云桌面技术应用探索
顾锦江
摘要：近年来，随着云计算技术的迅猛发展，高校信息化建设中运用虚拟存储、虚拟桌面等技术已成为一种趋势。文章首先阐述了云桌面的基本概念及系统架构，在此基础上，分析了主流云桌面产品，并着重研究了PNS QuickDesktop产品，最后说明高校校园中应用云桌面的意义所在。
关键词：云桌面；高校；QuickDcsktop
云计算（Cloud Computing）是近几年IT技术热点和发展趋势。维基百科对于云计算的定义是：一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备。
云计算技术的关键技术是虚拟化技术，包括服务器虚拟化、存储虚拟化、应用程序虚拟化、桌面虚拟化，其中桌面虚拟化技术是与用户最有直接关联的技术，是指将计算机的桌面进行虚拟化，以达到桌面使用的安全性和灵活性。可以通过任何设备，在任何地点、任何时间访问在网络上的属于个人的桌面系统。云桌面的核心技术正是桌面虚拟化，是一个全新的解决方案和基础架构理念，是“云计算”的一种最直观体验。
1云桌面概述
计算机中的桌面是指用户打开电脑登录操作系统后看到的主屏幕区域，即用户电脑的工作桌面。云桌面同样是显示在用户电脑屏幕上的工作桌面，但这个桌面是虚拟的，该桌面不是由当前运行的计算机提供的，而是由通过网络连接的远端服务器提供的，所有的数据计算均在远端服务器，云桌面只显示桌面图像并接受键盘、鼠标等外设的输入操作。
云桌面的接入终端一般是普通Pc机或瘦客户端，如智能手机、PAD等接入终端。这些终端连接网络，通过浏览器或专用程序，访问驻留在服务器中的个人桌面，用户使用时，与使用传统的个人电脑无异。
一个云桌面系统的典型架构如图1所示。
2云桌面运用解决方案
当前在桌面虚拟化领域的厂商众多，但主流的产品主要有3个厂商即主要的服务器虚拟化厂商：微软的MED-V，Citrix和VmWare。
2.1微软桌面虚拟化方案MED-V
MED-V（Microsoft Enterprise DesktopVirtualization）是微软为企业提供的一款桌面虚拟化解决方案，是微软为企业提供的微软企业桌面优化套件MDOP（Microsoft Desktop Optimization Pack）中的核心元件。通过MED-V可以使企业环境中操作系统的更新变得更简单，提高了系统的兼容性，也加强了IT部门的控制力度。
MED-V通过运用重复数据删除技术，缩短了通过网络下载初始和更新后的虚拟个人电脑映像的时间，实现了诸多IT任务的自动化，如网络的初始化设置，DNS同步，分配计算机名以及加入到活动目录域。
2.2 Citrix XenDesktop
XenDesktop是Citrix公司为用户提供的一套桌面虚拟化解决方案，通过XenDesktop，任何用户可以在任何地点，使用PC机、智能手机、瘦客户端等任何一种终端设备享受XenDesktop为其提供的满足个性化需求、量身定制的桌面。
利用XenDesktop的FlexCast交付技术，可以向用户交付所有类型的虚拟桌面，包括托管桌面或本地桌面、物理桌面或虚拟桌面。
利用XenDesktop的Citrix HDX技术，XenDesktop可以比其他虚拟桌面解决方案更少的带宽为用户提供Flash多媒体、三维图像等方面的卓越体验。
2.3 VMware View
View是VMware公司推出的一套桌面虚拟化解决方案，其以托管服务的形式从虚拟平台向用户交付丰富的个性化虚拟桌面，同时还显著地提高了安全、性能、可伸缩性和可管理性。通过VMware View，用户可以将虚拟桌面整合到数据中心的服务器中，并独立管理操作系统、应用程序和用户数据。
本文以国内一家专业从事高性能桌面虚拟化技术的公司产品PNS QuickDesktop高性能桌面云为例说明桌面云的应用。
PNS QuickDesktop是基于公司自主创新的PNS Virtuo虚拟化和微虚拟化技术而发展的私有云架构的商性能云桌面系统，可以适用于需要集中管控桌面的应用场合，特别是具有桌面高性能计算和图形计算要求和桌面信息安全要求，如设计与研发、生产线管控、办公、教学和科学研究等应用。因此，该产品非常适合应用于高校及科研机构。
PNS QuickDesktop系统实现了计算机的集中管理控制、远程维护监控、方案自动切换、用户个性化设置功能。客户端计算机可以从服务器上的同一虚拟桌面文件（即镜像文件）启动计算机，也可以由本地操作系统启动。服务器端可以方便地把镜像文件分发到每台客户端计算机。客户端计算机就能快速地从该操作系统启动，而不需要重新安装操作系统。镜像文件集中存放在服务器端，因此对镜像文件的新建、编辑、修改等操作都可以在服务器端设置。计算机统一登录到服务器和镜像文件在服务器上的集中管理，实现了由QuickDesktop桌面虚拟化系统集中管理维护计算机。
2.3.1 PNS QuickDesktop技术原理
PNS QuickDesktop的技术原理如图2所示。
最上层是操作系统容器（OS Container），在容器中可以容纳多个操作系统包，操作系统包通过推送器（OSDelivery Layer）进行服务器和客户机之间的系统推送，网络媒体可以是局域网（LAN）或互联网（Internet），操作系统推送到客户机后，由操作系统执行器（OS Executive）或虚拟机（VMS）执行，从而驱动硬件。
2.3.2 PNS Quickdesktop的关键技术
（1）RMV技术。RMV（Real Mode Virtualization）技术降低了“云”的计算负荷，而又使终端运算获得高性能。在实模式虚拟化云端计算模式中，操作系统是通过“云”实现虚拟化并向客户端进行推送，并在客户端执行系统运算的计算模式，虚拟的操作系统是在终端实模式下运行的，而不是在虚拟模式下运行，从而使终端计算能够充分利用本地硬件性能。在这种实模式虚拟化的云端计算技术的分工中，云计算主要处理终端管控、操作系统数据定位、发送和控制等运算，而客户端计算则是操作系统指令的执行计算。而对于传统云计算原理而言，这种云端计算原理决定了服务器不执行操作系统指令，从而大大降低服务器的计算负荷，而客户端的性能则可以充分运用硬件性能。
RMV在服务器端建立操作系统镜像，在终端引导过程中，通过PNS Boot引导，动态地将操作系统数据按照请求通过网络顺序发给终端，在客户端执行操作系统指令，从而大大降低了服务器的计算负荷，充分利用了终端的计算能力。
（2）HPLC高性能安全缓存技术。HPLC（HighPerformance Local Cache）是一种操作系统的本地高性能缓存技术，在RMV的基础上使系统进一步降低终端桌面对服务器性能的要求，并大幅度降低网络带宽使用。
终端在服务请求并接受所需要的操作系统数据的同时，将在本地存储介质（内存和硬盘等）得到的操作系统数据进行相应的数据写操作，并做“已读”标记。当客户端再次请求相同数据时，客户端先检查数据标记位，如果标记为“已读”，则客户端不再向服务器请求读取数据，而是直接从本地存储介质上读取缓存数据，从而在RMV技术的基础上，再进一步减少对服务器的数据请求，随即也大幅度地减少了通过网络传输的数据流量，从而降低桌面云对服务器性能的压力，在服务器（数据中心）性能相同的情况下，可以支持的桌面终端数量增加10倍以上。而且该技术还可以使计算模式从纯粹的云计算模式转变为云一端计算模式，从而使得终端桌面性能大幅度高于Citrix HDX和基于ICA或RDP等主流“高性能”终端。
（3）DML动态元数据关联技术。DML（Dynamic MetaLinking）将操作系统镜像数据中的关键数据如FAT表、读写标志等和随机生成的部分数据（元数据）从镜像数据中分离出来，从而在向终端设备传送操作系统数据时，这些元数据将不在终端上缓存，破坏了终端缓存的数据完整性，加上透明加密技术的使用，使得终端设备上的缓存数据完全不能独立使用，从而保证了数据的安全性。
3高校应用云桌面的意义
通过云桌面，引入瘦客户机办公、教学模式，主要的意义有几个方面：（1）通过策略配置，用户只能在数据中心进行存储和备份，实现虚拟化存储，保证数据的安全生。通过开放有限网络端口，实现网络逻辑隔离和严格控制，提高了网络安全性。（2）用户可以随时随地，在任何形式的终端（包括笔记本、PC机、手机等）上进行备课、教学、批改作业等工作，而且教师在教学过程中任何需要保留的操作与数据都可以被完整记录下来，只需要通过输入账号与密码即可进入个性化桌面与应用。（3）“云桌面”采用的是瘦客户端，对客户端电脑配置要求不高，即大大延长机房中电脑的使用时限，可在很大程度上减少学院在机房建设方面的持续投入。（4）通过云桌面，学生所有的实验数据均保存在属于其个人的虚拟存储设备上，学生进入机房再也不用携带U盘等移动存储设备，大大提高了电脑设备的安全性。（5）通过“云桌面”，学院的每一个机房都可以根据课程要求灵活申请计算资源，能够更加合理地分配机房使用。从此，不必再为不同的专业设置不同的机房，也不必再为不断更新的教学内容重建机房，只需要定制不同的桌面环境来满足应用即可。
