虚拟化技术应用与实践07课件.pptx
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- 虚拟 技术 应用 实践 07 课件
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1、第7章 桌面虚拟化技术桌面虚拟化技术将计算机的终端系统进行虚拟化,达到桌面使用的安全性和灵活性。可以通过任何设备,在任何时间、任何地点通过网络访问属于个人的桌面系统。作为虚拟化的一种方式,由于所有的计算都放在服务器上,因此对终端设备的要求将大大降低,不需要传统的台式机、笔记本电脑,瘦客户端又重新回到市场当中。虚拟化技术应用与实践1了解虚拟桌面架构的原理及应用2了解远程共享桌面在虚拟桌面架构的应用3了解无盘技术在虚拟桌面架构中的应用4了解应用虚拟化的原理及应用教学重点7.1 VDI概述桌面虚拟化的核心技术是虚拟桌面架构。VDI通过安装在用户客户端上的虚拟桌面客户端,使用桌面虚拟化通信协议连接到数
2、据中心端虚拟化服务器上运行的虚拟桌面。VDI的特点是,一个虚拟机同时只能接受一个用户的连接,如图所示。7.1 VDI概述相较于传统桌面架构,虚拟桌面架构帮助企业解决了以下问题。传统PC模式下的IT建设,其部署麻烦,上线周期长,无法跟上业务拓展与人员增加的节奏。传统PC分散式的桌面模式,其运维烦琐,用户管理复杂且故障率高,桌面运维压力大。传统的PC无法保障数据的可靠性与防止数据外发。PC缺乏安全防护措施,难以对U盘复制、打印外发等数据外泄方式进行统一监管。PC时常发生软件系统崩溃、配件损坏(硬盘、内存)等故障,随着PC日益增多,运维难度逐年增加。应用随意安装,无法有效管控,随意下载应用容易造成P
3、C主机及内网中毒。7.2 VDI技术原理VDI虚拟桌面架构组成较为复杂,通常可以分为终端设备层、网络接入层、桌面虚拟化控制层、虚拟化平台层、硬件资源层和应用层6个部分,如图所示。7.2 VDI技术原理1终端设备层虚拟桌面终端主要负责显示虚拟桌面视图,并通过外设接收用户端的输入,再将其发送到服务端。虚拟桌面客户端的主要功能是进行桌面虚拟化通信协议的解析,可分为瘦终端和软终端两大类。3桌面虚拟化控制层桌面虚拟化控制层负责整个桌面虚拟化系统的调度,例如新虚拟桌面的注册,以及将虚拟桌面的请求指向可用的系统。5硬件资源层硬件资源层由多台服务器、存储和网络设备组成。为了保证桌面虚拟化系统正常工作,硬件资源
4、层应该同时满足3个要求:高性能、大规模、低开销。2网络接入层网络接入层将远程桌面输出到显示器,将键盘、鼠标及语音等输入传递到虚拟桌面。4虚拟化平台层虚拟化平台层是桌面虚拟化平台的核心,承担着虚拟桌面的“主机”功能。6应用层应用层主要用于向虚拟桌面部署和发布各类用户所需的软件应用,从而节约系统资源,提高应用灵活性。7.3 VDI主流通信协议1桌面虚拟化通信协议的基本概念桌面虚拟化通信协议是指通过对远程操作系统桌面输出和对客户端设备输入的编码与解码,达成应用程序和底层网络通信的数据交互目的。3桌面虚拟化通信协议的重要指标桌面虚拟化通信协议分为单通道(Single-Channel)架构和多通道(Mu
5、lti-Channel)架构,由于主流厂商的桌面虚拟化产品均采用多通道(Multi-Channel)架构,故本书所述的桌面虚拟化通信协议均为多通道架构。5桌面虚拟化通信协议的价值桌面虚拟化通信协议为终端设备访问虚拟桌面创造了数据互相交付的技术可能性,同时,桌面虚拟化通信协议的传输效率也决定了使用虚拟桌面的用户体验和实际效果,这也是成熟、优质的桌面虚拟化协议的价值所在。2桌面虚拟化通信协议的主要应用场景随着云计算的发展和虚拟桌面架构解决方案的日益成熟,桌面虚拟化成为典型的云计算应用。4主流的桌面虚拟化通信协议当前,主流的多通道桌面虚拟化通信协议主要有4种,即微软的RDP/RemoteFX协议、C
6、itrix的ICA/HDX协议、VMware的PCoIP协议、Red Hat的SPICE协议。7.3.1 RDP/RemoteFX协议020103RDP(Remote Desktop Protocol,远程桌面协议)最早由Citrix开发,后被微软购买来作为微软虚拟桌面产品中的通信协议。RDP概述RDP通过建立多个独立的虚拟通道,承载不同的数据传输和设备通信。RDP架构根据虚拟通道的工作机制,RDP可以分为传输层、安全层、虚拟通道复用层及压缩层。RDP虚拟通道7.3.1 RDP/RemoteFX协议RDP总体架构RDP虚拟通道分层7.3.1 RDP/RemoteFX协议4RemoteFX技术R
7、emoteFX是微软基于远程桌面服务(Remote Desktop Services,RDS)提出的高清桌面虚拟化通信协议。RemoteFX只是对RDP进行了增强,并非独立的协议。它通过提供虚拟3D显示适配器、智能编码、智能解码和USB重定向等技术为用户提供良好的桌面体验。如图所示。7.3.1 RDP/RemoteFX协议RemoteFX需要与微软的服务器虚拟化技术Hyper-V集成,RemoteFX的图像处理组件分别运行在Hyper-V的父分区和子分区。父分区为RemoteFX的管理组件,用于管理图像的渲染、捕捉和压缩等,子分区运行RemoteFX的虚拟GPU。GPU虚拟化是RemoteFX
8、的核心,当虚拟机中的应用通过DirectX或GDI进行图像处理操作时,虚拟GPU把命令从子分区传递给Hyper-V的父分区,并在物理GPU上高效处理。GPU虚拟化让每个虚拟机都具有独立的虚拟GPU资源,从而提供图形加速能力,为高保真视频、2D/3D图形图像、富媒体的处理操作提供了有效保障。7.3.2 ICA/HDX协议Citrix独立开发的ICA(Independent Computing Architecture,独立计算体架构)协议是当前最为成熟的桌面虚拟化通信协议。ICA协议最早的版本可以追溯到1992年。直到1998年,ICA协议已拥有许多引领业界的头衔,即第一个拥有图形界面的通信协议
9、,最早支持多操作系统的通信协议,最早支持多用户访问的通信协议,最早集成Thinwire1.0、打印、客户端驱动器映射、音频、剪贴板等功能并支持更多的网络协议和接入方式的通信协议,是第一个支持Windows应用程序的网页浏览器客户端的通信协议。经过多年发展,Citrix将ICA协议重新封装并优化为HDX协议,即高清用户体验。1ICA协议概述7.3.2 ICA/HDX协议ICA协议的工作原理是为桌面内容和外设数据在服务器和用户终端之间的传输提供多种独立的虚拟通道。每个通道可采用不同的交互时序、压缩算法、安全设置等,ICA虚拟通道通过在服务器和用户终端之间建立双向连接,以用于传输声音、图像、打印数据
10、、外设驱动等信息。ICA协议虚拟通道架构如图所示。2ICA协议架构7.3.2 ICA/HDX协议ICA虚拟通道包含客户端的虚拟驱动程序和服务器端的虚拟驱动程序,两端的虚拟驱动程序实现双向的数据通信。客户端和服务器端的虚拟通道均通过WinStation驱动进行数据传输,如图所示为虚拟通道的客户端与服务器端的连接方式。ICA协议虚拟通道的工作方式是,通过客户端的虚拟通道驱动连接到服务器端,服务器端将图形界面信息通过虚拟通道API推送到客户端,并将其发送到WinStation驱动的缓冲区中。WinStation驱动根据数据的发送方向采取不同的处理模式。3ICA协议虚拟通道7.3.2 ICA/HDX协
11、议ICA协议经过多年的开发与改进,技术成熟度很高,应用场景也相当广泛,具有以下优势。4ICA协议的优势(1)支持广泛的终端设备。(2)支持低网络带宽。(3)平台无关性。(4)协议无关性。ICA协议支持各种类型的客户端设备,其客户端软件支持Windows、Linux、Android、iOS等主流操作系统,并能有效地通过平板、智能手机、瘦客户机等设备进行访问。ICA协议采用高效的压缩算法,可以有效降低网络传输带宽需求,支持在10K20Kbit/s带宽下进行连接。ICA协议具有平台独立的特性,与交付的虚拟桌面的底层服务器虚拟化软件和虚拟机中部署的虚拟桌面操作系统无关。ICA协议可以工作在各种标准的网
12、络协议上,包括TCP/IP、NetBIOS、IPX/SPX,通过标准的通信协议(如PPP、ISDN、帧中继、ATM、无线通信协议)进行连接。7.3.2 ICA/HDX协议为加强在多媒体、语音、视频及3D图形等虚拟桌面的高清体验支持,Citrix于2009年在ICA协议的基础上发布了HDX(High Definition eXperience)协议。HDX是独立的桌面虚拟化通信协议。HDX技术架构如图所示。5HDX协议7.3.2 ICA/HDX协议HDX协议共有8个技术类别,以下分别介绍。u(1)HDX Plug-n-Play。实现对虚拟环境下终端本地外设的连接及兼容支持,包括USB设备、多个显
13、示器、打印机、扫描仪、智能卡和其他外设等。u(2)HDX RichGraphics。实现通过服务器端的软硬件资源处理,提供高分辨率图像处理,优化图形密集型的2D/3D、富媒体应用的显示性能。u(3)HDX MediaStream。配合HDX Adaptive Orchestration将经过压缩的音频和视频发送到用户终端在本地播放,提升多媒体的传输性能,增强播放效果。u(4)HDX RealTime。改善用户访问的实时性,支持双向音频、局域网网络摄像机、视频会议等。u(5)HDX Broadcast。支持在LAN、WAN、Internet等网络环境下利用压缩、缓存等技术对远程桌面和应用高可靠性
14、、高性能的访问。u(6)HDX WAN Optimization。支持分支机构、移动用户对虚拟桌面和应用的使用,优化广域网的访问性能和带宽消耗,提供自适应的加速和流量传输的QoS保证。u(7)HDX Smart Access。支持用户在任何地点、任何设备上安全地访问虚拟桌面,支持SSO(Single-Sign-On,单点登录)。u(8)HDX Adaptive Orchestration。HDX协议支持自适应主动协调技术,具有可感知数据中心、网络和设备的基础能力,动态优化端到端交付系统的性能,以适应各种独特的用户场景。对性能、安全、终端能力、网络状况等进行全面权衡并驱动相关技术的配置和调整,提
15、供优化的用户体验和访问开销。7.3.3 PCoIP协议PCoIP协议是加拿大公司Teradici在2008年开发的桌面虚拟化通信协议,在广域网和局域网内支持高分辨率、全帧速图像显示和媒体播放、多屏幕显示、USB外设及高质量音频。除了软件实现外,该协议也有专有的硬件设备以用来加速编解码。PCoIP协议主要用于在VMware View产品中提供桌面虚拟化通信协议交付功能。另外,Teradici于2012年发布了PCoIP协议的专用板卡来降低服务器通用处理器的负载,实现性能加速,改进虚拟桌面的显示效果和应用体验。1PCoIP协议概述7.3.3 PCoIP协议PCoIP协议的最大特点是通过图像的方式压
16、缩传输会话,对于用户的操作,只传输变化部分,保证在低带宽下也能高效地使用,并支持4台32位显示器及2560像素1600像素的分辨率。PCoIP协议在VMware虚拟桌面产品View中的应用情况如图所示。2PCoIP协议架构7.3.3 PCoIP协议PCoIP协议的主要特征如下。3PCoIP协议的特征(1)服务器端渲染。PCoIP协议通过服务器端渲染图像,在低速线路下先传输低帧图像到客户端,随线路速度提高再传输高清图像到客户端。(3)多样化编码、解码。PCoIP协议对图像进行分析并进行元素分集,如对图形、文本、图表、视频等内容进行区分,然后使用合适的编码、解码算法对相关像素进行压缩。(5)动态适
17、应网络状态。PCoIP协议支持图像质量设置,用于管理传输数据对带宽的使用,自适应编码器可自动调整图像的质量以应对传输过程中出现的网络拥塞。(2)像素传输。PCoIP协议在传输用户会话时以图像的方式进行压缩,对于用户的操作,只传输变化部分,保证在低带宽下也能高效使用。(4)基于UDP底层传输。PCoIP协议底层采用TCP和UDP,其中,TCP用于会话建立和控制,UDP则用于优化传输多媒体内容。7.3.4 SPICE协议SPICE(Simple Protocol for Independent Computing Environment)协议和KVM虚拟机技术最早由Qumranet开发,后被Red
18、 Hat收购。SPICE协议作为桌面虚拟化通信协议,为KVM底层提供VDI远程交付功能。SPICE协议具有3层架构。1SPICE协议概述020103部署在服务器端提供虚拟桌面服务的虚拟机中,用于接收操作系统和应用程序的图形命令,并将其转换为KVM的QXL图形设备命令。QXL驱动部署在用户终端的软件上,负责显示虚拟桌面,同时接收终端外设的输入。SPICE客户端部署在KVM服务器虚拟化的Hypervisor中,用于处理各虚拟机发来的图形图像操作。QXL设备7.3.4 SPICE协议SPICE协议最大的特点是增加位于Hypervisor中的QXL设备,本质是在KVM虚拟化平台中通过软件实现的PCI显
19、示设备,利用循环队列等数据结构供虚拟化平台上的多个虚拟机共享以实现设备的虚拟化。但这种架构过分依赖服务器虚拟化软/硬件基础设施,SPICE必须与KVM虚拟化环境绑定。SPICE协议的设计理念是充分利用用户终端的计算能力。如果用户终端能够处理复杂的图像,就尽可能地传输图像处理命令而不是渲染后的图像,这样可以极大地减少网络传输的数据量,从而使得SPICE协议在局域网和广域网都有良好的应用效果。2SPICE协议的特点7.3.4 SPICE协议SPICE协议主要包括两种传输命令:一种是图形命令数据流,另一种是代理命令数据流。图形命令数据流是从服务器端流向用户终端,主要是将服务器端需要显示的图形图像信息
20、传送到用户终端;代理命令数据流从用户终端流到服务器端,主要传输虚拟机中部署的代理模块接收到的用户在终端进行的键盘、鼠标等的操作信息。SPICE协议的图形命令数据流的传输过程如图所示。3SPICE协议的传输命令7.3.4 SPICE协议SPICE协议设计了部署在虚拟机操作系统中的软件代理模块,并提供了VDI PORT设备以进行通信。客户端、服务器端、虚拟机中的SPICE代理模块在通过VDI PORT设备及其驱动进行通信的过程中,共存在3种消息类型:客户端消息、服务器消息和代理消息。例如,对虚拟机操作系统显示进行设置是客户端消息;鼠标移动是服务器消息;对配置过程的确认是代理消息。部署在虚拟机操作系
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