云計算下桌面虛擬化技術的融合*

譚大禹 孫 睿 劉 寬

(安徽理工大學 淮南 232001)

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云計算下桌面虛擬化技術的融合*

譚大禹 孫 睿 劉 寬

(安徽理工大學 淮南 232001)

云計算下兩大虛擬應用,桌面云和云桌面,它們的共性主要以虛擬化技術為核心。論文根據它們的應用技術核心,基于云計算技術為中心加以融合并搭建本地流模式,稱其為虛擬化技術融合桌面(以下簡稱融合桌面)。集中部署,改變了過去獨立、冗散的桌面系統環境。通過云服務器集群、融合桌面客戶端以及桌面管理平臺一體的一站式融合桌面云架構,采用Citrix解決桌面虛擬化方案,幫助客戶構建統一私有桌面應用云平臺,極大地提高了桌面的靈活性和運維效率。

云計算; 虛擬化; 本地流模式; 融合桌面; Citrix

Class Number TP393

1 引言

本文主要研究云計算下的桌面虛擬化技術,關于云計算大家廣泛認可為:“云計算(Cloud computing),又譯作云端運算,以互聯網載體,可為大眾用戶基于互聯網對不同體系結構、自主管理的服務進行按需即取的計算,是依托互聯網上資源利用的新方式,云計算資源虛擬化而且動態易擴展”。因此在云計算發展下派生出一種新應用——桌面云。根據IBM Smart Business Desktop Cloud(IBM云計算智能商務桌面)介紹,桌面云定義——由特定桌面客戶端與網絡鏈接的專業設備來訪問云平臺資源的一種服務,覆蓋云平臺下所有客戶終端桌面”。本文中將此技術融合成一種新的桌面應用技術-融合桌面技術。

云計算的服務類型被分為三層:IaaS服務、SaaS服務和PaaS服務,如圖1所示。不同的云層,提供不同的云服務[1]。

圖1 云計算的層次分類

在云計算之前有無盤工作站的說法,指任何能夠通過有線或無線網絡提供計算和存儲服務,特點是前端計算后端存儲。隨著云計算的成熟,作為全球信息通信技術(Information Communication Technology,ICT)產業界公認發展重點,云計算核心是自我維護和服務管理的大型服務器集群,由存儲服務器群、計算服務器群和虛擬計算資源、網絡資源等組成,可以云端計算和存儲,前段只需操作顯示。網格計算創始人Ian Foster給出另一種定義:在企業效益追求下,云計算已成為分布式超大型的計算機制,依托互聯網根據需求以動態伸縮虛擬化的方式為用戶提供計算能力平臺服務和存儲能力平臺服務[2]。

本文依據云計算解決計算和存儲空間集中共享問題的能力,解決分布在不同機構的各種信息資源共享。將應用資源統一集中部署起來,從單一映像到自行集中管理,不需人工參與。由于支持各種程序的運轉應用,所以用戶可以根據需要動態申請資源,宗旨為使用者節約資源提高實用效率,并且更加專注于所需業務,提高技術創新同時并降低了成本[3]。

圖2為云計算提供的平臺及服務。

圖2 云計算的平臺和服務

2 融合桌面的虛擬化技術

2.1 虛擬化技術

虛擬化技術通俗的說,在一個計算機上創建另一個計算機稱為虛擬機,這種創建虛擬機的過程就是虛擬化技術,提高了計算機硬件使用效率。同時搭配云計算處理數據的架構,對大量數據進行分布式計算,將更多的工具運行在云計算的環境中[4],如圖2所示。從虛擬化的搭建來看,將虛擬化技術分為三種:

1) 服務器虛擬化技術——物理服務器被模擬成邏輯服務器的過程,單臺物理服務器可以實現數N臺獨立虛擬服務(N>10);也可以將N個物理服務器抽象成一個虛擬服務,解決大規模處理請求[5]。在服務器模式下,每臺虛擬服務器都是以數據的形式存在,所以具有良好的可復制性、可恢復性與獨立性[6]。

2) 存儲虛擬化技術——對系統不同的存儲資源進行整合,如將地點不同、容量不同、介質不同的存儲媒介進行集中整合,使它們變成統一集中的存儲資源池。通常情況下,這種存儲的虛擬化的服務稱之為“云存儲”。它的優點是對存儲資源進行集中管理統一調度進而節約成本,資源調配靈活性高,可以使暫時不用的存儲設備進入節能待機狀態以減少能耗消耗[7]。

3) 平臺虛擬化技術——將虛擬化系統以平臺形式面向給開發者與使用者。使用者可以通過平臺下載使用相關應用軟件。開發者可根據虛擬化平臺的需要進行各種應用的開發并發布到平臺上,然后平臺管理者進行審核管理。確保能安全可靠使用后,用戶方可通過平臺下載使用。此外,平臺還提供升級服務,使用者可以方便地在平臺上升級自己軟件應用[8]。

根據虛擬化對云計算的支撐,避免了因不能兼容而產生的系統故障?，F實中,程序應用之間因不能兼容而引起的故障一直困擾著人們,在一個終端機上安裝不同應用,可能會出現各種問題,這些不同問題的出現也極大地消耗了企業IT部門的精力和資源。而桌面虛擬化,打包桌面鏡像(VDI)與操作系統和應用讓三者融合,最大限度避免應用問題帶來的沖突。對每個應用其配置信息隱私保密且有自己的計算環境,也就意味著連接到某個虛擬桌面的用戶不會影響其他虛擬桌面或主機服務器,從而最大的保證了穩定性與兼容性[9]。

2.2 桌面虛擬化技術的核心

虛擬桌面的實現模式主要包括流傳輸桌面技術和虛擬桌面基礎架構技術(Virtual Desktop Infrastructure,VDI)。流傳輸是一種數據傳輸技術,目標是把所要使用的數據和應用程序打包成穩定連續的傳輸流迅速而快捷地流到PC客戶端。流傳輸桌面技術采用: 1) 集中管理:把每個用戶完整的桌面環境存放在服務器上; 2) 分布計算:當客戶端與數據中心連接時,服務器集群依照客戶端請求按需傳輸一切指令,再由客戶端負責計算[10]。

VDI(桌面虛擬技術)原理通過服務器為用戶部署專用虛擬機,提供桌面的實施方案和交付模型,可以輕松為用戶準備所需的操作系統、應用和各種命令,客戶端桌面工作負載(用戶數據、應用程序、操作系統)打包存放數據中心的服務器上。

圖3 VDI組件架構圖

如圖3所示,通過桌面傳輸協議讓客戶端設備與虛擬桌面代理建立通信,連接管理平臺和虛擬化平臺,在數據中心的服務器上分析桌面需求并給予響應。將客戶端桌面工作負載托管在云計算中心,能夠集中地管理桌面環境[11],有效地保護存儲于該環境中的一切信息。桌面傳輸協議、連接管理器、虛擬化管理中心、虛擬化平臺和客戶端設備構成完整的VDI架構,通過網絡可以迅速部署一個通用的、支持性桌面環境[10]。

依靠虛擬平臺完成虛擬化桌面的統一管理,對客戶端設備建立直接的連接,監控管理虛擬機實例及存儲文件和各種設置,并對桌面進行分配。在現實使用中得到很好的驗證,負載的合理運用,異構平臺的支持,按需應用高度整合[5]。

3 融合桌面的技術

3.1 本地流桌面融合云桌面技術

云桌面是把應用數據、資源服務以桌面化的方式發布給操作者,適合作為微型化移動終端設備的操作系統,也可以將傳統計算機升級成網絡操作桌面?；谠朴嬎憧臻g資源的云桌面,是虛擬化應用將平臺上空間資源發布到各終端。云桌面是一個遠程的虛擬桌面,是在網絡內存儲的桌面,無論使用者在任何一臺電腦上,只需要訪問存儲地址就能打開自己的桌面[12]?；谝陨显谱烂孢@個優勢,添加進融合桌面云,這樣融合桌面可以管理集中在一起,減少維護。那么如何將云桌面這個虛擬應用結合到融合桌面中去。

首先,利用流傳輸桌面技術搭建本地流桌面(又名融合客戶機終端),使用融合桌面設備離不開桌面終端,此桌面終端使用內在專業嵌入式高運算功能微型處理器、小型本地Flash Memory。用于控制操作系統的本地系統內存以及本地Flash Memory、顯卡、網絡適配器和外設的標配I/O選件。本地流桌面內嵌了獨立的嵌入式操作系統,可以連接和控制運行在服務器上的任何桌面設備(如虛擬化技術中的VDI技術)[13]。

其次,架構中也支持對傳統桌面進行升級,安裝桌面插件,這個插件是融合桌面技術的一個核心。使它們通過協議也能連接到運行在服務器上,融合桌面技術里配置了統一的本地流桌面。

最后,在本地流桌面模式下,許可融合桌面控制器(OVD)可遠程控制電腦通過Web瀏覽器打開并進行配置(對云桌面的融合配置),如圖4所示。啟動融合桌面客戶端的時候可以選擇是否把操作系統從數據中心的服務器加載到本地內存中,通過虛擬機管理平臺(OVP)承載所需要的操作系統(如Windows、Linux、Mac OS X等系統)和應用,流的數據流量不是很大,同時解決了傳統PC啟動速度慢的問題,技術的新穎就是其多樣化的服務。這種方式由于利用了云數據中心強大的計算和終端運行能力,所以服務器的工作負載不大,可根據服務器存儲能力駐留上百到上千用戶。

3.2 融合桌面的基礎架構

融合桌面則非常靈活,如下搭建整體融合桌面方案就是由RHClient(客戶機云終端)。OVD(融合桌面控制器),快速而安全地向使用者交付整個桌面,不管它是固定還是移動辦公。OVP(虛擬機管理平臺),構建硬件資源可動態調整服務器集群環境,實現統一監控和管理。存儲服務器設備組成[14]?；A架構如圖4所示。

圖4 融合桌面的基礎構架

融合桌面虛擬化依托服務器集群計算,結合瘦客戶端(ThinClient)的優點,且本地流客戶端優化了ThinClient的模型,由數據中心對桌面和資源集中管理。我們可以通過任何設備、在任何地點、任何時間訪問在網絡上的屬于用戶個人空間,用戶還可以根據自己的需求在云計算中心更新[15]。

3.3 融合技術桌面的優勢

隨著人們對應用技術的不斷追求,融合桌面勢必會成為一種新的應用趨勢。IT人員可以在數據中心自動完成所有的管理工作,同時通過自動化管理流程,維護工作也可自動完成,包括升級補丁、安全更新、軟件下發等,不但減少了維護工作,還能快捷迅速的處理故障,全面提升IT人員對于桌面的維護服務水平[16],具備以下優勢。

1) 集中部署減少維護,提升桌面服務水平。

2) 遠程托管數據隔離,有效保證數據安全。

3) 一個窗口多個桌面,多業務同時處理。

4) 隨時隨地遠程接入,提供靈活業務能力。

5) 存儲集中復制站點,構建健全容災體系。

4 技術的融合架構

4.1 融合桌面實施方案

本文主要采用了Citrix桌面虛擬化技術解決方案的技術原理及相應優勢,同時針對需求提供詳細的架構設計及實施過程。

4.1.1 底層架構設計

圖5中,虛線為業務網絡,實線為管理服務器和用戶網絡。

4.1.2 存儲設計

本文的存儲設計,對服務器的本地存儲,是為用于保存資源池數據和安裝XenServer做準備,對單獨采購硬盤的存儲,是保存虛擬機的虛擬鏡像文件(Virtual Disk Image)和本地用戶數據[17]。

本地存儲中,設計的資源池中的服務器均配置兩塊900GB/10000rpm SAS硬盤,設置為RAID-1,只用于安裝XenServer本身和保存資源池的元數據(MetaData)。選擇RAID-1的目的是通過鏡像(Mirror)方式防止本地硬盤出現單點故障,提高XenServer本身的可用性。單獨采購硬盤存儲:資源池中的服務器單獨采購硬盤配置兩個十四塊600GB 10000 rpm SAS硬盤,設置為RAID-5,作為虛擬化平臺中基礎架構服務器和鏡像文件(VDI)存放,為了給基礎架構服務器、鏡像文件(VDI)和本地用戶數據提供一個高可用性的工作環境,這些虛擬服務器的鏡像文件(VDI)、本地用戶數據全部保存在單獨采購硬盤存儲上。

圖5 網絡拓撲圖

4.2 技術融合基礎架構部署

基礎架構拓撲圖如圖6所示。

圖6 基礎架構拓撲圖

根據圖6進行配置和部署最底層設施。并結合3.2節實現將客戶的辦公桌面統一部署在服務器集群上?？蛻舻霓k公和使用數據集中存儲,然后通過網絡將個人桌面系統快速交付給用戶,用戶可以通過各種終端設備如融合桌面客戶機隨時隨地接入辦公[14]?；诠芾矸諔玫娜诤献烂娼Y合云桌面的技術,主要是通過SOA理念,將ESB和EBB的內容,發布給各操作終端。設計服務器、存儲、網絡、應用、數據庫等多個領域,單一的撤離甚至會破壞整個架構,因此需要為所有的資源部署并抽象到資源池。

4.3 服務器配置

表1 服務器配置

4.4 資源池部署

表2 資源池部署

4.5 安裝部署Citrix Licensing

所有基礎構架搭建完成后,設施安裝完畢,開始安裝軟件。

Licensing Server用于管理Xendesktop的許可。必須使用Xendesktop7.6附帶的許可證服務器。許可管理控制臺可以在遠程電腦上通過Web瀏覽器打開并進行配置。

安裝使用,設置向導安裝許可證服務器和控制臺。

1) 以管理員身份或以管理員組的成員身份登錄。

2) 插入產品安裝介質并導航通過“自動運行”屏幕到Citrix Licensing,然后遵循說明。在XenDesktop中,選擇安裝服務器組件>我接受該許可協議>Citrix許可證服務器。

3) 按照安裝向導提示接受目標文件夾。許可組件安裝在32位以及64位計算機中。

4) 接受或更改許可組件使用的默認端口號。按需在安裝后更改這些端口號。

(1)許可證服務器端口號為27000;

(2)供應商后臺程序端口號為7279;

(3)控制臺Web端口為8082。

5) 對于工作組安裝,請為控制臺的用戶admin設置一個密碼。如果您屬于某個域,許可證服務器將添加安裝用戶(以域用戶格式)作為默認的許可證管理控制臺管理員。

通過安裝測試,得到穩定的實用效果,體驗比傳統PC使用效果更佳。

5 結語

云計算下的桌面虛擬化技術目前在國內還正處于起步階段,加之人們對傳統PC機使用思想的根深蒂固,阻礙其發展的動力,所以目前需要研究和解決的問題很多?；趯ψ烂嬖坪驮谱烂娴纳钊雽W習和實踐,在云計算的大環境下,出現了兩種同樣根據虛擬化技術不同的桌面應用,讓用戶使用起來比較繁瑣和浪費,對計算機科學應用技術日益進步的今天來說不夠精益求精甚至是種倒退。將兩種應用的核心技術結合起來,搭建成融合桌面,對計算機應用有很好的發展。本文結合項目學習的經驗,提出對兩種桌面技術應用結合,加之對云計算的深入探究,形成了對融合桌面的可行性。對于傳統PC機發起了巨大的挑戰,也對云計算的發展起到了極大推動作用。

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Desktop of Virtulization Technology Integration under the Cloud Computing

TAN Dayui SUN Rui LIU Kuan

(Anhui University of Science & Technology, Huainan 232001)

Cloud computing under the two virtual applications, Desktop cloud and cloud-desktop are two virtual applications under cloud computing, Their commonality are mainly based on virtualization technology. Using the core of their application technology, based on cloud computing technology a local flow model is built and called virtual technology integration desktop(referred to as fusion desktop). The deploymen is centralized, the past independent and redundant desktop environment are changed. Through the cloud server cluster, integration of desktop client and desktop management platform, one-stop integration of desktop cloud architecture, Citrix is used to solve desktop virtualization solutions and help customers build a unified private desktop application cloud platform, which greatly improves flexibility and maintenance efficiency of the desktop.

cloud computing, virtualization, local streaming pattern, integration desktop, Citrix

2016年7月12日,

2016年8月23日

譚大禹,男,碩士研究生,研究方向:云計算,物理網應用。孫睿,男,碩士研究生,研究方向:云計算。劉寬,男,碩士研究生,研究方向:人工智能,物聯網。

TP393

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.01.017