Betrieb von RFEM 6 und RSTAB 9 in VDI- und Citrix-Umgebungen: Ein Leitfaden zur optimalen Konfiguration

Einleitung

Die Arbeitswelt unterliegt einem stetigen Wandel, in dem Flexibilität und standortunabhängiges Arbeiten zunehmend an Bedeutung gewinnen. Für Unternehmen stellen Virtual Desktop Infrastructure (VDI) und Citrix-Lösungen eine attraktive Möglichkeit dar, um Mitarbeitende von jedem Ort der Welt auf ihre gewohnte Arbeitsumgebung zugreifen zu lassen. Diese Technologien zentralisieren die Rechenleistung und Datenverwaltung in einem sicheren Rechenzentrum, was zu einer einfacheren Administration und verbesserter Datensicherheit führt.

Allerdings sind VDI-Umgebungen, die ursprünglich für standardisierte Büroanwendungen konzipiert wurden, nicht ohne Weiteres für die anspruchsvollen Anforderungen von 3D-Modellierungs- und Berechnungsprogrammen wie RFEM 6 und RSTAB 9 geeignet. Die intensive Nutzung von Grafikleistung, die hohe Anzahl von Lese- und Schreibzugriffen und der hohe Bedarf an Rechenleistung für Berechnungen können in virtualisierten Umgebungen zu erheblichen Performance-Problemen führen.

Es ist dabei wichtig zu verstehen, dass die Nutzung einer VDI im Vergleich zu einer Installation auf einer physischen High-End-Workstation immer mit gewissen Leistungseinbußen verbunden ist. Wenn das primäre Ziel darin besteht, ein System mit absoluter maximaler Rechengeschwindigkeit für umfangreiche Simulationen bereitzustellen, ist der klassische physische Computer die bessere Wahl.

Dieser Artikel konzentriert sich daher darauf, die technischen Stellschrauben aufzuzeigen, mit denen sich diese systembedingten Leistungsverluste so gering wie möglich halten lassen, um auch in virtualisierten Umgebungen ein effizientes Arbeiten zu ermöglichen.

Dieser Leitfaden richtet sich an IT-Verantwortliche, Systemintegrationsfachkräfte sowie versierte Anwendende, die vor der Herausforderung stehen, Dlubal-Software in VDI- oder Citrix-Infrastrukturen zu implementieren. Ziel ist es, die spezifischen technischen Herausforderungen zu analysieren, die Ursachen von Performance-Engpässen zu erläutern und konkrete, praxiserprobte Lösungsansätze vorzustellen. Ein besonderer Fokus liegt auf der strategischen Abwägung zwischen Kosten, Performance und Skalierbarkeit, um eine reibungslose und produktive Arbeitsumgebung für Ingenieurfachkräfte zu schaffen.

Grundlagen: Virtual Desktop Infrastructure (VDI) und Citrix-Technologien

Was ist Virtual Desktop Infrastructure (VDI)?

Virtual Desktop Infrastructure, kurz VDI, ist eine Technologie, die eine virtualisierte Desktop-Umgebung bereitstellt. Im Gegensatz zu herkömmlichen physischen Desktops, bei denen das Betriebssystem und die Anwendungen lokal auf dem Computer der anwendenden Person installiert sind, werden bei VDI die Desktop-Umgebungen auf zentralen Servern in einem Rechenzentrum oder in der Cloud gehostet und ausgeführt. Die Endnutzenden greifen lediglich über ein internetfähiges Endgerät (z. B. Thin Client, Laptop oder Tablet) auf diese virtuelle Instanz zu. Das Endgerät dient dabei ausschließlich als „Fenster“ zur virtuellen Umgebung, während die gesamte Rechenleistung und Datenverarbeitung serverseitig stattfindet.

Dieses Modell bietet eine Reihe von entscheidenden Vorteilen für Unternehmen. Zunächst wird die IT-Verwaltung durch die Zentralisierung erheblich vereinfacht. Statt Patches und Software-Updates auf Tausenden von individuellen Geräten aufspielen zu müssen, können IT-Abteilungen diese Prozesse zentral und synchron für alle virtuellen Desktops durchführen. Dies spart nicht nur Zeit und Ressourcen, sondern stellt auch sicher, dass alle Mitarbeitenden mit identischen, konsistenten und aktuellen Softwareversionen arbeiten können.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist die erhöhte Sicherheit. Da sensible Unternehmensdaten nicht auf den lokalen Geräten der Mitarbeitenden gespeichert werden, sondern im sicheren Rechenzentrum verbleiben, sinkt das Risiko von Datenverlust bei Geräteverlust oder -diebstahl signifikant. Dies erleichtert auch die Einhaltung strenger Compliance-Vorschriften, wie sie beispielsweise in der Europäischen Datenschutz-Grundverordnung (DSGVO) festgelegt sind.

In der folgenden Tabelle sind die marktführenden Anbieter und Plattformen aufgeführt, die Lösungen für virtuelle Desktop-Umgebungen bereitstellen:

Citrix: Eine führende VDI-Lösung

Citrix ist ein führender Anbieter im Bereich der Virtualisierungs- und Remote-Access-Technologien. Die Citrix Virtual Apps and Desktops-Lösung ist ein Kernstück im VDI-Ökosystem und dient der Bereitstellung virtueller Anwendungen und Desktops in einer sicheren und skalierbaren Umgebung. Die grundlegende Funktionsweise von Citrix besteht darin, die gerenderte grafische Benutzeroberfläche und die Interaktionen der Nutzenden über ein spezielles Protokoll, wie zum Beispiel HDX, auf das Endgerät zu streamen.

Citrix-Systeme bieten die Möglichkeit, dass sich mehrere Nutzende gemeinsam eine VM teilen. Das spart Ressourcen, insbesondere Hauptspeicher. Sie ermöglichen eine zentrale Verwaltung, bieten eine konsistente und sichere Benutzererfahrung und nutzen Ressourcen effizient, was sie für anspruchsvolle IT-Umgebungen relevant macht.

Die Zentralisierung von Rechenleistung und Daten, die VDI und Citrix auszeichnet, ist jedoch gleichzeitig die Wurzel der Herausforderungen, denen sich Anwendende von anspruchsvollen Hochleistungsanwendungen gegenübersehen. Die Trennung von Rechner (Server) und Bildschirm (Endgerät) durch ein Netzwerk führt unweigerlich zu Latenzen, die in interaktiven Grafik- und Rechenanwendungen besonders störend sein können. Darüber hinaus führt die Bündelung aller Daten auf einem zentralen Speichersystem (anstatt auf individuellen SSD) zu potenziellen Engpässen im Bereich der Ein-/Ausgabeoperationen (I/O), die als das sogenannte „VDI IOPS Problem“ bekannt sind. Dieses Spannungsfeld zwischen den Vorteilen der Zentralisierung und den daraus resultierenden Performance-Engpässen bildet den zentralen Konflikt, der im Folgenden detailliert beleuchtet wird.

Grundlagen der Datenverwaltung in RFEM 6 und RSTAB 9

Der erfolgreiche Betrieb von Dlubal-Software in einer virtualisierten Umgebung setzt ein grundlegendes Verständnis der internen Datenverwaltung voraus. RFEM 6 und RSTAB 9 folgen einem spezifischen, I/O-intensiven Muster, das die Wahl der richtigen VDI-Konfiguration maßgeblich beeinflusst.

RFEM 6- und RSTAB 9-Dateien und die Bedeutung des Arbeitsordners

RFEM 6- und RSTAB 9-Dateien sind im Kern nichts anderes als komprimierte ZIP-Archive. Diese Struktur ist entscheidend für das Verständnis der späteren Performance-Probleme. Beim Öffnen einer Modelldatei wird der Inhalt nicht einfach im Arbeitsspeicher geladen (der dafür in den meisten Fällen viel zu klein wäre), sondern in einen temporären Arbeitsordner entpackt. Standardmäßig liegt dieser Ordner im Benutzerprofil unter dem Pfad C:\Users\\AppData\Local\Dlubal, kann aber über die Programmoptionen an einen anderen Speicherort verlegt werden.

Der Entpackungsvorgang hat zur Folge, dass eine einzelne Modelldatei, die als komprimiertes ZIP-Archiv relativ klein sein mag, in eine Vielzahl von kleineren Dateien zerlegt wird. Dies erzeugt eine große Anzahl von initialen Schreibzugriffen auf den Arbeitsordner.

Beschreibung der I/O-Operationen

Die Besonderheiten in der Dateiverwaltung von RFEM 6 und RSTAB 9 beschränkt sich nicht auf das einmalige Entpacken. Der gesamte Arbeitsablauf innerhalb der grafischen Benutzeroberfläche (GUI) und des Solvers ist von einem kontinuierlichen und intensiven Datenaustausch mit diesem temporären Arbeitsordner geprägt.

• GUI-Interaktion: Dialoge laden bei jedem Öffnen Daten direkt aus dem Arbeitsordner. Nach dem Schließen des Dialogs werden die vorgenommenen Änderungen wieder in den Ordner zurückgeschrieben. Dieser Prozess wiederholt sich ständig und führt zu einem ständigen Strom von kleinen Lese- und Schreibzugriffen. Darüber hinaus erzeugen auch das Arbeiten im Grafikfenster, das Umschalten von Sichtbarkeiten sowie zahlreiche andere Aktionen kontinuierliche I/O-Last.
• Der Berechnungsprozess: Die Berechnung in RFEM 6 ist der mit Abstand I/O-intensivste Prozess. Beim Start der Berechnung analysiert die Solver-Leitung die Rechenaufgaben und startet dann mehrere Solver-Prozesse. Im Idealfall entspricht die Anzahl dieser Prozesse der Anzahl der verfügbaren CPU-Threads, um die Rechenleistung optimal auszunutzen. Alle diese Solver-Prozesse lesen gleichzeitig Daten aus dem Arbeitsordner und schreiben große Datenmengen zurück. Dieser simultane Zugriff mehrerer Prozesse auf denselben Speicherort kann zu einem sogenannten „I/O-Sturm“ führen, der das Speichersystem extrem belastet.

Die Art der Datenverarbeitung in RFEM 6 ist durch eine hohe Anzahl kleiner Dateien sowie intensive, gleichzeitige Lese- und Schreibzugriffe gekennzeichnet. Aufgrund dieser Eigenschaften reagiert das Programm besonders empfindlich auf die typischen I/O-Engpässe in VDI-Umgebungen. Dieses spezifische Problemprofil erfordert gezielte Optimierungsstrategien, die im weiteren Verlauf detailliert behandelt werden.

Herausforderungen in Bezug auf OpenGL

RFEM 6 und RSTAB 9 sind für die grafische Darstellung zwingend auf OpenGL 4.2 angewiesen. In vielen VDI- und Citrix-Umgebungen stellt dies eine erhebliche technische Hürde dar. Herkömmliche Virtualisierungslösungen verwenden standardmäßig einfache Software-Renderer, welche die Grafikberechnungen rein über die CPU abwickeln.

Diese Standard-Software-Renderer verfügen oft nicht über die notwendigen OpenGL-Funktionen. Findet RFEM 6 oder RSTAB 9 beim Programmstart einen solchen einfachen Software-Renderer vor, wird eine entsprechende Warnung ausgegeben.

Es ist wichtig zu beachten, dass es beim Übergehen dieser Warnung unmittelbar zu einem Absturz von RFEM 6 oder RSTAB 9 kommen kann. Selbst wenn eine grafische Darstellung zustande kommt, führt die Verarbeitung komplexer 3D-Szenen auf der CPU zu spürbaren Verzögerungen in der Benutzeroberfläche. Anwendende erleben dann eine verlangsamte Reaktion des Modells bei Dreh- oder Zoomvorgängen, was ein effizientes Arbeiten deutlich erschwert. Die Herausforderung besteht somit darin, eine Umgebung zu schaffen, die nicht nur die erforderliche OpenGL-Version bereitstellt, sondern diese auch performant verarbeitet.

Lösungsansätze zur Performance-Optimierung

Um einen stabilen und effizienten Betrieb zu gewährleisten, müssen sowohl die I/O-Engpässe als auch die Grafik-Anforderungen adressiert werden.

Lösungen für das I/O-Problem

Die Performance der Dateiverwaltung lässt sich durch gezielte Konfigurationsänderungen und die Wahl der richtigen Hardware-Infrastruktur deutlich verbessern.

• Antivirus-Ausnahmen definieren: Einer der effektivsten Wege zur Beschleunigung besteht darin, die Echtzeitüberwachung der Sicherheitssoftware für kritische Pfade zu deaktivieren. Da RFEM 6 und RSTAB 9 während der Berechnung Tausende kleiner Dateien in Millisekunden verarbeiten, bremst jeder Scanvorgang das System aus. Folgende Ordner sollten von der Überwachung ausgenommen werden:
  • Der Programmordner (Standard: C:\Program Files\Dlubal).
  • Der temporäre Arbeitsordner (Standard: C:\Users\\AppData\Local\Dlubal).
• Speicherkonfiguration optimieren: Der Arbeitsordner sollte idealerweise auf einem lokalen, schnell angebundenen Speichersystem des Host-Servers liegen. Falls die Nutzung eines zentralen Storage-Systems (NAS/SAN) unumgänglich ist, muss das Netzwerk zur Anbindung des Speichers über eine hohe Bandbreite verfügen und vor allem extrem latenzarm ausgelegt sein. Eine hohe Latenz zwischen der VM und dem Speichersystem kann selbst schnellste Hardware ausbremsen. Falls notwendig, dann kann der Pfad für den temporäre Arbeitsordner geändert werden. Der Pfad ist in der Registry im Pfad Computer\HKEY_CURRENT_USER\Software\Dlubal\RFEM6 im Schlüssel WorkingDirectoryPath gespeichert.

Lösungen für das OpenGL-Problem

Für eine flüssige 3D-Darstellung ist der Einsatz von Hardware-Beschleunigung durch GPU-Virtualisierung die empfohlene Lösung.

• GPU Passthrough: Hierbei wird eine physische Grafikkarte exklusiv einer VM zugewiesen. Dies bietet die höchste Performance, ist jedoch kostenintensiv und weniger skalierbar. Diese Lösung bietet sich nur in Ausnahmefällen an.
• Virtual GPU (vGPU): Eine physische Grafikkarte wird in mehrere virtuelle Einheiten aufgeteilt und mehreren Nutzenden gleichzeitig zur Verfügung gestellt.A beginner's guide to workstation virtualisation - DEVELOP3D Dies ist für die meisten Ingenieur-Arbeitsplätze die wirtschaftlichste Lösung, da sie eine gute Balance zwischen Leistung und Benutzerdichte bietet.
• MESA Software-Renderer als Fallback: Falls keine GPU-Virtualisierung möglich ist, kann der MESA-Renderer aktiviert werden. Dieser emuliert die OpenGL-Funktionen auf der CPU. Obwohl dies Abstürze verhindert, ist die Performance im Vergleich zur Hardware-Beschleunigung erheblich schlechter. Der MESA-Renderer wird über das Skript Enable Software Renderer.cmd im Programm-Ordner aktiviert.

Fazit und umfassende Empfehlungen

Der erfolgreiche Betrieb von RFEM 6 und RSTAB 9 in VDI- und Citrix-Umgebungen erfordert einen strategischen Planung. RFEM 6 und RSTAB 9 stellen erhebliche Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der Hardware, was sowohl die interaktive Eingabe als auch die Berechnung betrifft. Insbesondere für die Bearbeitung großer Modelle ist eine VDI-Lösung aus Performance-Sicht nicht immer die optimale Wahl.

Zusammenfassend lassen sich folgende Erkenntnisse festhalten:

• Die spezielle Art der Datenverwaltung macht das Programm anfällig für I/O-Engpässe.
• Die Deaktivierung der Antivirus-Echtzeitüberwachung für spezifische Ordner kann eine massive Leistungssteigerung bewirken.
• Die Trennung von Rechenleistung und Grafik erfordert eine effiziente GPU-Virtualisierung.

Die Implementierung ist ein Problem, das sorgfältige Planung und Tests erfordert. Teure Hardware kann ihren Nutzen verlieren, wenn Konfigurationsfehler die Performance ausbremsen.

Checkliste für die Planung:

• Hardware-Sizing: Host-Server mit genügend Ressourcen (CPU, RAM, GPU, I/O) bereitstellen.
• Netzwerkkonfiguration: Die Latenz zwischen dem Endgerät und dem Server sollte minimal sein.
• Software-Tuning: Antivirus-Ausnahmen konfigurieren und VMs optimieren.
• Monitoring: Auslastung regelmäßig überwachen, um Engpässe frühzeitig zu erkennen.

Mit der richtigen Planung können die Vorteile von VDI auch für RFEM 6 und RSTAB 9 genutzt werden.

Die folgende Tabelle hilft bei der Lokalisieren und Beheben von Problemen, die im Zusammenhang mit VDI auftreten können.