工程設(shè)計(jì)私有云系統(tǒng)的應(yīng)用

朱春霞，秦如玉

（1.重慶電力設(shè)計(jì)院，重慶 400060；2.北京中科華興數(shù)字科技有限公司，北京 102208）

工程設(shè)計(jì)私有云系統(tǒng)的應(yīng)用

朱春霞1，秦如玉2

（1.重慶電力設(shè)計(jì)院，重慶 400060；2.北京中科華興數(shù)字科技有限公司，北京 102208）

以重慶電力設(shè)計(jì)院為例，介紹該院為了解決原有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施出現(xiàn)的問題而建設(shè)的工程設(shè)計(jì)私有云系統(tǒng)，包括該系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)、任務(wù)與技術(shù)指標(biāo)，核心技術(shù)，技術(shù)架構(gòu)，以及取得的應(yīng)用效果。

私有云；IaaS；虛擬化；桌面云

重慶電力設(shè)計(jì)院IT基礎(chǔ)設(shè)施經(jīng)過若干年發(fā)展而形成了以PC為主體，打印設(shè)備、出圖設(shè)備以及其他外部設(shè)備為輔助的綜合網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用格局。這樣的格局漸漸出現(xiàn)了以下幾個(gè)弊端。首先，受PC生命周期短和終端故障率高的影響，在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的本地硬件故障、操作系統(tǒng)故障、軟件異常均會(huì)導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷，業(yè)務(wù)恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，維護(hù)困難。其次，分散在這些不同時(shí)期、不同型號(hào)和不同操作系統(tǒng)PC上的二十多種各類CAD軟件，在運(yùn)行環(huán)境、安全、權(quán)限等方面的管理異常復(fù)雜，工作量巨大。再次，信息存放在本地PC上，造成了本地的信息安全和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保障難度大。最后，傳統(tǒng)PC產(chǎn)生的大量熱量、輻射、高頻噪聲污染等，影響工作環(huán)境，也影響員工的工作熱情和效率。

隨著云計(jì)算技術(shù)的成熟，國(guó)內(nèi)外對(duì)如何應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)改善IT基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)和運(yùn)維進(jìn)行了大量的研究和實(shí)踐工作［1-9］。從重慶電力設(shè)計(jì)院實(shí)際IT基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維以及提升信息化水平出發(fā)，該院從2011年開始了以工程設(shè)計(jì)為對(duì)象的私有云研究和論證工作，并2012底開始了實(shí)際建設(shè)工作，經(jīng)過開發(fā)、部署、安裝、調(diào)試和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了以工程設(shè)計(jì)為中心的工程設(shè)計(jì)私有云系統(tǒng)，涵蓋了工程設(shè)計(jì)所涉及的各個(gè)專業(yè)以及專業(yè)軟件，取得了良好的應(yīng)用效果。

1 建設(shè)目標(biāo)、任務(wù)與技術(shù)指標(biāo)

1.1 建設(shè)目標(biāo)

通過工程設(shè)計(jì)私有云建設(shè)實(shí)現(xiàn)以下三個(gè)目標(biāo)：

首先，實(shí)現(xiàn)彈性資源調(diào)用，根據(jù)實(shí)際所需，便捷靈活地對(duì)資源進(jìn)行增減調(diào)整；

其次，通過使用設(shè)計(jì)云網(wǎng)絡(luò)，將院服務(wù)數(shù)據(jù)、應(yīng)用程序、員工桌面按照不同分類，統(tǒng)一集中到院私有云中，并可以動(dòng)態(tài)地進(jìn)行分配；

最后，將設(shè)計(jì)過程和成果數(shù)據(jù)集中在服務(wù)器端，保證院內(nèi)部數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、安全性。

1.2 建設(shè)任務(wù)

將IT基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)、桌面應(yīng)用整合起來，采用基于云計(jì)算的工程設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用解決方案（工程設(shè)計(jì)私有云），實(shí)現(xiàn)IT基礎(chǔ)設(shè)施尤其是服務(wù)器、存儲(chǔ)和顯示資源的共享利用，將所有工程項(xiàng)目的數(shù)據(jù)集中在服務(wù)器上統(tǒng)一管理，強(qiáng)化對(duì)安全、知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)力度，并對(duì)個(gè)人工作桌面采用虛擬化技術(shù)，取代目前的PC應(yīng)用的方式，采用客戶端連接服務(wù)器上的桌面，將桌面數(shù)據(jù)集中在數(shù)據(jù)中心，構(gòu)筑高安全的工作環(huán)境。

1.3 技術(shù)指標(biāo)

（1）通過服務(wù)器計(jì)算資源的管理，支持遠(yuǎn)程工作站計(jì)算資源的靈活配置和不斷擴(kuò)充。

充分發(fā)揮服務(wù)器計(jì)算資源，對(duì)分配給遠(yuǎn)程工作站的計(jì)算資源等（CPU、內(nèi)存、硬盤）進(jìn)行靈活配置管理，隨軟件、項(xiàng)目以及時(shí)間變化對(duì)硬件資源要求升級(jí)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)師自己的CPU、顯卡、硬盤以及內(nèi)存等的不斷擴(kuò)容升級(jí)。

（2）采用圖形加速技術(shù)實(shí)現(xiàn)高體驗(yàn)的用戶環(huán)境。同時(shí)利用瘦客戶機(jī)和圖形工作站上的顯卡進(jìn)行雙重GPU加速，以提高二維和三維的顯示特性，提高用戶體驗(yàn)。

（3）終端零殘留，數(shù)據(jù)集中管理，提高數(shù)據(jù)安全。通過數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)，瘦客戶端零殘留，附加對(duì)外部設(shè)備的高安全性訪問控制，來實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)軟件兼容和安全的設(shè)計(jì)環(huán)境。由于所有數(shù)據(jù)都保持在服務(wù)器中，用戶終端上不存儲(chǔ)任何文檔與數(shù)據(jù)，從而避免了因個(gè)人疏忽而導(dǎo)致信息泄密的發(fā)生。

（4）提高運(yùn)維能力，提高職業(yè)健康并節(jié)能環(huán)保。PC機(jī)的取消，使原來用以維護(hù)PC機(jī)故障的工作得以消失，可以大大降低低端運(yùn)維的工作量，減輕運(yùn)維難度。同時(shí)由于采用服務(wù)器取代了臺(tái)式機(jī)，提高了硬件使用壽命，保護(hù)了基礎(chǔ)設(shè)施投資，降低了電磁和噪音污染，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保。

2 核心技術(shù)

2.1 虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)是工程設(shè)計(jì)私有云的核心技術(shù)，涉及到CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)以及顯卡的虛擬化，其中CPU、內(nèi)存和存儲(chǔ)的虛擬化技術(shù)已十分成熟，并在服務(wù)器虛擬化和辦公領(lǐng)域的桌面虛擬化中得到成功應(yīng)用。但通過實(shí)際調(diào)研發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)領(lǐng)域的桌面虛擬化以支撐特定的專業(yè)軟件為主，然而重慶電力設(shè)計(jì)院存在二十多種設(shè)計(jì)軟件（包括AutoCAD、廣聯(lián)達(dá)計(jì)價(jià)軟件、PKPM、EESv、天正建筑、理正CAD、數(shù)字化地形地籍成圖軟件、SLCAD架空送電線路平斷面圖處理及定位系統(tǒng)、輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與繪圖系統(tǒng)、鐵塔荷載計(jì)算系統(tǒng)、桿塔灌注樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)軟件等等），需要全專業(yè)支持，核心難題是解決不同軟件對(duì)顯卡以及運(yùn)行環(huán)境的不同要求，虛擬化時(shí)涉及圖1所示的各類技術(shù)參數(shù)。

圖1 工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域虛擬化涉及的技術(shù)參數(shù)

為適應(yīng)工程設(shè)計(jì)的要求，虛擬化技術(shù)必須滿足高用戶體驗(yàn)和高可用性。高用戶體驗(yàn)要為所有專業(yè)提供媲美高性能PC的用戶體驗(yàn)，而高可用性則要集成專業(yè)存儲(chǔ)、服務(wù)器、圖形工作站、專用虛擬GPU和虛擬化軟件，采用開放式架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)靈活訪問和所有設(shè)計(jì)軟件支持。

運(yùn)用工程設(shè)計(jì)私有云綜合應(yīng)用服務(wù)器虛擬化技術(shù)、存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)和NVIDIA的GPU虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在不犧牲用戶體驗(yàn)的情況下對(duì)桌面和應(yīng)用進(jìn)行虛擬化，使得設(shè)計(jì)人員能夠體驗(yàn)到桌面型工作站級(jí)的前沿圖形效果。同時(shí)，通過不同的虛擬化參數(shù)與不同的專業(yè)軟件進(jìn)行匹配，將圖形處理任務(wù)從 CPU 移交給 GPU 處理，改善了用戶體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)師在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作時(shí)的低延遲、高畫質(zhì)的互動(dòng)，解決了高圖形環(huán)境的要求，達(dá)到了設(shè)計(jì)工作的要求。

2.2 基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)技術(shù)

基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)管理各類基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)虛擬化系統(tǒng)以及傳輸協(xié)議進(jìn)行優(yōu)化，為網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行設(shè)計(jì)工作提供服務(wù)支持，并在硬件平臺(tái)上處理和調(diào)度設(shè)計(jì)任務(wù)隊(duì)列，滿足設(shè)計(jì)師對(duì)設(shè)計(jì)工作的高性能要求。

通過基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)，系統(tǒng)利用瘦客戶機(jī)和工作站上的圖形顯卡同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)師的工作機(jī)進(jìn)行顯卡加速，并針對(duì)不同的軟件兼容性提供不同的加速方案，滿足設(shè)計(jì)師對(duì)設(shè)計(jì)工作的高圖形顯示要求。

基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)集中控制設(shè)計(jì)師工作機(jī)對(duì)外設(shè)的訪問控制權(quán)限，進(jìn)行負(fù)載平衡，對(duì)工作的狀態(tài)以及行為進(jìn)行監(jiān)控管理，優(yōu)化計(jì)算資源的配置，提供故障遷移和災(zāi)難恢復(fù)。

3 技術(shù)架構(gòu)

工程設(shè)計(jì)私有云系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)交付設(shè)計(jì)工作站，建立虛擬化設(shè)計(jì)中心工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源動(dòng)態(tài)按需分配，總體架構(gòu)如圖2所示，應(yīng)用架構(gòu)如圖3所示。系統(tǒng)采用主流的存儲(chǔ)服務(wù)器，支持采用刀片服務(wù)器、機(jī)架服務(wù)器和圖形工作站建立虛擬化服務(wù)器集群，支持對(duì)Winodws、Mac和Linux進(jìn)行虛擬化，通過AD域管理用戶，以興云VDI作為基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)，系統(tǒng)采用多屏顯示器開展設(shè)計(jì)工作，并通過興云VDI管理所有外部設(shè)備。

圖3 工程設(shè)計(jì)私有云系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)

4 系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用效果

集成運(yùn)用服務(wù)器虛擬化和瘦客戶機(jī)技術(shù)達(dá)到數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)和客戶端數(shù)據(jù)零殘留，并根據(jù)設(shè)計(jì)軟件不同整合各類虛擬軟件和遠(yuǎn)程桌面連接協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了各類設(shè)計(jì)軟件的兼容支持。

同時(shí)利用瘦客戶機(jī)和圖形工作站上顯示加速設(shè)備進(jìn)行雙重GPU加速，滿足了設(shè)計(jì)軟件對(duì)顯示加速的要求，從而解決了當(dāng)前市面桌面難以適應(yīng)設(shè)計(jì)工作需要的難點(diǎn)。

5 結(jié)論

目前，重慶電力設(shè)計(jì)院實(shí)現(xiàn)了以工程設(shè)計(jì)為中心的工程設(shè)計(jì)私有云系統(tǒng)，涵蓋了工程設(shè)計(jì)所涉及的各個(gè)專業(yè)以及專業(yè)軟件，實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源動(dòng)態(tài)（CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)和顯卡等）按需分配給設(shè)計(jì)師，并將知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)融入到整個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)境中，將設(shè)計(jì)環(huán)境從單機(jī)PC設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)型為基于數(shù)據(jù)中心的虛擬化設(shè)計(jì)，解決了IT基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維的難題，提升了安全和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)力度。

［1］ 斯穆特.私有云計(jì)算：整合、虛擬化和面向服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2013.

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［7］ 徐強(qiáng)，王振江.云計(jì)算：應(yīng)用開發(fā)實(shí)踐［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2012.

［8］ 楊青峰.信息化2.0+：云計(jì)算時(shí)代的信息化體系［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2013.

［9］ 羅頓.云計(jì)算架構(gòu)：解決方案設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

A Study on the Application of the Private Cloud System in Engineering Design

ZHU Chun-xia1，QIN Ru-yu2
（1．Chongqing Electric Power Design Institute of Chongqing Electric Power Corporation of SGCC，Chongqing 400060，China；2．Beijing Zhongke Huaxing Digital Technology Co., Ltd.，Beijing 102208，China）

Taking Chongqing Electric Power Design Institute for example，this article introduces the private cloud system in engineering design constructed to solve the problem of the original network infrastructure in the aspects of the goals of the construction of the system，the tasks and the technical indexes，the core technologies，the technical framework and the effect of its application．

private cloud；IaaS；virtualization；desktop cloud

TP311.52

A

1008-8032（2015）06-0058-02

2015-02-06

該文獲重慶市電機(jī)工程學(xué)會(huì)2014年學(xué)術(shù)年會(huì)優(yōu)秀論文一等獎(jiǎng)

朱春霞（1962-），副研究館員，研究方向?yàn)樾畔⒐芾怼?/p>