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基于VOI的桌面虚拟化研究
发布者:  来源:  发布时间:2013-11-25

1 VOI架构概述

    基于VDI 的架构,是将远端显示结果的视频帧压缩后传输到客户端进行还原显示,这个过程会大量占用服务器的资源与网络带宽,而且在非全屏模式下,用户实际面对的是两个桌面,一个是自己本机的桌面,一个是远端推送过来的虚拟桌面,虚拟桌面上的运算如果需要调用本机资源与外设,需要通过本机的底层系统进行转发和映射,这降低了效率,牺牲了资源可用性。而虚拟操作系统架构(Virtual OS Infrastructure,VOI)则可以让虚拟系统从引导阶段就开始接管计算机硬件平台,直接工作在本机的硬件平台之上,不再需要下层系统的支撑。要想实现这一点就必须为客户机提供一个虚拟的磁盘存储空间,将操作系统放置这个虚拟存储空间里,让客户机从这个设备完成启动。

2 VDI模式分析

2.1 VDI的原理

    以Citrix、VMware 、Microsoft等为代表的公司推出的桌面虚拟化产品均采用了VDI 架构。VDI的基本原理是在中心上建立多台虚拟机(Virtual Machine)或安装多台Template(作为模板的电脑),根据交付的需要为这些机器安装好操作系统与应用软件,远程桌面会话服务器 (Remote Desktop Session Server)将对模板进行统一的协调管理,Terminal(终端泛指客户机)在需要使用虚拟桌面时,可以通过客户端程序或浏览器窗口登录连接[1]。主动选择或被动接受模板的桌面,登录成功后,终端当前操作系统之上将再开启一个新的窗口(可全屏),远程模板的系统运行桌面将呈现在这个窗口之中,这个窗口之中的桌面即被称之为虚拟桌面。用户对虚拟桌面上所有的操作包括运行应用软件与文件访问,实际上是对模板机的操作,通过特定的传输协议,可以将终端的输入流传输到模板机,模板机的输出流则被传回给终端,在终端的输出设备上重新还原出来。

2.2 VDI 主要传输协议分析

    因为虚拟桌面视图内容以图片方式进行传输,所以视频播放时的每一帧画面在解码后都将转为图片从而导致数据量的剧增。为了避免网络拥塞,ICA 采用压缩协议缩减数据规模但会造成画面质量损失,而SPICE则能够感知用户侧设备的处理能力,自适应地将视频解码工作放在用户侧进行。用户外设支持能够考查显示协议是否具备有效支持服务器侧与各类用户侧外设实现交互的能力,RDP和ICA对外设的支持比较齐备(例如支持串口、并口等设备),而PCoIP和SPICE当前只实现了对USB设备的支持。传输安全性是各个协议都很关注的问题,早期的RDP不支持传输加密,但在新的版本中有了改进。桌面显示协议是各厂商产品竞争的焦点,其中RDP和ICA拥有较长的研发历史,PCoIP和SPICE相对较新但也日渐成熟,特别是SPICE作为一个开源协议,在社区的推动下发展尤其迅速。

2.3 VDI 应用场景与现状

    基于VDI 的虚拟桌面可为网络中的终端快速推送各种桌面与应用,无论终端本机的操作系统与配置如何,都可进行统一的桌面交付。目前Citrix、VMware 在国内已开始将高校作为主要市场进行开拓,一些高校已部分采纳其方案。但很快客户就发现问题:基于VDI 的桌面虚拟化对服务器资源要求越来越高,硬件成本居高不下[2]。从VDI 架构的实现原理不难看出,在虚拟桌面网络中,终端机的主要角色是输入输出设备,所承担的最多仅是对输出流数据的解码还原[2]。一些高校为了跟随技术潮流或一些IT信息管理人员轻信了VDI的快速交付便捷,将原有的高性能计算机升级为前端输入输出设备,使得很多优势资源被闲置。

3 VOI新模式的创新

3.1 VOI 主要技术模块

    虚拟引导系统(Virtual Boot System,VBS):基于VOI构架的桌面虚拟化核心模块之一,终端客户机由网络引导时从服务端获取VBS模块并在实模式下直接执行,完成系统环境的初始化工作,接管本地系统磁盘引导中断,连接远端的虚拟系统映像,建立本地虚拟磁盘。

    智能虚拟系统驱动程序协议(Intelligent Virtual Driver Protocol,IVDP):基于VOI构架的桌面虚拟化核心模块之一,由VOI的VBS模块在初始化系统环境时扫描本地PCI总线设备的VEN与DEV标识号,并将其发送至服务端,由服务端从驱动库中提取该设备的驱动程序并传递给VBS,虚拟操作系统在启动时加载该设备的驱动程序。

    虚拟系统缓存空间(Disk Cache Storage Space,DCSS):基于VOI的虚拟桌面系统采用了OS Mapping Stream 技术传输模拟的存储读写指令,为了提高Mapping Stream在本地化时的工作效率,减少服务端存储的寻址时间与并发压力,VOI通常会在终端客户机的内存或本地存储空间中开辟一片受保护的空间。

3.2 VOI技术特点

    基于VOI的虚拟终端管理系统采用了虚拟容器概念,将终端客户机的存储介质由物理转为虚拟,从分散转为集中。通过IVDP技术将操作系统内核从客户机硬件驱动依赖中分离出来,实现系统应用的跨平台交付。无论本机采用什么样的硬件平台与本地系统,都可以由信息中心按需分发、统一部署。虚拟系统本身具备良好的安全性与可靠性,不受病毒驻留的危害,杜绝数据外泄的渠道。其主要的技术特点有:

    (1) 更好的兼容性和稳定性

 

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