工程設(shè)計私有云系統(tǒng)的運用

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【摘要】以重慶電力設(shè)計院為例，介紹該院為了解決原有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施出現(xiàn)的問題而建設(shè)的工程設(shè)計私有云系統(tǒng)，包括該系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)、任務(wù)與技術(shù)指標(biāo)，核心技術(shù)，技術(shù)架構(gòu)，以及取得的應(yīng)用效果。

【關(guān)鍵詞】私有云；IaaS；虛擬化；桌面云

重慶電力設(shè)計院IT基礎(chǔ)設(shè)施經(jīng)過若干年發(fā)展而形成了以PC為主體，打印設(shè)備、出圖設(shè)備以及其他外部設(shè)備為輔助的綜合網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用格局。這樣的格局漸漸出現(xiàn)了以下幾個弊端。首先，受PC生命周期短和終端故障率高的影響，在實際應(yīng)用中出現(xiàn)的本地硬件故障、操作系統(tǒng)故障、軟件異常均會導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷，業(yè)務(wù)恢復(fù)時間長，維護困難。其次，分散在這些不同時期、不同型號和不同操作系統(tǒng)PC上的二十多種各類CAD軟件，在運行環(huán)境、安全、權(quán)限等方面的管理異常復(fù)雜，工作量巨大。再次，信息存放在本地PC上，造成了本地的信息安全和知識產(chǎn)權(quán)保障難度大。最后，傳統(tǒng)PC產(chǎn)生的大量熱量、輻射、高頻噪聲污染等，影響工作環(huán)境，也影響員工的工作熱情和效率。隨著云計算技術(shù)的成熟，國內(nèi)外對如何應(yīng)用云計算技術(shù)改善IT基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)和運維進(jìn)行了大量的研究和實踐工作［1-9］。從重慶電力設(shè)計院實際IT基礎(chǔ)設(shè)施運維以及提升信息化水平出發(fā)，該院從2011年開始了以工程設(shè)計為對象的私有云研究和論證工作，并2012底開始了實際建設(shè)工作，經(jīng)過開發(fā)、部署、安裝、調(diào)試和優(yōu)化，實現(xiàn)了以工程設(shè)計為中心的工程設(shè)計私有云系統(tǒng)，涵蓋了工程設(shè)計所涉及的各個專業(yè)以及專業(yè)軟件，取得了良好的應(yīng)用效果。

1建設(shè)目標(biāo)、任務(wù)與技術(shù)指標(biāo)

1.1建設(shè)目標(biāo)

通過工程設(shè)計私有云建設(shè)實現(xiàn)以下三個目標(biāo)：首先，實現(xiàn)彈性資源調(diào)用，根據(jù)實際所需，便捷靈活地對資源進(jìn)行增減調(diào)整；其次，通過使用設(shè)計云網(wǎng)絡(luò)，將院服務(wù)數(shù)據(jù)、應(yīng)用程序、員工桌面按照不同分類，統(tǒng)一集中到院私有云中，并可以動態(tài)地進(jìn)行分配；最后，將設(shè)計過程和成果數(shù)據(jù)集中在服務(wù)器端，保證院內(nèi)部數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、安全性。

1.2建設(shè)任務(wù)

將IT基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)、桌面應(yīng)用整合起來，采用基于云計算的工程設(shè)計網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用解決方案（工程設(shè)計私有云），實現(xiàn)IT基礎(chǔ)設(shè)施尤其是服務(wù)器、存儲和顯示資源的共享利用，將所有工程項目的數(shù)據(jù)集中在服務(wù)器上統(tǒng)一管理，強化對安全、知識產(chǎn)權(quán)的保護力度，并對個人工作桌面采用虛擬化技術(shù)，取代目前的PC應(yīng)用的方式，采用客戶端連接服務(wù)器上的桌面，將桌面數(shù)據(jù)集中在數(shù)據(jù)中心，構(gòu)筑高安全的工作環(huán)境。

1.3技術(shù)指標(biāo)

（1）通過服務(wù)器計算資源的管理，支持遠(yuǎn)程工作站計算資源的靈活配置和不斷擴充。充分發(fā)揮服務(wù)器計算資源，對分配給遠(yuǎn)程工作站的計算資源等（CPU、內(nèi)存、硬盤）進(jìn)行靈活配置管理，隨軟件、項目以及時間變化對硬件資源要求升級服務(wù)器，實現(xiàn)設(shè)計師自己的CPU、顯卡、硬盤以及內(nèi)存等的不斷擴容升級。（2）采用圖形加速技術(shù)實現(xiàn)高體驗的用戶環(huán)境。同時利用瘦客戶機和圖形工作站上的顯卡進(jìn)行雙重GPU加速，以提高二維和三維的顯示特性，提高用戶體驗。（3）終端零殘留，數(shù)據(jù)集中管理，提高數(shù)據(jù)安全。通過數(shù)據(jù)集中存儲，瘦客戶端零殘留，附加對外部設(shè)備的高安全性訪問控制，來實現(xiàn)對設(shè)計軟件兼容和安全的設(shè)計環(huán)境。由于所有數(shù)據(jù)都保持在服務(wù)器中，用戶終端上不存儲任何文檔與數(shù)據(jù)，從而避免了因個人疏忽而導(dǎo)致信息泄密的發(fā)生。（4）提高運維能力，提高職業(yè)健康并節(jié)能環(huán)保。PC機的取消，使原來用以維護PC機故障的工作得以消失，可以大大降低低端運維的工作量，減輕運維難度。同時由于采用服務(wù)器取代了臺式機，提高了硬件使用壽命，保護了基礎(chǔ)設(shè)施投資，降低了電磁和噪音污染，實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保。

2核心技術(shù)

2.1虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)是工程設(shè)計私有云的核心技術(shù)，涉及到CPU、內(nèi)存、存儲以及顯卡的虛擬化，其中CPU、內(nèi)存和存儲的虛擬化技術(shù)已十分成熟，并在服務(wù)器虛擬化和辦公領(lǐng)域的桌面虛擬化中得到成功應(yīng)用。但通過實際調(diào)研發(fā)現(xiàn)，設(shè)計領(lǐng)域的桌面虛擬化以支撐特定的專業(yè)軟件為主，然而重慶電力設(shè)計院存在二十多種設(shè)計軟件（包括AutoCAD、廣聯(lián)達(dá)計價軟件、PKPM、EESv、天正建筑、理正CAD、數(shù)字化地形地籍成圖軟件、SLCAD架空送電線路平斷面圖處理及定位系統(tǒng)、輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與繪圖系統(tǒng)、鐵塔荷載計算系統(tǒng)、桿塔灌注樁基礎(chǔ)設(shè)計軟件等等），需要全專業(yè)支持，核心難題是解決不同軟件對顯卡以及運行環(huán)境的不同要求，虛擬化時涉及圖1所示的各類技術(shù)參數(shù)。圖1工程設(shè)計領(lǐng)域虛擬化涉及的技術(shù)參數(shù)為適應(yīng)工程設(shè)計的要求，虛擬化技術(shù)必須滿足高用戶體驗和高可用性。高用戶體驗要為所有專業(yè)提供媲美高性能PC的用戶體驗，而高可用性則要集成專業(yè)存儲、服務(wù)器、圖形工作站、專用虛擬GPU和虛擬化軟件，采用開放式架構(gòu)，實現(xiàn)靈活訪問和所有設(shè)計軟件支持。運用工程設(shè)計私有云綜合應(yīng)用服務(wù)器虛擬化技術(shù)、存儲虛擬化技術(shù)和NVIDIA的GPU虛擬化技術(shù)，實現(xiàn)在不犧牲用戶體驗的情況下對桌面和應(yīng)用進(jìn)行虛擬化，使得設(shè)計人員能夠體驗到桌面型工作站級的前沿圖形效果。同時，通過不同的虛擬化參數(shù)與不同的專業(yè)軟件進(jìn)行匹配，將圖形處理任務(wù)從…CPU…移交給…GPU…處理，改善了用戶體驗，實現(xiàn)了設(shè)計師在進(jìn)行設(shè)計工作時的低延遲、高畫質(zhì)的互動，解決了高圖形環(huán)境的要求，達(dá)到了設(shè)計工作的要求。

2.2基礎(chǔ)設(shè)施平臺技術(shù)

基礎(chǔ)設(shè)施平臺管理各類基礎(chǔ)設(shè)施，對虛擬化系統(tǒng)以及傳輸協(xié)議進(jìn)行優(yōu)化，為網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行設(shè)計工作提供服務(wù)支持，并在硬件平臺上處理和調(diào)度設(shè)計任務(wù)隊列，滿足設(shè)計師對設(shè)計工作的高性能要求。通過基礎(chǔ)設(shè)施平臺，系統(tǒng)利用瘦客戶機和工作站上的圖形顯卡同時對設(shè)計師的工作機進(jìn)行顯卡加速，并針對不同的軟件兼容性提供不同的加速方案，滿足設(shè)計師對設(shè)計工作的高圖形顯示要求。基礎(chǔ)設(shè)施平臺集中控制設(shè)計師工作機對外設(shè)的訪問控制權(quán)限，進(jìn)行負(fù)載平衡，對工作的狀態(tài)以及行為進(jìn)行監(jiān)控管理，優(yōu)化計算資源的配置，提供故障遷移和災(zāi)難恢復(fù)。

3技術(shù)架構(gòu)

工程設(shè)計私有云系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)交付設(shè)計工作站，建立虛擬化設(shè)計中心工作環(huán)境，實現(xiàn)計算資源動態(tài)按需分配，總體架構(gòu)如圖2所示，應(yīng)用架構(gòu)如圖3所示。系統(tǒng)采用主流的存儲服務(wù)器，支持采用刀片服務(wù)器、機架服務(wù)器和圖形工作站建立虛擬化服務(wù)器集群，支持對Winodws、Mac和Linux進(jìn)行虛擬化，通過AD域管理用戶，以興云VDI作為基礎(chǔ)設(shè)施平臺，系統(tǒng)采用多屏顯示器開展設(shè)計工作，并通過興云VDI管理所有外部設(shè)備。

4系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用效果

集成運用服務(wù)器虛擬化和瘦客戶機技術(shù)達(dá)到數(shù)據(jù)集中存儲和客戶端數(shù)據(jù)零殘留，并根據(jù)設(shè)計軟件不同整合各類虛擬軟件和遠(yuǎn)程桌面連接協(xié)議，實現(xiàn)了各類設(shè)計軟件的兼容支持。同時利用瘦客戶機和圖形工作站上顯示加速設(shè)備進(jìn)行雙重GPU加速，滿足了設(shè)計軟件對顯示加速的要求，從而解決了當(dāng)前市面桌面難以適應(yīng)設(shè)計工作需要的難點。

5結(jié)論

目前，重慶電力設(shè)計院實現(xiàn)了以工程設(shè)計為中心的工程設(shè)計私有云系統(tǒng)，涵蓋了工程設(shè)計所涉及的各個專業(yè)以及專業(yè)軟件，實現(xiàn)計算資源動態(tài)（CPU、內(nèi)存、存儲和顯卡等）按需分配給設(shè)計師，并將知識產(chǎn)權(quán)保護融入到整個設(shè)計環(huán)境中，將設(shè)計環(huán)境從單機PC設(shè)計轉(zhuǎn)型為基于數(shù)據(jù)中心的虛擬化設(shè)計，解決了IT基礎(chǔ)設(shè)施運維的難題，提升了安全和知識產(chǎn)權(quán)保護力度。

作者:朱春霞 秦如玉 單位:1.重慶電力設(shè)計院 2.北京中科華興數(shù)字科技有限公司

參考文獻(xiàn)：

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