基于虛擬化云桌面的應用探索

李盛杰，孫春陽，張震威

1 面臨的挑戰

企業在運營過程中，面臨許多挑戰，僅以IT這一個方面所面臨的挑戰就有以下方面。

（1）終端用戶的個性化需求

IT需要維護企業所有的PC，又因為不同部門、不同用戶所需要的應用軟件不同，導致維護難度加大。

（2）能源消耗[1]

以一個中等規模（200人）的辦公應用為例，每年所消耗的電能巨大，但又沒有很好的辦法做到節能減排。

（3）服務器數量多，不利于統一管理

制造業企業需要不同的信息系統，例如ERP、MES、PLM、OA、CRM等等，若每一個系統都配置單獨的服務器，則會導致機房中的服務器數量增多。

（4）信息安全

制造業企業最重要的就是設計圖紙、文件等，企業為了避免設計內容被競爭對手惡意獲取，常常使用加密軟件來應對，但卻在多系統集成應用這方面帶來了麻煩。

（5）硬件安全

普通的PC機，其質量不可能優于企業級的服務器。一般的工作站也很少配備有RAID（磁盤陣列技術），然而一旦終端用戶的硬盤出現損壞，那么對于企業而言不僅僅是損壞了一臺PC，更重要的是數據丟失給企業帶來的損失。

2 虛擬云桌面的簡介

桌面虛擬化是指將計算機的終端系統（也稱作桌面）進行虛擬化，以達到桌面使用的安全性和靈活性。可以通過任何設備，在任何地點，任何時間通過網絡訪問屬于個人的桌面系統。

以某企業的解決方案為例，如圖1所示。

3 企業應用

3.1 背景描述

以某中等制造型企業為例，公司每天有200人需要使用PC，涉及多個部門。且每個部門使用的軟硬件各不相同。例如：

（1）財務部

財務部常使用的軟件有Office、Adobe Reader、ERP等。

（2）研發部

研發部常用軟件有MCAD（Autocad、Inventor、PRO/E、SolidWorks、Solidedge、UG、CATIA）等，ECAD（Al?tium Designer、Eplan、Zuken、Synopsys、Cadence、Men?tor）等。

當IT人員在企業中進行日常維護時，必須要到終端用戶的PC上才能進行相關的維護操作，例如安裝新軟件、重新安裝系統、清理垃圾等應用操作，有時因硬件損壞，還需要更換內存、硬盤等。這些操作不僅降低了人員使用效率，也在一定程度上制約了企業的發展。

3.2 虛擬化平臺架構

虛擬云桌面的架構應按照企業的需求來制定，根據制造型企業的業務特點，梳理后的需求如下。

（1）內外網訪問隔離[2]

內網可以理解為公司的核心網，所有研發設計的數據全部在核心網內，并且核心網不可訪問外網，不可使用U盤，以此保證研發數據不泄露。

外網可以理解為辦公網，在員工辦公時，需要收發郵件、瀏覽網頁等應用，都必須支持。但同時需要支持網站屏蔽功能，以保證員工不在公司瀏覽淘寶、優酷等與工作無關的網站。

（2）應用軟件標準化[3]

企業內部需要建立統一的應用軟件使用環境，避免出現因軟件使用不統一、版本不統一而導致的差錯。同時對于設計軟件（MCAD及ECAD）而言，也必須避免使用多種不同設計軟件。

（3）維護便捷

采用虛擬化云桌面后，將每個部門的需求收集后，單獨建立部門級的桌面，并以此作為“模板機”，部門中所有用戶都使用基于“模板機”環境所創建出的實例。

（4）數據安全

所有使用虛擬化云桌面的客戶端包括將信息系統都應做好數據安全工作，避免出現因硬盤損壞而導致的數據丟失。同時也要做好各個桌面及信息系統的實時或定時備份。

（5）系統資源配置靈活

企業內部研發部門對于顯卡資源要求較高，而其他部門相對較弱，那么就需要虛擬化平臺能夠支持不同部門對于系統資源的差異性需求。

當有新員工入職時，能夠快速增加云桌面，以滿足更多的擴展需求。

（6）節能

以200臺PC，5個服務器（PLM、OA、ERP、CRM、MES）為例，使用虛擬化平臺后，耗電量在原有基礎上降低30%以上。

為滿足以上需求，虛擬化平臺的架構如圖2所示。

圖2 虛擬化平臺架構

3.3 虛擬化平臺的軟硬件準備

當需求建立后，就需要著手開始虛擬化平臺的搭建工作，平臺的準備分為軟件及硬件兩部分。硬件主要為服務器的采購，軟件主要為虛擬化系統。在這2者準備完成后還需要輔以適當的網絡配置。以某企業為例，為建立虛擬化平臺所搭建的環境如表1所示。

3.4 實際應用

因企業辦公人員有200人左右，項目按照“整體規劃，分步實施”的方針進行。根據企業內部的需求緊迫程度，決定先將研發部門的PC遷移至虛擬云平臺中。

為考慮過渡平穩，研發部門留有部分PC機，以備不時之需。因整體遷移至虛擬云桌面，則將換下的PC主機補充給其他所需要的部門。這樣做既能做到物盡其用，又能避免浪費。同時也為未來維護提供了備件支撐。

表1 硬件配置

3.4.1 軟件收集

各部門所使用的軟件各不相同，這就要求云桌面能夠為每一個部門提供單獨的桌面。為了滿足這一目標，就需要向各部門完整收集所實際需要使用的軟件。

以某單位研發部門為例，部分所需軟件如圖3。

圖3 各部門軟件實例

3.4.2 硬件資源分配

由于各個部門所需要的軟件不同，以某部門桌面為例，主要硬件資源為：

CPU：Intel Xeon E5-2637 V4獨占2個核心；

內存：4G；

硬盤：C盤100G，D盤78G；

顯卡：GRID K2動態共享。

3.4.3 實際桌面

當軟件收集、資源分配完成后，則著手進行部門桌面搭建。因未來每一個部門所使用的桌面平臺及環境一致，則只需要為部門單獨配置1個云桌面即可，后續所有部門的桌面都基于此桌面而產生的實例。例如當A部門將模板機配置完成后，A部門下所有員工都可以獲得一個基于模板機創建的實例。

以圖4為例，第一個模板機計算機名為：VDIZSZX01，后續建立的實例則為VDIZSZX02、VDIZSZX03……。同時將實例的C盤作為模板機的C盤的鏡像。即：當每一個用戶下班關機后，實例的C盤將被重置，最大程度保護云桌面不受病毒破壞。然而實例中的D盤作為用戶的個人存儲被單獨記錄，這樣既保證了云桌面的安全，又保證了用戶進行個人存儲的需要，可謂一舉兩得[4]。

圖4 云桌面實例

3.4.4 控制器負載監控

如圖5，在虛擬服務器的后臺控制端界面中，可以很清晰的看到目前有哪些電腦正處于活動狀態，哪些電腦已經關機。并且對于活動狀態的客戶端，也能夠實時查看其占用的系統資源，通過此功能能為后續的優化及調整資源提供數據參考[5]。

3.5 冗余管理

虛擬化云桌面的另一個重要功能就是冗余管理，其能有效幫助企業抵消在數據方面存在的丟失風險。也可以幫助企業更好地利用網絡帶寬等資源。

舉例1：數據安全

在虛擬服務器及存儲服務器中，所有硬盤通過磁盤陣列卡（RAID）連接，在兼顧性價比及性能的考慮后，使用RAID5模式。

RAID 5是一種存儲性能、數據安全和存儲成本兼顧的存儲解決方案。RAID 5可以理解為是RAID 0和RAID 1的折中方案。RAID 5可以為系統提供數據安全保障，但保障程度要比Mirror低而磁盤空間利用率要比Mirror高。RAID 5具有和RAID 0相近似的數據讀取速度，只是多了一個奇偶校驗信息，寫入數據的速度比對單個磁盤進行寫入操作稍慢。同時由于多個數據對應一個奇偶校驗信息，RAID 5的磁盤空間利用率要比RAID 1高，存儲成本相對較低，是目前運用較多的一種解決方案。

RAID5把數據和相對應的奇偶校驗信息存儲到組成RAID5的各個磁盤上，并且奇偶校驗信息和相對應的數據分別存儲于不同的磁盤上，其中任意N-1塊磁盤上都存儲完整的數據，也就是說有相當于一塊磁盤容量的空間用于存儲奇偶校驗信息。因此當RAID5的一個磁盤發生損壞后，不會影響數據的完整性，從而保證了數據安全。當損壞的磁盤被替換后，RAID還會自動利用剩下奇偶校驗信息去重建此磁盤上的數據，來保持RAID5的高可靠性。

圖5 后臺監控

綜上所述，若虛擬服務器及存儲服務器上的任意一塊硬盤發生損壞，那么只需要采購同樣規格的硬盤，在停機狀態下替換原有損壞的硬盤，那么原有信息即會進行自動重構。保證了數據在服務器上的安全。

舉例2：網絡負載

虛擬服務器通過網線與企業光纖交換機相連，每一個虛擬服務器都有4個千兆LAN口，通過這4個LAN將內外網的網絡請求進行負載均衡[6]，這樣可以在極大程度上保證每個用戶連入云桌面的良好感受。如圖6所示。

3.6 實際收益

要衡量虛擬化云桌面是否成功，至少要進行以下幾個方面的評估。

（1）軟硬件平臺的可用性

當用戶所有的常用軟件都移植到了虛擬云桌面后，首先要保證用戶能夠正常使用平時工作時的軟件。從項目實施的角度而言，這部分軟件問題不太會出現，但對于部分專用軟件例如MCAD及ECAD等，則需要注意其激活等問題。

（2）數據安全性

虛擬服務器是否采用了RAID5模式是判別數據是否安全的一個重要標志，其特點在于，任意一塊硬盤壞了，都可以直接通過替換硬盤的方式來解決，這就保證了數據的安全性。按照現有企業對于IT的要求，只需要每2周檢查一下磁盤是否有壞道的情況，即可最大程度保障虛擬云桌面及相關系統的數據安全。

同時也可以對虛擬云桌面配置策略，做到虛擬云桌面中的內容不能被轉移至其他電腦中。例如本地文件不允許上傳至云桌面，同理云桌面的內容也不允許下載至本地電腦。但為了保障用戶在實際使用過程中沒有太多障礙，則可以允許虛擬云桌面能夠訪問自己公司的郵箱及特定的部分網站，除此以外通過云桌面的策略及網關加以限制。這樣既做到了數據安全，又最大限度地提升了工作效率。

（3）可擴展性

當企業規模逐漸擴大，人員增多時，虛擬服務器的資源將逐漸緊缺，在不增加硬件資源的情況下，依然增加虛擬機的數量，那么每臺虛擬機所能分配到的資源將越發有限，用戶就會抱怨系統運行緩慢。在此情況下，企業就需要增加相應的虛擬服務器及存儲服務器。

因原有虛擬服務器已經為云桌面服務，所以這就要求后續增加的資源要能與原有資源進行融合，并為虛擬云桌面服務。

圖6 資源消耗匯總

（4）綠色節能

在使用了云桌面后，就需要對耗能進行評價，以評估云桌面的經濟性。

普通PC耗能平均按1小時250 W來計算（包含顯示器及主機）。

工作站耗能平均按1小時300 W來計算（包含顯示器及主機）。

服務器耗能平均按1小時600 W來計算（不包含顯示器）。

虛擬云桌面服務器共計3臺，每臺按最大功率1 800 W/h計算。

存儲服務器共計2臺，每臺按最大功率850 W/h計算。

備份一體機共計1臺，每臺按最大功率500 W/h計算。

瘦客戶端耗能平均按1小時50 W來計算。

連接瘦客戶端的普通液晶顯示器（19寸）耗能平均按40W/h計算。

PC及工作站按每天10 h使用時長計算，所有云桌面及服務器按24 h使用時長計算，表2和表3為兩種情況下一年（2017工作日天數為248天）耗電量的對比。

表2 普通PC電力消耗表

云桌面也按100臺電腦的負載進行計算，并全部按照全年24 h無休時長進行計算。

表3 云桌面電力消耗表

上述兩表顯示的是，使用普通PC端時，PC的正常耗電量，實際普通工作站的耗能不會低于300 W（專業顯卡耗能基本在150 W左右）。而虛擬服務器都按照最大功率計算，實際使用功率實測都沒有超過1 000 W/h，但即使在此“不公平”的情況下，云桌面的能耗也優于普通PC，其經濟性完勝PC。

（5）可維護性

虛擬云桌面可以通過外網直接聯入，所以IT可以在自己的工位上處理終端用戶的問題。當終端用戶對系統使用存在異議或者問題時，可以直接通過辦公電話反饋給維護人員。維護人員可以坐在自己電腦上進行處理，避免來回奔波造成的時間損失，這對于集團型企業的效果特別明顯。同理當PLM/OA/CRM/ERP/MES等服務器需要停機維護時，不需要維護人員到公司進行操作，在家即可輕松做好服務器的軟硬件維護，大大減輕了人員工作強度。

4 結論

企業面對的競爭日益激烈，外部環境變化越來越快，如果企業內部的信息化管理模式還基于以前10-20年的方式，那么信息系統的拖累，人員增長而帶來的硬件添加成本將會越來越嚴重，使用虛擬化云平臺首先可以保證企業無需再使用加密軟件來保護私有資料被惡意盜取，又可以保證企業避免因硬盤損壞而導致的資料丟失。同時又能節能減排，真正意義上地實現企業降本增效。

企業內部所使用的信息系統也應該統一管理，如每上一個系統都需單獨采購服務器硬件，那么久而久之，服務器將越來越多，IT運維的壓力也將日益加大。通過虛擬化云桌面平臺，可在后臺進行實時備份，即使信息系統突然崩潰與硬盤壞道同時發生，也能通過其他備份將數據還原。

企業發展離不開員工的付出，IT常聽到用戶抱怨，在外出差不能連公司信息系統或者使用VPN連接速度較慢，體驗感受不佳。即使好不容易提高了網速，但因硬件本身性能的限制也難以在出差的狀態下進行三維模型設計，然而使用了虛擬云桌面，則不再存在這樣的問題。

總之，虛擬化云平臺給企業帶來了一種新的管理方式，通過它可以滿足企業原本就存在的一些需求，通過與策略配合，又能做好數據的管控，可謂是一舉多得。

參考文獻：

［1］谷東虎，秦偉.基于云制造的虛擬云桌面的設計與應用［J］.工程技術（全文版），2016（8）：15-15.

［2］成靜靜.基于虛擬化的云桌面技術方案研究與設計［J］.廣東通信技術，2011，31（6）：36-39.

［3］陳皓圭.虛擬云桌面應用技術研究［J］.電腦知識與技術，2017，13（11）：198-199.

［4］程慶年，周冠宇.云桌面USB重定向融合方法探討與實現［J］.移動通信，2017，41（14）：50-53.

［5］周杭聲.基于云桌面技術的舊機房改造的探討［J］.電腦知識與技術，2015（13）：74-75.

［6］陳金木.關于機房云桌面管理的探索［J］.數字技術與應用，2016（9）：225-225.