基于云終端算力提升VDI 云桌面性能的融合架構(gòu)

何新彪

（銳捷網(wǎng)絡(luò)股份有限公司，福建福州 350002）

引言

隨著云計算和虛擬化技術(shù)的發(fā)展，VDI 云桌面（Virtual Desktop Infrastructure 虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)，以下簡稱云桌面）逐漸成為了計算機桌面的應(yīng)用選擇之一。云桌面也叫虛擬桌面、虛擬機，云桌面運行在云服務(wù)器上。云服務(wù)器一般為單臺或者多臺高性能計算機組成，并為用戶提供遠程的云桌面服務(wù)。

但隨著云桌面運行的業(yè)務(wù)越來越繁重，運行一些高負載的應(yīng)用如3D 動畫[1]，圖形設(shè)計，編程軟件，語音視頻軟件等，或者多用戶并發(fā)地同時操作云桌面時，VDI 云桌面的卡頓、資源不足、性能不佳、體驗差等問題逐一暴露出來。這些問題由于云桌面是通過云服務(wù)器的虛擬化技術(shù)實現(xiàn)導(dǎo)致的，在該技術(shù)架構(gòu)下，相對于普通PC（個人計算機，PC，Personal Computer）的桌面使用體驗，VDI云桌面在性能上和普通PC 相比還是存在差距。

針對上述問題，特別需要一種新架構(gòu)來提升云桌面性能。

1 VDI 云桌面技術(shù)架構(gòu)

VDI 云桌面是指將一臺云服務(wù)器虛擬為多臺邏輯的計算機桌面，每個邏輯計算機桌面稱為VDI 云桌面。云桌面上可部署Windows、Linux 系統(tǒng)、及應(yīng)用軟件（以下簡稱軟件）等。用戶通過云終端計算機VDI 客戶端與云服務(wù)器通信。云服務(wù)器將VDI 云桌面通過交互協(xié)議呈現(xiàn)給云終端的用戶使用。

2 VDI 云桌面性能提升技術(shù)架構(gòu)

提升VDI 云桌面性能，最基本是擴容云服務(wù)器的硬件，例如單臺服務(wù)器增配CPU、內(nèi)存、硬盤、GPU 顯卡，或者多臺云服務(wù)器組合使用，但成本的增加導(dǎo)致競爭處于劣勢。因此轉(zhuǎn)向采用軟件方案來提升VDI 云桌面性能，主要有3 種方法：

2.1 重定向技術(shù)

重定向技術(shù)是指將云桌面的部分計算任務(wù)轉(zhuǎn)移到云終端上[2]，例如播放視頻文件時，把音視頻流傳輸?shù)皆平K端上進行解碼、渲染，然后把聲音、畫面回傳到云桌面上播放，從而減輕云服務(wù)器計算壓力。該方案應(yīng)用范圍窄，僅限視頻播放類應(yīng)用，無法推廣。

2.2 云終端其他系統(tǒng)運行軟件

該技術(shù)在云終端本地直接運行桌面系統(tǒng)[3]、或者其他架構(gòu)的桌面系統(tǒng)，例如直接在云終端運行的Windows、Linux、Android 操作系統(tǒng)上，安裝一些軟件應(yīng)用，替代部分VDI 云桌面的應(yīng)用。同時云終端本地系統(tǒng)運行VDI 客戶端連接服務(wù)器的VDI 云桌面。云終端本地系統(tǒng)和VDI 云桌面，通過簡單浮動或者隱藏菜單進行相互切換使用。該方案需要來回切換兩套桌面，僅能在指定桌面完成對應(yīng)的應(yīng)用打開，使用混亂，操作體驗差。

2.3 云服務(wù)器資源動態(tài)調(diào)度

該技術(shù)通過在云服務(wù)器中，根據(jù)用戶請求云桌面的資源消耗特點，對云桌面需要的資源進行動態(tài)分配，使得云桌面的資源需求與云服務(wù)器的能力達到匹配，最大化地提升了云桌面的運行效率[4]。該方案主要是針對云服務(wù)器的資源進行最大化的利用，未對整個云服務(wù)器，包括云終端的資源進行最大化利用[5]。

3 基于云終端算力提升VDI 云桌面性能的融合架構(gòu)

3.1 架構(gòu)概述

基于云終端算力提升VDI 云桌面性能的架構(gòu)（簡稱融合架構(gòu)），是一種基于x86 架構(gòu)的云終端來提升VDI 云桌面性能的架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)在VDI 云桌面內(nèi)流暢的運行高性能軟件，并保證用戶使用軟件的操作體驗如同在云桌面一樣。

融合架構(gòu)通過調(diào)度算法分析軟件的歷史性能數(shù)據(jù)、云服務(wù)器資源數(shù)據(jù)、云終端本地資源數(shù)據(jù)，判斷用戶請求的軟件類型，自動調(diào)度軟件適合運行的最優(yōu)系統(tǒng)，最大化的利用了云服務(wù)器和云終端的硬件資源，提升了軟件的運行效率，達到如同普通PC 運行軟件的效果。

3.2 架構(gòu)組成

融合架構(gòu)見圖1，包括：

圖1 架構(gòu)圖

云終端：為x86 架構(gòu)體系；安裝并運行Windows 系統(tǒng)；用于運行軟件、客戶端。

客戶端：用于遠程連接云桌面；接收融合調(diào)度中心多種指令，例如打開或者關(guān)閉云終端軟件；監(jiān)控云終端軟件消耗資源數(shù)據(jù)。

云終端軟件：運行在云終端本地系統(tǒng)上。

云服務(wù)器：創(chuàng)建并運行云桌面。

云桌面：為Windows 系統(tǒng)桌面；提供給云桌面軟件運行桌面環(huán)境。

云桌面軟件：運行在云桌面Windows 系統(tǒng)上。

融合調(diào)度中心：融合調(diào)度中心運行在云桌面上。

4 技術(shù)方案實施

4.1 軟件分類

融合調(diào)度中心實現(xiàn)軟件管理，包括：軟件類型、名稱、軟件所在路徑、需占用的CPU 資源、需占用的內(nèi)存資源、需占用的磁盤資源、需占用的網(wǎng)絡(luò)資源、軟件在云桌面的安裝路徑、軟件在云終端本地系統(tǒng)的安裝路徑。軟件分為兩類：A 類、B 類。

a.A 類軟件為云桌面和云終端本地系統(tǒng)都可以運行的軟件,且兩個系統(tǒng)都安裝就緒。b.B 類軟件是指僅能在云終端本地系統(tǒng)安裝和運行的軟件。

4.2 資源數(shù)據(jù)采集

4.2.1 系統(tǒng)空閑資源的采集分析 系統(tǒng)空閑資源數(shù)據(jù)采集，包括實時獲取云服務(wù)器和云終端本地CPU 使用率、內(nèi)存使用率、磁盤讀寫使用率、網(wǎng)絡(luò)發(fā)送與接收帶寬使用率，從而計算得出各個資源空閑率。

a.云服務(wù)器資源信息，通過運行在云桌面的融合調(diào)度中心來采集。b.云終端本地資源信息，通過客戶端進行采集。

采集的資源是為了計算云服務(wù)器資源、云終端本地資源的剩余可利用資源還有多少，以便融合調(diào)度中心判斷A 類軟件在哪個系統(tǒng)桌面打開。

4.2.2 軟件占用系統(tǒng)資源的采集分析 軟件占用系統(tǒng)資源的采集分析，包括軟件使用云服務(wù)器資源、云終端系統(tǒng)資源數(shù)據(jù)采集。采集的資源是為了用于計算軟件歷史消耗系統(tǒng)資源的情況，以便分析軟件消耗資源的參數(shù)主要是CPU、內(nèi)存、磁盤，還是網(wǎng)絡(luò)帶寬，進一步判斷軟件在哪個系統(tǒng)的桌面運行更流暢。

a.采集的軟件參數(shù)包括：CPU 使用率、內(nèi)存使用率、磁盤讀取速度使用率、磁盤寫入速度使用率、網(wǎng)絡(luò)發(fā)送帶寬使用率、網(wǎng)絡(luò)接收帶寬使用率。b.采集方式為軟件運行時占用系統(tǒng)資源的所有歷史數(shù)據(jù)，并且不斷地更新數(shù)據(jù)用于分析。c.A 類軟件既可運行在云服務(wù)器，也可運行在云終端本地系統(tǒng)，需要采集在兩個系統(tǒng)的運行歷史數(shù)據(jù)，以判斷其在哪個系統(tǒng)中運行的體驗最佳。d.B 類軟件僅能在云終端本地系統(tǒng)運行，不需要判斷其使用資源的情況，不涉及到調(diào)度問題。

4.3 軟件啟動調(diào)度流程

4.3.1 A 類軟件啟動調(diào)度流程 a.如圖2 所示，在云桌面打開A 類軟件，融合調(diào)度中心判斷軟件類型是A 類軟件，且是第一次打開該軟件，由于還未有該軟件歷史數(shù)據(jù)，直接打開該軟件。b.如果非第一次打開，則獲取軟件資源占用類型數(shù)據(jù)，判斷其為何種資源占用類型的軟件。例如為內(nèi)存占用型軟件。c.融合調(diào)度中心實時獲取云服務(wù)器、云終端本地資源數(shù)據(jù)，判斷哪個系統(tǒng)資源空閑更多。d.融合調(diào)度中心判斷該軟件是“何種參數(shù)占用型軟件”、“云終端本地系統(tǒng)、還是云桌面運行更優(yōu)”，并在更優(yōu)的系統(tǒng)打開。

圖2 A 類軟件啟動調(diào)度流程

4.3.2 B 類軟件啟動調(diào)度流程 在云桌面打開軟件，融合調(diào)度中心判斷是B 類軟件，通知客戶端在云終端本地系統(tǒng)打開軟件。

4.4 軟件桌面融合

融合架構(gòu)還對這兩個桌面的操作體驗進行優(yōu)化。VDI 云桌面作為用戶操作的主界面，并在云終端屏幕上始終置頂，且為用戶操作始終可見的Windows 桌面。云終端本地系統(tǒng)的Windows 桌面為云終端本地系統(tǒng)，對用戶不可見。

4.4.1 A 類軟件桌面融合 a.如圖3 所示，在云桌面打開A 類軟件，融合調(diào)度中心判斷是A 類軟件。b.如果是在云桌面運行的，操作體驗同Windows 桌面。c.如果軟件在被隱藏的云終端本地系統(tǒng)打開，需要通過客戶端將云終端本地的軟件界面、任務(wù)欄圖標(biāo)、通知區(qū)域圖標(biāo)，映射到云桌面的操作界面上。

圖3 A 類軟件桌面融合流程圖

如圖4 所示，兩個桌面的融合元素包括：窗口融合、任務(wù)欄圖標(biāo)融合、通知區(qū)域圖標(biāo)融合等。

圖4 A 類軟件桌面融合示意圖

例如，在云終端本地系統(tǒng)打開的A 類軟件，會隨著軟件獲取到了鼠標(biāo)或者鍵盤的焦點后，優(yōu)先置頂顯示，讓用戶感知就是在云桌面里面運行。

例如，當(dāng)在云終端本地系統(tǒng)的A 類軟件被打開后，被用戶最小化，實際最小化到的是云終端本地系統(tǒng)桌面的任務(wù)欄上。但是云桌面針對該A 類軟件虛擬了一個云桌面上的任務(wù)欄圖標(biāo)，用戶感知是被最小化到云桌面的任務(wù)欄上。

例如，當(dāng)軟件有通知消息時，可在云桌面右下方的通知區(qū)域看到軟件的通知消息。實施方案是通過融合調(diào)度中心通知云終端本地系統(tǒng)的客戶端實施監(jiān)控打開的軟件在右下方通知區(qū)域的消息情況；然后在云桌面的通知區(qū)域創(chuàng)建一個一樣的圖標(biāo)，并顯示通知消息。

4.4.2 B 類軟件桌面融合 如圖5 所示，在云桌面打開B 類軟件，融合調(diào)度中心判斷是B 類軟件，則云終端本地系統(tǒng)打開該軟件，由于云終端本地系統(tǒng)是被隱藏的，因此也需要通過客戶端將軟件界面、任務(wù)欄圖標(biāo)、通知區(qū)域圖標(biāo)，映射到云桌面操作界面。

圖5 B 類軟件桌面融合流程圖

B 類軟件在云桌面上的窗口融合、任務(wù)欄圖標(biāo)融合、通知區(qū)域圖標(biāo)融合等，同A 類軟件實施方案一致。

5 結(jié)論

融合架構(gòu)方案通過對整個云桌面系統(tǒng)的各方面資源進行了最大化利用，一定程度上解決了VDI 云桌面運行卡頓問題，提升了云桌面軟件的運行效率，達到如同普通PC 運行軟件的性能效果以及操作體驗。

融合架構(gòu)方案還可以拓展到ARM 體系架構(gòu)安卓、Linux 系統(tǒng)云終端，同樣可以實現(xiàn)在其他體系架構(gòu)云終端的本地系統(tǒng)和云桌面系統(tǒng)之間，實現(xiàn)性能和操作體驗的無縫融合。