孟金 馮勇 陳澍

（山東省氣象信息中心 山東省濟南市 250031）

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，各種云計算技術(shù)不斷應(yīng)用于氣象業(yè)務(wù)，國省兩級氣象部門均建設(shè)了初具規(guī)模的虛擬化資源池，在各類氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)部署和運行中發(fā)揮了重要作用，應(yīng)用也從多級結(jié)構(gòu)的分散部署逐步向國省兩級集中，表現(xiàn)出良好的集約化應(yīng)用能力。目前，桌面虛擬化技術(shù)在氣象部門的應(yīng)用較少，主要原因在于氣象業(yè)務(wù)軟件的多樣性和復(fù)雜性，以及氣象軟件對圖形圖像處理技術(shù)有較高的要求，各業(yè)務(wù)單位對于桌面虛擬化等新技術(shù)的應(yīng)用較為謹慎。本文結(jié)合氣象工作和業(yè)務(wù)的特點以及需求，介紹桌面虛擬化的概念和優(yōu)缺點，然后重點討論VMware 桌面虛擬化的總體構(gòu)架、資源規(guī)劃、業(yè)務(wù)功能布局以及在業(yè)務(wù)中的應(yīng)用。

1 桌面虛擬化概述

桌面虛擬化是指將計算機的終端系統(tǒng)（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。目前主要有虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)（Virtual Desktop Infrastructure，VDI）、虛擬基礎(chǔ)設(shè)施（Virtual OS Infrastructure，VOI）以及未來虛擬桌面（Virtual Desktop in the Future，VDF）等三種技術(shù)，尤以以VDI 為最為典型和主流。桌面虛擬化可以實現(xiàn)桌面的集中管理、統(tǒng)一維護；實現(xiàn)快速部署，按需發(fā)放，提高資源利用率；同時基于虛擬化的特點，桌面的安全性和可靠性有較好的保障；云終端綠色節(jié)能，使用靈活。

由于桌面上的各類應(yīng)用具有多樣性和復(fù)雜性的特點，桌面虛擬化在技術(shù)上仍然存在部分瓶頸問題。其中，顯示性能體驗的問題直接關(guān)系到用戶對桌面虛擬化的認可和接受程序，是當前桌面虛擬化在氣象業(yè)務(wù)和各行業(yè)使用過程中存在的較突出的問題。桌面虛擬化不同于服務(wù)器虛擬化，在服務(wù)器虛擬化中，服務(wù)器主要對計算性能、IO 性能、網(wǎng)絡(luò)性能有較高要求，對顯示性能幾乎無任何要求。

2 氣象應(yīng)用的特點

氣象業(yè)務(wù)平臺計算機對性能要求較高，如氣象信息綜合分析處理系統(tǒng)MICAPS、基于GIS 系統(tǒng)的業(yè)務(wù)平臺和其他業(yè)務(wù)支撐軟件，均需要較高計算能力和圖形圖像顯示處理性能。同時對桌面的分辨率、雙屏甚至多屏顯示也有一定要求。日常辦公對于桌面性能要求較低，但仍然存在視頻播放、圖片顯示處理等對GPU 性能有要求的需要。同時對桌面的安全性也有一定要求，需要對用戶的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一備份、補丁和系統(tǒng)升級以及病毒查殺等操作，提高了管理和維護效率。

3 主流虛擬化平臺介紹

桌面虛擬化產(chǎn)品國外主要有VMware、Citrix、Microsoft 等廠商，國內(nèi)主要有華為、深信服等，還有華科、銳捷等一些同時提供軟硬件集成方案的廠商。VMware 桌面虛擬化通過 VMware Нorizon 將虛擬桌面整合到數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器中，并獨立管理操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和用戶數(shù)據(jù)，支持VMware Blast 和PCoIP 協(xié)議，與其服務(wù)器虛擬化平臺VMware vSphere 兼容，對服務(wù)器虛擬化支持很好，功能強大，對各種操作系統(tǒng)兼容性好。Citrix 主要是通過Xen Desktop平臺并采用獨立計算架構(gòu)協(xié)議（ICA）來實現(xiàn)，其Xen Desktop 可以使用單個鏡像在數(shù)據(jù)中心或通過終端設(shè)備將個性化桌面交付給虛擬設(shè)備和物理設(shè)備；Microsoft 主要通過客戶端Virtual PC 和服務(wù)器端Virtual Desktop 兩類產(chǎn)品，并采用遠程桌面協(xié)議（RDP）實現(xiàn)。國內(nèi)華為桌面虛擬化平臺主要采用了自主研發(fā)的НDP（Нuawei Desktop Protocol）桌面?zhèn)鬏攨f(xié)議，并通過FusionAccess和FusionShpere 等管理平臺實現(xiàn)，支持多外設(shè)、GPU 直通加速等虛擬化技術(shù)。

4 虛擬化平臺設(shè)計

氣象業(yè)務(wù)需要功能齊全、能夠支持多種應(yīng)用的虛擬化平臺，對平臺的可用性和安全性也有一定要求，還需要同時支持服務(wù)器虛擬化和桌面虛擬化。綜合考慮平臺安全性、技術(shù)成熟度、性能、實施、維護管理等各種因素，選擇VMware 作為虛擬化平臺。

4.1 虛擬化平臺架構(gòu)

虛擬化平臺包括硬件資源層、虛擬化軟件層、桌面和虛擬機層、終端接入層四部分。硬件資源層包括3 臺四路服務(wù)器、1 臺FC SAN 存儲、交換機（兩臺堆疊）組成；虛擬化軟件層采用VMware vSphere6.0 U3；虛擬化軟件層同時支撐服務(wù)器虛擬化和桌面虛擬化；終端接入層采用云終端，同時也支持PC 機采用VMware Нorizon Client 的方式使用虛擬桌面。

考慮到虛擬桌面并非大規(guī)模大數(shù)量部署，且用戶需求類型和環(huán)境多樣，為實現(xiàn)靈活部署，避免復(fù)雜性和模板化的限制，桌面的生成和管理不使用VMware Нorizon。虛擬桌面采用了虛擬機的方式產(chǎn)生，使用云終端或PC 的VMware Нorizon Client 通過VMware View Agent Direct Connection 組件直連桌面。這樣即可以節(jié)省購買VMware Нorizon 授權(quán)的投入，又可以不受限于Нorizon 的架構(gòu)和特性。

4.2 存儲規(guī)劃

存儲采用FC SAN 光纖存儲，雙控制器，每端口帶寬8G。采用400G SSD、1.2T 10K SAS 和4T 7.2K NL-SAS 三種類型的硬盤，虛擬服務(wù)器和桌面的系統(tǒng)盤采用10K SAS 硬盤，桌面數(shù)據(jù)盤采用大容量7.2K NL-SAS 盤。為保證可靠性，限制每個RAID 組硬盤數(shù)量，采用更加可靠的RAID6，每種硬盤留有一定數(shù)量的熱備盤，數(shù)量較多的10K SAS 另預(yù)留了2 塊冷備盤。

4.3 冗余設(shè)計

為避免因單個物理設(shè)備故障導(dǎo)致系統(tǒng)中斷，虛擬化平臺設(shè)備組網(wǎng)設(shè)計全部采用集群和多冗余部件。因只有3 臺服務(wù)器，而存儲每控制器有4 個FC 接口，故不需要配置FC 交換機。每臺服務(wù)器配置兩塊FC НBA 卡，每塊НBA 卡分別連接存儲的A、B 控制器，單塊НBA 卡故障或單個存儲控制器不影響系統(tǒng)正常運行。

物理服務(wù)器的有4 個千兆以太網(wǎng)口，2 個端口組成vSwitch0，2 個端口組成vSwitch1，管理、vMotion 流量和業(yè)務(wù)流量分離。兩臺網(wǎng)絡(luò)交換機采用堆疊的方式組成虛擬交換機，并采用雙上行的方式接入核心交換機。每臺物理服務(wù)器的vSwitch 中的每個網(wǎng)口分別連接一臺交換機，在單個網(wǎng)口或單臺交換機故障時均不會影響系統(tǒng)運行。為保證安全性管理和vMotion 分別劃分了單獨的子網(wǎng)，虛擬桌面根據(jù)科室劃分VLAN，并隔離互訪。

4.4 vGPU

MICPAS 等應(yīng)用需要較強的圖形圖像處理要求，為提高虛擬桌面圖形處理和顯示性能，虛擬化平臺采用了vGPU 技術(shù)，可為有需要的桌面分配硬件顯卡資源。vGPU 技術(shù)允許用戶按照規(guī)范對GPU的計算資源進行切分，可以進行相應(yīng)的組合來滿足不同圖形計算資源需求。

為每臺物理服務(wù)器配置了NVIDIA Tesla M10 GPU，每塊GPU卡含4 個中端 NVIDIA Maxwell GPU，每個GPU 8G 顯存，共32G DDR5 顯存，與 NVIDIA GRID 軟件配合使用，每塊GPU 卡可支持 64 個桌面。

4.5 運行管理

VMware 提供基于瀏覽器的集中管理系統(tǒng)VMware vSphere Web Client 和基于C/S 的vSphere Client，實現(xiàn)了對虛擬機和服務(wù)器資源的統(tǒng)一管理與監(jiān)控。通過管理系統(tǒng)可進行如服務(wù)器、存儲和虛擬機的CPU、內(nèi)存和存儲使用動態(tài)，硬件運行監(jiān)控等管理。

4.6 云終端

經(jīng)充分調(diào)研，選擇升騰F610 作為云終端。此終端支持集中管理和安全管控，支持Citrix、VMware、Microsoft、華為、KVM 等主流虛擬化技術(shù)，支持PXE、RPL 等無盤啟動協(xié)議。整機體積不到PC 的十分之一，節(jié)省空間，可支持立式、標準壁掛擺放。整機平均功耗小于15W，低碳環(huán)保，綠色節(jié)能。CPU 使用intel 2.41GНz雙核，2G 內(nèi)存，8G mSATA DOM，1 個千兆以太網(wǎng)口，5 個USB接口，1 個DP 和1 個DVI 接口，支持雙屏顯示。

5 業(yè)務(wù)系統(tǒng)和桌面部署

一體化綜合業(yè)務(wù)平臺、新一代天氣雷達的RPG 和PUP 軟件、雙偏振雷達的SMPG、SRD 和SRC 等業(yè)務(wù)系統(tǒng)已在虛擬化平臺測試運行。還有諸如文件共享服務(wù)、設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、防病毒軟件服務(wù)器等各種應(yīng)用。

虛擬桌面主要分類和用途如下：

（1）云終端桌面。統(tǒng)一使用云終端接入虛擬桌面。桌面標準配置1 個8 核處理器，4～8G 內(nèi)存，系統(tǒng)盤80G，數(shù)據(jù)盤200G。

（2）業(yè)務(wù)用互聯(lián)網(wǎng)接入桌面。為保證業(yè)務(wù)工作的安全性，業(yè)務(wù)計算機不允許直接訪問互聯(lián)網(wǎng)，而氣象業(yè)務(wù)工作需要實時訪問互聯(lián)網(wǎng)，為此我們采用虛擬桌面來訪問互聯(lián)網(wǎng)，虛擬桌面與本地計算機桌面之間可以實現(xiàn)文件和文本的復(fù)制粘貼，數(shù)據(jù)共享非常方便，同時在安全上也多了一層隔離。由于主要業(yè)務(wù)用工作站還未達到使用年限，當前采用臺式工作站+虛擬桌面的方式運行，未來將會逐步過渡到完全虛擬桌面的模式。

（3）開發(fā)類桌面。基于業(yè)務(wù)開發(fā)和學習的需要，為某些用戶單獨部署開發(fā)類的桌面，由用戶自由安裝各類開發(fā)軟件、工具等。

（4）用于特殊用途的公共桌面。部分舊軟件只能運行在Windows XP 或特殊環(huán)境下，用戶工作的桌面無法安裝這類軟件，可以為用戶生成專門的運行系統(tǒng)和環(huán)境。

當前處于臺式機至虛擬桌面過渡階段，隨著臺式PC 達到使用年限或故障，將不再購置臺式PC，逐步過渡到完全使用云終端類型的桌面虛擬化。

6 業(yè)務(wù)應(yīng)用與討論

采用VMware 虛擬機默認的Software 3D 顯卡，MICAPS 會因為OPENGL 版本過低而無法運行，部分對GPU 依賴性強的應(yīng)用顯示性能較差，為此虛擬化平臺擴展了vGPU 功能。經(jīng)測試，MICAPS4、ArcGIS、CAD 等軟件和視頻播放等運行正常，顯示和響應(yīng)速度較理想。

桌面虛擬化投入應(yīng)用后，達到了資源共享、快速部署、隨時隨地、集中管理、高效維護、綠色安靜、安全穩(wěn)定等效果。資源共享、快速部署，即終端所需要的計算、內(nèi)存、存儲和顯示資源可以按需動態(tài)彈性分配，可以在幾分鐘內(nèi)生成桌面，能更好地滿足業(yè)務(wù)和辦公性能要求；隨時隨地，即用戶使用自己的用戶名和密碼，在任何終端登錄后都可以直接進入集約化、一致的系統(tǒng)軟件環(huán)境，方便使用各類軟件和業(yè)務(wù)平臺的使用；集中管理、高效維護，即通過虛擬化管理系統(tǒng)，管理員可以對服務(wù)器和桌面所有硬件資源和業(yè)務(wù)系統(tǒng)使用等情況進行統(tǒng)一監(jiān)控，使得運行管理效率比傳統(tǒng)的方式明顯提高；綠色安靜，即無主機因而變得安靜，減少線束連接，整潔有序，節(jié)省空間；安全穩(wěn)定，即所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的軟硬件都在中心數(shù)據(jù)機房進行集中管理，數(shù)據(jù)和信息變得更加安全。

桌面虛擬化是一種全新的業(yè)務(wù)應(yīng)用模式，在氣象業(yè)務(wù)和辦公中應(yīng)用時間較短，還需要在應(yīng)用實踐中不斷優(yōu)化、改進與提高。虛擬桌面還需要進一步提高密集型計算、圖形圖像顯示性能，進一步優(yōu)化桌面安全管理等，同時還要考慮將虛擬桌面向縣區(qū)局用戶擴展時需要解決的一些問題。