虛擬桌面及其關(guān)鍵技術(shù)方案

1、虛擬桌面及其關(guān)鍵技術(shù)分析1前言虛擬桌面是典型的云計(jì)算應(yīng)用，它能夠在“云”中為用戶提供遠(yuǎn)程的計(jì)算機(jī)桌面服務(wù)。服務(wù)提供者在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器上運(yùn)行用戶所需的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，然后用桌面顯示協(xié)議將操作系統(tǒng)桌面視圖以圖像的方式傳送到用戶端設(shè)備上。同時(shí)，服務(wù)器對用戶端的輸入進(jìn)行處理，并隨時(shí)更新桌面視圖的內(nèi)容。虛擬桌面的應(yīng)用具有很多優(yōu)勢。例如它能夠提供隨時(shí)隨地訪問的能力，支持多樣化的接入設(shè)備選擇，降低軟硬件的管理和維護(hù)成本，強(qiáng)化用戶的數(shù)據(jù)安全等，這使得虛擬桌面具有廣闊的應(yīng)用前景。2主流虛擬桌面解決方案用戶對于類似虛擬桌面的體驗(yàn)并不陌生，其前身可以追溯到Microsoft在其操作系統(tǒng)產(chǎn)品中提供的終端服務(wù)和遠(yuǎn)程

2、桌面,但是它們在實(shí)際應(yīng)用中存在著不足。例如之前的終端服務(wù)只能夠?qū)?yīng)用進(jìn)行操作，而遠(yuǎn)程桌面則不支持桌面的共享。虛擬化技術(shù)的發(fā)展使虛擬桌面獲得了長足的發(fā)展，當(dāng)前虛擬桌面解決方案主要分為VDI（Virtual Desktop Infrastructure）和SBC（Server-Based Computing）兩大類。基于VDI的虛擬桌面解決方案的原理是在服務(wù)器側(cè)為每個用戶準(zhǔn)備其專用的虛擬機(jī)并在其中部署用戶所需的操作系統(tǒng)和各種應(yīng)用，然后通過桌面顯示協(xié)議將完整的虛擬機(jī)桌面交付給遠(yuǎn)程的用戶，因此，這類解決方案的基礎(chǔ)是服務(wù)器虛擬化。服務(wù)器虛擬化主要有完全虛擬化和部分虛擬化兩種方法：完全虛擬化能夠?yàn)樘摂M機(jī)中

3、的操作系統(tǒng)提供一個與物理硬件完全相同的虛擬硬件環(huán)境；部分虛擬化則需要在修改操作系統(tǒng)后再將其部署進(jìn)虛擬機(jī)中。兩種方法相比，部分虛擬化通常具有更好的性能，但是它對虛擬機(jī)中操作系統(tǒng)的修改增加了開發(fā)難度并影響操作系統(tǒng)兼容性，特別是Windows系列操作系統(tǒng)是當(dāng)前用戶使用最為普遍的桌面操作系統(tǒng)，而其閉源特性導(dǎo)致它很難部署在基于部分虛擬化技術(shù)的虛擬機(jī)中。因此，基于VDI的虛擬桌面解決方案通常采用完全虛擬化技術(shù)構(gòu)建用戶專屬的虛擬機(jī)，并在其上部署桌面版Windows用于提供服務(wù)，但也有部分方案對Linux桌面提供支持?；赟BC的虛擬桌面解決方案原理是將應(yīng)用軟件統(tǒng)一安裝在遠(yuǎn)程服務(wù)器上，用戶通過和服務(wù)器建立的會

4、話對服務(wù)器桌面及相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行訪問和操作，而不同用戶之間的會話是彼此隔離的。這類解決方案是在操作系統(tǒng)事件（例如鍵盤敲擊、鼠標(biāo)點(diǎn)擊、視頻顯示更新等）層和應(yīng)用軟件層之間插入虛擬化層，從而削弱兩個層次之間的緊耦合關(guān)系，使得應(yīng)用的運(yùn)行不再局限于本地操作系統(tǒng)事件的驅(qū)使。其實(shí)，這種方式在早先的服務(wù)器版Windows中已有支持，但是在之前的應(yīng)用中，用戶環(huán)境被固定在特定服務(wù)器上，導(dǎo)致服務(wù)器不能夠根據(jù)負(fù)載情況調(diào)整資源配給。另外，之前的應(yīng)用場景主要是會話型業(yè)務(wù)，具有局限性，例如不支持雙向語音、對視頻傳輸支持較差等，而且服務(wù)器和用戶端之間的通信具有不安全性。因此，新型的基于SBC的虛擬桌面解決方案主要是在服務(wù)器版Wi

5、ndows提供的終端服務(wù)能力的基礎(chǔ)上對虛擬桌面的功能、性能、用戶體驗(yàn)等方面進(jìn)行改進(jìn)。基于VDI和基于SBC的虛擬桌面解決方案的比較見表1。從表1的比較可以看出，采用基于VDI的解決方案，用戶能夠獲得一個完整的桌面操作系統(tǒng)環(huán)境，與傳統(tǒng)的本地計(jì)算機(jī)的使用體驗(yàn)十分接近。在這類解決方案中，用戶虛擬桌面能夠?qū)崿F(xiàn)性能和安全的隔離，并擁有服務(wù)器虛擬化技術(shù)帶來的其他優(yōu)勢，服務(wù)質(zhì)量可以得到保障，但是這類解決方案需要在服務(wù)器側(cè)部署服務(wù)器虛擬化及其管理軟件，對計(jì)算和存儲資源要求較高，成本較高，因此，基于VDI的虛擬桌面比較適用于對桌面功能需求完善的用戶。采用基于SBC的解決方案，應(yīng)用軟件可以像傳統(tǒng)方式一樣安裝和部署

6、到服務(wù)器上，然后同時(shí)提供給多個用戶使用，具有較低的資源需求，但是在性能隔離和安全隔離方面只能夠依賴于底層的Windows操作系統(tǒng)。另外，因?yàn)檫@類解決方案在服務(wù)器上安裝的是服務(wù)器版Windows，其界面與用戶慣用的桌面版操作系統(tǒng)有所差異，所以為了減少用戶在使用時(shí)的困擾，當(dāng)前的解決方案往往只為用戶提供應(yīng)用軟件的操作界面而并非完整的操作系統(tǒng)桌面。因此，基于SBC的虛擬桌面更適合對軟件需求單一的內(nèi)部用戶使用。3虛擬桌面關(guān)鍵技術(shù)分析3.1 虛擬化技術(shù)基于VDI的虛擬桌面解決方案需要為用戶提供專屬的虛擬機(jī)，并主要提供閉源Windows操作系統(tǒng)的桌面。因此，當(dāng)前支撐VDI虛擬桌面的虛擬機(jī)普遍基于完全虛擬化技

7、術(shù)，例如VMware的ESX虛擬機(jī)、Microsoft的Hyper-V虛擬機(jī)、RedHat集成在Linux內(nèi)核之中的KVM虛擬機(jī)以及Citrix采用完全虛擬化的Xen虛擬機(jī)等?？傮w而言，不同廠商的服務(wù)器虛擬化產(chǎn)品在技術(shù)本質(zhì)上逐漸趨于一致，因此單臺虛擬機(jī)的性能差異并不明顯，但是不同的服務(wù)器虛擬化管理軟件在功能、性能、易用性等方面尚有差距。對于虛擬桌面而言，主要體現(xiàn)在虛擬機(jī)的供給和部署方式以及由此產(chǎn)生的相關(guān)差異上，這將成為服務(wù)器虛擬化技術(shù)選擇的關(guān)鍵?；赟BC的虛擬桌面解決方案直接利用服務(wù)器版Windows的多用戶環(huán)境，使各用戶能夠同時(shí)在同一服務(wù)器上獲得屬于自己的應(yīng)用。因?yàn)榉?wù)器版Windows已

8、經(jīng)能夠較好地提供相關(guān)服務(wù)，所以這類解決方案的門檻較低。當(dāng)前，主流廠商中的Citrix和Microsoft發(fā)布有相關(guān)產(chǎn)品，其核心是對用于傳輸視圖內(nèi)容的桌面顯示協(xié)議進(jìn)行優(yōu)化，以獲得比其他產(chǎn)品更好的用戶體驗(yàn)。3.2 桌面顯示協(xié)議桌面顯示協(xié)議是影響虛擬桌面用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵，當(dāng)前主流的顯示協(xié)議包括PCoIP、RDP、SPICE、ICA等，并被不同的廠商所支持。它們的比較見表2。傳輸帶寬要求的高低直接影響了遠(yuǎn)程服務(wù)訪問的流暢性。ICA采用具有極高處理性能和數(shù)據(jù)壓縮比的壓縮算法，極大地降低了對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求。圖像展示體驗(yàn)反映了虛擬桌面視圖的圖像數(shù)據(jù)的組織形式和傳輸順序。其中PCoIP采用分層漸進(jìn)的方式在用戶側(cè)

9、顯示桌面圖像，即首先傳送給用戶一個完整但是比較模糊的圖像，在此基礎(chǔ)上逐步精化，相比其他廠商采用的分行掃描等方式，具有更好的視覺體驗(yàn)。雙向音頻支持需要協(xié)議能夠同時(shí)傳輸上下行的用戶音頻數(shù)據(jù)（例如語音聊天），而當(dāng)前的PCoIP對于用戶側(cè)語音上傳的支持尚存缺陷。視頻播放是檢測傳輸協(xié)議的重要指標(biāo)之一，因?yàn)樘摂M桌面視圖內(nèi)容以圖片方式進(jìn)行傳輸，所以視頻播放時(shí)的每一幀畫面在解碼后都將轉(zhuǎn)為圖片從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)量的劇增。為了避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，ICA采用壓縮協(xié)議縮減數(shù)據(jù)規(guī)模但會造成畫面質(zhì)量損失，而SPICE則能夠感知用戶側(cè)設(shè)備的處理能力，自適應(yīng)地將視頻解碼工作放在用戶側(cè)進(jìn)行。用戶外設(shè)支持能夠考查顯示協(xié)議是否具備有效支持服務(wù)

10、器側(cè)與各類用戶側(cè)外設(shè)實(shí)現(xiàn)交互的能力，RDP和ICA對外設(shè)的支持比較齊備（例如支持串口、并口等設(shè)備），而PCoIP和SPICE當(dāng)前只實(shí)現(xiàn)了對USB設(shè)備的支持。傳輸安全性是各個協(xié)議都很關(guān)注的問題，早期的RDP不支持傳輸加密，但在新的版本中有了改進(jìn)。桌面顯示協(xié)議是各廠商產(chǎn)品競爭的焦點(diǎn)，其中，RDP和ICA擁有較長的研發(fā)歷史，PCoIP和SPICE相對較新但也日漸成熟，特別是SPICE作為一個開源協(xié)議，在社區(qū)的推動下發(fā)展尤其迅速。3.3 用戶個性化配置個性化配置是虛擬桌面用戶的必然需求。當(dāng)前的主流廠商產(chǎn)品普遍采用了Microsoft的AD域控機(jī)制進(jìn)行用戶的管理和認(rèn)證，并將用戶身份與包含其個人桌面設(shè)置需

11、求的描述文件相關(guān)聯(lián)。當(dāng)用戶訪問虛擬桌面時(shí)，在對其身份進(jìn)行認(rèn)證后，即可為其交付具有不同安全級別、不同應(yīng)用權(quán)限的個性化虛擬桌面。在基于SBC的虛擬桌面解決方案中，因?yàn)榉?wù)器版Windows已經(jīng)能夠做到以應(yīng)用的粒度設(shè)置用戶權(quán)限，所以其用戶描述文件比較簡單。在基于VDI的虛擬桌面解決方案中，因?yàn)槊總€用戶在虛擬機(jī)配置、操作系統(tǒng)映像、用戶應(yīng)用部署等多個層次上具有不同的需求，所以用戶描述文件非常復(fù)雜而且相關(guān)的文件規(guī)模也比較龐大（例如用戶專屬的操作系統(tǒng)映像文件）。當(dāng)前，各個廠商正在針對如何減少用戶數(shù)據(jù)量進(jìn)行產(chǎn)品改進(jìn)，例如VMware的Linked Clone技術(shù)能夠基于一個主鏡像定制出多個虛擬桌面從而減少存儲

12、空間。4結(jié)束語虛擬桌面技術(shù)已經(jīng)比較成熟，不同廠商的產(chǎn)品各具特色：VMware具有先進(jìn)的底層服務(wù)器虛擬化架構(gòu)；Microsoft擁有在操作系統(tǒng)領(lǐng)域的主導(dǎo)地位；Red Hat的開源策略使得其產(chǎn)品具有較低的成本；Citrix則不斷地追求用戶體驗(yàn)的提升。當(dāng)前尚沒有哪家廠商的產(chǎn)品能夠適用于所有應(yīng)用場景，因此在應(yīng)用和部署虛擬桌面解決方案時(shí)，必須結(jié)合實(shí)際需求選擇合適的技術(shù)和產(chǎn)品，特別是對于一些特殊的用戶外設(shè)，通常需要定制解決方案。虛擬桌面未來的發(fā)展將主要從改善用戶體驗(yàn)入手，其最終目標(biāo)是提供接近甚至超出使用傳統(tǒng)本地計(jì)算機(jī)桌面所能獲得的用戶體驗(yàn)。對此，除了虛擬桌面解決方案廠商需要對虛擬桌面關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化和改良外，運(yùn)營商也能夠發(fā)揮更大的作用，主要體現(xiàn)在：運(yùn)營商的數(shù)據(jù)中心擁有海量的云基礎(chǔ)設(shè)施，能夠高效地提供虛擬桌面部署所需的軟硬件資源，按需滿足虛擬桌面用戶的動態(tài)需求；運(yùn)營商擁有分布廣泛的有線和無線寬帶網(wǎng)絡(luò)，能夠提供充足的帶寬和優(yōu)良的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，有