windows terminal server 容量规划与性能分析

Windows Terminal Server 容量规划 在任何计算机系统设计中，容量规划都一直是一个非常重要的方面；而在设计 Windows Terminal Server (WTS) 解决 方案时，则尤为重要。传统的基于 Windows 的分布式计算环境，以其最简单形式为用户提供在本地 PC 工作站上运 行的操作系统，以及对本地和远程应用程序及网络资源的访问。而 Windows Terminal Server 提供的计算环境则与此 大不相同。Windows Terminal Server 可通过客户端与 WTS 之间的远程网络通讯，为用户提供桌面（操作系统）、 应用程序及网络资源。在 WTS 计算环境系统中，瓶颈可能会直接影响到性能，并产生系统用户无法接受的性能。正 是由于系统瓶颈对 WTS 性能有巨大影响，容量规划成为设计 WTS 解决方案的关键环节。 WTS 容量规划是从确定影响系统性能的因素及这些因素是如何影响性能入手。在任何容量规划策略中均应予以考虑的 因素有：WTS 应用程序、用户特性及网络环境。实质上，您应该熟悉应用程序、用户及网络环境是如何影响 WTS 性能的。 要确定每种已确认的性能因素如何影响 WTS 性能，应进行性能测试。性能测试应依照下文阐述的容量规划方法。下 文介绍的 WTS 性能监视器 (perfmon) 将有助于确定 WTS 能够支持的最大用户量及受限制的服务器资源。 了解应用程序 了解某个应用程序在 WTS 上是如何运行的，这一点极其重要。与传统的基于 Windows 的计算环境相比，应用程序 在 WTS 中的运行情况有很大的不同。要了解应用程序，可能需要提出以下问题：应用程序是否需要使用大量图形？ 应用程序需要多少内存？有多少应用程序内存用户可以共享？应用程序如何刷新屏幕？应用程序是否需要键入很多内 容？ 了解用户 用户使用模式对 WTS 性能影响很大，因此设计容量规划策略时应慎重考虑。与传统的基于 Windows 的计算环境相 比，在 WTS 中用户的使用特性大不相同。以前，用户通过键盘输入字符的速度未被视为影响系统性能的重要因素。 但在 WTS 中却不能忽视。原因是客户端键入的每个字符都需要在 WTS 上进行处理，用户输入字符的速度将影响 WTS 上的处理器负载。了解用户可能需要提出以下问题：用户键入的速度有多快？用户是否打开了应用程序？用户何 时登录？用户是否整天处于登录状态？登录是平均分布在一天的各个时段，还是大多集中在一天中的特定时间？ 了解网络 在设计包含 WAN 通讯的 WTS 解决方案时，了解网络环境尤为重要。由于 WTS 既为用户提供应用程序，又提供桌 面，因此网络通讯有举足轻重的作用。即使网络只是偶尔降低速度，都有可能导致令 WTS 用户难以接受的性能。了 解网络可能包括以下问题：用户键入的速度有多快？应用程序是否使用大量图形？客户工作站的一般显示分辨率是多 少？用户运行应用程序所需的网络带宽是多少？ 下述测试过程是用于确定应用程序特性及服务器大小要求的推荐方法。在容量规划测试期间进行评估的 WTS 资源包 括：处理器、内存和网络。磁盘性能不在其列；但若应用程序需要占用大量磁盘，则应予以考虑。 定义用户配置文件和重要性能因素： 定义应在 WTS 上进行测试的用户使用特性。键入速度、并发应用程序执行、数 据应用程序的大小等用户使用特性均应在定义用户配置文件时予以考虑。重要的 WTS 性能因素可能包括应用程序、 用户使用模式及网络环境。确定每个因素对 WTS 性能的潜在影响。 定义可接受的性能： 确定可接受的性能是一个非常主观的过程。容量测试过程的目的不同，可接受性能的定义也会不 尽相同。以下是定义可接受性能的一个例子：不可接受的性能级别定义为：在 Windows Terminal Server 客户端上键 入的字符定期暂停显示。 确认预计的资源限制 ：根据测试的应用程序及其重要性能因素，确定预计是限制因素的资源。该资源确认后，即可配 置测试环境；这样，其余两种资源就不会成为限制因素了。例如，如果您认为测试的应用程序将受处理器的限制，即 可配置测试服务器，这样网络和内存资源就不会成为测试中的限制因素。 获得测试设备： 完成上述确定容量测试方法的步骤后，即可选择测试硬件 。 大多数测试环境均可选择两种硬件配置中 的一种进行性能测试。对于小型和中型测试环境，建议使用 512 MB 的双处理器 Pentium Pro 200；对于大型测试环 境，建议使用 RAM 为 1 GB 的四处理器 Pentium Pro 200。这些推荐的硬件仅用于测试环境。容量测试过程完成后 可确定：对于生产系统，最好选用小型服务器配置。 建立 WTS 测试环境 ：确定其它后端服务器。这可能包括邮件服务器、数据库服务器、Web 服务器或主机系统。 使 用所需的所有参数和配置，在 WTS 上安装应用程序。 有关应用程序安装建议的详细信息，请参见 WTS 发行说明 及应用程序注释。 基线 WTS 性能 ：无任何用户负载情况下，使服务器运行一段时间（15 分钟），确定 WTS 性能基线。在此期间捕 获下述性能监视器计数器，确定每个计数器的基准值。 逐渐增加负载 ：按递增的方式，将新用户引入 WTS；并允许用户在服务器上加载一段特定的时间。继续捕获性能监视 器计数器。当用户负载增加时，这些计数器有助于确认资源限制因素。 确认初始的限制因素 ：继续在预定的时间间隔内加入用户，直到出现第一个资源限制。 逐渐增加限制资源 ：进一步增加资源，消除该资源的限制，然后继续向系统添加其它负载。如果处理器是资源限制因 素，则将系统由双处理器增至四处理器；如果又发现了新的限制，则继续添加资源，直到限制消除。 确认容量限制 ：当一种资源已添加到最大容量后，系统的容量限制取决于最大用户量。其余系统资源可从最大量下降 到支持最多用户至少所需的数量。对于内存，已确认最大用户量后，即可将系统物理内存降至用户与安全容限所使用 的最大内存量。观察所用的最大物理内存即可确定已用的最大内存。（请参见下面的“评估内存性能”。） 推荐的 WTS 大小 ：使用上述设置中确定的信息，针对每个系统的用户数，确定 WTS 的推荐值。 下面是利用上述测试方法的真实示例。本例所测试的用户配置文件是：一个使用标准办公自动化应用程序执行各种任 务的白领职员。 定义用户配置文件和重要性能因素 该用户是个白领职员，一个办公自动化用户，其键入速度大约为每分钟 30-35 个字，快速在各应用程序间切换，而且 完成操作后，偶尔会关闭该应用程序，而不是使其继续运行。此用户需非常频繁地使用电子邮件、切换 Office 应用程 序，并且每隔十分钟就浏览一次 Web 页。 此白领职员的用户配置文件包含如下任务： 初始化：登录到 Windows Terminal Server，并等待桌面显示。 发送电子邮件信息：启动 Microsoft Outlook(tm)，键入并发送一封简短的邮件（然后保持 Outlook 运行）。 浏览 Web：启动 Internet Explorer，并浏览几个 Web 页。 使用字处理程序：启动 Microsoft(r) Word，键入文档、打印、保存然后关闭。 读取一封电子邮件：切换回 Outlook，读取一封电子邮件，然后回复发件人。 在轻量到中量负载下，该白领办公用户执行以上每项任务大约用 10 分钟。 定义可接受的性能 在定义白领职员的可接受性能时，毫无疑问，任何办公应用程序中键入的字符，如果出现定期显示暂停，即构成不可 接受的性能。这是靠人眼确定的，因而是个十分主观的确定因素。可用三个人分别确定不可接受的性能，这样可减少 主观因素造成的影响。 建立 WTS 测试环境 所需的其它后端服务器：Exchange 服务器，用于 Outlook 邮件； Internet 信息服务器，用于 Internet Explorer；文件和打印服务器，用于文档和打印。 安装 Office97 时，应该设置某些安装设置： 禁用 Office 助手；因为在网络上执行动画会降低 WTS 的性能。 禁用“FastFind” 功能，因为此功能也会降低 WTS 的性能。 为每个用户建立邮件配置文件。 将 IE 的默认主页设置为本地 IIS Server。 为 WTS 用户设置漫游用户配置文件；这样就会使用户设置得以保存，并能够在测试其它 WTS 机器时使用。 确定预计的资源限制 在一些初始测试后，很明显只要使用配置文件，CPU 性能就可能成为瓶颈，原因是大量键入将提高 CPU 资源的占用 率。如果系统中有 10 个用户，所消耗的内存量是平均每个客户不足 10 MB，网络占用量不足四百分之一。由此确定， 基线机器值是足够的（双 Pentium Pro/Pentium II，512 MB RAM）。 获得测试设备 根据以上估计，可确定测试需要以下机器： 双 Pentium II 处理器，4 GB 硬盘驱动器，512 MB RAM，100 Mb/s 以太网卡 四 Pentium Pro 处理器，8 GB 硬盘驱动器，1 GB RAM，100 Mb/s 以太网卡 当机器 CPU 按比例增加时，要测量负载情况而使用双处理器和四处理器机器。 基线 WTS 性能 将白领用户加到 WTS 之前，应获得基线性能计数器。 逐渐增加负载 每隔一分钟，就有一个白领用户加到系统中（一次添加一个用户）。这可平衡登录次数（这相当重要）和该用户配置 文件所执行的任务；这样，各个用户就不会同时运行相同的应用程序。每十个用户为一组添至系统后，在添加下一组 之前，会有 10-15 分钟的暂停。这会使系统计数器停下来，以便进行精确读数。 确认初始的限制因素 通过监视执行白领职员的用户配置文件的 WTS 客户端，就会发现当 System:Processor Queue Length（系统：处理 器队列长度）达到每个 CPU 包含 10-12 个线程时，出现定期的字符暂停。在双处理器的系统中，当 Processor Queue Length 达到 20 个线程时，发生此现象；在四处理器系统中，当 Processor Queue Length 达到 40 线程时， 发生此现象。如果注意到可用的 RAM（任务管理器）超过 100 MB、网络占用率为 1-2%，就会知道 CPU 是限制因 素。 逐渐增加限制资源 然后，测试移至可逐渐增加限制资源 (CPU) 的四通道 WTS。 确认容量限制 运行测试后即可确定：双通道 WTS 可维持近 50 个白领用户，四通道 WTS 可维持近 100 个白领用户。 推荐的 WTS 大小 考虑到以上的容量测试，建议使用以下的容量： 50 个用户限制需要：双通道 Pentium II 或 Pentium Pro，4 GB 硬盘，500 MB RAM 以及 100 Mb/s 以 太网卡。 100 个用户限制需要：四通道 Pentium Pro，8 GM 硬盘，900 MB RAM，100 Mb/s 以太网卡。 Windows Terminal Server 性能监视 性能监视是容量测试过程的重要组成部分。容量测试期间，应使用性能监视来测量 WTS 性能等级，并确认资源限制。 下面给出的信息强调了分析 Windows Terminal Server 性能所需的主要性能监视器计数器，以及计数器结果的分析方 法。评价的三个主要系统组件是：CPU、内存和网络。 检测 Windows Terminal Server 中的处理器瓶颈与检测 Windows NT Server 和 Workstation 中的处理器瓶颈类似， 但计数器的基线值可能会有所不同。评估 CPU 性能最重要的计数器是 %Total Processor Time（总处理器时间）、 Processor Queue Length、 %Processor Time（处理器时间）、 Context Switches/Sec（上下文切换 /秒） 、Total Interrupts/Sec（总中断 /秒）。 %Total Processor Time（系统）是所有系统处理器上活动的测量单位。在多处理器计算机上，该计数器的值 等于处理器活动总量除以处理器的个数。只要已确定所有系统处理器平均地处理所有线程，该计数器就是极其有 用的。 Processor Queue Length（系统）是处理器队列的瞬时长度，单位是线程。所有处理器均使用一个队列，线 程在此等侯处理。只要处理器队列中等候的线程可以使用处理器，该线程就会立刻切换处理器上执行。处理器一 次只能执行一个线程。以前对 Windows NT Server 4.0 中的处理器队列长度的观察表明：处理器队列长度始终大 于两个，就说明处理器拥塞。如上所述，测试表明：Windows Terminal Server 在维持每处理器 10-12 个线程的 队列长度的同时，仍能提供可接受的性能。需要着重强调的是，处理器队列长度是瞬间计数，而不是一段时间间 隔内的平均值。 %Processor Time（处理器）是指处理器执行线程（而非闲置进程的线程）的时间百分比。此计数器有可用 于操作系统的每个系统处理器的实例。此计数器可用来验证：各个系统处理器是否平均地处理等候的线程。 Total Interrupts/Sec 指计算机接收和修理硬件中断的速率。可能产生中断的一些设备有：系统定时器、鼠标、 数据通讯线路、网络接口卡及其它外设。此计数器可用来确定任何消耗反常量处理器时间的设备驱动程序。 如果系统的瓶颈是 CPU，标识瓶颈最重要的计数器是 %Total Processor Utilization 和 Processor Queue Length。随 着系统处理器繁忙程度的增加，“处理器队列”中等候执行的线程数量也会增加。通常，当每个处理器的“平均处理器队 列长度”超过 12 个线程时，系统仍处于可接受的性能范围内。如果测试时每个处理器的“平均处理器队列长度”超过 12-15 个线程，系统就会处于不可接受的性能段；并观察到客户端工作站上键入字符显示延迟。 为实现 Windows Terminal Server 中要求的多用户功能，已将组件、服务及驱动程序添加或修改到 Windows NT 4.0 核心操作系统。Windows NT 4.0 组件，如 “虚拟内存管理器” 及“对象管理器”，均已修改成可在多用户环境中执行。 除了上述“性能监视器”计数器外，任务管理器 (taskmgr.exe) 也可显示物理内存值，它有利于评估 WTS 性 能。例如，可这样计算当前进程所消耗的物理内存量：从“总内存”中减去“任务管理器”中的“可用内存”（总内存 - 可用内存 = 消耗内存）。可在“任务管理器”的“性能”选项卡中，找到可用内存值和总的内存值。 Available Bytes（内存）可显示当前 Zeroed、Free 及 Standby 列表中的虚拟内存大小。Zeroed 和 Free 内存是随时可用的内存，Zeroed 内存已清为 0。Standby 内存是从进程“ 工作集”中删除但仍可用的内存。请注意， 这是个瞬时计数，而不是一段时间的平均计数。 Committed Bytes 可显示“确认”的虚拟内存的大小（字节），它与仅仅保留的内存相对。确认的内存必须有 可用的备份存储（如磁盘），或者确信其永远不需要磁盘存储（因为主存储器有足够的空间可容纳它）。请注意， 这是个瞬时计数，而不是一段时间的平均计数。 Page Faults/sec 是指处理器中“页面错误”的数量。当一个进程引用不在主存储器 “工作集”中的虚拟内存页时， 就会发生页面错误。如果该页面在 Standby 列表上，因而已在主存储器中，或者如果另一个与其共享该页面的 进程正在使用该页，那么发生“页面错误”时，不会从磁盘读取该页面。 Pages Input/sec 是指内存引用时页面不在内存，为解决这种情况而从磁盘读取的页面数量。此计数器包含 页面流量，它代表为应用程序访问文件数据分配的系统缓存。如果您担心过量的内存压力（即，系统颠簸）以及 可能造成的过量调页，那么这是个需要查看的重要计数器。 Pages Output/sec 是指因主存储器中的页面已修改而写入磁盘的页面数量。 Pages/sec 是指引用不在内存中的页面时，为解决这一问题，从磁盘读取或写入到磁盘的页面数量。它是 Pages Input/sec 与 Pages Output/sec 之和。此计数器包含页面流量，它代表为应用程序访问文件数据分配的 系统缓存。该值还包括取自或保存到非高速缓存的映射内存文件的那些页面。如果您担心过量的内存压力（即， 系统颠簸），以及可能造成的过量调页，那么，这是个需要查看的主要计数器。 在 WTS 测试中观察到的结果表明，内存瓶颈对系统性能的影响比 CPU 瓶颈的影响严重得多。出现 CPU 瓶颈时， 仍会处理所有的客户请求，但处理速度变慢。受 CPU 限制的机器上的所有客户均可以继续操作，只是在处理过程中， 会有持续几秒的定期暂停。 在受内存限制的 WTS 中，测试已表明，只要可用的物理系统 RAM 已达到某个水平，系统就会开始从转换文件读取 页面和写入页面。在物理系统 RAM 的数量达到临界水平后，WTS 就会充斥大量转换文件的调页信息。由于影响很 大，所以应密切观察内存的使用情况。最重要的两个性能计数器是 Available Bytes 和 Page Inputs/sec。如果观察到 Page Outputs/Sec 和 Page Inputs/Sec 有上升的趋势，则系统中可能存在内存瓶颈。 有四个区域可能会发生网络通讯瓶颈：客户端的网络接口、物理网络媒体、服务器的客户端到服务器端的网络接口、 服务器到服务器/主机通讯的服务器网络接口。网络通讯中的瓶颈会直接影响用户使用客户端工作站。如果网络通讯中 遇到了延迟，客户端工作站响应时间的延迟是瞬间的。即使 CPU 和内存仍然可用，也可能会因网络通讯的延迟，而 使 WTS 性能不可接受。所幸，客户端与服务器之间的通讯是非常有效的。 跟踪网络使用情况的两个最有效的性能监视器计数器是 Network Segment（网段）计数器：Total Bytes Received/Sec 和 Total Frames Received/Sec。 %Network Utilization 是指所监视网段上网络带宽使用的百分比。 Total Bytes Received/Sec 是指一个网段中，每秒所接收的总字节数。 Total Frames Received/Sec 是指一个网段中，每秒所接收的总帧数。 密切监视服务器到服务器/主机的通讯至关重要、不容忽视。客户端到服务器端的通讯通常会涉及那些包括按键、鼠标 移动及屏幕刷新等小型数据包通讯。要获得高得多的通讯等级，则需要支持服务器到服务器/主机通讯的 NIC。服务器 到服务器/主机通讯可能包括打印、打开文件、保存文件、执行远程应用程序等活动，并且通常会有极高的通讯速度 （字节/秒）。 最佳做法 1. 请阅读以下资源材料：WTS Architecture Whitepaper；WTS Service Guide；WTS Web Site；Performance Monitoring section of Windows NTW Resource Kit。 在 WTS 上安装应用程序时，应将重点放在应用程序安装过程上。如果一些应用程序所具有的特性可能会导致其 性能下降，或者会给 WTS 上的多个用户造成麻烦，则应对其多加注意。例如，应对以下应用程序特性给予高度 重视： o 动画 o 使用大量图形 o 位图屏幕更新（而不是使用更有效的 Windows 图形 API） 2. 用户特定的设置未考虑到多个用户可能会在同一台机器上（例如对注册表的共享区域，如 HKEY_LOCAL_MACHINE，用户所做的特定更改）。可使用所述的 WTS 上应用程序安装方法，防止发生多用 户问题。 应了解每个应用程序在安装和执行时对 WTS 所做的更改。掌握每个应用程序是怎样修改以下组件的： o 目录和文件 o 文件系统和注册表中的安全设置 o 注册表的更改 o 用户配置文件或设置文件中的更改 应将定义可接受的性能作为重点。鉴于不同用户和单位期望的可接受性能是不同的，所以在性能测试过程中应仔 细而准确地测试这一性能。 o 频繁出现键入字符的显示暂停 o 对于内部应用程序，应考虑使用在应用程序结构中定义的应用程序要求。 o 通过访问当前的用户和业务分析员，确定响应时间的要求。 用以下硬件作为测试基准： o 双 Intel Pentium Pro 200，512 MB RAM，4 GB SCSI 磁盘， 100 Mb 以太网卡。 o 双 Intel Pentium II 300，512 MB RAM，4 GB SCSI 磁盘，100 Mb 以太网卡。 o 四 Intel Pentium Pro 200，1GB RAM，8 GB SCSI 磁盘，100 Mb 以太网卡。 2. 将 Windows Terminal Server Administration 实用程序配置成手动刷新。默认情况下，WTS 每五分钟自动 刷新一次，可能会对性能有明显的影响。 3. 确保 WTS 页面文件设置为 “我的电脑/属性/ 性能/虚拟内存”中的推荐值。 4. 为提供性能基准数，用 WTS 默认的安装值实施最初的性能测试。如果要改变默认值（例如，提高加密级别） ，基准值将作为衡量这些更改对性能造成的影响的基础。 5. 如果可能，应使用真实用户（真正从事其实际工作的用户）进行性能测试，原因很明显：这是获得实际使用 特性的最好方法。如果不行，则应进行详尽的规划，确保模拟用户非常接近于实际应用程序使用负载和模式。 6. 在实施整个测试之前，应先计划在几个 WTS 上测试应用程序，以确保应用程序功能完全正常。 7. 在测试过程中，为了平衡系统中的应用程序负载，应逐渐将用户添至系统中，从而使工作分配更现实一些。 8. 在捕捉 Windows Terminal Server 上的性能数据时，捕捉到的数据过多一端错误要多于数据过少的一端。 如果捕捉数据会对测试结果产生负面影响，则应缩短捕捉间隔。 在测试过程中，应考虑运行两个 Windows NT 性能监视器的实例，一个实例用于记录性能对象，另一个用于制 订要观察的几个关键计数器。 o 记录以下对象时应慎重考虑：高速缓存、逻辑磁盘、内存、网段、对象、进程、处理器、系统、 线程、用户 o 确定以下计数器时应慎重考虑：System:Active Sessions、System:%Total Processor Time、System:Processor Queue Length、Network Segment:%Network Utilization、Network Segment:Total bytes received/sec、Network Segment:Total frames received/sec、Memory:Available bytes。 1. 通常，内存限制对性能的影响最严重。当 WTS 的可用物理 RAM 达到很低水平时，增加磁盘分页将使远 程客户的冻结时间延长。因为内存限制会直接影响到每个 WTS 用户，所以通常将其视为比较严重的