谭大禹 孙 睿 刘 宽

(安徽理工大学 淮南 232001)



云计算下桌面虚拟化技术的融合*

谭大禹 孙 睿 刘 宽

(安徽理工大学 淮南 232001)

云计算下两大虚拟应用,桌面云和云桌面,它们的共性主要以虚拟化技术为核心。论文根据它们的应用技术核心,基于云计算技术为中心加以融合并搭建本地流模式,称其为虚拟化技术融合桌面(以下简称融合桌面)。集中部署,改变了过去独立、冗散的桌面系统环境。通过云服务器集群、融合桌面客户端以及桌面管理平台一体的一站式融合桌面云架构,采用Citrix解决桌面虚拟化方案,帮助客户构建统一私有桌面应用云平台,极大地提高了桌面的灵活性和运维效率。

云计算; 虚拟化; 本地流模式; 融合桌面; Citrix

Class Number TP393

1 引言

本文主要研究云计算下的桌面虚拟化技术,关于云计算大家广泛认可为:“云计算(Cloud computing),又译作云端运算,以互联网载体,可为大众用户基于互联网对不同体系结构、自主管理的服务进行按需即取的计算,是依托互联网上资源利用的新方式,云计算资源虚拟化而且动态易扩展”。因此在云计算发展下派生出一种新应用——桌面云。根据IBM Smart Business Desktop Cloud(IBM云计算智能商务桌面)介绍,桌面云定义——由特定桌面客户端与网络链接的专业设备来访问云平台资源的一种服务,覆盖云平台下所有客户终端桌面”。本文中将此技术融合成一种新的桌面应用技术-融合桌面技术。

云计算的服务类型被分为三层:IaaS服务、SaaS服务和PaaS服务,如图1所示。不同的云层,提供不同的云服务[1]。

图1 云计算的层次分类

在云计算之前有无盘工作站的说法,指任何能够通过有线或无线网络提供计算和存储服务,特点是前端计算后端存储。随着云计算的成熟,作为全球信息通信技术(Information Communication Technology,ICT)产业界公认发展重点,云计算核心是自我维护和服务管理的大型服务器集群,由存储服务器群、计算服务器群和虚拟计算资源、网络资源等组成,可以云端计算和存储,前段只需操作显示。网格计算创始人Ian Foster给出另一种定义:在企业效益追求下,云计算已成为分布式超大型的计算机制,依托互联网根据需求以动态伸缩虚拟化的方式为用户提供计算能力平台服务和存储能力平台服务[2]。

本文依据云计算解决计算和存储空间集中共享问题的能力,解决分布在不同机构的各种信息资源共享。将应用资源统一集中部署起来,从单一映像到自行集中管理,不需人工参与。由于支持各种程序的运转应用,所以用户可以根据需要动态申请资源,宗旨为使用者节约资源提高实用效率,并且更加专注于所需业务,提高技术创新同时并降低了成本[3]。

图2为云计算提供的平台及服务。

图2 云计算的平台和服务

2 融合桌面的虚拟化技术

2.1 虚拟化技术

虚拟化技术通俗的说,在一个计算机上创建另一个计算机称为虚拟机,这种创建虚拟机的过程就是虚拟化技术,提高了计算机硬件使用效率。同时搭配云计算处理数据的架构,对大量数据进行分布式计算,将更多的工具运行在云计算的环境中[4],如图2所示。从虚拟化的搭建来看,将虚拟化技术分为三种:

1) 服务器虚拟化技术——物理服务器被模拟成逻辑服务器的过程,单台物理服务器可以实现数N台独立虚拟服务(N>10);也可以将N个物理服务器抽象成一个虚拟服务,解决大规模处理请求[5]。在服务器模式下,每台虚拟服务器都是以数据的形式存在,所以具有良好的可复制性、可恢复性与独立性[6]。

2) 存储虚拟化技术——对系统不同的存储资源进行整合,如将地点不同、容量不同、介质不同的存储媒介进行集中整合,使它们变成统一集中的存储资源池。通常情况下,这种存储的虚拟化的服务称之为“云存储”。它的优点是对存储资源进行集中管理统一调度进而节约成本,资源调配灵活性高,可以使暂时不用的存储设备进入节能待机状态以减少能耗消耗[7]。

3) 平台虚拟化技术——将虚拟化系统以平台形式面向给开发者与使用者。使用者可以通过平台下载使用相关应用软件。开发者可根据虚拟化平台的需要进行各种应用的开发并发布到平台上,然后平台管理者进行审核管理。确保能安全可靠使用后,用户方可通过平台下载使用。此外,平台还提供升级服务,使用者可以方便地在平台上升级自己软件应用[8]。

根据虚拟化对云计算的支撑,避免了因不能兼容而产生的系统故障。现实中,程序应用之间因不能兼容而引起的故障一直困扰着人们,在一个终端机上安装不同应用,可能会出现各种问题,这些不同问题的出现也极大地消耗了企业IT部门的精力和资源。而桌面虚拟化,打包桌面镜像(VDI)与操作系统和应用让三者融合,最大限度避免应用问题带来的冲突。对每个应用其配置信息隐私保密且有自己的计算环境,也就意味着连接到某个虚拟桌面的用户不会影响其他虚拟桌面或主机服务器,从而最大的保证了稳定性与兼容性[9]。

2.2 桌面虚拟化技术的核心

虚拟桌面的实现模式主要包括流传输桌面技术和虚拟桌面基础架构技术(Virtual Desktop Infrastructure,VDI)。流传输是一种数据传输技术,目标是把所要使用的数据和应用程序打包成稳定连续的传输流迅速而快捷地流到PC客户端。流传输桌面技术采用: 1) 集中管理:把每个用户完整的桌面环境存放在服务器上; 2) 分布计算:当客户端与数据中心连接时,服务器集群依照客户端请求按需传输一切指令,再由客户端负责计算[10]。

VDI(桌面虚拟技术)原理通过服务器为用户部署专用虚拟机,提供桌面的实施方案和交付模型,可以轻松为用户准备所需的操作系统、应用和各种命令,客户端桌面工作负载(用户数据、应用程序、操作系统)打包存放数据中心的服务器上。

图3 VDI组件架构图

如图3所示,通过桌面传输协议让客户端设备与虚拟桌面代理建立通信,连接管理平台和虚拟化平台,在数据中心的服务器上分析桌面需求并给予响应。将客户端桌面工作负载托管在云计算中心,能够集中地管理桌面环境[11],有效地保护存储于该环境中的一切信息。桌面传输协议、连接管理器、虚拟化管理中心、虚拟化平台和客户端设备构成完整的VDI架构,通过网络可以迅速部署一个通用的、支持性桌面环境[10]。

依靠虚拟平台完成虚拟化桌面的统一管理,对客户端设备建立直接的连接,监控管理虚拟机实例及存储文件和各种设置,并对桌面进行分配。在现实使用中得到很好的验证,负载的合理运用,异构平台的支持,按需应用高度整合[5]。

3 融合桌面的技术

3.1 本地流桌面融合云桌面技术

云桌面是把应用数据、资源服务以桌面化的方式发布给操作者,适合作为微型化移动终端设备的操作系统,也可以将传统计算机升级成网络操作桌面。基于云计算空间资源的云桌面,是虚拟化应用将平台上空间资源发布到各终端。云桌面是一个远程的虚拟桌面,是在网络内存储的桌面,无论使用者在任何一台电脑上,只需要访问存储地址就能打开自己的桌面[12]。基于以上云桌面这个优势,添加进融合桌面云,这样融合桌面可以管理集中在一起,减少维护。那么如何将云桌面这个虚拟应用结合到融合桌面中去。

首先,利用流传输桌面技术搭建本地流桌面(又名融合客户机终端),使用融合桌面设备离不开桌面终端,此桌面终端使用内在专业嵌入式高运算功能微型处理器、小型本地Flash Memory。用于控制操作系统的本地系统内存以及本地Flash Memory、显卡、网络适配器和外设的标配I/O选件。本地流桌面内嵌了独立的嵌入式操作系统,可以连接和控制运行在服务器上的任何桌面设备(如虚拟化技术中的VDI技术)[13]。

其次,架构中也支持对传统桌面进行升级,安装桌面插件,这个插件是融合桌面技术的一个核心。使它们通过协议也能连接到运行在服务器上,融合桌面技术里配置了统一的本地流桌面。

最后,在本地流桌面模式下,许可融合桌面控制器(OVD)可远程控制电脑通过Web浏览器打开并进行配置(对云桌面的融合配置),如图4所示。启动融合桌面客户端的时候可以选择是否把操作系统从数据中心的服务器加载到本地内存中,通过虚拟机管理平台(OVP)承载所需要的操作系统(如Windows、Linux、Mac OS X等系统)和应用,流的数据流量不是很大,同时解决了传统PC启动速度慢的问题,技术的新颖就是其多样化的服务。这种方式由于利用了云数据中心强大的计算和终端运行能力,所以服务器的工作负载不大,可根据服务器存储能力驻留上百到上千用户。

3.2 融合桌面的基础架构

融合桌面则非常灵活,如下搭建整体融合桌面方案就是由RHClient(客户机云终端)。OVD(融合桌面控制器),快速而安全地向使用者交付整个桌面,不管它是固定还是移动办公。OVP(虚拟机管理平台),构建硬件资源可动态调整服务器集群环境,实现统一监控和管理。存储服务器设备组成[14]。基础架构如图4所示。

图4 融合桌面的基础构架

融合桌面虚拟化依托服务器集群计算,结合瘦客户端(ThinClient)的优点,且本地流客户端优化了ThinClient的模型,由数据中心对桌面和资源集中管理。我们可以通过任何设备、在任何地点、任何时间访问在网络上的属于用户个人空间,用户还可以根据自己的需求在云计算中心更新[15]。

3.3 融合技术桌面的优势

随着人们对应用技术的不断追求,融合桌面势必会成为一种新的应用趋势。IT人员可以在数据中心自动完成所有的管理工作,同时通过自动化管理流程,维护工作也可自动完成,包括升级补丁、安全更新、软件下发等,不但减少了维护工作,还能快捷迅速的处理故障,全面提升IT人员对于桌面的维护服务水平[16],具备以下优势。

1) 集中部署减少维护,提升桌面服务水平。

2) 远程托管数据隔离,有效保证数据安全。

3) 一个窗口多个桌面,多业务同时处理。

4) 随时随地远程接入,提供灵活业务能力。

5) 存储集中复制站点,构建健全容灾体系。

4 技术的融合架构

4.1 融合桌面实施方案

本文主要采用了Citrix桌面虚拟化技术解决方案的技术原理及相应优势,同时针对需求提供详细的架构设计及实施过程。

4.1.1 底层架构设计

图5中,虚线为业务网络,实线为管理服务器和用户网络。

4.1.2 存储设计

本文的存储设计,对服务器的本地存储,是为用于保存资源池数据和安装XenServer做准备,对单独采购硬盘的存储,是保存虚拟机的虚拟镜像文件(Virtual Disk Image)和本地用户数据[17]。

本地存储中,设计的资源池中的服务器均配置两块900GB/10000rpm SAS硬盘,设置为RAID-1,只用于安装XenServer本身和保存资源池的元数据(MetaData)。选择RAID-1的目的是通过镜像(Mirror)方式防止本地硬盘出现单点故障,提高XenServer本身的可用性。单独采购硬盘存储:资源池中的服务器单独采购硬盘配置两个十四块600GB 10000 rpm SAS硬盘,设置为RAID-5,作为虚拟化平台中基础架构服务器和镜像文件(VDI)存放,为了给基础架构服务器、镜像文件(VDI)和本地用户数据提供一个高可用性的工作环境,这些虚拟服务器的镜像文件(VDI)、本地用户数据全部保存在单独采购硬盘存储上。

图5 网络拓扑图

4.2 技术融合基础架构部署

基础架构拓扑图如图6所示。

图6 基础架构拓扑图

根据图6进行配置和部署最底层设施。并结合3.2节实现将客户的办公桌面统一部署在服务器集群上。客户的办公和使用数据集中存储,然后通过网络将个人桌面系统快速交付给用户,用户可以通过各种终端设备如融合桌面客户机随时随地接入办公[14]。基于管理服务应用的融合桌面结合云桌面的技术,主要是通过SOA理念,将ESB和EBB的内容,发布给各操作终端。设计服务器、存储、网络、应用、数据库等多个领域,单一的撤离甚至会破坏整个架构,因此需要为所有的资源部署并抽象到资源池。

4.3 服务器配置

表1 服务器配置

4.4 资源池部署

表2 资源池部署

4.5 安装部署Citrix Licensing

所有基础构架搭建完成后,设施安装完毕,开始安装软件。

Licensing Server用于管理Xendesktop的许可。必须使用Xendesktop7.6附带的许可证服务器。许可管理控制台可以在远程电脑上通过Web浏览器打开并进行配置。

安装使用,设置向导安装许可证服务器和控制台。

1) 以管理员身份或以管理员组的成员身份登录。

2) 插入产品安装介质并导航通过“自动运行”屏幕到Citrix Licensing,然后遵循说明。在XenDesktop中,选择安装服务器组件>我接受该许可协议>Citrix许可证服务器。

3) 按照安装向导提示接受目标文件夹。许可组件安装在32位以及64位计算机中。

4) 接受或更改许可组件使用的默认端口号。按需在安装后更改这些端口号。

(1)许可证服务器端口号为27000;

(2)供应商后台程序端口号为7279;

(3)控制台Web端口为8082。

5) 对于工作组安装,请为控制台的用户admin设置一个密码。如果您属于某个域,许可证服务器将添加安装用户(以域用户格式)作为默认的许可证管理控制台管理员。

通过安装测试,得到稳定的实用效果,体验比传统PC使用效果更佳。

5 结语

云计算下的桌面虚拟化技术目前在国内还正处于起步阶段,加之人们对传统PC机使用思想的根深蒂固,阻碍其发展的动力,所以目前需要研究和解决的问题很多。基于对桌面云和云桌面的深入学习和实践,在云计算的大环境下,出现了两种同样根据虚拟化技术不同的桌面应用,让用户使用起来比较繁琐和浪费,对计算机科学应用技术日益进步的今天来说不够精益求精甚至是种倒退。将两种应用的核心技术结合起来,搭建成融合桌面,对计算机应用有很好的发展。本文结合项目学习的经验,提出对两种桌面技术应用结合,加之对云计算的深入探究,形成了对融合桌面的可行性。对于传统PC机发起了巨大的挑战,也对云计算的发展起到了极大推动作用。

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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

谭大禹,男,硕士研究生,研究方向:云计算,物理网应用。孙睿,男,硕士研究生,研究方向:云计算。刘宽,男,硕士研究生,研究方向:人工智能,物联网。

TP393

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.01.017