馬鳳霞 楊祥來 張晶華 劉曉曦 張昕源

國(guó)網(wǎng)技術(shù)學(xué)院 山東 濟(jì)南 250002

0 引言

隨著企業(yè)信息化的發(fā)展，計(jì)算機(jī)終端數(shù)量快速增加，信息運(yùn)維人員面對(duì)大量電腦軟硬件維護(hù)、用戶使用管理、信息安全管理、能耗管理等繁雜的工作，計(jì)算機(jī)運(yùn)維精益化管理面臨較大挑戰(zhàn)。近年來云計(jì)算技術(shù)發(fā)展不斷成熟，云終端系統(tǒng)在企業(yè)和社會(huì)中正逐步推廣應(yīng)用［1］。云終端系統(tǒng)采用桌面虛擬化技術(shù)和管理平臺(tái)，將桌面操作系統(tǒng)、應(yīng)用和數(shù)據(jù)向數(shù)據(jù)中心集中，能實(shí)現(xiàn)終端用戶資源的統(tǒng)一管理、統(tǒng)一存儲(chǔ)和統(tǒng)一計(jì)算，通過網(wǎng)絡(luò)為用戶交付虛擬桌面應(yīng)用的云服務(wù)，從而可實(shí)現(xiàn)高效安全的終端管理，有效降低企業(yè)信息系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。

國(guó)家電網(wǎng)公司為深入推進(jìn) “兩個(gè)轉(zhuǎn)變”，實(shí)現(xiàn)“一強(qiáng)三優(yōu)”現(xiàn)代公司的戰(zhàn)略目標(biāo)，組織公司相關(guān)單位深入研究云計(jì)算及虛擬化技術(shù)，提出了云終端系統(tǒng)建設(shè)要求。某單位結(jié)合移動(dòng)辦公特點(diǎn)，及培訓(xùn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)教室、圖書館數(shù)字資源學(xué)習(xí)中心等應(yīng)用需求，啟動(dòng)了云終端系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目。本文云終端系統(tǒng)基于XenServer虛擬化平臺(tái)，綜合利用了服務(wù)器虛擬化、桌面虛擬化及存儲(chǔ)虛擬化等云計(jì)算技術(shù)，有效解決了辦公計(jì)算機(jī)使用地點(diǎn)分散、網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)機(jī)房系統(tǒng)部署重復(fù)、缺乏集中電子閱覽區(qū)等問題。

1 關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)計(jì)原則

1.1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1.1 資源池技術(shù)

資源池技術(shù)通過虛擬化方式將服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等集中構(gòu)建成一個(gè)資源池，通過分布式算法實(shí)現(xiàn)資源動(dòng)態(tài)分配，從而消除物理邊界，提升信息通信資源利用率［2］。

云終端系統(tǒng)采用資源池技術(shù)把設(shè)備資源虛擬池化，將數(shù)據(jù)中心的計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源轉(zhuǎn)化成員工辦公所需要的硬件資源，為員工提供可動(dòng)態(tài)管理的辦公軟硬件資源。

1.1.2 桌面虛擬化技術(shù)

桌面虛擬化技術(shù)是將個(gè)人的桌面軟件環(huán)境與個(gè)人計(jì)算機(jī)的物理硬件相分離的一種技術(shù)。在服務(wù)器端為每個(gè)用戶個(gè)性化創(chuàng)建專用虛擬機(jī)以及辦公所需的操作系統(tǒng)和軟件應(yīng)用，通過網(wǎng)絡(luò)將完整的虛擬機(jī)桌面交付給遠(yuǎn)端用戶，用戶通過和服務(wù)器建立的會(huì)話對(duì)相關(guān)桌面及應(yīng)用進(jìn)行訪問和操作，實(shí)現(xiàn)不同用戶之間會(huì)話的完全隔離。

云終端系統(tǒng)采用桌面虛擬化技術(shù)，自主設(shè)計(jì)桌面服務(wù)管控模塊，為用戶提供個(gè)性桌面服務(wù)。桌面服務(wù)管控模塊由傳輸協(xié)議、資源配置、服務(wù)站點(diǎn)、接入許可等部分組成，根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景，設(shè)計(jì)資源型、標(biāo)準(zhǔn)型、作業(yè)型三種不同交付模式，實(shí)現(xiàn)辦公資源的按需交付和統(tǒng)一調(diào)度。

1.1.3 身份認(rèn)證技術(shù)

云終端系統(tǒng)采用微軟活動(dòng)目錄技術(shù)，使用Kerberos網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證協(xié)議，通過密鑰加密系統(tǒng)提供安全可控的認(rèn)證服務(wù)［3］。通過有效組織和管理身份、資源等信息，對(duì)用戶賬戶、密鑰和計(jì)算機(jī)信息等條件進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一身份認(rèn)證和資源的統(tǒng)一管理訪問，最終實(shí)現(xiàn)云終端域賬戶管理、域服務(wù)器管理、策略配置管理等多種安全管理功能。

1.1.4 分布式存儲(chǔ)技術(shù)

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)采用集中的存儲(chǔ)服務(wù)器存放所有數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)服務(wù)器成為系統(tǒng)性能的瓶頸，不能滿足大規(guī)模存儲(chǔ)應(yīng)用需要。分布式存儲(chǔ)技術(shù)采用可擴(kuò)展的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，利用多臺(tái)存儲(chǔ)服務(wù)器分擔(dān)存儲(chǔ)負(fù)荷，利用位置服務(wù)器定位存儲(chǔ)信息，將分散的存儲(chǔ)資源構(gòu)成一個(gè)虛擬的存儲(chǔ)設(shè)備。

云終端系統(tǒng)采用分布式存儲(chǔ)技術(shù)、可擴(kuò)展的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，利用多臺(tái)存儲(chǔ)服務(wù)器分擔(dān)存儲(chǔ)負(fù)荷，提供海量文件存儲(chǔ)能力，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)同步、文件傳遞、數(shù)據(jù)加密、權(quán)限控制等功能，為用戶提供個(gè)人數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)。

1.1.5 錄屏審計(jì)技術(shù)

錄屏審計(jì)技術(shù)通過捕獲本地和遠(yuǎn)程操作會(huì)話，對(duì)用戶操作時(shí)的屏幕進(jìn)行整體錄制，并可按條件對(duì)錄制信息進(jìn)行檢索定位。錄屏審計(jì)技術(shù)在系統(tǒng)底層直接開發(fā)，通用性強(qiáng)，支持本地登錄和所有遠(yuǎn)程會(huì)話協(xié)議的審計(jì)，而且能夠按照用戶、服務(wù)器、應(yīng)用、文件名、目錄名、Windows窗口信息等檢索，迅速找到審計(jì)錄像。

云終端系統(tǒng)采用錄屏審計(jì)技術(shù)，優(yōu)化了開發(fā)操作行為管控模塊，按需對(duì)用戶的辦公操作進(jìn)行審計(jì)管控，加密壓縮保存操作行為記錄，實(shí)現(xiàn)審計(jì)管理、審計(jì)報(bào)表、快速搜索定位及錄像回放等功能，提高了計(jì)算機(jī)終端使用安全性。

1.2 設(shè)計(jì)原則

1.2.1 集成性原則

文中云終端系統(tǒng)通過集成平臺(tái)建設(shè)，統(tǒng)一應(yīng)用訪問的接入規(guī)范，實(shí)現(xiàn)整體應(yīng)用架構(gòu)的虛擬化，提高應(yīng)用訪問接入的安全性，降低運(yùn)營(yíng)成本，提升應(yīng)用交付效率，根本上解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)終端應(yīng)用模式帶來的分散部署、管理和運(yùn)維等問題。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)化原則

通過制定適應(yīng)不同類型應(yīng)用訪問的桌面統(tǒng)一規(guī)范，支持業(yè)務(wù)及信息的拓展和集成管理功能要求，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)建設(shè)、應(yīng)用接入和用戶訪問的標(biāo)準(zhǔn)化。

1.2.3 安全性原則

根據(jù)應(yīng)用訪問的不同安全等級(jí)要求和公司信息內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)訪問的安全要求［4］，制定平臺(tái)的安全性規(guī)范，提供可靠的平臺(tái)安全管理模式，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)自身和用戶行為的審計(jì)監(jiān)控。

1.2.4 高可用性原則

云終端系統(tǒng)需充分考慮系統(tǒng)的安全性和可靠性，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)故障轉(zhuǎn)移。架構(gòu)設(shè)計(jì)需避免出現(xiàn)單點(diǎn)故障的可能性，網(wǎng)絡(luò)訪問需保障負(fù)載均衡和可靠，系統(tǒng)運(yùn)行后需提供平臺(tái)應(yīng)急方案，保障用戶體驗(yàn)的連續(xù)性。

1.2.5 可擴(kuò)展性原則

考慮到應(yīng)用場(chǎng)景和用戶規(guī)模的擴(kuò)展，系統(tǒng)架構(gòu)和桌面云的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足橫向和縱向擴(kuò)展需求，降低各功能模塊和組件的耦合度。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 需求分析

文中云終端系統(tǒng)建設(shè)范圍涵蓋員工日常辦公、網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)教室和圖書館電子閱覽區(qū)。系統(tǒng)客戶端包括日常辦公終端（覆蓋兩地三校區(qū)）、圖書館電子閱覽區(qū)終端、網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)教室終端，應(yīng)用需求分析如下：

（1）職工日常辦公

職工日常辦公需求：傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)終端應(yīng)用模式下用戶需個(gè)性化安裝不同的業(yè)務(wù)軟件，數(shù)據(jù)信息保存在本地磁盤，信息軟硬件運(yùn)維工作量較大。

（2）圖書館電子閱覽

主要用戶群體是公司新員工培訓(xùn)、短期班等培訓(xùn)學(xué)員，功能為查詢、瀏覽、下載數(shù)字圖書資源。原分散管理模式需定期開展大量重復(fù)的桌面運(yùn)維。

（3）網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)

主要用戶群體是單位內(nèi)部培訓(xùn)及外部各類培訓(xùn)班學(xué)員，用于電力仿真系統(tǒng)及其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)培訓(xùn)。根據(jù)培訓(xùn)內(nèi)容不同，每次培訓(xùn)開展前需在終端中安裝不同的應(yīng)用軟件，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)終端應(yīng)用模式需耗費(fèi)大量運(yùn)維及管控資源。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)云終端系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于XenServer服務(wù)器虛擬化平臺(tái)，綜合采用服務(wù)器虛擬化、桌面虛擬化及共享存儲(chǔ)等云計(jì)算相關(guān)技術(shù)。虛擬桌面集中部署在平臺(tái)的虛擬服務(wù)器上；用戶使用云終端客戶端軟件通過ADP協(xié)議建立對(duì)虛擬桌面的操作訪問。

2.3 系統(tǒng)配置

2.3.1 用戶配置

員工日常辦公：采用專有桌面模式發(fā)布桌面為員工提供辦公服務(wù)，支持Windows XP和Windows 7兩種操作系統(tǒng)，使用瘦終端設(shè)備替代傳統(tǒng)PC機(jī)，對(duì)于部分在兩個(gè)校區(qū)都有辦公需求的員工解決了原來隨身攜帶存儲(chǔ)設(shè)備的不便，實(shí)現(xiàn)了異地跨校區(qū)同步辦公的需求，提高了工作效率。

圖書館電子閱覽：圖書館電子閱覽桌面需求統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，選擇池模式（MCS Pool模式）的只讀桌面進(jìn)行發(fā)布，用戶每次登錄桌面，后臺(tái)都會(huì)從資源池中隨機(jī)分配空閑桌面，后臺(tái)更新模版后可統(tǒng)一推送至所有桌面，實(shí)現(xiàn)桌面更新。通過相應(yīng)組策略設(shè)置，限制外接設(shè)備使用，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，為用戶營(yíng)造綠色、快捷的云閱讀體驗(yàn)方式。

網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)教室：每次培訓(xùn)內(nèi)容不同，應(yīng)用軟件的要求也不相同，采用共享桌面模式發(fā)布，實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶共用同一桌面、用戶信息的完全隔離，并通過組策略統(tǒng)一管理用戶操作權(quán)限，避免培訓(xùn)過程中誤操作。較傳統(tǒng)部署方式，節(jié)約了物理資源，培訓(xùn)桌面便于維護(hù)、更新快捷。

2.3.2 服務(wù)器資源配置

主要包括用戶資源服務(wù)器和基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)器。其中用戶資源服務(wù)器部署用戶虛擬桌面，可實(shí)現(xiàn)虛擬桌面在物理間熱遷移；基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)器部署云終端系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)，大部分應(yīng)用服務(wù)器以虛擬機(jī)的形式存在，并以主備方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)冗余。

2.3.3 存儲(chǔ)資源配置

存儲(chǔ)主要分為SAN存儲(chǔ)和NAS存儲(chǔ)。其中SAN主要存儲(chǔ)虛擬機(jī)的鏡像文件（C盤），為用戶預(yù)留10%的磁盤空間用作冗余；NAS主要存儲(chǔ)用戶的桌面重定向配置文件，每個(gè)用戶分配10GB空間，預(yù)留10%用作冗余。

2.4 技術(shù)難點(diǎn)與解決方案

2.4.1 資源交付傳輸協(xié)議

圖1 某單位云終端系統(tǒng)架構(gòu)

傳輸協(xié)議用于連接虛擬桌面和用戶客戶端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)用戶和虛擬機(jī)之間的數(shù)據(jù)交互，是影響虛擬桌面用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵。為保障客戶端與虛擬機(jī)之間的通信安全，需在虛擬桌面通信協(xié)議基礎(chǔ)上進(jìn)行加密傳輸，同時(shí)考慮加密傳輸帶來的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷增加和終端機(jī)處理能力要求。

云終端基于細(xì)粒虛擬通道管理技術(shù)，融合數(shù)據(jù)壓縮、加密和連接優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)虛擬桌面客戶端與虛擬機(jī)之間的安全通信，滿足低網(wǎng)絡(luò)帶寬需求和各外設(shè)應(yīng)用。

2.4.1 資源并發(fā)啟動(dòng)風(fēng)暴

云終端系統(tǒng)多臺(tái)虛擬機(jī)運(yùn)行于少量物理服務(wù)器，屬于多對(duì)一的映射關(guān)系，即單臺(tái)物理服務(wù)器的I／O通道將被多臺(tái)虛擬機(jī)共享。當(dāng)虛擬機(jī)同時(shí)啟動(dòng)時(shí)，大量的系統(tǒng)初始化操作將堵塞物理服務(wù)器的I／O總線，發(fā)生啟動(dòng)風(fēng)暴。桌面用戶將會(huì)感覺到虛擬桌面極度緩慢，以至于幾乎無法使用。

云終端系統(tǒng)通過存儲(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)和電源管理技術(shù)應(yīng)對(duì)啟動(dòng)風(fēng)暴問題。存儲(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)是通過內(nèi)存、固態(tài)硬盤和SAS盤根據(jù)數(shù)據(jù)冷熱程度進(jìn)行多級(jí)存儲(chǔ)分層優(yōu)化，并通過鏈接克隆技術(shù)將模板放在IOPS高的固態(tài)硬盤中加速虛擬機(jī)啟動(dòng)；系統(tǒng)的電源管理技術(shù)，根據(jù)時(shí)間點(diǎn)分批啟動(dòng)虛擬機(jī)避免啟動(dòng)風(fēng)暴。

2.4.3 資源分配靈活按需

通過利用大規(guī)模集群計(jì)算以及虛擬化技術(shù)，云終端系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶需求的動(dòng)態(tài)調(diào)整，迅速更新虛擬桌面運(yùn)行的實(shí)例數(shù)目，從而實(shí)現(xiàn)IT架構(gòu)的彈性伸縮。在利用集群、虛擬化、服務(wù)器熱添加、存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展等技術(shù)的基礎(chǔ)上，將服務(wù)器CPU、內(nèi)存及存儲(chǔ)資源根據(jù)不同用戶負(fù)載情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)配，提高硬件資源的整體利用率。

3 應(yīng)用效益分析

3.1 改變傳統(tǒng)辦公模式，提高辦公效率

某單位員工常在濟(jì)南和泰安兩地之間往返，每次需要攜帶移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，十分不便。云終端系統(tǒng)上線后，在濟(jì)南、泰安兩地三校區(qū)均安裝瘦終端設(shè)備，用戶可以登錄到專屬桌面，使用個(gè)人的桌面、文件資料、應(yīng)用程序等，做到隨身攜帶屬于個(gè)人的桌面和文件，擺脫了傳統(tǒng)辦公的束縛，解決了員工異地移動(dòng)辦公需求，提高了工作效率。

3.2 優(yōu)化培訓(xùn)流程，提高培訓(xùn)效率

針對(duì)某單位培訓(xùn)教學(xué)業(yè)務(wù)，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)云終端機(jī)房。培訓(xùn)機(jī)房每次使用需求單一，但不同培訓(xùn)場(chǎng)景對(duì)系統(tǒng)環(huán)境要求不同，采用共享桌面部署模式，針對(duì)不同專業(yè)，系統(tǒng)培訓(xùn)設(shè)有不同模板，獨(dú)立維護(hù)，并可方便切換使用。從培訓(xùn)終端發(fā)布、部署、使用、運(yùn)維、管理等方面全面提升培訓(xùn)環(huán)境的準(zhǔn)備效率和管控力度，打造全新、安全的智能培訓(xùn)教室。

云終端系統(tǒng)桌面實(shí)現(xiàn)端到端的安全監(jiān)控，對(duì)培訓(xùn)學(xué)員的培訓(xùn)時(shí)間、培訓(xùn)操作進(jìn)行統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化管理，全面提高培訓(xùn)效率。采用先進(jìn)的云存儲(chǔ)技術(shù)，改變傳統(tǒng)的培訓(xùn)課件準(zhǔn)備方式，將分散存儲(chǔ)在培訓(xùn)教室個(gè)人辦公終端或移動(dòng)設(shè)備中的培訓(xùn)資料，在后臺(tái)集中、快速更新發(fā)布，避免培訓(xùn)資料攜帶、分發(fā)過程中帶來的丟失、泄密等安全隱患。

3.3 加強(qiáng)桌面監(jiān)管，提高信息安全

云終端系統(tǒng)上線后，通過配置相應(yīng)管理控制策略，對(duì)未受信的設(shè)備（如智能手機(jī)、3G上網(wǎng)卡）進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)過濾，實(shí)現(xiàn)了桌面標(biāo)準(zhǔn)化管理，通過監(jiān)管桌面行為［5］，有效避免違規(guī)外聯(lián)、數(shù)據(jù)外泄等信息安全隱患。

3.4 統(tǒng)一運(yùn)維，提高運(yùn)維效率

云終端系統(tǒng)可減少各終端操作系統(tǒng)、軟件、安全策略的安裝步驟，統(tǒng)一桌面標(biāo)準(zhǔn)化配置，每臺(tái)終端設(shè)備的安裝時(shí)間縮短至5分鐘左右，運(yùn)維從現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維升級(jí)到遠(yuǎn)程運(yùn)維，優(yōu)化了運(yùn)維模式，縮短了故障處理周期，提高信息化運(yùn)維效率。通過云終端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)資源的集約化管理，防止數(shù)據(jù)外泄。用戶存儲(chǔ)空間可動(dòng)態(tài)擴(kuò)容，突破了傳統(tǒng)存儲(chǔ)方式的局限性，滿足了日常辦公數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需要。

3.5 降低成本，綠色環(huán)保

傳統(tǒng)培訓(xùn)模式下，計(jì)算機(jī)平均能耗為300W到350W電能［6］，而瘦終端平均能耗10W 電能，服務(wù)器平均能耗為800W電能。較之傳統(tǒng)辦公培訓(xùn)模式，每年可節(jié)約耗電量在70%以上，實(shí)現(xiàn)了培訓(xùn)環(huán)境下的低碳節(jié)能。

4 總結(jié)與展望

文中云終端系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)合理、應(yīng)用場(chǎng)景豐富，最大程度上滿足了某單位“兩地三校區(qū)”辦公、網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)教學(xué)、圖書館數(shù)字資源閱覽等方面應(yīng)用需求，提高了信息通信資源的利用效益，降低了信息運(yùn)維人員工作量，為云終端系統(tǒng)在電力培訓(xùn)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)儲(chǔ)備和實(shí)踐基礎(chǔ)。下一步，將進(jìn)一步鞏固云終端系統(tǒng)建設(shè)成果，不斷優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)、規(guī)范業(yè)務(wù)流程、提升用戶體驗(yàn)，為一流企業(yè)大學(xué)建設(shè)提供高效信息化支撐。

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