桌面云关键技术研究

【摘要】什么是桌面云，我们首先要回答一个问题是什么是云计算。关于云计算的定义很多，按大家广泛认可的是维基百科上关于云计算的定义，即：“云计算（cloud computing），是一种互联网上的资源利用新方式，可为大众用户依托互联网上异构、自治的服务进行按需即取的计算 ， 云计算的资源是动态易扩展而且虚拟化的，通过互联网提供”。

【关键词】桌面，云，关键技术

桌面云是合乎上述云计算定义的一种云。在 IBM 云计算智能商务桌面（IBM Smart Business Desktop Cloud）的介绍页面看，我们可以看到桌面云的定义是：“可以通过瘦客户端或者其他任何与网络相连的设备来访问跨平台的应用程序，以及整个客户桌面”。也就是说我们只需要一个瘦客户端设备，或者其他任何可以连接网络的设备，通过专用程序或者浏览器，就可以访问驻留在服务器端的个人桌面以及各种应用，并且用户体验和我们使用传统的个人电脑是一模一样的。

一、桌面云解决方案

桌面云虚拟化构建于虚拟化平台之上，采用基于服务器的计算模型，不同用户桌面以虚拟机的形式独立运行，同时共享CPU、内存、网络连接和存储器等底层物理硬件资源。此架构将用户彼此隔离开来，使每个用户都拥有独立的操作系统，可以实现精确的资源分配，并能保护用户免受其他用户活动所造成的应用程序崩溃和操作系统故障的影响。桌面云架构如下图

1桌面云的各个组件：

a）桌面云客户端。可以是笔记本，台式机，ipad，也可以是兆民CC1000等智能终端

b）桌面broker和云服务端运维管理中心。桌面broker和云服务端运维管理中心是兆民研发部自主研发的系统软件。桌面云broker提供用户登陆，账单查询，续费，连接云桌面等功能。云服务端运维管理中心用于管理所有用户，维护云池系统运行状态，监控用户使用习惯，限制带宽等各种实用功能。

通过桌面broker和云服务端运维管理中心不仅能增强控制能力和可管理性，还可以提供令用户倍感亲切的桌面体验，简化虚拟桌面的管理、调度和部署。用户可以通过云服务端运维管理中心安全而方便地访问虚拟桌面，升级和修补工作都从单个控制台集中进行，因此可以有效地管理数百设置数千个桌面，从而节约时间和资源。

c）云池。目前云池采用XenServer虚拟化平台，虚拟机管理采用XenCenter。该虚拟化平台可以实现标准化的虚拟硬件，并为虚拟主机硬件提供硬件兼容列表，有效减少了设备驱动程序不兼容的问题，实现可扩展的CUP调度 功能以及多主机平衡功能，性能波动现象也明显减少。可以直接暂停并重新调度虚拟机，而无需考虑客户操作系统内部的线程活动，显著改善用户在云桌面虚拟化环境中的体验。

云池为用户提供虚拟主机服务（IaaS），用户只需通过终端产品以及自己的帐号接入网络，即可连接到自己的虚拟主机，并且用户可以根据自身需求的变化随时调整虚拟主机的配置，而无需以前繁琐的重装系统，备份数据等。这种方式同时可提供离线的软件安装与维护，以及离线杀毒等服务。基础架构对虚拟主机的支持对于用户而言是透明的，计算资源可在其中动态部署并进行共享。

为了提供IaaS服务，云池需要实现虚拟机的自动分配与管理、快速的配置与部署等功能。具体包括以下几方面：

云池基础：采用XenServer，在每个服务器部署XenServer，每台XenServer上部署多个虚拟机，虚拟机支持多种客户操作系统，利用XenCenter对各节点进行集中管理。

开发接口：采用XenServer所支持的XAPI，根据需求，扩展XenServer 的功能并增加基于XenServer的应用，开发语言使用Java。

自动化管理：对云池中的虚拟机进行管理，包括节点的性能监控、虚拟机的动态迁移。在同一个资源池内，监控XenServer节点的资源使用情况，根据不同的策略，利用虚拟机迁移技术调整虚拟机在不同XenServer上的放置位置。

自动化部署：根据用户的资源配置请求，启动虚拟机时，在资源满足要求的情况下，自动选择在最优的XenServer节点上运行。

用户管理：用户分管理员用户及普通用户，管理员用户可以手工增加或删除普通用户账号，查看云池状态，普通用户可以注册、登录并使用自己的虚拟机或访问自己的Web应用。用户管理方面，需要基于Web应用，设计实现基本的用户的登陆、注册、注销等功能。

2、桌面云原理及架构

云池系统架构如下图1.1所示。

云池包括三层架构：资源池层、虚拟化层及服务应用层。其中资源池层包括计算资源池、网络资源池及存储资源池。虚拟化层是通过在节点机中部署基于Xen虚拟化技术的思杰XenServer，以整合系统资源并向上层提供统一服务。云池对外提供的服务及应用的形式为虚拟主机。

3、桌面云运行流程

云池对外提供服务时，需要通过服务器，其工作流程如下图所示。

其服务流程包括以下几个部分：

1、用户通过登录网页，注册账号，定制虚拟机。

2、用户通过云终端登录服务器，请求使用虚拟机。

3、服务器查询数据库验证用户信息的有效性，通过验证后，查询用户的虚拟机信息。若已经为用户分配虚拟机，则向XenServer请求启动用户的虚拟机；若查询不到用户的虚拟机信息，则从云池的虚拟机缓存中获取一台虚拟机分配给用户。

4、XenServer接收到启动虚拟机的请求后，在资源池中选择合适的节点启动用户的虚拟机。

5、XenServer将用户虚拟机的信息返回给服务器。

6、服务器将虚拟机的IP地址返回给云终端用户。

7、用户在云终端直接访问自己的虚拟机。

二、桌面云的业务价值

1集中化的管理。在使用传统桌面的整体成本中，管理维护成本在其整个生命周期中占很大的一部分，管理成本包括操作系统安装配置、升级、修复的成本，以及硬件安装配置、升级、维修的成本，数据恢复、备份的成本，各种应用程序安装配置、升级、维修的成本。在传统桌面应用中，这些工作基本上都需要在每个桌面上做一次，工作量非常大。对于那些需要频繁替换，更新桌面的行业来说，工作量就更大了

在桌面云解决方案里，管理是集中化的，IT工程师通过控制中心管理成百上千的虚拟桌面，所有的更新，打补丁都只需要更新一个“基础镜像”就可以了。对学校机房来说，管理维护就非常简单了：我们只需要根据课程的不同配置几个基础的镜像，然后不同的课程的学生可以分别连接到这些不同的基础镜像，而且我们要做任何修改，只需要在这几个基础镜像上进行就可以了，只要重启虚拟桌面学员就可以看到所有的更新，这样就大大节约了管理成本。

2安全性提高。安全是 IT 工作中一个非常重要的方面，一方面各单位自己对安全有要求，另一方面政府对安全也有些强制要求，一旦违反，后果非常严重。对于企业来说，数据、知识产权就是他们的生命。如何保护这些机密数据不被外泄是许多公司的 IT 部门经常面临的一个挑战。在桌面云解决方案里，所有的数据以及运算都在服务器端进行，客户端只是显示其变化的影像而已，所以再不需要担心客户端来非法窃取资料。其次，IT 部门根据安全挑战制作出各种各样新规则，这些新规则可以迅速的作用于每个桌面。

3更低碳环保。传统个人计算机的耗电量是非常惊人的，一般来说，每台传统个人计算机的功耗在 200W 左右，即使它处于空闲状态时耗电量也至少在 100W 左右，按照每天 10 个小时，每年 240 天工作来计算，每台计算机桌面的耗电量在 480 度左右，非常惊人。除此之外，为了冷却这些计算机使用产生的热量，我们还必须使用一定的空调设备，这些能量的消耗也是非常大的。

采用桌面云解决方案以后，每个瘦客户端的电量消耗在 5w 左右，只有原来传统个人桌面的 8%，所产生的热量也大大减少了。

4总拥有成本的减少。IT 资产的成本包括很多方面，初期购买成本只是其中的一小部分，其它还包括整个生命周期里的管理、维护、能量消耗等方面的成本，硬件更新升级的成本。相比传统个人桌面而言，桌面云在整个生命周期里的管理、维护、能量消耗等方面的成本大大降低了，桌面云在初期硬件上的投资是比较大的，因为我们要购买新的服务器来运行云服务，但是由于传统桌面的更新周期是 3 年，而服务器的更新周期是 5 年，所以硬件上的成本基本相当，但是由于软成本的大大降低，而且软成本在 TCO 中占有非常大的比重，所以采用桌面云方案总体 TCO 大大减少了。根据 Gartner 公司的预计，桌面云的 TCO 相比传统桌面可以减少 40%。