是有一定的差距，所以采用優(yōu)化系統(tǒng)啟動的方式得到的效果并不明顯。

為了能夠較大幅度地提高IDV終端桌面的啟動速度，我們結(jié)合IDV終端的使用場景，考慮到IDV終端上大部分時間用戶啟動虛擬機的參數(shù)是保持不變的，并且在IDV終端開啟，用戶未登錄之前IDV終端上的CPU和內(nèi)存資源大部分處于空閑狀態(tài)，對IDV終端系統(tǒng)的啟動架構(gòu)進行一定的調(diào)整，讓主機系統(tǒng)在后臺盡量為用戶桌面系統(tǒng)的啟動做到最佳的準備，使得用戶能夠在盡量短的時間達到虛擬機桌面可用的狀態(tài)。

技術(shù)介紹

虛擬機啟動階段劃分

考慮到一方面，用戶使用IDV云桌面時，關(guān)心的是用戶的數(shù)據(jù)和使用體驗，并不關(guān)心云桌面系統(tǒng)是怎么啟動起來的；另外一方面，任何一個計算機的啟動都是先后經(jīng)過初始化系統(tǒng)設(shè)備、引導操作系統(tǒng)內(nèi)核、加載驅(qū)動和服務(wù)，最后啟動用戶程序的過程，即云桌面的啟動前面部分和用戶數(shù)據(jù)無關(guān)。所以，可以將虛擬機的啟動劃分為兩大部分，即前面和用戶數(shù)據(jù)無關(guān)的部分和后面可能涉及到用戶數(shù)據(jù)的部分，在系統(tǒng)空閑的時候，在后臺先處理和用戶數(shù)據(jù)無關(guān)的前半部分，等用戶真正登陸啟動虛擬機后再繼續(xù)啟動執(zhí)行可能涉及到用戶數(shù)據(jù)的階段。

虛擬機啟動控制

后臺虛擬機預啟動既要盡量啟動充分，又要不動到用戶數(shù)據(jù)，在適當?shù)奈恢脮和Ｌ摂M機的啟動，這就需要主機系統(tǒng)能夠準確知道虛擬機的啟動位置。理論上，主機系統(tǒng)是不會主動去檢測虛擬機的行為的，所以需要虛擬機通關(guān)過一定的方式主動告知主機系統(tǒng)虛擬機系統(tǒng)的啟動位置。

對于虛擬機系統(tǒng)而言，所有的模擬設(shè)備都將由主機系統(tǒng)模擬，虛擬機系統(tǒng)對模擬設(shè)備的每次訪問都可以被主機系統(tǒng)捕獲并進行一定的處理，虛擬機系統(tǒng)可以通過模擬設(shè)備的通道告知主機系統(tǒng)虛擬機系統(tǒng)啟動的位置，而虛擬機系統(tǒng)內(nèi)需要在虛擬機系統(tǒng)啟動路徑的特定位置上插入定制的程序，這些插入的程序通過訪問模擬硬件的方式達到通知主機系統(tǒng)虛擬機系統(tǒng)啟動位置的目的。而主機方面，在獲知到虛擬機啟動位置的信息后，可以通過模擬硬件的行為，或者控制虛擬機是否暫停運行的方式實現(xiàn)對虛擬最后啟動的最大化準備。

設(shè)備復用

后臺預先啟動的虛擬機并不完全等同于用戶真正啟動的虛擬機，所以該虛擬機從用戶視角要不被感知，也不能影響用戶對主機系統(tǒng)的正常使用，如要進行IDV終端的相關(guān)配置。該目標可以通過對虛擬機的各種外設(shè)和顯卡設(shè)備進行適當?shù)目刂乒芾矶鴮崿F(xiàn)。對于純模擬的設(shè)備而言，完全可以通過控制軟件的行為讓模擬設(shè)備運行與后臺，不影響到用戶對IDV終端的使用。而透傳設(shè)備需要根據(jù)具體的設(shè)備區(qū)別對待。

對于透傳的USB控制器和聲卡，通過設(shè)備熱拔插的形式，等到用戶真正登陸要進入虛擬機的時候，再將這些設(shè)備臨時熱插到虛擬機中，所以在用戶登陸之前，不會影響到用戶對主機USB控制器和聲卡的正常使用，也就不會影響到對USB外設(shè)的使用。

對于透傳的顯卡而言，顯卡并不支持熱拔插，需要在虛擬機啟動的最開始就將顯卡設(shè)備添加到虛擬機中。對于物理透傳的顯卡而言，若將顯卡直接透傳給虛擬機，主機系統(tǒng)是無法使用，會導致屏幕只能顯示虛擬機的畫面，無法顯示主機的畫面，肯定會影響到用戶對主機系統(tǒng)的使用。銳捷提供的顯卡復用技術(shù)，在主機系統(tǒng)的顯卡驅(qū)動中模擬一個或多個和物理顯卡型號一模一樣的顯卡，并且可以將模擬的顯卡透傳給虛擬機。對于虛擬機而言，看到的顯卡和物理顯卡是完全相同的，不用進行顯卡驅(qū)動的更新。主機方面，可以通過軟件配置的方式，控制每個顯示接口輸出主機畫面或虛擬機畫面，當用戶還沒登陸的時候，顯示接口一直輸出主機畫面，直到用戶登陸后再切換到虛擬機畫面。

錯誤恢復

后臺虛擬機預啟動相當于對即將啟動的虛擬機在內(nèi)存中做了一個緩存，IDV云桌面的一大特點是其配置的靈活性，用戶登陸的時候，后臺預啟動的虛擬機參數(shù)難免會出現(xiàn)和用戶登陸時真正使用到的參數(shù)有所區(qū)別，這種情況下，預啟動的虛擬機將無效，需要先快速關(guān)閉預啟動的虛擬機，再重新啟動虛擬機。

預啟動虛擬機的時候，將會對系統(tǒng)盤做少量的修改，會直接影響到虛擬機的下一次啟動，為此，關(guān)閉預啟動虛擬機的時候，需要對系統(tǒng)鏡像進行恢復，即在預啟動之前先給系統(tǒng)鏡像創(chuàng)建一個快照，若預啟動鏡像不正確，使用快照恢復的方式對系統(tǒng)進行快速恢復。