桌面虛擬化技術(shù)研究

謝峰

桌面虛擬化是在物理服務(wù)器上安裝虛擬主機(jī)系統(tǒng)，由虛擬主機(jī)系統(tǒng)模擬出操作系統(tǒng)運行所需要的硬件資源，操作系統(tǒng)運行在這些虛擬的硬件資源之上，可以實現(xiàn)多個操作系統(tǒng)共享物理服務(wù)器的硬件資源，從而提高資源利用率。虛擬桌面的存儲和執(zhí)行都集中在數(shù)據(jù)中心，用戶使用終端設(shè)備通過遠(yuǎn)程協(xié)議進(jìn)行訪問。桌面虛擬化將所有桌面虛擬機(jī)在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行托管并統(tǒng)一管理，同時用戶獲得完整PC的使用體驗。用戶可以通過客戶端，或者類似的設(shè)備在局域網(wǎng)或者遠(yuǎn)程訪問獲得與傳統(tǒng)PC一致的用戶體驗，是一種僅將操作系統(tǒng)桌面呈現(xiàn)在用戶面前的技術(shù)，由服務(wù)器端完成運算，可以結(jié)合服務(wù)器虛擬化和應(yīng)用虛擬化進(jìn)行。

1.桌面虛擬化模式

桌面虛擬化可以通過三種模式實現(xiàn)，分別是客戶機(jī)的虛擬化、基于服務(wù)器模式和最新的基于云計算模式。對于這三種桌面虛擬化技術(shù)模式，他們之間是相關(guān)的，特別是其中的服務(wù)器模式和云計算模式。在這三種模式中，它們的主要差別是三種主要桌面虛擬機(jī)的使用或管理方面存在差異。若遠(yuǎn)端用戶常漫游和脫機(jī)工作時，則可能會選用基于客戶機(jī)虛擬模式，而不會依靠網(wǎng)絡(luò)連接。若用戶是固定的局域網(wǎng)用戶時，則可能選擇服務(wù)器模式，這樣的好處是可以很容易實現(xiàn)耗電和資源使用的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。若用戶有適合的云計算的服務(wù)提供商的話，則云計算模式應(yīng)該是最佳選擇模式。

（1）基于客戶機(jī)的桌面虛擬化：基于客戶機(jī)的桌面虛擬化模式結(jié)構(gòu)其定義為虛擬機(jī)運行在傳統(tǒng)的個人電腦或筆記本電腦。對于基于客戶機(jī)的桌面虛擬化模式來說，標(biāo)準(zhǔn)的虛擬機(jī)構(gòu)成應(yīng)包括操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和用戶設(shè)置，而虛擬機(jī)的信息是以磁盤映像文件格式存儲在本地硬盤、網(wǎng)絡(luò)空間、DVD或USB硬盤。對于基于客戶機(jī)的桌面虛擬化產(chǎn)品來說，其最具代表性的是VMware的ACE（Assured Computing Environment），它的主要作用是解決復(fù)雜臺式機(jī)環(huán)境下的部署、維護(hù)和控制等難題，適用范圍很廣，可以從公司擁有的受管理的個人計算機(jī)到難以接觸到的員工擁有的個人計算機(jī)及第三方的個人計算機(jī)。

（2）基于服務(wù)器托管桌面虛擬化：基于服務(wù)器托管的桌面虛擬化模式結(jié)構(gòu)其主要特點是客戶端設(shè)備通過諸如RDP或者ICA的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議到中介代理。在代理服務(wù)器中，其中專門的代理軟件主要是用于平衡服務(wù)器資源和客戶兩者的關(guān)系。中介代理的另外一個職責(zé)是認(rèn)證和授權(quán)Windows Active Directory虛擬機(jī)生成、遠(yuǎn)程連接信息、高可用性和用戶個人資料儲存。在這種模式下，每一個虛擬機(jī)也同樣包括操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和用戶設(shè)置。在不考慮其他外界的情況下，連接到中介接入的每一個遠(yuǎn)程連接都將獲得虛擬機(jī)，并且可以自動恢復(fù)用戶設(shè)置。在該模式中，為了增強(qiáng)系統(tǒng)可控性，也可配備WAN加速器和用戶性能監(jiān)測。在基于服務(wù)器模式的產(chǎn)品中，最具代表的是Microsoft、VMware的虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)和思杰。在所有的三種模式中，基于服務(wù)器模式是桌面虛擬化的最經(jīng)典模式，而在這種模式中第三種電腦模式又是最眾望所歸。但對于基于服務(wù)器托管的桌面虛擬化模式，也存在明顯的缺點，即它把個人電腦管理的風(fēng)險轉(zhuǎn)嫁給服務(wù)器管理員，主要原因是服務(wù)員可能缺乏對個人電腦管理應(yīng)有基本技能或動力。相比之下，使用RDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議連接圖形密集型CAD/CAM效果會明顯弱于它們在本地的運行。但是再從經(jīng)濟(jì)成本的角度看，成功的服務(wù)器虛擬化整合滿足了對個人電腦桌面虛擬化的需求。根據(jù)最新瑞士信貸的報告預(yù)測估計，基于服務(wù)器的桌面虛擬化市場在2012年可以達(dá)18億美元，并且這個數(shù)字將以50%以上的年增長速度，以及超過50%大型企業(yè)機(jī)構(gòu)已經(jīng)外包部分或全部臺式機(jī)管理，這一比例預(yù)計還將繼續(xù)增加。

（3）基于云計算的桌面虛擬化：基于云計算模式結(jié)構(gòu)與上面的基于服務(wù)器模式非常相似，主要區(qū)別是它們的管理職權(quán)分別為企業(yè)自身和其服務(wù)提供商。在基于云計算的桌面虛擬化中，其企業(yè)Active Directory和商業(yè)應(yīng)用軟件仍然存在，同時供應(yīng)商服務(wù)網(wǎng)格內(nèi)的數(shù)據(jù)中心將提供高可用性的桌面虛擬化和應(yīng)用。

2.桌面虛擬化關(guān)鍵技術(shù)

在最新的研究中，桌面虛擬化關(guān)鍵技術(shù)主要包括：服務(wù)器虛擬化技術(shù)和遠(yuǎn)程連接協(xié)議技術(shù)。

（1） 服務(wù)器虛擬化技術(shù)：虛擬化技術(shù)起源于對分式系統(tǒng)時代，其目標(biāo)是在一臺主機(jī)上運行多個進(jìn)程，以便充分利用大型機(jī)上昂貴的計算資源。從廣義上講，虛擬化技術(shù)主要分為平臺虛擬化、資源虛擬化和應(yīng)用程序虛擬化等。筆者主要討論平臺虛擬化技術(shù)，平臺虛擬化通過虛擬機(jī)監(jiān)視器隱藏特定計算平臺的實際物理特性，為用戶提供抽象的、虛擬的硬件環(huán)境。VMM是一個位于計算機(jī)硬件和操作系統(tǒng)之間的軟件層，運行在特權(quán)級，負(fù)責(zé)管理和隔離上層運行的多個虛擬機(jī)，并為這些虛擬機(jī)提供安全、獨立的運行環(huán)境。每個虛擬硬件系統(tǒng)運行的操作系統(tǒng)稱為客戶操作系統(tǒng)（Guest OS），客戶操作系統(tǒng)將通過VMM訪問實際的物理資源。平臺虛擬化技術(shù)按照實現(xiàn)方式可分為指令集虛擬化、硬件抽象級虛擬化，硬件輔助虛擬化、操作系統(tǒng)級虛擬化等。早期的平臺虛擬化技術(shù)采用軟件解決方案，為解決軟件解決方案在性能方面的瓶頸，出現(xiàn)了硬件輔助虛擬化技術(shù)。

（2）遠(yuǎn)程連接協(xié)議：遠(yuǎn)程連接訪問技術(shù)使用戶能夠在任何時間和地點，通過任何設(shè)備都能夠訪問到自己的桌面。協(xié)議效率決定了虛擬桌面使用的用戶體驗，而用戶體驗是桌面虛擬化產(chǎn)品生命力的關(guān)鍵。目前，在桌面虛擬化解決方案中主要使用的協(xié)議有Windows的RDP協(xié)議、Citrix的ICA協(xié)議和VMwarePCOIP協(xié)議。

3.桌面虛擬化技術(shù)簡介

主流桌面虛擬化產(chǎn)品簡介：目前，市場上應(yīng)用較為廣泛的桌面虛擬化技術(shù)主要有思杰、Microsoft和VMware三種。

（1）Citrix桌面虛擬化平臺簡介：Citrix桌面虛擬化支持多種的虛擬化平臺，如Citrix XenServer、VMware vSphere及Microsoft Hyper-V等主要功能是存放和運行虛擬桌面。除創(chuàng)建和存儲虛擬桌面外，還提供虛擬桌面管理所需核心功能，包括：啟動虛擬桌面、停止虛擬桌面、創(chuàng)建虛擬桌面快照等。桌面和會話管理層：采用Citrix XenDesktop產(chǎn)品，主要包括desktop delivery controller，web interface等組件。它采用ICA協(xié)議，可顯著降低對帶寬的要求，提高用戶體驗。其主要的功能特點有：①提供一種端到端的桌面交付解決方案，桌面操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和用戶設(shè)置可分別進(jìn)行交付，并可在數(shù)據(jù)中心集中化管理；②可提供靜態(tài)虛擬桌面，也可以動態(tài)按需產(chǎn)生虛擬桌面。

（2）Microsoft桌面虛擬化平臺簡介：Microsoft桌面虛擬化平臺主要采用Windows server 2008 Hyper-V，結(jié)構(gòu)精簡，使得虛擬機(jī)和硬件之間只通過很薄的一層進(jìn)行連接，其中不包含任何第三方的驅(qū)動。Hyper-V支持多種用戶操作系統(tǒng)，包括：Windows Server 2003、Novell SUSE Linux Enterprise Server 10、Windows Vista （x86）和Windows XP（x86）等；虛擬桌面管理采用微軟的SCVMM（system center virtual machine manager）軟件，提供特定于虛擬化環(huán)境所需的功能，主要包括：將傳統(tǒng)未充分利用的硬件服務(wù)器轉(zhuǎn)化為虛擬機(jī)（VM）；供應(yīng)、部署和管理虛擬機(jī)及其他虛擬資源；自動優(yōu)化虛擬化的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等。SCVMM可管理微軟所有的虛擬環(huán)境服務(wù)器產(chǎn)品，包括Microsoft Virtual Server、Windows Server Hyper-V等。Microsoft桌面虛擬化解決方案的桌面和會話管理層，簡單場景可采用Microsoft遠(yuǎn)程桌面服務(wù)，支持RDP協(xié)議。復(fù)雜場景可采用Citrix XenDesktop。

（3）VMware桌面虛擬化平臺簡介：VMware桌面虛擬化平臺層采用VMware vSphere系統(tǒng)，其應(yīng)用主要功能為存放及運行虛擬桌面。除創(chuàng)建和存儲虛擬桌面外，還提供虛擬桌面管理所需的核心功能。