基于VGPU 的桌面虛擬化在三維設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

韓棟梁，賀霄琛，李少飛

( 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西 太原030024)

采用硬件GPU 加速的虛擬桌面既能滿足三維設(shè)計(jì)對(duì)顯卡的要求，又能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一維護(hù)和集中管理，還能很好地彌補(bǔ)臺(tái)式計(jì)算機(jī)的短板。本文主要闡述vGPU 桌面虛擬化在三維設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

1 傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)面臨的問(wèn)題

近年來(lái)，隨著工藝設(shè)備復(fù)雜程度的提升，大型設(shè)備的三維裝配和仿真對(duì)計(jì)算機(jī)硬件要求尤其是對(duì)顯卡性能的要求越來(lái)越高，主要存在以下幾方面的問(wèn)題：

（1）終端運(yùn)維難度大。隨著業(yè)務(wù)規(guī)模擴(kuò)大，終端數(shù)量不斷增加，而計(jì)算機(jī)硬件資源性能下降，又導(dǎo)致故障率逐年上升，維護(hù)工作量成倍增長(zhǎng)。

（2）數(shù)據(jù)安全性差。傳統(tǒng)工作模式下，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)分散保存在本地計(jì)算機(jī)，無(wú)法保證企業(yè)商業(yè)秘密的安全。雖然通過(guò)一些加密手段可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)，但設(shè)計(jì)軟件運(yùn)行速度會(huì)受到影響，嚴(yán)重降低工作效率。

（3）硬件可靠性差。一般計(jì)算機(jī)采用單硬盤(pán)設(shè)計(jì)，可靠性較差，冗余備份能力有限，故障后恢復(fù)所需時(shí)間較長(zhǎng)。

2 虛擬桌面架構(gòu)及VGPU 技術(shù)

新一代桌面云解決方案可最大化保護(hù)企業(yè)商業(yè)秘密，前端采用遠(yuǎn)程桌面方式登錄，在后端架設(shè)桌面云服務(wù)平臺(tái)，通過(guò)虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全、資源靈活調(diào)度、高可靠性等要求[1]。

二是建立完善企業(yè)黨建工作指導(dǎo)機(jī)制。繼續(xù)發(fā)揮各級(jí)黨員領(lǐng)導(dǎo)干部的作用，建立黨員領(lǐng)導(dǎo)干部企業(yè)黨建工作聯(lián)系點(diǎn)，定期或不定期深入企業(yè)調(diào)查研究，指導(dǎo)開(kāi)展黨建工作。另外，完善企業(yè)黨建指導(dǎo)員制度，專職靠上指導(dǎo)企業(yè)組建黨組織和開(kāi)展黨建工作。例如，山東省廣饒縣建立了縣級(jí)領(lǐng)導(dǎo)干部聯(lián)系非公有制企業(yè)抓黨建制度，34名縣級(jí)黨員領(lǐng)導(dǎo)干部每人聯(lián)系一家非公有制企業(yè)和一個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道），指導(dǎo)開(kāi)展企業(yè)黨建工作；同時(shí)，在沒(méi)有黨員或黨員不足3名的非公有制企業(yè)，派駐黨建指導(dǎo)員，幫助建立“兼合式”黨組織，在企業(yè)開(kāi)展黨組織活動(dòng)。

2.1 虛擬桌面架構(gòu)

桌面虛擬化技術(shù)是一種基于服務(wù)器架構(gòu)的計(jì)算模型，可將桌面虛擬機(jī)在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行日常維護(hù)和統(tǒng)一管理[2]。前端用戶平臺(tái)僅用于接收后端個(gè)人桌面系統(tǒng)，用戶能夠獲得與本地計(jì)算機(jī)同等的使用體驗(yàn)。并且達(dá)到桌面系統(tǒng)與前臺(tái)物理硬件分離的目的，提升了企業(yè)數(shù)據(jù)的安全性，減少了信息化管理運(yùn)維成本。同時(shí)，虛擬桌面可以在任何聯(lián)網(wǎng)的終端上、在任何時(shí)間和任何地點(diǎn)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)上授權(quán)的任何桌面系統(tǒng)和用戶數(shù)據(jù)。

桌面虛擬化的主流架構(gòu)為VDI（Virtual Desktop Infrastructure），目前主要由Citrix、VMware 和Microsoft 公司提供，其產(chǎn)品分別為XenDesktop、VMWare View 以及Microsoft MED-V[3]，其中Citrix 公司的XenDesktop 平臺(tái)采用高效可靠的ICA協(xié)議和重定向技術(shù)。

2.2 VGPU 技術(shù)

VGPU 是共享一個(gè)物理GPU 引擎，包括3D 圖形、視頻解碼、視頻編碼引擎等圖形化操作[4]。基于NVIDIA GRID GPU 技術(shù)和Citrix 公司的XenServer平臺(tái)共同開(kāi)發(fā)的高級(jí)GPU 架構(gòu)。它與普通計(jì)算機(jī)的GPU 工作方式相同，是一種傳統(tǒng)GPU 模擬技術(shù)，有固定的GPU 顯存尺寸和顯示輸出。虛擬桌面通過(guò)NVIDIA 驅(qū)動(dòng)程序與物理GPU 直接通訊，顯存大小由物理GPU 分配，GPU Manager 僅完成對(duì)于VGPU的分配管理工作，從而確保VGPU 的性能不受影響。

本文采用XenDesktop 平臺(tái)來(lái)搭建三維設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)環(huán)境。

3 XenDesktop 平臺(tái)方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

3.1 方案設(shè)計(jì)

通過(guò)需求調(diào)研，梳理出三維設(shè)計(jì)對(duì)虛擬桌面應(yīng)用的業(yè)務(wù)需求見(jiàn)表1。

表1 業(yè)務(wù)需求

基于業(yè)務(wù)現(xiàn)狀和桌面虛擬化技術(shù)架構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析和設(shè)計(jì)，從硬件、軟件、數(shù)據(jù)、安全和使用場(chǎng)景等幾個(gè)方面著手，構(gòu)建最適合的桌面云解決方案。為適應(yīng)三維設(shè)計(jì)需求，本方案采用VDI架構(gòu)，包括“桌面池”、“用戶配置文件和用戶數(shù)據(jù)”、“企業(yè)組織結(jié)構(gòu)”和“設(shè)計(jì)桌面顯卡”等。在數(shù)據(jù)中心內(nèi)構(gòu)建計(jì)算資源平臺(tái)和存儲(chǔ)資源平臺(tái)，桌面操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)中心承載，為每個(gè)用戶提供獨(dú)立的虛擬機(jī)，保證桌面之間互不干擾。整體邏輯架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 整體邏輯架構(gòu)

3.1.1 虛擬桌面池資源規(guī)劃

設(shè)計(jì)人員峰值為90～110 人左右，針對(duì)不同用戶需求，對(duì)虛擬桌面進(jìn)行分類配置，選擇不同配置的解決方案，以保證用戶體驗(yàn)和業(yè)務(wù)軟件的流暢使用，配置如表2 所示。

表2 虛擬桌面配置清單

3.1.2 存儲(chǔ)規(guī)劃

通過(guò)部署NAS 系統(tǒng)（Network Attached Storage，網(wǎng)絡(luò)附屬存儲(chǔ)），將用戶配置文件重定向到NAS 存儲(chǔ)系統(tǒng)。虛擬桌面中D 盤(pán)為存儲(chǔ)中劃分的個(gè)人數(shù)據(jù)盤(pán)，設(shè)計(jì)人員可將個(gè)人數(shù)據(jù)存放到該網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器中。通過(guò)磁盤(pán)配額和權(quán)限管理，控制用戶使用空間和訪問(wèn)權(quán)限。存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

3.1.3 組策略

對(duì)于桌面的權(quán)限設(shè)置和功能設(shè)置使用組策略進(jìn)行控制，桌面云平臺(tái)提供預(yù)制的配置模板，包括USB 控制、個(gè)人配置文件漫游、盤(pán)符顯示等，在活動(dòng)目錄中基于組織結(jié)構(gòu)創(chuàng)建用戶和分組，對(duì)不同組分別進(jìn)行組策略配置。

3.2 平臺(tái)部署

3.2.1 XenDesktop 平臺(tái)搭建

本方案基于XenDesktop 平臺(tái)，各應(yīng)用服務(wù)器部署清單如表3 所示。

3.2.2 搭建XenServer 服務(wù)器

由7 臺(tái)服務(wù)器組成一個(gè)資源池（Pool），XenServer 可以在資源池的主機(jī)之間進(jìn)行實(shí)時(shí)遷移，能夠滿足容災(zāi)和故障轉(zhuǎn)移需求，安裝XenCenter 組件后，可在客戶端上遠(yuǎn)程訪問(wèn)資源池。

3.2.3 XenDesktop 基礎(chǔ)架構(gòu)

基礎(chǔ)架構(gòu)包括域控制器、DDC 服務(wù)器、PVS 服務(wù)器、StoreFront 服務(wù)器以及數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。在域控制器中配置Active Directory 活動(dòng)目錄，添加DNS、DHCP 服務(wù)。DDC（Desktop Delivery Controller）用來(lái)控制客戶端與服務(wù)器承載的虛擬機(jī)之間訪問(wèn)；PVS 服務(wù)器用來(lái)創(chuàng)建、維護(hù)并發(fā)布不同類型的桌面模板；系統(tǒng)通過(guò)StoreFront 為用戶展示可用的虛擬桌面，是統(tǒng)一的登錄站點(diǎn)；數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器分為主數(shù)據(jù)庫(kù)、鏡像數(shù)據(jù)庫(kù)和仲裁數(shù)據(jù)庫(kù)。其作用分別為承擔(dān)客戶端的訪問(wèn)、備份和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的故障轉(zhuǎn)移。以PVS 服務(wù)器為例，其管理界面如圖3 所示。

表3 服務(wù)器清單

圖3 PVS 服務(wù)器管理界面

4 應(yīng)用效果分析

通過(guò)XenDesktop 桌面虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，構(gòu)建了統(tǒng)一的桌面云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算資源的高效利用，通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)桌面的標(biāo)準(zhǔn)化管理和集中控制，顯著提升了管理效率、系統(tǒng)穩(wěn)定性及可靠性。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）采用基于VGPU 的虛擬桌面系統(tǒng)，可以達(dá)到傳統(tǒng)圖形工作站的效果。提供高速度、高質(zhì)量的顯示信息。

（2）利用桌面虛擬化技術(shù)可以保證數(shù)據(jù)不“落地”，防止內(nèi)部敏感數(shù)據(jù)泄露。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定期備份，有效保障數(shù)據(jù)安全性。

（3）當(dāng)虛擬機(jī)發(fā)生故障時(shí)，只需在后臺(tái)重新發(fā)布新桌面，幾分鐘后用戶即可正常工作，且數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，大大提高了終端運(yùn)維的效率，降低數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)后臺(tái)計(jì)算資源的靈活配置提高利用率。

（4）利用桌面虛擬化技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可以在同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不同終端進(jìn)行圖紙的設(shè)計(jì)，同時(shí)保證對(duì)應(yīng)用、信息、知識(shí)產(chǎn)權(quán)的管控與審計(jì)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文基于虛擬桌面為三維設(shè)計(jì)人員提供虛擬圖形工作站桌面，采用VGPU 技術(shù)架構(gòu)更好地提升了虛擬桌面的設(shè)計(jì)效率和顯示效果。此外利用XenDesktop 虛擬化平臺(tái)降低了終端運(yùn)維成本、提高了資源利用率、保障數(shù)據(jù)安全以及資源配置的靈活性。本文的虛擬桌面部署方案可為其它三維用戶的圖形渲染、圖片編輯、視頻編輯等應(yīng)用提供借鑒。