基于VGPU 的桌面虚拟化在三维设计中的应用

韩栋梁，贺霄琛，李少飞

( 中国电子科技集团公司第二研究所，山西 太原030024)

采用硬件GPU 加速的虚拟桌面既能满足三维设计对显卡的要求，又能实现统一维护和集中管理，还能很好地弥补台式计算机的短板。本文主要阐述vGPU 桌面虚拟化在三维设计中的应用。

1 传统计算机面临的问题

近年来，随着工艺设备复杂程度的提升，大型设备的三维装配和仿真对计算机硬件要求尤其是对显卡性能的要求越来越高，主要存在以下几方面的问题：

（1）终端运维难度大。随着业务规模扩大，终端数量不断增加，而计算机硬件资源性能下降，又导致故障率逐年上升，维护工作量成倍增长。

（2）数据安全性差。传统工作模式下，设计数据分散保存在本地计算机，无法保证企业商业秘密的安全。虽然通过一些加密手段可对数据进行保护，但设计软件运行速度会受到影响，严重降低工作效率。

（3）硬件可靠性差。一般计算机采用单硬盘设计，可靠性较差，冗余备份能力有限，故障后恢复所需时间较长。

2 虚拟桌面架构及VGPU 技术

新一代桌面云解决方案可最大化保护企业商业秘密，前端采用远程桌面方式登录，在后端架设桌面云服务平台，通过虚拟化技术实现网络安全、资源灵活调度、高可靠性等要求[1]。

二是建立完善企业党建工作指导机制。继续发挥各级党员领导干部的作用，建立党员领导干部企业党建工作联系点，定期或不定期深入企业调查研究，指导开展党建工作。另外，完善企业党建指导员制度，专职靠上指导企业组建党组织和开展党建工作。例如，山东省广饶县建立了县级领导干部联系非公有制企业抓党建制度，34名县级党员领导干部每人联系一家非公有制企业和一个乡镇（街道），指导开展企业党建工作；同时，在没有党员或党员不足3名的非公有制企业，派驻党建指导员，帮助建立“兼合式”党组织，在企业开展党组织活动。

2.1 虚拟桌面架构

桌面虚拟化技术是一种基于服务器架构的计算模型，可将桌面虚拟机在数据中心进行日常维护和统一管理[2]。前端用户平台仅用于接收后端个人桌面系统，用户能够获得与本地计算机同等的使用体验。并且达到桌面系统与前台物理硬件分离的目的，提升了企业数据的安全性，减少了信息化管理运维成本。同时，虚拟桌面可以在任何联网的终端上、在任何时间和任何地点访问网络上授权的任何桌面系统和用户数据。

桌面虚拟化的主流架构为VDI（Virtual Desktop Infrastructure），目前主要由Citrix、VMware 和Microsoft 公司提供，其产品分别为XenDesktop、VMWare View 以及Microsoft MED-V[3]，其中Citrix 公司的XenDesktop 平台采用高效可靠的ICA协议和重定向技术。

2.2 VGPU 技术

VGPU 是共享一个物理GPU 引擎，包括3D 图形、视频解码、视频编码引擎等图形化操作[4]。基于NVIDIA GRID GPU 技术和Citrix 公司的XenServer平台共同开发的高级GPU 架构。它与普通计算机的GPU 工作方式相同，是一种传统GPU 模拟技术，有固定的GPU 显存尺寸和显示输出。虚拟桌面通过NVIDIA 驱动程序与物理GPU 直接通讯，显存大小由物理GPU 分配，GPU Manager 仅完成对于VGPU的分配管理工作，从而确保VGPU 的性能不受影响。

本文采用XenDesktop 平台来搭建三维设计应用系统环境。

3 XenDesktop 平台方案设计与实施

3.1 方案设计

通过需求调研，梳理出三维设计对虚拟桌面应用的业务需求见表1。

表1 业务需求

基于业务现状和桌面虚拟化技术架构特点进行详细分析和设计，从硬件、软件、数据、安全和使用场景等几个方面着手，构建最适合的桌面云解决方案。为适应三维设计需求，本方案采用VDI架构，包括“桌面池”、“用户配置文件和用户数据”、“企业组织结构”和“设计桌面显卡”等。在数据中心内构建计算资源平台和存储资源平台，桌面操作系统和数据通过数据中心承载，为每个用户提供独立的虚拟机，保证桌面之间互不干扰。整体逻辑架构如图1 所示。

图1 整体逻辑架构

3.1.1 虚拟桌面池资源规划

设计人员峰值为90～110 人左右，针对不同用户需求，对虚拟桌面进行分类配置，选择不同配置的解决方案，以保证用户体验和业务软件的流畅使用，配置如表2 所示。

表2 虚拟桌面配置清单

3.1.2 存储规划

通过部署NAS 系统（Network Attached Storage，网络附属存储），将用户配置文件重定向到NAS 存储系统。虚拟桌面中D 盘为存储中划分的个人数据盘，设计人员可将个人数据存放到该网络驱动器中。通过磁盘配额和权限管理，控制用户使用空间和访问权限。存储网络架构如图2 所示。

图2 存储网络架构图

3.1.3 组策略

对于桌面的权限设置和功能设置使用组策略进行控制，桌面云平台提供预制的配置模板，包括USB 控制、个人配置文件漫游、盘符显示等，在活动目录中基于组织结构创建用户和分组，对不同组分别进行组策略配置。

3.2 平台部署

3.2.1 XenDesktop 平台搭建

本方案基于XenDesktop 平台，各应用服务器部署清单如表3 所示。

3.2.2 搭建XenServer 服务器

由7 台服务器组成一个资源池（Pool），XenServer 可以在资源池的主机之间进行实时迁移，能够满足容灾和故障转移需求，安装XenCenter 组件后，可在客户端上远程访问资源池。

3.2.3 XenDesktop 基础架构

基础架构包括域控制器、DDC 服务器、PVS 服务器、StoreFront 服务器以及数据库服务器。在域控制器中配置Active Directory 活动目录，添加DNS、DHCP 服务。DDC（Desktop Delivery Controller）用来控制客户端与服务器承载的虚拟机之间访问；PVS 服务器用来创建、维护并发布不同类型的桌面模板；系统通过StoreFront 为用户展示可用的虚拟桌面，是统一的登录站点；数据库服务器分为主数据库、镜像数据库和仲裁数据库。其作用分别为承担客户端的访问、备份和实现自动的故障转移。以PVS 服务器为例，其管理界面如图3 所示。

表3 服务器清单

图3 PVS 服务器管理界面

4 应用效果分析

通过XenDesktop 桌面虚拟化技术的应用，构建了统一的桌面云平台，实现了计算资源的高效利用，通过对计算机桌面的标准化管理和集中控制，显著提升了管理效率、系统稳定性及可靠性。主要表现在以下几个方面：

（1）采用基于VGPU 的虚拟桌面系统，可以达到传统图形工作站的效果。提供高速度、高质量的显示信息。

（2）利用桌面虚拟化技术可以保证数据不“落地”，防止内部敏感数据泄露。通过对系统进行定期备份，有效保障数据安全性。

（3）当虚拟机发生故障时，只需在后台重新发布新桌面，几分钟后用户即可正常工作，且数据不会丢失，大大提高了终端运维的效率，降低数据丢失的风险。通过后台计算资源的灵活配置提高利用率。

（4）利用桌面虚拟化技术，设计人员可以在同一网络内不同终端进行图纸的设计，同时保证对应用、信息、知识产权的管控与审计。

5 结束语

本文基于虚拟桌面为三维设计人员提供虚拟图形工作站桌面，采用VGPU 技术架构更好地提升了虚拟桌面的设计效率和显示效果。此外利用XenDesktop 虚拟化平台降低了终端运维成本、提高了资源利用率、保障数据安全以及资源配置的灵活性。本文的虚拟桌面部署方案可为其它三维用户的图形渲染、图片编辑、视频编辑等应用提供借鉴。