基于VGPU 的桌面虛擬化在三維設計中的應用

韓棟梁，賀霄琛，李少飛

( 中國電子科技集團公司第二研究所，山西 太原030024)

采用硬件GPU 加速的虛擬桌面既能滿足三維設計對顯卡的要求，又能實現統一維護和集中管理，還能很好地彌補臺式計算機的短板。本文主要闡述vGPU 桌面虛擬化在三維設計中的應用。

1 傳統計算機面臨的問題

近年來，隨著工藝設備復雜程度的提升，大型設備的三維裝配和仿真對計算機硬件要求尤其是對顯卡性能的要求越來越高，主要存在以下幾方面的問題：

（1）終端運維難度大。隨著業務規模擴大，終端數量不斷增加，而計算機硬件資源性能下降，又導致故障率逐年上升，維護工作量成倍增長。

（2）數據安全性差。傳統工作模式下，設計數據分散保存在本地計算機，無法保證企業商業秘密的安全。雖然通過一些加密手段可對數據進行保護，但設計軟件運行速度會受到影響，嚴重降低工作效率。

（3）硬件可靠性差。一般計算機采用單硬盤設計，可靠性較差，冗余備份能力有限，故障后恢復所需時間較長。

2 虛擬桌面架構及VGPU 技術

新一代桌面云解決方案可最大化保護企業商業秘密，前端采用遠程桌面方式登錄，在后端架設桌面云服務平臺，通過虛擬化技術實現網絡安全、資源靈活調度、高可靠性等要求[1]。

二是建立完善企業黨建工作指導機制。繼續發揮各級黨員領導干部的作用，建立黨員領導干部企業黨建工作聯系點，定期或不定期深入企業調查研究，指導開展黨建工作。另外，完善企業黨建指導員制度，專職靠上指導企業組建黨組織和開展黨建工作。例如，山東省廣饒縣建立了縣級領導干部聯系非公有制企業抓黨建制度，34名縣級黨員領導干部每人聯系一家非公有制企業和一個鄉鎮（街道），指導開展企業黨建工作；同時，在沒有黨員或黨員不足3名的非公有制企業，派駐黨建指導員，幫助建立“兼合式”黨組織，在企業開展黨組織活動。

2.1 虛擬桌面架構

桌面虛擬化技術是一種基于服務器架構的計算模型，可將桌面虛擬機在數據中心進行日常維護和統一管理[2]。前端用戶平臺僅用于接收后端個人桌面系統，用戶能夠獲得與本地計算機同等的使用體驗。并且達到桌面系統與前臺物理硬件分離的目的，提升了企業數據的安全性，減少了信息化管理運維成本。同時，虛擬桌面可以在任何聯網的終端上、在任何時間和任何地點訪問網絡上授權的任何桌面系統和用戶數據。

桌面虛擬化的主流架構為VDI（Virtual Desktop Infrastructure），目前主要由Citrix、VMware 和Microsoft 公司提供，其產品分別為XenDesktop、VMWare View 以及Microsoft MED-V[3]，其中Citrix 公司的XenDesktop 平臺采用高效可靠的ICA協議和重定向技術。

2.2 VGPU 技術

VGPU 是共享一個物理GPU 引擎，包括3D 圖形、視頻解碼、視頻編碼引擎等圖形化操作[4]。基于NVIDIA GRID GPU 技術和Citrix 公司的XenServer平臺共同開發的高級GPU 架構。它與普通計算機的GPU 工作方式相同，是一種傳統GPU 模擬技術，有固定的GPU 顯存尺寸和顯示輸出。虛擬桌面通過NVIDIA 驅動程序與物理GPU 直接通訊，顯存大小由物理GPU 分配，GPU Manager 僅完成對于VGPU的分配管理工作，從而確保VGPU 的性能不受影響。

本文采用XenDesktop 平臺來搭建三維設計應用系統環境。

3 XenDesktop 平臺方案設計與實施

3.1 方案設計

通過需求調研，梳理出三維設計對虛擬桌面應用的業務需求見表1。

表1 業務需求

基于業務現狀和桌面虛擬化技術架構特點進行詳細分析和設計，從硬件、軟件、數據、安全和使用場景等幾個方面著手，構建最適合的桌面云解決方案。為適應三維設計需求，本方案采用VDI架構，包括“桌面池”、“用戶配置文件和用戶數據”、“企業組織結構”和“設計桌面顯卡”等。在數據中心內構建計算資源平臺和存儲資源平臺，桌面操作系統和數據通過數據中心承載，為每個用戶提供獨立的虛擬機，保證桌面之間互不干擾。整體邏輯架構如圖1 所示。

圖1 整體邏輯架構

3.1.1 虛擬桌面池資源規劃

設計人員峰值為90～110 人左右，針對不同用戶需求，對虛擬桌面進行分類配置，選擇不同配置的解決方案，以保證用戶體驗和業務軟件的流暢使用，配置如表2 所示。

表2 虛擬桌面配置清單

3.1.2 存儲規劃

通過部署NAS 系統（Network Attached Storage，網絡附屬存儲），將用戶配置文件重定向到NAS 存儲系統。虛擬桌面中D 盤為存儲中劃分的個人數據盤，設計人員可將個人數據存放到該網絡驅動器中。通過磁盤配額和權限管理，控制用戶使用空間和訪問權限。存儲網絡架構如圖2 所示。

圖2 存儲網絡架構圖

3.1.3 組策略

對于桌面的權限設置和功能設置使用組策略進行控制，桌面云平臺提供預制的配置模板，包括USB 控制、個人配置文件漫游、盤符顯示等，在活動目錄中基于組織結構創建用戶和分組，對不同組分別進行組策略配置。

3.2 平臺部署

3.2.1 XenDesktop 平臺搭建

本方案基于XenDesktop 平臺，各應用服務器部署清單如表3 所示。

3.2.2 搭建XenServer 服務器

由7 臺服務器組成一個資源池（Pool），XenServer 可以在資源池的主機之間進行實時遷移，能夠滿足容災和故障轉移需求，安裝XenCenter 組件后，可在客戶端上遠程訪問資源池。

3.2.3 XenDesktop 基礎架構

基礎架構包括域控制器、DDC 服務器、PVS 服務器、StoreFront 服務器以及數據庫服務器。在域控制器中配置Active Directory 活動目錄，添加DNS、DHCP 服務。DDC（Desktop Delivery Controller）用來控制客戶端與服務器承載的虛擬機之間訪問；PVS 服務器用來創建、維護并發布不同類型的桌面模板；系統通過StoreFront 為用戶展示可用的虛擬桌面，是統一的登錄站點；數據庫服務器分為主數據庫、鏡像數據庫和仲裁數據庫。其作用分別為承擔客戶端的訪問、備份和實現自動的故障轉移。以PVS 服務器為例，其管理界面如圖3 所示。

表3 服務器清單

圖3 PVS 服務器管理界面

4 應用效果分析

通過XenDesktop 桌面虛擬化技術的應用，構建了統一的桌面云平臺，實現了計算資源的高效利用，通過對計算機桌面的標準化管理和集中控制，顯著提升了管理效率、系統穩定性及可靠性。主要表現在以下幾個方面：

（1）采用基于VGPU 的虛擬桌面系統，可以達到傳統圖形工作站的效果。提供高速度、高質量的顯示信息。

（2）利用桌面虛擬化技術可以保證數據不“落地”，防止內部敏感數據泄露。通過對系統進行定期備份，有效保障數據安全性。

（3）當虛擬機發生故障時，只需在后臺重新發布新桌面，幾分鐘后用戶即可正常工作，且數據不會丟失，大大提高了終端運維的效率，降低數據丟失的風險。通過后臺計算資源的靈活配置提高利用率。

（4）利用桌面虛擬化技術，設計人員可以在同一網絡內不同終端進行圖紙的設計，同時保證對應用、信息、知識產權的管控與審計。

5 結束語

本文基于虛擬桌面為三維設計人員提供虛擬圖形工作站桌面，采用VGPU 技術架構更好地提升了虛擬桌面的設計效率和顯示效果。此外利用XenDesktop 虛擬化平臺降低了終端運維成本、提高了資源利用率、保障數據安全以及資源配置的靈活性。本文的虛擬桌面部署方案可為其它三維用戶的圖形渲染、圖片編輯、視頻編輯等應用提供借鑒。