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引言

云桌面是云計算模式下類IT的創(chuàng)新辦公應(yīng)用系統(tǒng)，可以將計算、存儲、管理服務(wù)發(fā)布給使用者，實現(xiàn)向任何地點的任何設(shè)備交付應(yīng)用和桌面服務(wù)(即數(shù)據(jù)的存儲和管理都集中在云端，用戶界面使用遠程協(xié)議傳輸?shù)接脩舻慕K端設(shè)備上)。實際上，云桌面是一種結(jié)合了云桌面技術(shù)的解決方案，解決了用戶使用傳統(tǒng)PC時遇到的問題，是替代傳統(tǒng)PC的解決方案。

據(jù)IDC統(tǒng)計，PC出貨量持續(xù)下滑，參見圖1，流失的PC銷量流向兩個方向，個人市場流向了移動平板，企業(yè)市場流向了云桌面。云桌面(瘦終端)的市場穩(wěn)步增長，參見圖2，市場年復(fù)合增長率大于7%。所以，云桌面會掀起未來PC行業(yè)的改革浪潮，是近年來乃至未來數(shù)年的熱點。

本文旨在探討云桌面的方案與實踐，首先闡述云桌面實踐中的各種部署模式，并對實踐中的云桌面關(guān)鍵技術(shù)進行探索，最后給出應(yīng)用實踐。

圖1 近年P(guān)C銷量

圖2 云終端出貨量IDC報告

1 云桌面的部署模式

云桌面在實際應(yīng)用中，根據(jù)應(yīng)用場景不同，有多種部署模式，出現(xiàn)最早且應(yīng)用最多的云桌面部署模式是VDI(虛擬桌面架構(gòu))方式，VDI這種形式，和上面的定義相同，就是把一個物理機裝上虛擬化軟件后，變成多個虛擬機，每個虛擬機可以分配給一個桌面用戶來使用，也就是說，每個用戶是獨占一個云端虛擬機的。

但是在實際應(yīng)用中，有的桌面用戶對資源需求較少，如網(wǎng)管等，所以獨占虛機有些資源浪費，所以就出現(xiàn)了另一種云桌面架構(gòu)，SBC(Server-Based Compute)，基于服務(wù)器的計算，也叫虛擬化應(yīng)用。 SBC這種形式，就是把一個物理機上面直接裝上Windows Server 2008或2012操作系統(tǒng)，或在操作系統(tǒng)(即應(yīng)用服務(wù)器)，再裝上應(yīng)用程序，可以讓很多人共同使用這個操作系統(tǒng)，這就是會話桌面；也可以在操作系統(tǒng)上安裝某應(yīng)用程序，讓很多人來共同使用這個應(yīng)用程序，這就是會話應(yīng)用。這適用于極輕載的應(yīng)用，因為每個用戶實際上只占用了一個進程。

無論VDI還是SBC，其計算資源均是在云端的，云端完成計算后，將結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)用桌面協(xié)議傳送到用戶端。所以，它們對于網(wǎng)絡(luò)的依賴性非常強，且3D設(shè)計、高清視頻播放、流媒體應(yīng)用等場景對服務(wù)器壓力較大，所以在VDI模式下使用效果不好。

近年來，另一種技術(shù)悄然而生，這就是VOI(Virtual OS Infrastructure)，也稱為物理PC虛擬化或虛擬終端管理[1]。VOI架構(gòu)充分利用終端本地的計算能力，桌面操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件集中部署在云端，啟動時云端以數(shù)據(jù)流的方式將操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件按需傳送到客戶端，并在客戶端執(zhí)行運算，可獲得和本地PC相同的使用效果，但是也改變了PC無序管理的狀態(tài)，獲得和VDI相同的管理能力和安全性。

VOI可支持各種計算機外設(shè)以適應(yīng)復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境及未來的應(yīng)用擴展。同時，對網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器的依賴性將大大降低，即使網(wǎng)絡(luò)中斷或服務(wù)器宕機終端也可繼續(xù)使用，數(shù)據(jù)可實現(xiàn)云端集中存儲也可實現(xiàn)終端本地加密存儲，且終端應(yīng)用數(shù)據(jù)不會因網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)端故障而丟失。

VDI的大量使用給用戶帶來了便利性與安全性，VOI補足了高性能應(yīng)用及網(wǎng)絡(luò)狀況不佳時的應(yīng)用，以及對于原有PC的統(tǒng)一管理，所以最理想的方案是VDI+VOI融合，參見圖3，將兩種主流桌面虛擬化技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)資源合理的集中[2]。在高性能桌面等場景使用VOI，在占用網(wǎng)絡(luò)帶寬小、接入方式多樣、接入終端配置低、硬件產(chǎn)品年代舊、用戶需要快速接入桌面等場景使用VDI，利用低配置多種類型終端通過網(wǎng)絡(luò)訪問虛擬桌面。

以上各種云桌面部署模式匯總見表1。

圖3 VDI+VOI融合桌面架構(gòu)

表1 云桌面部署模式總結(jié)與對比

2 云桌面解決方案架構(gòu)

下面來介紹一下云桌面解決方案構(gòu)成。云桌面解決方案如圖4所示。

圖4 云桌面解決方案架構(gòu)

在上面云桌面的解決方案中，云端基于傳統(tǒng)的IT硬件，依托于云操作系統(tǒng)的虛擬化技術(shù)，將物理設(shè)備變成多個資源可靈活調(diào)配的虛擬機，在云桌面及應(yīng)用管理層，通過桌面協(xié)議將虛擬機的計算結(jié)果經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳送給用戶端；在用戶端需要有接收設(shè)備，這個可以是利舊的PC、專用的云終端、PAD、智能手機，甚至機頂盒等。這樣提供的云桌面可廣泛應(yīng)用于教育、能源、金融、專網(wǎng)、運營商等多種行業(yè)領(lǐng)域。

在云桌面層，需實現(xiàn)VDI桌面、SBC桌面、VOI桌面及應(yīng)用軟件的統(tǒng)一管理。

3 云桌面應(yīng)用實踐關(guān)鍵技術(shù)難點

云桌面的使用，改變了原有PC的數(shù)據(jù)傳輸方式，參見圖5，計算單元處理完成之后的數(shù)據(jù)，不是經(jīng)過數(shù)據(jù)線直接傳輸?shù)斤@示器，而是通過網(wǎng)絡(luò)使用桌面協(xié)議傳輸?shù)接脩舳?，技術(shù)實現(xiàn)的改變也帶來了一些使用上的關(guān)鍵技術(shù)難點，影響用戶使用體驗。

圖5 云桌面技術(shù)本質(zhì)

下面介紹一下影響云桌面使用體驗的幾個關(guān)鍵技術(shù)及業(yè)界處理方法。

3.1 帶寬優(yōu)化

因為云桌面在云端的處理結(jié)果是通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接脩舳说模詫W(wǎng)絡(luò)的依賴性極強，在網(wǎng)速帶寬不夠或者質(zhì)量不好時，用戶體驗也隨之下降，使用卡頓甚至無法使用。所以如何在同等信息量下使屏幕信號占用更少帶寬，在低帶寬下甚至公網(wǎng)條件下依舊可以流暢使用桌面，是目前業(yè)界的一個難題。

業(yè)界通常的處理方式，是使用屏幕捕捉的方式，捕捉屏幕上變化的部分進行判斷，如果判斷為簡單圖形，使用lz/glz進行壓縮；如果判斷為復(fù)雜圖像，通常使用jpeg或mpeg進行編碼壓縮，并使用桌面協(xié)議進行封裝后通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到客戶端。由于mpeg的壓縮比不高，通常在播放PPT動畫時都會有較大卡頓，對于高清視頻等屏幕變化較快時的應(yīng)用效果非常不好。

業(yè)界先進的處理方式是使用X264進行編碼，以適應(yīng)云桌面這種的特殊應(yīng)用場景：檢索圖像的實際變化區(qū)域(只編碼變化部分)，利用X264強大的壓縮功能，及緩存幀信息特性，取得非常好的低帶寬效果[3]。測試效果來看，帶寬降低率可達50%，舉例來說，這種流式桌面在1Mb/s帶寬條件下和非流式桌面2Mb/s下幾乎相同的使用。

3.2 外設(shè)重定向

我們在使用PC的時候，經(jīng)常會直接連一些打印機、鼠標(biāo)鍵盤手寫板等外設(shè)使用，而在云桌面場景中這些外設(shè)是連接在本地的云終端上，但是使用這些外設(shè)的卻是在網(wǎng)絡(luò)另一端的云端的虛擬機，這就需要將這些外設(shè)重定向給虛擬機使用。

由于外設(shè)種類非常多，所經(jīng)過的網(wǎng)絡(luò)也非常復(fù)雜，所以在實際使用中，用戶經(jīng)常會遇到在終端上連接上一個外設(shè)，但是在虛機里沒反應(yīng)的情況。

外設(shè)重定向問題直接影響用戶使用體驗，這是桌面用戶調(diào)研時用戶反饋最多的問題。

在技術(shù)上，可以采取將外設(shè)使用獨立通道，和其他屏幕信號通道分開，提高通道優(yōu)先級等措施，但是由于新的外設(shè)層出不窮，非標(biāo)外設(shè)也非常多，所以持續(xù)和及時的優(yōu)化和支持是目前解決這一問題的最好途徑。

3.3 無代理殺毒

云桌面應(yīng)用時，防病毒也是重中之重，通常用戶習(xí)慣上還是使用單機版殺毒軟件，如360、趨勢等，這些病毒軟件，自身占用虛機資源多，并且在進行病毒掃描時，幾乎會占用90%以上的虛擬機資源，導(dǎo)致用戶在使用桌面時出現(xiàn)卡頓、拖動鼠標(biāo)無反應(yīng)等。

另外還有一種云殺毒軟件，如Mcafee的Move版本、瑞星的服務(wù)器版，將殺毒策略及病毒庫安裝在獨立的物理機或者虛擬機上，每個虛擬機上只安裝輕代理，病毒庫更新不在每個虛機代理上進行，病毒更新或掃描對虛擬機影響小，可以在用戶接受的范圍。

對于殺毒，還有一種更好的方式，參見圖6，每個虛擬機上不再需要安裝殺毒代理客戶端，即無代理殺毒。在物理機上集中部署一個無代理中控，病毒庫更新、殺毒掃描策略、檢測日志等，用戶可以無感知享受病毒防護服務(wù)，是目前效果最好的一種殺毒方式[4]。這種實現(xiàn)方式，不能將殺毒軟件直接安裝部署使用，桌面廠家必須在虛擬化層和殺毒軟件進行合作開發(fā)，將無代理中控嵌入到虛擬化軟件中，由于合作開發(fā)量較大，目前能夠支持這種殺毒方式的云桌面廠家并不多。

圖6 云桌面無代理殺毒

3.4 應(yīng)用軟件管理

在云桌面的實際使用過程中，用戶不及時更新軟件或者過度濫裝各種應(yīng)用軟件，都會使個人使用體驗變差，使維護人員的維護工作量增大。雖然在桌面環(huán)境場景下已經(jīng)提供了模板功能，可以提前安裝操作系統(tǒng)和用戶常用應(yīng)用軟件，但在用戶使用桌面后，再希望對系統(tǒng)環(huán)境的軟件進行更新、安裝、卸載，仍需要每臺桌面單個執(zhí)行。管理員無法在服務(wù)器端批量更新應(yīng)用軟件或卸載違規(guī)軟件。

目前業(yè)界的通常處理方式，是借助于微軟的AD(Active Directory)域控所具備的軟件管理功能，實現(xiàn)對于應(yīng)用軟件的安裝、更新等控制，但是AD域控在使用上是受限制的，只針對擴展名為.mse的文件有效，不能管理其他類型軟件。

業(yè)界最好的處理方式，是在云桌面中提供軟件管家工具，管理員可以在服務(wù)器端對終端用戶進行批量軟件操作，用戶也可以自行通過客戶端進行軟件安裝和卸載。軟件管家可以實現(xiàn)以下5種功能。

1)操作系統(tǒng)補丁及時更新。云桌面的Windows操作系統(tǒng)漏洞是當(dāng)前局域網(wǎng)中的一個重大風(fēng)險，如果局域網(wǎng)中存有大量沒有及時部署關(guān)鍵補丁的不安全桌面，將會增加局域網(wǎng)操作病毒攻擊并導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞的風(fēng)險[5]。云桌面應(yīng)用管理系統(tǒng)可對接微軟補丁發(fā)布系統(tǒng)，使操作系統(tǒng)補丁及時統(tǒng)一部署，強制云桌面安裝，杜絕局域網(wǎng)中風(fēng)險桌面，減少病毒感染和局域網(wǎng)傳播風(fēng)險。

2)企業(yè)軟件集中下發(fā)、回收。通過軟件系統(tǒng)，管理員可在云桌面內(nèi)批量下發(fā)給用戶軟件安裝或回收卸載軟件，也可對軟件進行停用。

3)任務(wù)模板定時定量軟件策略。通過任務(wù)模板機制，定時執(zhí)行模板的設(shè)定動作，靈活實現(xiàn)各種場景定時軟件操作或命令執(zhí)行。如在某一時刻對某些用戶管控軟件執(zhí)行安裝、回收卸載、運行、關(guān)閉、啟用、停用。通過模板策略定時進行管理，提升IT管理效率。

4)非管控軟件使用監(jiān)控。除了從軟件管家安裝的軟件外，用戶自行通過其他途徑安裝的軟件，作為軟件管家的非管控軟件，系統(tǒng)可以監(jiān)控，查看到軟件列表。

5)違規(guī)軟件限制使用。對于非管控軟件，有部分是企業(yè)限制使用的軟件，例如很多正版軟件，公網(wǎng)上存有破解版，用戶自行下載使用會造成企業(yè)侵權(quán)風(fēng)險。或企業(yè)現(xiàn)在使用的溝通工具等，通過軟件系統(tǒng)，可設(shè)置匹配違規(guī)軟件名稱，可控制這些軟件的使用，限制用戶使用行為。

3.5 圖形桌面

3D等圖形桌面(Virtual Desktop)的應(yīng)用造成上層應(yīng)用軟件計算量大，僅靠CPU計算已經(jīng)不能滿足要求，所以需要GPU(Graphic Processor Unit)顯卡的支持。在云端的桌面物理服務(wù)器上要安裝GPU顯卡。

業(yè)界有兩種主要的圖形桌面處理方法：GPU透傳和GPU虛擬化。

1)GPU透傳，每個圖形用戶綁定獨立的顯卡。如果一個顯卡有多個物理CPU，則可以綁定其中的一個CPU。

如圖7所示，3D圖形桌面用戶需要圖形加速能力時，系統(tǒng)通過3D加速顯卡驅(qū)動把加速請求發(fā)送給虛擬化層(Hypervisor)，虛擬化層根據(jù)用戶顯卡的分配情況把加速請求發(fā)送給物理服務(wù)器上的物理顯卡(GPU)。顯卡完成3D計算后把結(jié)果呈現(xiàn)給虛擬桌面，系統(tǒng)通過遠程協(xié)議(Remote Protocol)呈現(xiàn)給終端用戶。

圖7 GPU透傳

這種方式成本較高，每一個GPU顯卡或一個物理CPU只能分配給一個用戶使用。

2)GPU虛擬化，能夠?qū)⒎?wù)器上的GPU虛擬成一個一個的vGPU給Hyper-V上的每個虛擬機使用。使用GPU虛擬化技術(shù)之后，可以讓運行在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器上的虛擬機實例共享使用同一塊或多塊GPU處理器進行圖形運算，這種安全且高效的桌面訪問方式，被越來越多的用戶追捧[6]。這在業(yè)界是唯一的GPU虛擬化解決方案，極大地節(jié)省了那些針對圖形應(yīng)用的桌面虛擬化項目的成本，但是對于眾多的圖形應(yīng)用程序來講，其對顯卡的要求各不相同，并不是所有的應(yīng)用都可以完全支持，所以在VDI項目實施前一定要檢查好應(yīng)用與vGPU的兼容性。而且GPU虛擬化層的更新周期非常長，而實際的GPU控件卻更新非?？欤訥PU虛擬化并不能很好地廣泛應(yīng)用。

對于3D圖形桌面的解決方案，筆者傾向于使用VOI來解決3D圖形問題，充分利用終端本地的圖形處理能力，獲得好的體驗，還可以對這些終端進行與VDI相同的有效管理，節(jié)約云端的虛擬機資源和GPU資源成本以及網(wǎng)絡(luò)帶寬成本。

4 云桌面應(yīng)用實踐

具備端到端的云桌面整體解決方案，憑借先進的技術(shù)，為業(yè)界創(chuàng)新提供VDI+VOI融合解決方案，并獨家提供完善的軟件管家系統(tǒng)，以及先進的流式桌面技術(shù)，在教育、能源、運營商、專網(wǎng)、大商業(yè)等均有廣泛應(yīng)用。典型應(yīng)用有福建移動普通辦公、營業(yè)廳、客服等場景；蘇州太倉智慧園區(qū)桌面租賃場景；西南交通大學(xué)科學(xué)計算場景；西充縣教育局、浙江湖州二中、教育應(yīng)用場景；延邊中醫(yī)院醫(yī)療應(yīng)用場景；松源醫(yī)院精簡PC場景；河南國資委、西安鐵路局黨校等政府辦公場景；能源、公安、WJ等專網(wǎng)安全辦公場景等。下面介紹兩個有代表性的應(yīng)用實踐[7]。

4.1 教育領(lǐng)域應(yīng)用實踐-某實驗中學(xué)云桌面應(yīng)用

在高教、普教等領(lǐng)域，學(xué)生機房、多媒體教室有大量PC機，維護工作量巨大。

1)學(xué)生破壞性使用PC機造成維護工作量大；

2)使用USB資料拷貝造成大量的病毒傳播；

3)頻繁地使用U盤，導(dǎo)致PC機U口損壞嚴(yán)重；

4)教師在家備課內(nèi)容需要頻繁拷貝到學(xué)校。

中興通訊為某縣教育局下轄53個地市的中學(xué)建設(shè)了基于云桌面的多媒體教室，帶來維護和使用的極大便利。

1)使用專門針對云桌面原理而開發(fā)的教學(xué)管理軟件興云課堂，實現(xiàn)互動教學(xué)；解決了基于PC版的教學(xué)管理軟件直接移植到云桌面上，而帶來的卡頓、不兼容等問題；使用組播技術(shù)，減少網(wǎng)絡(luò)壓力。

2)提供統(tǒng)一的教學(xué)資源模式，完成教學(xué)、培訓(xùn)等內(nèi)容；減少維護復(fù)雜度，提升效率。

3)云桌面系統(tǒng)自帶系統(tǒng)還原，使學(xué)生的桌面環(huán)境可以得到快速恢復(fù)，減少維護工作量。

4)云桌面系統(tǒng)支持鏈接克隆，可以在課間10分鐘內(nèi)實現(xiàn)課程模板的快速切換，而無需重新安裝系統(tǒng)。

5)減少頻繁的USB拷貝，有效防止病毒入侵。

4.2 國家電網(wǎng)安全辦公應(yīng)用

國家電網(wǎng)全國各省電力公司有非常多的電網(wǎng)營業(yè)廳一線班組人員，PC設(shè)備陳舊，邊遠地區(qū)維護力量弱，用戶工作效率低；國家電網(wǎng)涉及國家能源信息安全，PC機分散在每個用戶手中，安全情況屢禁不止。針對用戶行為，無法進行有效監(jiān)管和審計。

針對用戶情況，中興通訊為國網(wǎng)某省電力公司提供了云桌面解決方案，在省公司集中部署云桌面平臺，并結(jié)合云盤技術(shù)，為用戶提供可動態(tài)增加的數(shù)據(jù)盤服務(wù)。

1)實現(xiàn)了內(nèi)外網(wǎng)物理隔離，數(shù)據(jù)加密、外設(shè)管控，保證信息安全；

2)用戶數(shù)據(jù)集中存儲在云端，保證數(shù)據(jù)安全；

3)支持安全U盤，及USB精細(xì)化控制，實現(xiàn)按照設(shè)備類型及黑白名單的多種控制方式；

4)桌面管理平臺支持分權(quán)分域，各地市可以各自維護自己地域的云終端，分散運維壓力；

5)日志一鍵收集，精細(xì)行為審計，安全事件可管可控可查。

5 結(jié)論

本文對業(yè)界云桌面的發(fā)展背景及趨勢作了詳細(xì)介紹，對云桌面分類、各種應(yīng)用場景及對應(yīng)技術(shù)架構(gòu)進行分析，并對云桌面實際應(yīng)用實踐中影響云桌面使用體驗的關(guān)鍵技術(shù)問題進行闡述，最后介紹了云桌面實際應(yīng)用案例及效果?？梢灶A(yù)見，云桌面是業(yè)界研究和應(yīng)用的熱點，現(xiàn)在云桌面已經(jīng)進入到了推廣期，未來會有更廣泛的應(yīng)用。

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