工程设计私有云系统的运用

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【摘要】以重庆电力设计院为例，介绍该院为了解决原有网络基础设施出现的问题而建设的工程设计私有云系统，包括该系统的建设目标、任务与技术指标，核心技术，技术架构，以及取得的应用效果。

【关键词】私有云；IaaS；虚拟化；桌面云

重庆电力设计院IT基础设施经过若干年发展而形成了以PC为主体，打印设备、出图设备以及其他外部设备为辅助的综合网络化基础设施应用格局。这样的格局渐渐出现了以下几个弊端。首先，受PC生命周期短和终端故障率高的影响，在实际应用中出现的本地硬件故障、操作系统故障、软件异常均会导致业务中断，业务恢复时间长，维护困难。其次，分散在这些不同时期、不同型号和不同操作系统PC上的二十多种各类CAD软件，在运行环境、安全、权限等方面的管理异常复杂，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识产权保障难度大。最后，传统PC产生的大量热量、辐射、高频噪声污染等，影响工作环境，也影响员工的工作热情和效率。随着云计算技术的成熟，国内外对如何应用云计算技术改善IT基础设施架构和运维进行了大量的研究和实践工作［1-9］。从重庆电力设计院实际IT基础设施运维以及提升信息化水平出发，该院从2011年开始了以工程设计为对象的私有云研究和论证工作，并2012底开始了实际建设工作，经过开发、部署、安装、调试和优化，实现了以工程设计为中心的工程设计私有云系统，涵盖了工程设计所涉及的各个专业以及专业软件，取得了良好的应用效果。

1建设目标、任务与技术指标

1.1建设目标

通过工程设计私有云建设实现以下三个目标：首先，实现弹性资源调用，根据实际所需，便捷灵活地对资源进行增减调整；其次，通过使用设计云网络，将院服务数据、应用程序、员工桌面按照不同分类，统一集中到院私有云中，并可以动态地进行分配；最后，将设计过程和成果数据集中在服务器端，保证院内部数据的稳定性、安全性。

1.2建设任务

将IT基础设施、网络、桌面应用整合起来，采用基于云计算的工程设计网络应用解决方案（工程设计私有云），实现IT基础设施尤其是服务器、存储和显示资源的共享利用，将所有工程项目的数据集中在服务器上统一管理，强化对安全、知识产权的保护力度，并对个人工作桌面采用虚拟化技术，取代目前的PC应用的方式，采用客户端连接服务器上的桌面，将桌面数据集中在数据中心，构筑高安全的工作环境。

1.3技术指标

（1）通过服务器计算资源的管理，支持远程工作站计算资源的灵活配置和不断扩充。充分发挥服务器计算资源，对分配给远程工作站的计算资源等（CPU、内存、硬盘）进行灵活配置管理，随软件、项目以及时间变化对硬件资源要求升级服务器，实现设计师自己的CPU、显卡、硬盘以及内存等的不断扩容升级。（2）采用图形加速技术实现高体验的用户环境。同时利用瘦客户机和图形工作站上的显卡进行双重GPU加速，以提高二维和三维的显示特性，提高用户体验。（3）终端零残留，数据集中管理，提高数据安全。通过数据集中存储，瘦客户端零残留，附加对外部设备的高安全性访问控制，来实现对设计软件兼容和安全的设计环境。由于所有数据都保持在服务器中，用户终端上不存储任何文档与数据，从而避免了因个人疏忽而导致信息泄密的发生。（4）提高运维能力，提高职业健康并节能环保。PC机的取消，使原来用以维护PC机故障的工作得以消失，可以大大降低低端运维的工作量，减轻运维难度。同时由于采用服务器取代了台式机，提高了硬件使用寿命，保护了基础设施投资，降低了电磁和噪音污染，实现了节能环保。

2核心技术

2.1虚拟化技术

虚拟化技术是工程设计私有云的核心技术，涉及到CPU、内存、存储以及显卡的虚拟化，其中CPU、内存和存储的虚拟化技术已十分成熟，并在服务器虚拟化和办公领域的桌面虚拟化中得到成功应用。但通过实际调研发现，设计领域的桌面虚拟化以支撑特定的专业软件为主，然而重庆电力设计院存在二十多种设计软件（包括AutoCAD、广联达计价软件、PKPM、EESv、天正建筑、理正CAD、数字化地形地籍成图软件、SLCAD架空送电线路平断面图处理及定位系统、输电线路铁塔结构设计软件、钢结构设计与绘图系统、铁塔荷载计算系统、杆塔灌注桩基础设计软件等等），需要全专业支持，核心难题是解决不同软件对显卡以及运行环境的不同要求，虚拟化时涉及图1所示的各类技术参数。图1工程设计领域虚拟化涉及的技术参数为适应工程设计的要求，虚拟化技术必须满足高用户体验和高可用性。高用户体验要为所有专业提供媲美高性能PC的用户体验，而高可用性则要集成专业存储、服务器、图形工作站、专用虚拟GPU和虚拟化软件，采用开放式架构，实现灵活访问和所有设计软件支持。运用工程设计私有云综合应用服务器虚拟化技术、存储虚拟化技术和NVIDIA的GPU虚拟化技术，实现在不牺牲用户体验的情况下对桌面和应用进行虚拟化，使得设计人员能够体验到桌面型工作站级的前沿图形效果。同时，通过不同的虚拟化参数与不同的专业软件进行匹配，将图形处理任务从…CPU…移交给…GPU…处理，改善了用户体验，实现了设计师在进行设计工作时的低延迟、高画质的互动，解决了高图形环境的要求，达到了设计工作的要求。

2.2基础设施平台技术

基础设施平台管理各类基础设施，对虚拟化系统以及传输协议进行优化，为网络中进行设计工作提供服务支持，并在硬件平台上处理和调度设计任务队列，满足设计师对设计工作的高性能要求。通过基础设施平台，系统利用瘦客户机和工作站上的图形显卡同时对设计师的工作机进行显卡加速，并针对不同的软件兼容性提供不同的加速方案，满足设计师对设计工作的高图形显示要求。基础设施平台集中控制设计师工作机对外设的访问控制权限，进行负载平衡，对工作的状态以及行为进行监控管理，优化计算资源的配置，提供故障迁移和灾难恢复。

3技术架构

工程设计私有云系统基于网络交付设计工作站，建立虚拟化设计中心工作环境，实现计算资源动态按需分配，总体架构如图2所示，应用架构如图3所示。系统采用主流的存储服务器，支持采用刀片服务器、机架服务器和图形工作站建立虚拟化服务器集群，支持对Winodws、Mac和Linux进行虚拟化，通过AD域管理用户，以兴云VDI作为基础设施平台，系统采用多屏显示器开展设计工作，并通过兴云VDI管理所有外部设备。

4系统建设与应用效果

集成运用服务器虚拟化和瘦客户机技术达到数据集中存储和客户端数据零残留，并根据设计软件不同整合各类虚拟软件和远程桌面连接协议，实现了各类设计软件的兼容支持。同时利用瘦客户机和图形工作站上显示加速设备进行双重GPU加速，满足了设计软件对显示加速的要求，从而解决了当前市面桌面难以适应设计工作需要的难点。

5结论

目前，重庆电力设计院实现了以工程设计为中心的工程设计私有云系统，涵盖了工程设计所涉及的各个专业以及专业软件，实现计算资源动态（CPU、内存、存储和显卡等）按需分配给设计师，并将知识产权保护融入到整个设计环境中，将设计环境从单机PC设计转型为基于数据中心的虚拟化设计，解决了IT基础设施运维的难题，提升了安全和知识产权保护力度。

作者:朱春霞 秦如玉 单位:1.重庆电力设计院 2.北京中科华兴数字科技有限公司

参考文献：

［1］斯穆特.私有云计算：整合、虚拟化和面向服务的基础设施［M］.北京：中国铁道出版社，2013.

［2］马博峰.VMware、Citrix和Microsoft虚拟化技术详解与应用实践［M］.北京：机械工业出版社，2012.

［3］王淑江.Windows…Server…2012…Hyper-V虚拟化管理实践［M］.北京：人民邮电出版社，2013.

［4］广小明.虚拟化技术原理与实现［M］.北京：电子工业出版社，2011.

［5］邢利荣，何晓龙.从虚拟化到云计算［M］.北京：电子工业出版社，2013.

［6］王春海.VMware虚拟化与云计算应用案例详解［M］.北京：中国铁道出版社，2013.

［7］徐强，王振江.云计算：应用开发实践［M］.北京：电子工业出版社，2012.

［8］杨青峰.信息化2.0+：云计算时代的信息化体系［M］.北京：电子工业出版社，2013.

［9］罗顿.云计算架构：解决方案设计手册［M］.北京：机械工业出版社，2012.