基于SPICE協(xié)議的虛擬云桌面訪問技術(shù)的研究與應(yīng)用

劉源+蔣建峰

摘要：本文闡述了虛擬云桌面研究的必要性，詳細(xì)介紹了最新的云桌面?zhèn)鬏攨f(xié)議SPICE，并將它與VNC和RDP協(xié)議進(jìn)行了比較，基于SPICE協(xié)議本文提出了一套解決方案，并在實驗環(huán)境中對解決方案進(jìn)行了驗證，最后對SPICE協(xié)議的未來進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵字：云桌面；KVM；SPICE

中圖分類號： TP311.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）10（c）-0000-00

1 引言

隨著2015年國家“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃的逐步實施，移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的不斷推進(jìn)，很多傳統(tǒng)的信息框架和觀念被淘汰或更新，國家信息化和現(xiàn)代化的發(fā)展日新月異。但是長期以來一些信息化基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)卻比較落后，尤其是傳統(tǒng)桌面終端的管理存在安全性差，設(shè)備不穩(wěn)定，維護(hù)成本較高等問題，這些問題不僅限制了人們的使用，也阻礙了信息化的發(fā)展。而以RDP、VNC和SPICE等技術(shù)為基礎(chǔ)的虛擬云桌面的發(fā)展將操作系統(tǒng)和應(yīng)用數(shù)據(jù)集中于數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一管理，這種系統(tǒng)運(yùn)行方式的變革提升了數(shù)據(jù)的安全和用戶的體驗，有效的解決了傳統(tǒng)構(gòu)架帶來的復(fù)雜管理和高耗能等問題，是未來桌面終端應(yīng)用發(fā)展的趨勢。

2 SPICE

2.1 協(xié)議簡介

SPICE（Simple Protocol for independent Computing Environment，獨立計算環(huán)境的簡單協(xié)議）是基于虛擬云桌面的一種虛擬化框架，也是一個桌面服務(wù)展示協(xié)議，與RDP（Remote Desktop Protocol，遠(yuǎn)程桌面協(xié)議）和VNC（Virtual Network Console，虛擬網(wǎng)絡(luò)控制臺）類似。通過SPICE我們可以像使用本地計算機(jī)一樣訪問遠(yuǎn)程PC，這樣可以將需要進(jìn)行高強(qiáng)度和長時間計算的工作移交給數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，有效的提高運(yùn)行效率，降低企業(yè)開支，用戶身邊只要有可以上網(wǎng)的設(shè)備就可以方便的與遠(yuǎn)程虛擬桌面進(jìn)行交互，并且整個方案是開源構(gòu)架的。

2.2 協(xié)議組件

作為REDHAT公司重要的虛擬化桌面組件之一，SPICE具有很強(qiáng)的自適應(yīng)能力，能夠讓用戶獲得與真實PC相同的體驗，它主要包含以下3個組件：

SPICE Driver（SPICE驅(qū)動器）：每個虛擬桌面都具備的基礎(chǔ)組件。

SPICE Device（SPICE設(shè)備）：REDHAT企業(yè)虛擬化Hypervisor設(shè)備內(nèi)存在的組件。

SPICE Client（SPICE客戶端）：終端組件，終端可以是個人電腦、平板電腦、瘦客戶端甚至是ipad等設(shè)備，用于接入虛擬桌面。

這三個組件相互協(xié)作運(yùn)行，以既能提高用戶體驗又能降低系統(tǒng)資源消耗的方式提供最優(yōu)質(zhì)的虛擬桌面效果。如果客戶端足夠強(qiáng)大，SPICE可以向客戶端發(fā)送圖形命令，并在客戶端對圖形進(jìn)行處理，這將顯著減輕服務(wù)器的資源消耗。如果客戶機(jī)不夠強(qiáng)大，SPICE在服務(wù)器端處理圖形，從CPU的角度來說，圖形處理并不需要消耗很多資源。

2.3 協(xié)議優(yōu)勢

目前虛擬云桌面協(xié)議主要有RDP、VNC與SPICE，通過對三者間的對比我們可以發(fā)現(xiàn)，SPICE相比其他兩種協(xié)議在許多參數(shù)都占有較大的優(yōu)勢，對比表格如下所示： 3 基于SPICE的虛擬云桌面解決方案

針對SPICE的技術(shù)特點和實際虛擬云桌面的使用需求，我們組建了一種綜合虛擬云桌面解決方案，在具體實驗環(huán)境中由于設(shè)備的限制，方案設(shè)計采用兩次虛擬化的方式實現(xiàn)部署。

3.1 總體規(guī)劃

考慮到方案的穩(wěn)定性與可靠性，數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器集群通過KVM（Kernel-based Virtual Machine，基于Kernel的虛擬機(jī)）進(jìn)行虛擬化，并部署HA（High Available，高可用性）保證高可用性，在服務(wù)端和客戶端之間還應(yīng)該部署LB（load balance，負(fù)載均衡）設(shè)備保證高并發(fā)環(huán)境下系統(tǒng)的穩(wěn)定，解決方案如下圖1所示：

3.2 方案具體實施過程

為了驗證虛擬云桌面方案的可行性，我們可以搭建一個實驗環(huán)境進(jìn)行測試，實驗環(huán)境至少需要一臺主機(jī)，并在實驗之前需要將設(shè)備主板BIOS中的硬件虛擬化功能打開，同時我們還需要可以支持兩次虛擬化的軟件，所以綜上所述我們實驗環(huán)境至少需要一臺CPU性能至少為INTEL I5，內(nèi)存性能至少為8G的PC，虛擬化軟件選擇VMWare Workstation12。

實驗環(huán)境要能反正解決方案中的結(jié)果需要經(jīng)過以下幾個步驟：

1） 在確保PC的VMware軟件正確安裝后，打開軟件的虛擬化選項，這是二次虛擬化非常重要的一步。由于我們的實驗環(huán)境是在虛擬化軟件內(nèi)安裝CENTOS操作系統(tǒng)，并在操作系統(tǒng)內(nèi)再安裝一個KVM虛擬化軟件，所以這需要我們的第一個虛擬化軟件支持兩次虛擬化功能。在VMware的虛擬機(jī)設(shè)置中找到虛擬化Intel VT-x/EPT或AMD-V/RVI選項并勾選。

2） 檢查內(nèi)核，安裝KVM和支持的API，最后驗證KVM模塊。通過這幾個步驟我們可以校驗KVM是否順利的安裝到了CENTOS系統(tǒng)中，主要執(zhí)行的代碼有以下5條：

3） 在CENTOS操作系統(tǒng)的圖形化界面中使用virt-manager在KVM中創(chuàng)建一個新的WINXP操作系統(tǒng)。這個創(chuàng)建過程和在VMware中創(chuàng)建CENTOS操作系統(tǒng)相似，在此就不詳細(xì)介紹。

4） 對KVM創(chuàng)建好的WINXP操作系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置。主要更改的選項有Display中的Type下拉菜單選擇SPICE協(xié)議，在Graphics中勾選Listen on all public network interfaces，端口號設(shè)置為5900，最后在Video中Model下拉菜單選擇qxl。

5） 在CENTOS操作系統(tǒng)中創(chuàng)建一個新的名為bridge的網(wǎng)卡，網(wǎng)卡參數(shù)與默認(rèn)的eth0相類似，在最后添加TYPE=“Bridge”即可，最后使用命令service network restart重新啟動CENTOS的網(wǎng)絡(luò)連接。

6） 在安裝了SPICE客戶端的PC中通過端口5900，遠(yuǎn)程上WINXP操作系統(tǒng)。

完成試驗后可以通過一系列的系統(tǒng)性能測試軟件對虛擬云桌面的系統(tǒng)性能進(jìn)行測試，這里就不做詳細(xì)介紹，從測試結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，這種遠(yuǎn)程的連接性能與使用本地PC的性能相差無幾，可以說做到了真正的云端資源本地化。

4 SPICE的未來

相信隨著虛擬化技術(shù)的不斷創(chuàng)新與完善，基于SPICE的虛擬云桌面技術(shù)將越來越好。未來我們可以直接借助對DirectX和API的操作實現(xiàn)一個虛擬視頻卡，加快CAD應(yīng)用和多媒體應(yīng)用，加快游戲畫面的切換并減少閃爍，3D加速性能也將得到很大的提高，在系統(tǒng)兼容性方面將不僅兼容傳統(tǒng)的PC與筆記本電腦，還將兼容智能手機(jī)及ipad等平板設(shè)備，實現(xiàn)真正的隨時隨地使用云桌面。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱愛軍 云桌面技術(shù)在學(xué)院公共機(jī)房改造中的應(yīng)用[J].信息通信，2016（3）

[2]周建美，赫榮康 基于云桌面的計算機(jī)實訓(xùn)室設(shè)計與實現(xiàn)[J].信息與電腦，2015（14）

[3]任風(fēng)君，鄭禮河，曾文玄 桌面虛擬化在高校信息化建設(shè)中的研究和實踐[J].福建醫(yī)科大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2016（17）