基于OpenStack的桌面云的應(yīng)用與挑戰(zhàn)

唐興助，解月江，馬穎勁

(北京航天自動(dòng)控制研究所，北京 100854)

基于OpenStack的桌面云的應(yīng)用與挑戰(zhàn)

唐興助，解月江，馬穎勁

(北京航天自動(dòng)控制研究所，北京 100854)

隨著云計(jì)算技術(shù)的不斷完善和推廣使用，桌面云作為云計(jì)算的一種應(yīng)用形態(tài)越來(lái)越受到關(guān)注。近年來(lái)，桌面云業(yè)務(wù)在國(guó)內(nèi)開(kāi)始蓬勃發(fā)展，越來(lái)越多的人開(kāi)始接受云辦公的工作模式，桌面與數(shù)據(jù)分離，瘦終端代替?zhèn)鹘y(tǒng)PC是大勢(shì)所趨。OpenStack作為云計(jì)算平臺(tái)，在推動(dòng)企業(yè)云轉(zhuǎn)型的過(guò)程中有不可替代的優(yōu)勢(shì)，其開(kāi)放性和良好的企業(yè)生態(tài)為其贏得了事實(shí)上的云計(jì)算架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。雖然在服務(wù)器虛擬化中，OpenStack表現(xiàn)不俗，但在桌面虛擬化應(yīng)用場(chǎng)景下，原生的OpenStack離商用卻還有一定的差距。通過(guò)對(duì)目前桌面云市場(chǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，對(duì)OpenStack的發(fā)展趨勢(shì)以及應(yīng)用進(jìn)行客觀的分析，得出相關(guān)結(jié)論，對(duì)OpenStack的學(xué)術(shù)及工程研究有一定的參考意義。

OpenStack；桌面云；虛擬化；云計(jì)算

0 引 言

桌面云[1]，顧名思義就是利用虛擬化技術(shù)，將原有分散的終端軟件資源(含操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、客戶數(shù)據(jù))集中地在云端管理起來(lái)，進(jìn)行有效組織、安全存儲(chǔ)、按需分配，利用服務(wù)器資源進(jìn)行集中運(yùn)算，并可以通過(guò)瘦客戶端或者其他任何與網(wǎng)絡(luò)相連的設(shè)備來(lái)訪問(wèn)跨平臺(tái)的應(yīng)用程序，以及整個(gè)客戶桌面[2-4]。目前業(yè)界主流的模式是虛擬桌面基礎(chǔ)設(shè)施(Virtual Desktop Infrastructure，VDI)[5]，該詞最早由VMware提出，相較于DaaS(Desktop as a Service)[6-7]模式，單從技術(shù)的角度看，兩者其實(shí)是同一回事，主要區(qū)別在于服務(wù)器的位置以及如何付費(fèi)。目前用戶似乎并不習(xí)慣將自己重要的數(shù)據(jù)交由別人來(lái)托管，畢竟在信息時(shí)代，數(shù)據(jù)就是企業(yè)最重要的資產(chǎn)。

1 桌面云的市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)國(guó)際知名咨詢與服務(wù)公司KPMG在2010年做的關(guān)于云計(jì)算的調(diào)查[8]中顯示，將近60%的機(jī)構(gòu)和公司認(rèn)為云計(jì)算會(huì)成為未來(lái)IT的發(fā)展模式，已經(jīng)有45%的機(jī)構(gòu)在使用某種形式的云計(jì)算，而剩下至少32%的機(jī)構(gòu)表示未來(lái)將采用云計(jì)算。在2015年Evoloveip公司做的一項(xiàng)關(guān)于桌面云市場(chǎng)的調(diào)查中[9]，大約36.5%的用戶稱(chēng)他們的機(jī)構(gòu)已經(jīng)使用了虛擬桌面，而另有10%左右的用戶表示在一到三年內(nèi)將使用桌面云。根據(jù)2015年國(guó)務(wù)院出臺(tái)的國(guó)發(fā){2015}5號(hào)文件《國(guó)務(wù)院關(guān)于促進(jìn)云計(jì)算創(chuàng)新發(fā)展培育信息產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)的意見(jiàn)》[10]中提出，將加快推進(jìn)云計(jì)算建設(shè)，將云計(jì)算作為戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)予以支持。這表明，現(xiàn)在不管是政府還是企業(yè)都已開(kāi)始認(rèn)識(shí)到虛擬化技術(shù)帶來(lái)的好處。從服務(wù)器虛擬化市場(chǎng)的成熟，到桌面云、應(yīng)用虛擬化等產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)，虛擬化技術(shù)已成為計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)[11]。

但從另一個(gè)角度看，大型企業(yè)及一些運(yùn)營(yíng)商客戶仍有些疑慮，這些客戶財(cái)力雄厚，并不缺乏資金支持，但對(duì)于數(shù)據(jù)的安全和用戶的隱私有一定的擔(dān)憂。桌面云采用集中化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的方式，對(duì)組織來(lái)說(shuō)，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的安全性無(wú)疑提升了很多，但對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，尤其是政府和事業(yè)單位等行業(yè)的員工，他們會(huì)擔(dān)心個(gè)人數(shù)據(jù)集存儲(chǔ)在云中心，可能會(huì)被管理員非授權(quán)查看，從而泄露了個(gè)人隱私。越是職位高、年齡大的員工，就越會(huì)存在類(lèi)似的想法，從而會(huì)造成桌面云推廣艱難的情況。

在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的桌面虛擬化廠商中，大概可以分為兩類(lèi)。一類(lèi)是有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)，能獨(dú)立提供整套桌面虛擬化解決方案的廠商，比如VMware、Citrix、華為、云巢、深信服等，這些廠商有較大的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，有自己的渠道政策，一般底層是基于開(kāi)源的hypervisor(如Xen和KVM等)，Citrix和華為是基于Xen基礎(chǔ)上獨(dú)立開(kāi)發(fā)的，云巢和深信服是基于KVM的。還有一類(lèi)是這些廠商的代理經(jīng)銷(xiāo)商，分布在全國(guó)各地，這些渠道商可能是和第一類(lèi)廠商O(píng)EM合作，或者基于第一類(lèi)廠商進(jìn)行淺度定制出行業(yè)特色的桌面云產(chǎn)品，如華勝天成、申騰、實(shí)利通和、拓實(shí)科技、中企通訊等。對(duì)于絕大多數(shù)企業(yè)客戶來(lái)說(shuō)，提到桌面虛擬化，首先想到的當(dāng)然是VMware和Citrix這些國(guó)際知名公司，因?yàn)闊o(wú)論從品牌知名度、產(chǎn)品成熟度，技術(shù)實(shí)力，還是市場(chǎng)份額，這些國(guó)際IT巨頭的的確確在領(lǐng)導(dǎo)著桌面虛擬化的發(fā)展。然而，隨著虛擬化技術(shù)的興起以及市場(chǎng)需求的劇增，近些年國(guó)內(nèi)也涌現(xiàn)出了不少虛擬化廠商，其中不乏一些發(fā)展勢(shì)頭較猛的，比如深信服、云端時(shí)代等。

表1是現(xiàn)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上能提供桌面云解決方案的主要廠商，這些廠商都有各自的渠道政策，其中華為在國(guó)內(nèi)企業(yè)中實(shí)力較強(qiáng)，其他一些企業(yè)也以提供云計(jì)算解決方案為主要業(yè)務(wù)。

2 桌面云的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 開(kāi)源越來(lái)越受到歡迎

KVM和Xen都是開(kāi)源的底層hypervisor，Xen是通過(guò)軟件模擬的虛擬化技術(shù)，較為龐大和復(fù)雜，KVM是基于硬件的虛擬化技術(shù)，需要硬件虛擬化技術(shù)支持[12]，比如Intel的VT-x和VT-d等，這種虛擬化技術(shù)輕巧而高效，已經(jīng)集成到Linux內(nèi)核中了，是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。OpenStack是事實(shí)上的云架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)[13]，自誕生以來(lái)就受到了很大的關(guān)注，每年推出兩個(gè)版本，現(xiàn)在依然處于快速發(fā)展當(dāng)中，已經(jīng)有越來(lái)越多的公司選擇OpenStack作為自己的云計(jì)算平臺(tái)。開(kāi)源的一個(gè)重要特點(diǎn)就是可以解除廠商鎖定，避免被一家公司綁架。

表1 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的桌面云廠商

2.2 云桌面替代傳統(tǒng)PC是必然

在計(jì)算機(jī)行業(yè)里，一般來(lái)說(shuō)，維護(hù)成本往往會(huì)比前期投入大很多，從業(yè)務(wù)價(jià)值的角度來(lái)看，桌面維護(hù)對(duì)組織業(yè)務(wù)發(fā)展并不創(chuàng)造直接的價(jià)值，沒(méi)有帶來(lái)生產(chǎn)力的提升，在這方面的投入越大，浪費(fèi)就越多。傳統(tǒng)模式下還需要批量采購(gòu)PC，然后做系統(tǒng)鏡像，接著幫助用戶部署。而在整個(gè)PC生命周期中還會(huì)有修復(fù)補(bǔ)丁升級(jí)、軟件更新等繁鎖的工作。并且每過(guò)三四年時(shí)間，還要繼續(xù)重復(fù)這個(gè)過(guò)程。在安全方面，信息資產(chǎn)在組織內(nèi)的價(jià)值越來(lái)越高，PC模式下，信息資產(chǎn)的分散化管理使得信息安全的保護(hù)機(jī)制變得更加復(fù)雜：數(shù)據(jù)在本地PC存儲(chǔ)，容易產(chǎn)生泄密事件，同時(shí)分散化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)難以統(tǒng)一備份，面臨數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)。如何去管理這些分散的信息資產(chǎn)已成為IT部門(mén)迫切需要解決的問(wèn)題?？傊?，新型辦公模式衍生出“簡(jiǎn)化管理、數(shù)據(jù)安全、移動(dòng)辦公”等需求，為了應(yīng)對(duì)桌面運(yùn)維的挑戰(zhàn)，并更好地滿足客戶需求，“瘦終端+云桌面”替換傳統(tǒng)PC勢(shì)在必行。

2.3 國(guó)產(chǎn)化和自主可控不可或缺

在棱鏡事件之后，國(guó)家重要機(jī)關(guān)對(duì)信息安全的重視不斷增加，自主可控、國(guó)產(chǎn)化已經(jīng)作為國(guó)內(nèi)政府及事業(yè)單位的潛在采購(gòu)要求，借助這個(gè)機(jī)會(huì)，國(guó)內(nèi)的云計(jì)算公司將大有可為。眾所周知，很多IT技術(shù)，包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、云計(jì)算等，國(guó)外都起步較早，技術(shù)更加完善成熟，而對(duì)于桌面虛擬化，隨著這幾年的技術(shù)突破，一些國(guó)產(chǎn)廠家逐漸具備了自主創(chuàng)新的核心傳輸協(xié)議，解決了操作體驗(yàn)流暢性、高清視頻播放、外設(shè)兼容性等問(wèn)題。相反，國(guó)外廠商在國(guó)內(nèi)落地的過(guò)程中，卻發(fā)現(xiàn)了一些水土不服的問(wèn)題：方案復(fù)雜，實(shí)施難度大；多方整合，投資成本高；產(chǎn)品架構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)維難度大，甚至超過(guò)傳統(tǒng)PC的運(yùn)維投入。如此種種，加之國(guó)家政策的支持，正是國(guó)內(nèi)桌面云廠商利用差異化提升產(chǎn)品，發(fā)展創(chuàng)新的大好時(shí)機(jī)。

2.4 桌面云的安全可靠性依然是企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)

當(dāng)桌面由本地移到云端之后，客戶擔(dān)心的是萬(wàn)一系統(tǒng)出現(xiàn)崩潰、藍(lán)屏和突然關(guān)機(jī)等故障時(shí)，能否恢復(fù)，這是虛擬機(jī)級(jí)的HA，云計(jì)算企業(yè)必須能提供這一保障。桌面云的體驗(yàn)直接影響客戶的信心。要讓桌面云能替換本地PC，就必須提供同等甚至更好的用戶體驗(yàn)，桌面是否流暢，播放視頻是否卡頓，軟件是否兼容，這些問(wèn)題中，傳輸協(xié)議尤為關(guān)鍵。在調(diào)研的各云計(jì)算公司中，絕大部分都會(huì)重新優(yōu)化傳輸協(xié)議，有的是基于開(kāi)源的如Spice協(xié)議優(yōu)化(如國(guó)云科技)，有的是自己開(kāi)發(fā)，協(xié)議是連接遠(yuǎn)程與用戶的通道，在桌面云架構(gòu)中占據(jù)著舉足輕重的地位，必須作為核心技術(shù)予以重視。

3 基于OpenStack的桌面云面臨的挑戰(zhàn)

一直以來(lái)，OpenStack在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用主要集中于對(duì)成本敏感、技術(shù)架構(gòu)要求較高的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，而眾多的企業(yè)應(yīng)用絕大多數(shù)均架構(gòu)在國(guó)外昂貴的商業(yè)軟件基礎(chǔ)之上。除了因?yàn)镺penStack在時(shí)間上晚于商業(yè)軟件推出的因素之外，造成這種局面的因素之一是OpenStack雖然可以滿足互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)大量服務(wù)器虛擬化的要求，但一直缺少的桌面虛擬化功能使得OpenStack的“功能強(qiáng)大、開(kāi)放靈活、代碼安全、低成本”的優(yōu)勢(shì)無(wú)法發(fā)揮。除了歷史因素外，在新建一個(gè)系統(tǒng)時(shí)企業(yè)很難采取分別建設(shè)服務(wù)器虛擬化平臺(tái)與桌面虛擬化平臺(tái)的策略，而是更多地希望通過(guò)一個(gè)平臺(tái)來(lái)同時(shí)解決兩個(gè)方面的問(wèn)題。如今在社區(qū)里，OpenStack暫時(shí)還沒(méi)有組件用來(lái)專(zhuān)門(mén)支持桌面云，所以基于OpenStack的桌面云距離商用生產(chǎn)還有一段距離，要讓原生的OpenStack桌面云落地企業(yè)，還需解決以下關(guān)切。

3.1 安裝部署

OpenStack的部署是一個(gè)龐大而復(fù)雜的問(wèn)題，到最新版為止已經(jīng)有至少11個(gè)組件，而正在開(kāi)發(fā)和孵化的項(xiàng)目有至少5個(gè)，要把這些組件完整正確地部署到各節(jié)點(diǎn)并非易事。目前OpenStack的部署工具中較為方便的屬M(fèi)irantis公司開(kāi)發(fā)的Fuel部署工具[14]，但Fuel部署工具并不靈活，比如不能以all-in-one的方式部署在一臺(tái)節(jié)點(diǎn)上，對(duì)于多節(jié)點(diǎn)HA部署也有問(wèn)題，而且Fuel部署完之后無(wú)法直接用于生產(chǎn)實(shí)踐，需要做配置修改。所以需要有一套能更加靈活部署的工具。

3.2 端到端的管控(瘦終端管理軟件)

OpenStack中提供了開(kāi)源云的架構(gòu)，但是在實(shí)際部署的云桌面解決方案中，往往需要加入端到端的管控功能，比如在瘦客戶機(jī)中需要部署的管理軟件，來(lái)對(duì)瘦終端的端口進(jìn)行管控，確保未被授權(quán)的端口不可隨意接入虛擬機(jī)。虛擬機(jī)故障無(wú)法絕對(duì)避免，當(dāng)虛擬機(jī)出現(xiàn)無(wú)法遠(yuǎn)程連接的時(shí)候，需要能提供自助維護(hù)的功能，OpenStack默認(rèn)的帶有VNC的支持，但還需要集成到端管理軟件中，為了降低管理員的負(fù)擔(dān)，連接管理軟件需要有桌面發(fā)放的功能，能統(tǒng)一對(duì)所有虛擬機(jī)發(fā)放補(bǔ)丁和安裝軟件等。

3.3 云系統(tǒng)安全性

按密級(jí)分配和存儲(chǔ)虛擬機(jī)。在軍工和保密安全行業(yè)，對(duì)于虛擬機(jī)的存儲(chǔ)有按密級(jí)劃分的要求，這種情況下往往需要對(duì)主機(jī)劃分相應(yīng)的集群，然后修改虛擬機(jī)的調(diào)度算法，使得在創(chuàng)建虛擬機(jī)的時(shí)候能夠選擇相應(yīng)的密級(jí)，從而保證對(duì)應(yīng)密級(jí)的虛擬機(jī)只能在對(duì)應(yīng)密級(jí)的主機(jī)中存儲(chǔ)，并保證不同密級(jí)的虛擬機(jī)不能混合存儲(chǔ)。

3.4 虛擬機(jī)級(jí)的HA

作為一個(gè)私有云的商業(yè)解決方案，客戶最看重的一點(diǎn)是數(shù)據(jù)的安全性，現(xiàn)在能看到的HA部署方式是用Fuel的HA多節(jié)點(diǎn)方式，但并沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果。OpenStack目前沒(méi)有對(duì)虛擬機(jī)級(jí)別的HA進(jìn)行實(shí)際的支持，后續(xù)可能會(huì)增加。對(duì)于這一功能，最重要的三個(gè)步驟是：發(fā)現(xiàn)、隔離和恢復(fù)。首先發(fā)現(xiàn)虛擬機(jī)的故障，然后隔離故障的虛擬機(jī)，接著恢復(fù)發(fā)生故障的虛擬機(jī)，而OpenStack并沒(méi)有相關(guān)組件進(jìn)行很好的支持。

3.5 主機(jī)監(jiān)控和報(bào)警管理

原生的OpenStack監(jiān)控組件Ceilometer，是一個(gè)計(jì)費(fèi)功能的組件，同時(shí)可以進(jìn)行資源監(jiān)控，但是還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠完善。各解決方案提供商都是用自己開(kāi)發(fā)的或者其他開(kāi)源的Linux插件來(lái)代替此組件的功能，比如用Nagios。但都不能集成到OpenStack的Dashboard組件里，單獨(dú)的管理界面不利于管理員的維護(hù)，對(duì)原生的Ceilometer進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)是一個(gè)可選的方案。同時(shí)對(duì)于日志的管理也不夠方便，日志是系統(tǒng)運(yùn)行中留下的非常重要的數(shù)據(jù)，但OpenStack一個(gè)如此龐大的系統(tǒng)，每天產(chǎn)生大量的日志，必須要有一個(gè)可視化的日志查看工具，而且應(yīng)該將其集成到Horizon中統(tǒng)一管理。

3.6 桌面的流暢顯示

桌面流暢與否直接影響用戶體驗(yàn)。對(duì)于一般辦公、高清視頻播放和運(yùn)行2D軟件，如Photoshop、AutoCAD和Protell 99SE等，主要的瓶頸在于桌面?zhèn)鬏攨f(xié)議的優(yōu)化。對(duì)于3D設(shè)計(jì)軟件，如3D MAX等，由于KVM對(duì)GPU直通技術(shù)和GPU虛擬化技術(shù)還不支持，而OpenStack的首選Hypervisor是KVM，支持的最好的也是KVM，所以如果需要3D功能，則需要考慮基于Xen來(lái)搭建，但效果還有待檢驗(yàn)。

3.7 OpenStack的平滑升級(jí)

OpenStack的社區(qū)活躍程度很高，開(kāi)發(fā)進(jìn)度也相對(duì)較快，每年都推出兩個(gè)穩(wěn)定的版本，至今為止最新版是L版。有的版本改動(dòng)程度小，但有的版本可能改動(dòng)量會(huì)較大。作為基于開(kāi)源OpenStack的桌面云，如果在其上做定制開(kāi)發(fā)后，就鎖定于某個(gè)版本不再升級(jí)，這似乎就偏離了社區(qū)的主線，所以如何做到在生產(chǎn)環(huán)境中，既不影響現(xiàn)有業(yè)務(wù)，同時(shí)還能穩(wěn)定升級(jí)，這是一個(gè)必須解決的問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人們將逐步進(jìn)入云計(jì)算時(shí)代，桌面云作為云計(jì)算的一種重要形式，正越來(lái)越受到歡迎。作為最大的開(kāi)源云計(jì)算平臺(tái)OpenStack，其桌面虛擬化應(yīng)用方面離商用還面臨著很大的挑戰(zhàn)，但這也無(wú)法阻止其受歡迎的程度。在社區(qū)持續(xù)活躍，企業(yè)不斷支持的情況下，仍對(duì)其充滿信心，而作為云計(jì)算發(fā)展的公司，把握市場(chǎng)和技術(shù)發(fā)展的方向，將為其搶占市場(chǎng)獲得先機(jī)。

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Application and Challenge of Desktop Cloud Based on OpenStack

TANG Xing-zhu,XIE Yue-jiang,MA Ying-jin

(Beijing Aerospace Automatic Control Institute,Beijing 100854,China)

As continuous improvement and promotion of cloud computing technology,much more attention is being paid to the desktop cloud which is a new form of application in cloud computing.Recently,since the desktop cloud business in the civil begins to flourish,more and more people start to accept working on the cloud.It is the irresistible trends that thin client alternative to traditional PC and desktop will be separated from data.OpenStack,as a cloud computing platform,has an irreplaceable advantage in the process of promoting enterprise cloud transformation,whose openness and good companies’ ecology has earned its factual status of cloud computing architecture standards.Although it does well in server virtualization,there is still a gap from commercial application in desktop virtualization sceneries for the native OpenStack.By making a survey for the development situation of recent desktop cloud market,an objective analysis of application and trends for OpenStack is carried out.It is concluded that it is a reference for academic and engineering research of OpenStack.

OpenStack;desktop cloud;virtualization;cloud computing

2016-03-26

2016-06-29

時(shí)間：2017-01-04

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61403355)

唐興助(1993-)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)樵朴?jì)算與大數(shù)據(jù)；解月江，研究員，研究方向?yàn)樵朴?jì)算與大數(shù)據(jù)。

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20170104.1039.070.html

TP39

A

1673-629X(2017)02-0147-04

10.3969/j.issn.1673-629X.2017.02.033