面向訂閱的桌面即服務(wù)（DaaS）架構(gòu)研究

萬(wàn)雅靜 任琰杰 張巖 張?jiān)? 郭小靜 趙磊

[摘 要] 隨著信息技術(shù)的發(fā)展，個(gè)人電腦已經(jīng)成為各行各業(yè)必備的辦公設(shè)備，但是在個(gè)人電腦普及過(guò)程中，資源浪費(fèi)、運(yùn)維困難、信息安全等挑戰(zhàn)和問(wèn)題逐漸暴露出來(lái)[1]。桌面即服務(wù)（DesktopasaService，DaaS）是一種新型云計(jì)算服務(wù)，按需向用戶提供基于云計(jì)算的虛擬桌面訂閱服務(wù)。桌面即服務(wù)是在公有云數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器上創(chuàng)建虛擬機(jī)，虛擬機(jī)中安裝操作系統(tǒng)，將操作系統(tǒng)的桌面虛擬化后提供給用戶，用戶通過(guò)Internet方便地訪問(wèn)虛擬桌面，并進(jìn)行工作、學(xué)習(xí)和娛樂(lè)等。虛擬桌面的創(chuàng)建、升級(jí)、修補(bǔ)和銷毀工作都在統(tǒng)一控制平臺(tái)管理，快速、彈性、按需對(duì)資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，從而節(jié)約時(shí)間，有效利用資源，數(shù)據(jù)和信息保存在數(shù)據(jù)中心中，提升安全性。

[關(guān)鍵詞] 云計(jì)算;桌面即服務(wù);虛擬化

[基金項(xiàng)目] 河北省高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目“面向柔性云桌面的混合存儲(chǔ)模型研究與構(gòu)建”（ZD2019123）

[作者簡(jiǎn)介] 萬(wàn)雅靜（1968—），女，北京人，軟件工程碩士，河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心;任琰杰（1985—），男，河北人，電子與通信工程專業(yè)碩士，河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心;張 巖（1981—），男（滿族），河北人，計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)碩士，河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心。

[中圖分類號(hào)] G712 ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）39-0149-03 ? ?[收稿日期] 2019-12-25

一、桌面即服務(wù)概念

云計(jì)算提供一種正在改變客戶端/服務(wù)器演進(jìn)范式的系統(tǒng)托管服務(wù)[2]。云計(jì)算服務(wù)模型主要分為三大類：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（Infrastructure as a Service，IaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（Platform as a Service，PaaS）、軟件即服務(wù)（Software as a Service，SaaS）[3]，基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)是以服務(wù)的形式提供服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)硬件等;平臺(tái)即服務(wù)把軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境作為一種服務(wù)來(lái)提供給用戶;軟件即服務(wù)將應(yīng)用程序以服務(wù)的形式通過(guò)瀏覽器提供給用戶[4]。

桌面即服務(wù)（DesktopasaService，DaaS）也是一種云計(jì)算服務(wù)，桌面即服務(wù)運(yùn)營(yíng)商通過(guò)Internet對(duì)外提供虛擬桌面服務(wù)，用戶可以按需訂閱該服務(wù)。桌面即服務(wù)架構(gòu)以服務(wù)器虛擬化為基礎(chǔ)，共享CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)和硬盤等底層物理資源，以虛擬機(jī)的形式創(chuàng)建用戶訂閱的操作系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，并將桌面虛擬化，作為用戶操作接口。這種架構(gòu)將虛擬機(jī)彼此隔離開(kāi)來(lái)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算和存儲(chǔ)資源的精確分配，用戶系統(tǒng)的獨(dú)立性確保免受其他用戶在活動(dòng)中造成的操作系統(tǒng)崩潰或應(yīng)用軟件故障的影響。桌面即服務(wù)可以面向個(gè)人訂閱，也可以面向企業(yè)、組織訂閱，類似企業(yè)郵箱一樣的服務(wù)。根據(jù)個(gè)人、組織的個(gè)性化需求，包括硬件、操作系統(tǒng)、軟件、網(wǎng)絡(luò)等，向桌面即服務(wù)運(yùn)營(yíng)商訂閱個(gè)性化虛擬桌面服務(wù)。桌面即服務(wù)的優(yōu)點(diǎn)有：

（1）與個(gè)人電腦一致的體驗(yàn)：用戶可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)從終端設(shè)備靈活地通過(guò)Internet訪問(wèn)與個(gè)人電腦功能一樣地虛擬桌面。

（2）降低總體擁有成本：計(jì)算和存儲(chǔ)資源集約化有效降低軟硬件和管理成本。

（3）集控制和管理能力于一身：虛擬桌面集中運(yùn)行在公有云數(shù)據(jù)中心，管理員可以輕松地對(duì)其創(chuàng)建、部署、管理和維護(hù)。

圖1改編自Grossman L的文獻(xiàn)[5]中舉例的云計(jì)算服務(wù)模型，云計(jì)算服務(wù)運(yùn)營(yíng)商和用戶在不同的云服務(wù)模型中扮演不同的角色。這個(gè)圖展示了桌面即服務(wù)模型在多個(gè)云計(jì)算服務(wù)模型中所處位置。由于云桌面用戶能夠直接使用基礎(chǔ)設(shè)施層中的資源，因此桌面即服務(wù)模型和基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)模型類似。桌面即服務(wù)模型經(jīng)常被認(rèn)為是基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)的圖形化用戶界面。兩者的主要區(qū)別是基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)提供的是場(chǎng)外硬件（服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)硬件等），操作系統(tǒng)、中間件、軟件等都需要自己搭建，且通過(guò)命令行接口進(jìn)行管理;桌面即服務(wù)操作系統(tǒng)和中間件都是根據(jù)用戶向云計(jì)算服務(wù)運(yùn)營(yíng)商提供的配置來(lái)完全量身定做自己所屬的平臺(tái)，通過(guò)圖形化界面來(lái)進(jìn)行管理。另一方面，僅通過(guò)利用的web應(yīng)用當(dāng)比較桌面即服務(wù)和軟件即服務(wù)兩個(gè)模型時(shí)，所有類型的軟件能夠在桌面即服務(wù)模型中應(yīng)用的和在傳統(tǒng)桌面中使用的一模一樣[6]。如果將桌面即服務(wù)模型和桌面應(yīng)用軟件整體作為一項(xiàng)服務(wù)打包，這樣生成的模型也被稱為工作空間即服務(wù)（Wokspace as a Service）。

二、桌面即服務(wù)架構(gòu)

本節(jié)中將展示在面向服務(wù)的桌面即服務(wù)架構(gòu)下，云桌面用戶操作活動(dòng)在架構(gòu)組件中信息流轉(zhuǎn)、交互過(guò)程。根據(jù)國(guó)際電信聯(lián)盟介紹，在桌面即服務(wù)架構(gòu)中，有4個(gè)主要的服務(wù)功能模塊[7]。

1.連接管理中間件模塊

位于虛擬桌面服務(wù)器和用戶終端中間的關(guān)鍵部件，它能夠作為一個(gè)中間件將云桌面用戶和訂閱的虛擬桌面連接起來(lái)。連接管理中間件對(duì)池化的軟硬件資源進(jìn)行連接、協(xié)調(diào)、管理，為云桌面用戶訂閱的虛擬桌面分配虛擬機(jī)所需的硬、軟件資源，然后將虛擬機(jī)進(jìn)行加載、啟動(dòng)，確保用戶終端與虛擬桌面的對(duì)應(yīng)關(guān)系及資源分配對(duì)應(yīng)情況。連接管理中間件一般使用B/S架構(gòu)，提供一個(gè)可視化界面以滿足系統(tǒng)后臺(tái)管理者的資源調(diào)度和用戶管理，例如用戶訪問(wèn)虛擬桌面的權(quán)限、虛擬機(jī)的配置部署、監(jiān)控虛擬機(jī)的活躍度、配置虛擬機(jī)和用戶終端的通信協(xié)議（例如TCP/SSL）、會(huì)話狀態(tài)和日志管理等。

2.資源池化模塊

資源池必須監(jiān)督管理大容量軟件資源，例如操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件和用戶配置文件。這些軟件資源是流式的，且部署在專用的虛擬機(jī)上。這些軟件資源構(gòu)成應(yīng)用商店，幾乎囊括了常用的操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件，如果需要在原來(lái)基礎(chǔ)上安裝更多軟件，云桌面用戶需要在應(yīng)用商店中訂閱，也可以安裝第三方源軟件，來(lái)滿足靈活的工作、學(xué)習(xí)、生活需求。

3.虛擬機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施模塊

本功能目標(biāo)使創(chuàng)建虛擬機(jī)和管理硬件資源。資源被虛擬化成可動(dòng)態(tài)分配的資源池，使得對(duì)資源自由調(diào)控成為了可能。在虛擬化桌面服務(wù)器上的管理程序針對(duì)軟件的需求程度動(dòng)態(tài)部署硬件資源。也就是說(shuō)，虛擬機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施模塊從虛擬機(jī)中創(chuàng)建虛擬桌面，滿足云計(jì)算服務(wù)用戶的使用。

4.虛擬桌面?zhèn)魉湍K

該模塊的主要功能是將虛擬機(jī)系統(tǒng)環(huán)境信息壓縮，將虛擬桌面的展示信息通過(guò)桌面顯示協(xié)議（例如noVNC、RDP、SPICE、ICA等）在網(wǎng)絡(luò)中傳送到遠(yuǎn)端的用戶終端設(shè)備上，并且接受用戶終端的鍵盤、鼠標(biāo)和其他輸入輸出外部設(shè)備操作信息。虛擬桌面顯示協(xié)議用來(lái)調(diào)配傳送通道，虛擬機(jī)和用戶終端的交互活動(dòng)通過(guò)傳送通道來(lái)發(fā)送和接受信息。

圖2展示了上述4個(gè)功能模塊[7]，還包括了云桌面用戶和桌面即服務(wù)架構(gòu)后臺(tái)服務(wù)器之間的信息流交互過(guò)程。

桌面即服務(wù)的用戶使用簡(jiǎn)單的客戶終端來(lái)連接所訂閱的虛擬桌面，首先用戶終端通過(guò)SSH或TLS加密協(xié)議將連接請(qǐng)求發(fā)送到連接管理中間件，由連接管理中間件來(lái)認(rèn)證用戶的用戶名和密碼，一旦認(rèn)證通過(guò)，則從用戶配置信息池中，將該用戶的配置信息取出。虛擬機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施層根據(jù)客戶的配置信息中硬件需求來(lái)分配最理想的虛擬機(jī)。如果沒(méi)有滿足條件的虛擬機(jī)，連接管理中間件則命令虛擬機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施創(chuàng)建一個(gè)滿足用戶配置請(qǐng)求的新虛擬機(jī)。當(dāng)虛擬機(jī)創(chuàng)建后，連接管理中間件將用戶的具體配置信息（例如操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件）發(fā)送給這臺(tái)虛擬機(jī)來(lái)規(guī)劃創(chuàng)建一個(gè)虛擬桌面。虛擬機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施將虛擬桌面的連接地址接發(fā)送到連接管理中間件，終端通過(guò)從連接管理中間件推送過(guò)來(lái)的連接地址來(lái)登陸自己的虛擬桌面。終端通過(guò)虛擬桌面?zhèn)魉蛥f(xié)議（例如，SPICE、NoVNC、PC-over-IP等）來(lái)與虛擬桌面交互。當(dāng)用戶和虛擬桌面的通信準(zhǔn)備結(jié)束時(shí)，連接管理中間件接到結(jié)束請(qǐng)求后，將最新的用戶配置信息更新到用戶配置信息池中，同時(shí)將虛擬桌面和它的狀態(tài)退回到虛擬機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施中。

三、桌面即服務(wù)面臨的挑戰(zhàn)

軟件即服務(wù)為不同的用戶帶來(lái)許多便捷之處的同時(shí)，依然存在一些挑戰(zhàn)。桌面即服務(wù)需要訪問(wèn)Internet獲取適當(dāng)?shù)墓δ芊?wù)，安全是一個(gè)重要的關(guān)注點(diǎn)。從管理角度，相應(yīng)的安全管理規(guī)定可能因桌面即服務(wù)運(yùn)營(yíng)商不同而異，從技術(shù)角度，虛擬機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施的超級(jí)管理員通常有一個(gè)特權(quán)，這個(gè)特權(quán)域能夠訪問(wèn)虛擬機(jī)的活動(dòng)內(nèi)存。如果其中一個(gè)超級(jí)管理員疏忽或故意，內(nèi)存中的內(nèi)容，包括虛擬網(wǎng)絡(luò)通信和和其他通信數(shù)據(jù)就會(huì)被泄露。桌面即服務(wù)相對(duì)傳統(tǒng)單機(jī)桌面是一個(gè)相對(duì)新穎的服務(wù)和計(jì)算模型，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，在桌面即服務(wù)領(lǐng)域的安全問(wèn)題關(guān)注越來(lái)越多，安全問(wèn)題終將逐步得到解決。

參考文獻(xiàn)

[1]郭小靜，任琰杰，閆虎.基于公私混合存儲(chǔ)的云桌面系統(tǒng)模型探究[J].科技風(fēng)，2019（5）.

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[7]Duc Hung Luu.Deploying building information modeling software on Desktop as a Service platform.Degree Programme in Computer，Communication and Information Sciences，School of Science，Aalto University.