云桌面技術(shù)應(yīng)用探索

顧錦江

摘要：近年來，隨著云計算技術(shù)的迅猛發(fā)展，高校信息化建設(shè)中運用虛擬存儲、虛擬桌面等技術(shù)已成為一種趨勢。文章首先闡述了云桌面的基本概念及系統(tǒng)架構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，分析了主流云桌面產(chǎn)品，并著重研究了PNS QuickDesktop產(chǎn)品，最后說明高校校園中應(yīng)用云桌面的意義所在。

關(guān)鍵詞：云桌面；高校；QuickDcsktop

云計算（Cloud Computing）是近幾年IT技術(shù)熱點和發(fā)展趨勢。維基百科對于云計算的定義是：一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計算方式，通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需提供給計算機和其他設(shè)備。

云計算技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)是虛擬化技術(shù)，包括服務(wù)器虛擬化、存儲虛擬化、應(yīng)用程序虛擬化、桌面虛擬化，其中桌面虛擬化技術(shù)是與用戶最有直接關(guān)聯(lián)的技術(shù)，是指將計算機的桌面進行虛擬化，以達到桌面使用的安全性和靈活性?？梢酝ㄟ^任何設(shè)備，在任何地點、任何時間訪問在網(wǎng)絡(luò)上的屬于個人的桌面系統(tǒng)。云桌面的核心技術(shù)正是桌面虛擬化，是一個全新的解決方案和基礎(chǔ)架構(gòu)理念，是“云計算”的一種最直觀體驗。

1云桌面概述

計算機中的桌面是指用戶打開電腦登錄操作系統(tǒng)后看到的主屏幕區(qū)域，即用戶電腦的工作桌面。云桌面同樣是顯示在用戶電腦屏幕上的工作桌面，但這個桌面是虛擬的，該桌面不是由當前運行的計算機提供的，而是由通過網(wǎng)絡(luò)連接的遠端服務(wù)器提供的，所有的數(shù)據(jù)計算均在遠端服務(wù)器，云桌面只顯示桌面圖像并接受鍵盤、鼠標等外設(shè)的輸入操作。

云桌面的接入終端一般是普通Pc機或瘦客戶端，如智能手機、PAD等接入終端。這些終端連接網(wǎng)絡(luò)，通過瀏覽器或?qū)Ｓ贸绦?，訪問駐留在服務(wù)器中的個人桌面，用戶使用時，與使用傳統(tǒng)的個人電腦無異。

一個云桌面系統(tǒng)的典型架構(gòu)如圖1所示。

2云桌面運用解決方案

當前在桌面虛擬化領(lǐng)域的廠商眾多，但主流的產(chǎn)品主要有3個廠商即主要的服務(wù)器虛擬化廠商：微軟的MED-V，Citrix和VmWare。

2.1微軟桌面虛擬化方案MED-V

MED-V（Microsoft Enterprise DesktopVirtualization）是微軟為企業(yè)提供的一款桌面虛擬化解決方案，是微軟為企業(yè)提供的微軟企業(yè)桌面優(yōu)化套件MDOP（Microsoft Desktop Optimization Pack）中的核心元件。通過MED-V可以使企業(yè)環(huán)境中操作系統(tǒng)的更新變得更簡單，提高了系統(tǒng)的兼容性，也加強了IT部門的控制力度。

MED-V通過運用重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)，縮短了通過網(wǎng)絡(luò)下載初始和更新后的虛擬個人電腦映像的時間，實現(xiàn)了諸多IT任務(wù)的自動化，如網(wǎng)絡(luò)的初始化設(shè)置，DNS同步，分配計算機名以及加入到活動目錄域。

2.2 Citrix XenDesktop

XenDesktop是Citrix公司為用戶提供的一套桌面虛擬化解決方案，通過XenDesktop，任何用戶可以在任何地點，使用PC機、智能手機、瘦客戶端等任何一種終端設(shè)備享受XenDesktop為其提供的滿足個性化需求、量身定制的桌面。

利用XenDesktop的FlexCast交付技術(shù)，可以向用戶交付所有類型的虛擬桌面，包括托管桌面或本地桌面、物理桌面或虛擬桌面。

利用XenDesktop的Citrix HDX技術(shù)，XenDesktop可以比其他虛擬桌面解決方案更少的帶寬為用戶提供Flash多媒體、三維圖像等方面的卓越體驗。

2.3 VMware View

View是VMware公司推出的一套桌面虛擬化解決方案，其以托管服務(wù)的形式從虛擬平臺向用戶交付豐富的個性化虛擬桌面，同時還顯著地提高了安全、性能、可伸縮性和可管理性。通過VMware View，用戶可以將虛擬桌面整合到數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器中，并獨立管理操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和用戶數(shù)據(jù)。

本文以國內(nèi)一家專業(yè)從事高性能桌面虛擬化技術(shù)的公司產(chǎn)品PNS QuickDesktop高性能桌面云為例說明桌面云的應(yīng)用。

PNS QuickDesktop是基于公司自主創(chuàng)新的PNS Virtuo虛擬化和微虛擬化技術(shù)而發(fā)展的私有云架構(gòu)的商性能云桌面系統(tǒng)，可以適用于需要集中管控桌面的應(yīng)用場合，特別是具有桌面高性能計算和圖形計算要求和桌面信息安全要求，如設(shè)計與研發(fā)、生產(chǎn)線管控、辦公、教學(xué)和科學(xué)研究等應(yīng)用。因此，該產(chǎn)品非常適合應(yīng)用于高校及科研機構(gòu)。

PNS QuickDesktop系統(tǒng)實現(xiàn)了計算機的集中管理控制、遠程維護監(jiān)控、方案自動切換、用戶個性化設(shè)置功能。客戶端計算機可以從服務(wù)器上的同一虛擬桌面文件（即鏡像文件）啟動計算機，也可以由本地操作系統(tǒng)啟動。服務(wù)器端可以方便地把鏡像文件分發(fā)到每臺客戶端計算機?？蛻舳擞嬎銠C就能快速地從該操作系統(tǒng)啟動，而不需要重新安裝操作系統(tǒng)。鏡像文件集中存放在服務(wù)器端，因此對鏡像文件的新建、編輯、修改等操作都可以在服務(wù)器端設(shè)置。計算機統(tǒng)一登錄到服務(wù)器和鏡像文件在服務(wù)器上的集中管理，實現(xiàn)了由QuickDesktop桌面虛擬化系統(tǒng)集中管理維護計算機。

2.3.1 PNS QuickDesktop技術(shù)原理

PNS QuickDesktop的技術(shù)原理如圖2所示。

最上層是操作系統(tǒng)容器（OS Container），在容器中可以容納多個操作系統(tǒng)包，操作系統(tǒng)包通過推送器（OSDelivery Layer）進行服務(wù)器和客戶機之間的系統(tǒng)推送，網(wǎng)絡(luò)媒體可以是局域網(wǎng)（LAN）或互聯(lián)網(wǎng)（Internet），操作系統(tǒng)推送到客戶機后，由操作系統(tǒng)執(zhí)行器（OS Executive）或虛擬機（VMS）執(zhí)行，從而驅(qū)動硬件。

2.3.2 PNS Quickdesktop的關(guān)鍵技術(shù)

（1）RMV技術(shù)。RMV（Real Mode Virtualization）技術(shù)降低了“云”的計算負荷，而又使終端運算獲得高性能。在實模式虛擬化云端計算模式中，操作系統(tǒng)是通過“云”實現(xiàn)虛擬化并向客戶端進行推送，并在客戶端執(zhí)行系統(tǒng)運算的計算模式，虛擬的操作系統(tǒng)是在終端實模式下運行的，而不是在虛擬模式下運行，從而使終端計算能夠充分利用本地硬件性能。在這種實模式虛擬化的云端計算技術(shù)的分工中，云計算主要處理終端管控、操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)定位、發(fā)送和控制等運算，而客戶端計算則是操作系統(tǒng)指令的執(zhí)行計算。而對于傳統(tǒng)云計算原理而言，這種云端計算原理決定了服務(wù)器不執(zhí)行操作系統(tǒng)指令，從而大大降低服務(wù)器的計算負荷，而客戶端的性能則可以充分運用硬件性能。

RMV在服務(wù)器端建立操作系統(tǒng)鏡像，在終端引導(dǎo)過程中，通過PNS Boot引導(dǎo)，動態(tài)地將操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)按照請求通過網(wǎng)絡(luò)順序發(fā)給終端，在客戶端執(zhí)行操作系統(tǒng)指令，從而大大降低了服務(wù)器的計算負荷，充分利用了終端的計算能力。

（2）HPLC高性能安全緩存技術(shù)。HPLC（HighPerformance Local Cache）是一種操作系統(tǒng)的本地高性能緩存技術(shù)，在RMV的基礎(chǔ)上使系統(tǒng)進一步降低終端桌面對服務(wù)器性能的要求，并大幅度降低網(wǎng)絡(luò)帶寬使用。

終端在服務(wù)請求并接受所需要的操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)的同時，將在本地存儲介質(zhì)（內(nèi)存和硬盤等）得到的操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)寫操作，并做“已讀”標記。當客戶端再次請求相同數(shù)據(jù)時，客戶端先檢查數(shù)據(jù)標記位，如果標記為“已讀”，則客戶端不再向服務(wù)器請求讀取數(shù)據(jù)，而是直接從本地存儲介質(zhì)上讀取緩存數(shù)據(jù)，從而在RMV技術(shù)的基礎(chǔ)上，再進一步減少對服務(wù)器的數(shù)據(jù)請求，隨即也大幅度地減少了通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量，從而降低桌面云對服務(wù)器性能的壓力，在服務(wù)器（數(shù)據(jù)中心）性能相同的情況下，可以支持的桌面終端數(shù)量增加10倍以上。而且該技術(shù)還可以使計算模式從純粹的云計算模式轉(zhuǎn)變?yōu)樵埔欢擞嬎隳Ｊ?，從而使得終端桌面性能大幅度高于Citrix HDX和基于ICA或RDP等主流“高性能”終端。

（3）DML動態(tài)元數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)。DML（Dynamic MetaLinking）將操作系統(tǒng)鏡像數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)如FAT表、讀寫標志等和隨機生成的部分數(shù)據(jù)（元數(shù)據(jù)）從鏡像數(shù)據(jù)中分離出來，從而在向終端設(shè)備傳送操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)時，這些元數(shù)據(jù)將不在終端上緩存，破壞了終端緩存的數(shù)據(jù)完整性，加上透明加密技術(shù)的使用，使得終端設(shè)備上的緩存數(shù)據(jù)完全不能獨立使用，從而保證了數(shù)據(jù)的安全性。

3高校應(yīng)用云桌面的意義

通過云桌面，引入瘦客戶機辦公、教學(xué)模式，主要的意義有幾個方面：（1）通過策略配置，用戶只能在數(shù)據(jù)中心進行存儲和備份，實現(xiàn)虛擬化存儲，保證數(shù)據(jù)的安全生。通過開放有限網(wǎng)絡(luò)端口，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)邏輯隔離和嚴格控制，提高了網(wǎng)絡(luò)安全性。（2）用戶可以隨時隨地，在任何形式的終端（包括筆記本、PC機、手機等）上進行備課、教學(xué)、批改作業(yè)等工作，而且教師在教學(xué)過程中任何需要保留的操作與數(shù)據(jù)都可以被完整記錄下來，只需要通過輸入賬號與密碼即可進入個性化桌面與應(yīng)用。（3）“云桌面”采用的是瘦客戶端，對客戶端電腦配置要求不高，即大大延長機房中電腦的使用時限，可在很大程度上減少學(xué)院在機房建設(shè)方面的持續(xù)投入。（4）通過云桌面，學(xué)生所有的實驗數(shù)據(jù)均保存在屬于其個人的虛擬存儲設(shè)備上，學(xué)生進入機房再也不用攜帶U盤等移動存儲設(shè)備，大大提高了電腦設(shè)備的安全性。（5）通過“云桌面”，學(xué)院的每一個機房都可以根據(jù)課程要求靈活申請計算資源，能夠更加合理地分配機房使用。從此，不必再為不同的專業(yè)設(shè)置不同的機房，也不必再為不斷更新的教學(xué)內(nèi)容重建機房，只需要定制不同的桌面環(huán)境來滿足應(yīng)用即可。