中國桌面云標準化白皮書（附下載）
當前，桌面云在政府、教育、醫(yī)療、金融、能源、公安、稅務、運營商等行業(yè)中有著廣泛的應用及普及，產(chǎn)業(yè)鏈廠商也紛紛從各自優(yōu)勢領域進軍桌面云，產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭迅猛，而產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時，暴露出因標準缺失而導致的廠商綁定，安全，監(jiān)管缺失等問題，為了促進產(chǎn)業(yè)鏈健康有序的發(fā)展，編制組編寫了本白皮書，研究我國桌面云標準化現(xiàn)狀與需求。其主要內(nèi)容包括：
一、桌面云的定義。首先研究和分析了桌面云技術的發(fā)展歷史和演進路徑，提出桌面云的定義，并闡述桌面云的部署模式及業(yè)務價值。
二、桌面云關鍵技術。對桌面云的技術框架、傳輸協(xié)議、服務層，資源層及安全等部分的核心關鍵技術進行分析。
三、國內(nèi)外桌面云發(fā)展與挑戰(zhàn)。分析國際和國內(nèi)桌面云技術和市場發(fā)展現(xiàn)狀，并提出桌面云面臨的挑戰(zhàn)。
四、桌面云標準化概述。結(jié)合全球以及我國桌面云產(chǎn)業(yè)標準現(xiàn)狀，提出桌面云標準的需求與建議。
最后，基于對桌面云產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢的預判，以及我國桌面云技術和應用的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，圍繞扶持政策、關鍵技術攻關、行業(yè)標準等方面提出相關的發(fā)展建議。
本文內(nèi)容選自《中國桌面云標準化白皮書》，中國開源云聯(lián)盟發(fā)布，通過研究桌面云的技術，發(fā)展，標準化現(xiàn)狀，分析桌面云的標準化需求，并結(jié)合標準化需求提出我國桌面云標準制定建議。
一、緒論
1.1 背景
1.2 縮略語
二、桌面云概述
2.1 桌面云的溯源
2.2 桌面云的定義
2.3 桌面云的部署模式
2.4 桌面云的業(yè)務價值
三、桌面云架構(gòu)與關鍵技術
3.1 桌面云架構(gòu)
3.2 桌面客戶端
3.3 傳輸協(xié)議
3.4 服務層
3.5 資源層
3.6 安全
四、國內(nèi)外桌面云發(fā)展與挑戰(zhàn)
4.1 國際桌面云發(fā)展
4.2 國內(nèi)桌面云發(fā)展
4.3 桌面云面臨的挑戰(zhàn)
五、我國桌面云標準化概述
5.1 國內(nèi)外桌面云標準化現(xiàn)狀
5.2 我國桌面云標準化建議
5.3 我國桌面云標準制定建議
5.3.1 基礎標準
5.3.2 軟硬件產(chǎn)品與技術標準
5.3.3 服務標準
六、中國桌面云發(fā)展的建議
6.1 出臺桌面云相關的扶持政策
6.2 加快核心關鍵技術攻關
6.3 組織開展桌面云應用示范
6.4 產(chǎn)業(yè)互助共享平臺建設
桌面云技術的誕生可以追溯到上世紀七十年代，當時網(wǎng)絡技術尚未誕生，IBM公司的主機終端計算模式是當時唯一的多用戶資源共享的方法，各種字符終端通過串行接口連接到大型主機，共同利用主機強大的運算和存儲能力來工作。
Citrix公司在1995年推出基于Windows NT 3.51開發(fā)的多用戶NT系統(tǒng)軟件WinFrame。WinFrame實現(xiàn)了Unix系統(tǒng)的管理維護優(yōu)勢，同時實現(xiàn)了網(wǎng)絡系統(tǒng)的易學、易用、易開發(fā)的特性，逐步被市場廣泛認可。
微軟1998年買了基于Windows的終端技術,并與Citrix公司簽訂為期5年的協(xié)議，雙方將在開發(fā)新的Windows系統(tǒng)中進行合作,進一步提出了WBT的概念，并推出第一個支持WBT的網(wǎng)絡操作系統(tǒng)—Windows NT4.0 TerminalServer Edition，它的核心協(xié)議為RDP。從此基于微軟的RDP或Citrix ICA的終端技術模式的應用虛擬化進入高速發(fā)展階段。
2006年，服務器虛擬化領導廠商在VMware Virtual Infrastructure3的發(fā)布時，順勢向業(yè)界推出第一代桌面云解決方案-基于VI3的VDI的解決方案，得到整個業(yè)界的廣泛認可，該技術方案成功的解決傳統(tǒng)PC管理運維的難題。傳統(tǒng)基于終端技術的廠商Citrix、微軟等業(yè)界巨頭都開始投入大量人員開始研發(fā)，VDI迅速駛?cè)肟燔嚨馈?br>
伴隨著管理效率以及用戶體驗的持續(xù)提升，用戶的預期已從滿足基礎桌面辦公向全場景桌面演進，桌面云傳輸協(xié)議以及GPU虛擬化技術，成為演進方向之一。在這一變革浪潮中，Citrix、VMware基于NVIDA開普勒架構(gòu)的K1、K2顯卡成為桌面云獲得GPU虛擬化能力的首選方案。
桌面云是一種通過網(wǎng)絡將可伸縮、彈性的共享物理或虛擬資源池按需供應和交付桌面的模式，桌面操作系統(tǒng)運行于共享物理或虛擬資源池。
按照部署方式的不同，桌面云系統(tǒng)可以分為私有桌面云和公有桌面云，以及二者共存的混合桌面云。
私有桌面云是部署在企業(yè)或者組織內(nèi)部的桌面云系統(tǒng)，具有部署簡單、易于管理和數(shù)據(jù)交換速度快等優(yōu)點。私有桌面云的服務對象一般用于企業(yè)內(nèi)部，通常用于企業(yè)自建。
公有桌面云的部署不同于私有桌面云系統(tǒng)，它的服務器端并不坐落于企業(yè)或者組織的網(wǎng)絡中，而是位于桌面云提供商的數(shù)據(jù)中心。桌面云提供商負責運行和維護服務器集群，企業(yè)和組織的IT管理人員負責維護終端用戶使用的虛擬桌面系統(tǒng)。服務提供商采用多租戶技術同時將多個企業(yè)和組織的服務器端運行在同一個數(shù)據(jù)中心，并將各個企業(yè)和組織的服務器端進行隔離以保證用戶數(shù)據(jù)的安全性。憑借這種方式，企業(yè)和組織不再需要架設自己的服務器端，這可以為企業(yè)和組織節(jié)約投入在服務器端的大量資金。
混合桌面云，企業(yè)用戶可以將私有桌面云和公有桌面云進行組合運用，從而以混合桌面云形態(tài)實現(xiàn)跨越多種云環(huán)境的無縫化終端用戶體驗，且保障私有和公有桌面云平臺的和新特性和平臺互通性。
桌面云傳輸協(xié)議是決定用戶體驗的關鍵技術之一,桌面云傳輸協(xié)議用于與遠程計算機系統(tǒng)進行用戶交互。遠程交互功能通過從遠程計算機傳送圖形顯示數(shù)據(jù)給用戶，同時將用戶輸入的命令傳輸?shù)竭h程計算機并且在遠程計算機上回放來實現(xiàn)。傳輸協(xié)議的效果是讓用戶感覺遠程計算機系統(tǒng)上運行的桌面或應用似乎是在本地運行。協(xié)議從架構(gòu)上看主要分為桌面外部及桌面內(nèi)部協(xié)議。
桌面外部協(xié)議通常指協(xié)議客戶端直接連接的對象為物理主機層，而虛擬機層通過特殊的顯卡驅(qū)動方式將虛擬機內(nèi)的變化信息傳輸給物理主機層，典型的桌面外部協(xié)議如Spice、VNC等，在局域網(wǎng)內(nèi)，由于網(wǎng)絡質(zhì)量較好，通常能夠獲得較高質(zhì)量的桌面體驗，桌面外部協(xié)議的好處是能夠覆蓋虛擬桌面的全生命周期的輸入輸出過程，能夠從虛擬桌面外部對虛擬桌面進行方便的管理和維護，即使是斷網(wǎng)，藍屏等極端狀態(tài)，亦可從容應對。缺點是通常與主機平臺“緊耦合”，廣域網(wǎng)應用時需要較高的帶寬支撐才能保障流暢的體驗。
典型的桌面內(nèi)部協(xié)議架構(gòu)如：Citrix ICA/HDX、VMware的PCOIP、微軟的RDP，優(yōu)點是能夠方便的跨平臺，局域網(wǎng)表現(xiàn)與帶內(nèi)協(xié)議相當，廣域網(wǎng)在帶寬不太充裕時依然可以實現(xiàn)流暢操作。缺點是對虛擬機網(wǎng)絡以及虛擬機內(nèi)的操作系統(tǒng)依賴程度高，虛擬機網(wǎng)絡故障或操作系統(tǒng)服務未就緒，桌面將無法連接，藍屏或網(wǎng)絡故障，將只有管理員才能維護。
結(jié)合虛擬桌面內(nèi)部協(xié)議和外部協(xié)議的優(yōu)缺點，國內(nèi)部分廠商采用了融合協(xié)議的方式，在客戶端中默認集成兩種協(xié)議，在配置時，同一套用戶名密碼等配置信息，自動匹配到兩種協(xié)議的配置文件中，在連接時，自動探測連接網(wǎng)絡質(zhì)量，自動選擇最優(yōu)的連接協(xié)議，從而獲得最佳的用戶使用體驗。
桌面云使用場景中，視頻播放是桌面云中最基本的能力之一，桌面云視頻播放有兩種方式：
服務端渲染，即用虛擬機的CPU進行編解碼、渲染后，發(fā)送到客戶端進行顯示，傳的是圖像，這時主要消耗的是虛擬機的CPU，如果多用戶基于服務器端渲染，會造成單臺主機視頻播放的并發(fā)密度低；
客戶端渲染，視頻文件是經(jīng)過分片、壓縮、打包、通過傳輸協(xié)議傳輸?shù)娇蛻舳耍每蛻舳松系牟シ牌鞒绦蜻M行播放，利用客戶端本地的軟件或硬件解碼能力，完成視頻的解碼和播放。此時服務器端虛擬機的CPU消耗基本忽略不計，可以提高單臺主機上虛擬機的視頻并發(fā)密度。
桌面云在Office辦公場景能夠滿足絕大多數(shù)用戶的需求，但是對于對圖形性能要求較為苛刻的AutoCAD、3D Max類圖形密集型用戶，桌面云中難滿足他們對圖形和計算性能的需求。目前，各廠商主要的解決方案有如下技術路線：
vGPU，通過軟件模擬的虛擬GPU，能有限增強現(xiàn)有桌面云的圖形處理能力，如支持較低版本的OpenGL和DirectX，同時保留云的特性，可實現(xiàn)跨主機遷移。
sGPU，基于GPU虛擬化廠商提供的共享GPU能力，將物理GPU虛擬成多份具有完整GPU功能和指令集的GPU，可滿足絕大多數(shù)2D和3D圖形密集型用戶的需求。
pGPU，直接透傳物理GPU給單個虛擬機，獲得完整的物理GPU的功能和指令集，可滿足大型設計及極致苛刻的設計場景。
總之，在網(wǎng)絡帶寬未達理想狀態(tài)的情況下，桌面云系統(tǒng)還無法真正帶來與物理機相同的體驗。普通辦公已經(jīng)非常流暢，絲毫感受不到網(wǎng)絡延遲，相信隨著技術的進步和網(wǎng)絡帶寬的進一步發(fā)展，桌面云系統(tǒng)也將越來越趨近于物理機體驗。
實現(xiàn)GPU虛擬化主要有3種技術：
1. 軟件共享GPU：該技術以VMware和微軟的Hypervisor產(chǎn)品為代表，是最早產(chǎn)品化的GPU虛擬化技術。軟件共享GPU技術在虛擬機中配備一個特殊的虛擬顯卡，該顯卡的驅(qū)動能夠支持特定的標準顯卡硬件加速協(xié)議（比如DirectX）。虛擬機中運行的操作系統(tǒng)對該虛擬顯卡發(fā)出硬件加速指令后，Hypervisor將該指令進行轉(zhuǎn)化并運行于物理GPU上。硬件加速協(xié)議返回的數(shù)據(jù)同樣由Hypervisor進行轉(zhuǎn)化并傳輸給虛擬機中運行的虛擬顯卡。該技術的出現(xiàn)使得虛擬機能夠利用上物理GPU的硬件加速能力，并開始支持傳統(tǒng)虛擬顯卡無法運行的3D軟件。軟件共享GPU技術的核心缺陷在于需要對硬件加速協(xié)議在虛擬機和物理GPU之間進行轉(zhuǎn)化。這種轉(zhuǎn)化造成協(xié)議兼容性和性能兩方面的問題。
2. 硬件虛擬GPU：Nvidia和AMD都推出由硬件實現(xiàn)的GPU虛擬化技術。這種技術使用特殊的GPU芯片并配合Hypervisor讓虛擬機能夠直接使用GPU的硬件加速功能。以Nvidia的Grid顯卡為例，該顯卡能夠?qū)⒁粋€高性能的GPU虛擬化為多達32個vGPU供32個虛擬機同時使用。與軟件共享GPU技術相比，該技術不需要對硬件加速協(xié)議進行轉(zhuǎn)換，虛擬機直接與vGPU通信,因此其協(xié)議兼容性和性能都有大幅度的提高。
3. GPU穿透：GPU穿透技術是一種讓虛擬機直接訪問非虛擬化的普通物理GPU的技術。該技術將物理GPU設備1:1的映射到虛擬機中，給虛擬機呈現(xiàn)一個在功能和性能上都和物理GPU一致的設備。由于對物理GPU無虛擬化功能的要求，能夠使用普通顯卡，在同等性能下平均每個用戶的成本遠低于支持硬件GPU虛擬化的顯卡。此外，物理顯卡還支持直接通過顯示接口輸出虛擬機的顯示信號，使得虛擬機能夠應用于某些對于桌面顯示延遲要求極高或者顯示效果要求很高的特殊場景。但是該技術要求每個虛擬機都配備一個物理GPU，對于服務器的硬件支持有較高要求。
桌面云先天的安全架構(gòu)，實現(xiàn)終端數(shù)據(jù)不落地，徹底杜絕數(shù)據(jù)泄密風險，同時配合雙網(wǎng)隔離云終端，實現(xiàn)在同一臺主機上的內(nèi)外網(wǎng)隔離，在確保安全的同時，提供無縫的內(nèi)網(wǎng)高效切換體驗。基于物理隔離的內(nèi)外網(wǎng)桌面云基礎架構(gòu)平臺，為平臺的數(shù)據(jù)可靠性安全奠定了堅實的基礎。整體架構(gòu)圖如下：
桌面基礎架構(gòu)：運行內(nèi)外網(wǎng)桌面云的基礎架構(gòu)，在設計上，內(nèi)外網(wǎng)架構(gòu)完全獨立且物理隔離。桌面基礎架構(gòu)中包含身份認證服務、業(yè)務網(wǎng)絡、終端接入網(wǎng)路、設備管理網(wǎng)絡等。該網(wǎng)絡在設計上與其他業(yè)務網(wǎng)絡邏輯隔離。確保基礎架構(gòu)的安全性和可靠性。
業(yè)務網(wǎng)絡：主要指桌面云運行的內(nèi)網(wǎng)環(huán)境、外網(wǎng)環(huán)境，邏輯上隔離且相互不能通信。
客戶端網(wǎng)絡：客戶端作為輸入輸出的匯集點，形態(tài)上一體，但物理上完全物理隔離，兩套獨立的硬件、軟件子系統(tǒng)分別接入到相應的桌面業(yè)務平臺中，可一鍵無縫切換，但完全物理隔離。
方案中雙網(wǎng)隔離云終端自身安全架構(gòu)設計很好的實現(xiàn)外網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)的物理隔離，且支持內(nèi)外網(wǎng)在確保安全的前提下無縫切換，保障了桌面云整體架構(gòu)的安全性。
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