Praca w środowisku VDI i Citrix w RFEM 6 i RSTAB 9

Wstęp

Świat pracy stale się zmienia, a elastyczność i praca niezależna od lokalizacji zyskują na znaczeniu. Dla firm, infrastruktura wirtualnych pulpitów (VDI) i rozwiązania Citrix stanowią atrakcyjną możliwość umożliwienia pracownikom dostępu do ich zwykłego środowiska pracy z każdego miejsca na świecie. Technologie te centralizują moc obliczeniową i zarządzanie danymi w bezpiecznym centrum danych, co prowadzi do prostszej administracji i zwiększonego bezpieczeństwa danych.

Jednak środowiska VDI, pierwotnie zaprojektowane do standardowych aplikacji biurowych, nie są od razu odpowiednie dla wymagających aplikacji do modelowania 3D i programów obliczeniowych, takich jak RFEM 6 i RSTAB 9. Intensywne wykorzystanie mocy graficznej, duża liczba operacji odczytu i zapisu oraz wysokie zapotrzebowanie na moc obliczeniową podczas obliczeń mogą prowadzić do znaczących problemów z wydajnością w środowiskach zwirtualizowanych.

Ważne jest zrozumienie, że korzystanie z VDI w porównaniu do instalacji na fizycznej stacji roboczej high-end zawsze wiąże się z pewnymi stratami wydajności. Jeśli głównym celem jest udostępnienie systemu o absolutnej maksymalnej szybkości obliczeń do szeroko zakrojonych symulacji, klasyczny fizyczny komputer jest lepszym wyborem.

Z tego powodu ten artykuł koncentruje się na pokazaniu technicznej regulacji, aby te inherentne straty wydajności były jak najmniejsze, umożliwiając efektywną pracę nawet w zwirtualizowanych środowiskach.

Ten przewodnik jest skierowany do osób odpowiedzialnych za IT, specjalistów ds. integracji systemów oraz zaawansowanych użytkowników, którzy stoją przed wyzwaniem implementacji oprogramowania Dlubal w infrastrukturach VDI lub Citrix. Celem jest analiza specyficznych wyzwań technicznych, wyjaśnienie przyczyn wąskich gardeł wydajności i przedstawienie konkretnego, sprawdzonego w praktyce podejścia do rozwiązywania tych problemów. Szczególny nacisk kładziony jest na strategiczne zważanie kosztów, wydajności i skalowalności, aby stworzyć płynne i produktywne środowisko pracy dla specjalistów inżynieryjnych.

Podstawy: Infrastruktura Wirtualnych Pulpitów (VDI) i technologie Citrix

Co to jest Infrastruktura Wirtualnych Pulpitów (VDI)?

Virtual Desktop Infrastructure, w skrócie VDI, jest technologią umożliwiającą dostarczanie zwirtualizowanego środowiska pulpitu. W przeciwieństwie do tradycyjnych fizycznych pulpitów, gdzie system operacyjny i aplikacje są instalowane lokalnie na komputerze użytkownika, w VDI środowiska pulpitu są hostowane i uruchamiane na centralnych serwerach w centrum danych lub w chmurze. Użytkownicy końcowi uzyskują dostęp do tej wirtualnej instancji tylko za pośrednictwem urządzenia końcowego z dostępem do internetu (np. Thin Client, laptop lub tablet). Urządzenie końcowe służy wyłącznie jako „okno“ do wirtualnego środowiska, podczas gdy cała moc obliczeniowa i przetwarzanie danych odbywa się po stronie serwera.

Taki model oferuje szereg kluczowych korzyści dla firm. Po pierwsze, centralizacja znacznie upraszcza zarządzanie IT. Zamiast wgrywać poprawki i aktualizacje oprogramowania na tysiące indywidualnych urządzeń, działy IT mogą przeprowadzać te procesy centralnie i synchronicznie dla wszystkich wirtualnych pulpitów. Oszczędza to nie tylko czas i zasoby, ale także zapewnia, że wszyscy pracownicy pracują na identycznych, spójnych i aktualnych wersjach oprogramowania.

Kolejną istotną zaletą jest podwyższona bezpieczeństwo. Ponieważ wrażliwe dane firmy nie są przechowywane na lokalnych urządzeniach użytkowników, lecz pozostają w bezpiecznym centrum danych, ryzyko utraty danych w przypadku utraty lub kradzieży sprzętu znacząco się zmniejsza. Ułatwia to również spełnienie rygorystycznych przepisów dotyczących zgodności, jak te określone w Ogólnym Rozporządzeniu o Ochronie Danych Osobowych (RODO).

Poniższa tabela wskazuje wiodących dostawców i platformy oferujące rozwiązania dla wirtualnych środowisk pulpitowych:

Citrix: Wiodące rozwiązanie VDI

Citrix jest wiodącym dostawcą technologii wirtualizacji i zdalnego dostępu. Rozwiązanie Citrix Virtual Apps and Desktops jest kluczowym elementem ekosystemu VDI i służy do dostarczania wirtualnych aplikacji i pulpitów w bezpiecznym i skalowalnym środowisku. Podstawowa funkcjonalność Citrix polega na tym, że renderowany interfejs graficzny i interakcje użytkowników są przesyłane na urządzenie końcowe za pomocą specjalnego protokołu, takiego jak HDX.

Systemy Citrix dają możliwość, aby kilku użytkowników dzieliło jednocześnie jedną maszynę wirtualną. Oszczędza to zasoby, zwłaszcza pamięć operacyjną. Umożliwiają centralne zarządzanie, oferują spójne i bezpieczne doświadczenia użytkownika oraz efektywne wykorzystanie zasobów, co czyni je istotnymi dla wymagających środowisk IT.

Centralizacja mocy obliczeniowej i danych, która wyróżnia VDI i Citrix, jest jednak jednocześnie źródłem wyzwań, przed którymi stoją użytkownicy wymagających aplikacji wysokiej wydajności. Rozdzielenie komputera (serwera) i ekranu (urządzenia końcowego) przez sieć nieuchronnie prowadzi do opóźnień, które mogą być szczególnie irytujące w interaktywnych aplikacjach graficznych i obliczeniowych. Ponadto konsolidacja wszystkich danych na centralnym systemie pamięci masowej (zamiast na indywidualnych SSD) prowadzi do potencjalnych wąskich gardeł w zakresie operacji wejścia/wyjścia (I/O), znanych jako „problem IOPS VDI“. To napięcie między zaletami centralizacji a wynikającymi z tego wąskimi gardłami wydajności stanowi centralny konflikt, który zostanie szczegółowo omówiony poniżej.

Podstawy zarządzania danymi w RFEM 6 i RSTAB 9

Sukcesywne uruchomienie oprogramowania Dlubal w zwirtualizowanym środowisku wymaga podstawowej wiedzy na temat wewnętrznego zarządzania danymi. RFEM 6 i RSTAB 9 podążają za specyficznym, intensywnym wzorem operacji I/O, który ma kluczowy wpływ na wybór właściwej konfiguracji VDI.

Pliki RFEM 6 i RSTAB 9 oraz znaczenie katalogu roboczego

Pliki RFEM 6 i RSTAB 9 w rzeczywistości są niczym innym jak skompresowanymi archiwami ZIP. Ta struktura jest kluczowa dla zrozumienia późniejszych problemów z wydajnością. Podczas otwierania pliku modelu, jego zawartość nie jest po prostu ładowana do pamięci operacyjnej (która w większości przypadków byłaby zbyt mała), lecz jest rozpakowywana do tymczasowego katalogu roboczego. Domyślnie katalog ten znajduje się w profilu użytkownika pod ścieżką C:\Users\\AppData\Local\Dlubal, ale można go zmienić w opcjach programu na inne miejsce.

Proces rozpakowywania powoduje, że pojedynczy plik modelu, który jako skompresowane archiwum ZIP może być stosunkowo mały, zostaje rozbity na wiele mniejszych plików. To generuje dużą liczbę początkowych operacji zapisu w katalogu roboczym.

Opis operacji I/O

Szczególne cechy zarządzania plikami w RFEM 6 i RSTAB 9 nie ograniczają się do jednorazowego rozpakowywania. Cała praca w interfejsie graficznym (GUI) i solverze charakteryzuje się ciągłą i intensywną wymianą danych z tym tymczasowym katalogiem roboczym.

• Interakcja GUI: Dialogi ładują przy każdym otwarciu dane bezpośrednio z katalogu roboczego. Po zamknięciu dialogu wprowadzone zmiany są ponownie zapisywane w katalogu. Proces ten powtarza się nieustannie, prowadząc do stałego strumienia małych operacji odczytu i zapisu. Ponadto praca na oknie graficznym, przełączanie widoczności oraz wiele innych działań generuje ciągły ładunek I/O.
• Proces obliczeniowy: Obliczenia w RFEM 6 są zdecydowanie najbardziej intensywnym procesem pod względem I/O. Przy rozpoczęciu obliczeń, linia solvera analizuje zadania obliczeniowe i uruchamia następnie kilka procesów solvera. W idealnym przypadku ich liczba odpowiada liczbie dostępnych wątków CPU, aby jak najlepiej wykorzystać moc obliczeniową. Wszystkie te procesy solvera jednocześnie odczytują dane z katalogu roboczego i zapisują duże ilości danych z powrotem. Jednoczesny dostęp kilku procesów do tego samego miejsca na przechowywanie danych może prowadzić do tak zwanego „sztormu I/O“, który obciąża system pamięci masowej skrajnie.

Charakter przetwarzania danych w RFEM 6 charakteryzuje się dużą liczbą małych plików oraz intensywnymi, równoczesnymi operacjami odczytu i zapisu. Z powodu tych cech program reaguje szczególnie wrażliwie na typowe wąskie gardła I/O w środowiskach VDI. Profil tego specyficznego problemu wymaga ukierunkowanych strategii optymalizacyjnych, które zostaną szczegółowo omówione w dalszym ciągu.

Wyzwania związane z OpenGL

RFEM 6 i RSTAB 9 dla graficznej wizualizacji wymagają bezwzględnie OpenGL 4.2. W wielu środowiskach VDI i Citrix stanowi to znaczne wyzwanie techniczne. Standardowe rozwiązania do wirtualizacji wykorzystują zazwyczaj proste jednostki renderujące oparte na oprogramowaniu, które realizują zadania graficzne wyłącznie za pomocą CPU.

Te standardowe renderery oprogramowania często nie mają niezbędnych funkcji OpenGL. Jeśli RFEM 6 lub RSTAB 9 wykryją taki prosty renderer oprogramowania podczas uruchamiania programu, wyświetli się odpowiednie ostrzeżenie.

Należy pamiętać, że pominięcie tego ostrzeżenia może prowadzić bezpośrednio do awarii RFEM 6 lub RSTAB 9. Nawet jeśli możliwa jest jakaś graficzna wizualizacja, przetwarzanie skomplikowanych scen 3D na CPU prowadzi do zauważalnych opóźnień w interfejsie użytkownika. Użytkownicy doświadczają wtedy spowolnienia reakcji modelu podczas obrotu czy przybliżania/oddalania, co znacznie utrudnia efektywną pracę. Wyzwaniem jest zatem stworzenie środowiska, które nie tylko zapewnia wymaganą wersję OpenGL, ale również przetwarza ją wydajnie.

Rozwiązania w celu optymalizacji wydajności

Aby zapewnić stabilne i wydajne działanie, należy zaadresować zarówno wąskie gardła I/O, jak i wymagania dotyczące grafiki.

Rozwiązania problemu I/O

Wydajność zarządzania plikami można znacznie poprawić poprzez ukierunkowane zmiany w konfiguracji oraz wybór odpowiedniej infrastruktury sprzętowej.

• Definiowanie wyjątków dla oprogramowania antywirusowego: Jednym z najskuteczniejszych sposobów przyspieszenia jest wyłączenie monitorowania w czasie rzeczywistym przez programy bezpieczeństwa dla krytycznych ścieżek. Ponieważ RFEM 6 i RSTAB 9 przetwarzają podczas obliczeń tysiące małych plików w milisekundach, każdy proces skanowania spowalnia system. Następujące foldery powinny być wyłączone z monitorowania:
  • Katalog programu (domyślnie: C:\Program Files\Dlubal).
  • Tymczasowy katalog roboczy (domyślnie: C:\Users\\AppData\Local\Dlubal).
• Optymalizacja konfiguracji pamięci: Katalog roboczy powinien, jeśli to możliwe, znajdować się na lokalnym, szybkodostępnym systemie pamięci serwera hosta. Jeśli wykorzystanie centralnego systemu pamięci (NAS/SAN) jest nieuniknione, sieć do jego podłączenia musi charakteryzować się dużą przepustowością oraz być przede wszystkim bardzo niskolatencyjna. Wysoka latencja między maszyną wirtualną a systemem pamięci może spowalniać nawet najszybszy sprzęt. W razie potrzeby można zmienić ścieżkę dla tymczasowego katalogu roboczego. Ścieżka ta jest przechowywana w rejestrze pod ścieżką Computer\HKEY_CURRENT_USER\Software\Dlubal\RFEM6 w kluczu WorkingDirectoryPath.

Rozwiązania problemu z OpenGL

Dla płynnej wizualizacji 3D zalecanym rozwiązaniem jest zastosowanie przyspieszenia sprzętowego poprzez wirtualizację GPU.

• GPU Passthrough: Polega na przypisaniu fizycznej karty graficznej wyłącznie jednej maszynie wirtualnej. Zapewnia to najwyższą wydajność, ale jest kosztowne i mniej skalowalne. To rozwiązanie jest odpowiednie tylko w wyjątkowych przypadkach.
• Wirtualna GPU (vGPU): Fizyczna karta graficzna jest dzielona na kilka wirtualnych jednostek i udostępniana jednocześnie kilku użytkownikom.A beginner's guide to workstation virtualisation - DEVELOP3D Jest to najbardziej ekonomiczne rozwiązanie dla większości stanowisk inżynierskich, gdyż oferuje dobrą równowagę między wydajnością a gęstością użytkowania.
• MESA Software Renderer jako opcja zapasowa: Jeśli wirtualizacja GPU nie jest możliwa, można włączyć renderer MESA. Emuluje on funkcje OpenGL na CPU. Choć zapobiega awariom, jego wydajność jest znacznie niższa w porównaniu z przyspieszeniem sprzętowym. Renderer MESA można włączyć za pomocą skryptu Enable Software Renderer.cmd w folderze programu.

Podsumowanie i kompleksowe rekomendacje

Sukcesywne uruchamianie RFEM 6 i RSTAB 9 w środowiskach VDI i Citrix wymaga planowania strategicznego. RFEM 6 i RSTAB 9 stawiają znaczne wymagania co do wydajności sprzętu, dotyczące zarówno interaktywnych danych wejściowych, jak i obliczeń. Zwłaszcza przy manipulacji dużymi modelami, z punktu widzenia wydajności rozwiązanie VDI nie zawsze jest najlepsze.

Podsumowując, można stwierdzić następujące wnioski:

• Specyficzny sposób zarządzania danymi sprawia, że program jest podatny na wąskie gardła I/O.
• Dezaktywacja monitorowania w czasie rzeczywistym przez oprogramowanie antywirusowe dla określonych folderów może znacząco zwiększyć wydajność.
• Rozdzielenie mocy obliczeniowej i grafiki wymaga efektywnej wirtualizacji GPU.

Implementacja jest problemem wymagającym starannego planowania i testów. Drogi sprzęt może stracić na wartości, jeśli błędy w konfiguracji spowalniają wydajność.

Lista kontrolna do planowania:

• Równoważenie sprzętu: Zapewnienie serwera hosta z wystarczającymi zasobami (CPU, RAM, GPU, I/O).
• Konfiguracja sieci: Latencja między urządzeniem końcowym a serwerem powinna być minimalna.
• Poprawki oprogramowania: Konfigurowanie wyjątków antywirusowych i optymalizacja maszyn wirtualnych.
• Monitoring: Regularne monitorowanie obciążenia, aby wcześnie wykryć wąskie gardła.

Przy właściwym planowaniu można wykorzystać zalety VDI również dla RFEM 6 i RSTAB 9.

Poniższa tabela pomaga w lokalizowaniu i rozwiązywaniu problemów, które mogą wystąpić w kontekście VDI.