工程設計私有云系統的運用

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【摘要】以重慶電力設計院為例，介紹該院為了解決原有網絡基礎設施出現的問題而建設的工程設計私有云系統，包括該系統的建設目標、任務與技術指標，核心技術，技術架構，以及取得的應用效果。

【關鍵詞】私有云；IaaS；虛擬化；桌面云

重慶電力設計院IT基礎設施經過若干年發展而形成了以PC為主體，打印設備、出圖設備以及其他外部設備為輔助的綜合網絡化基礎設施應用格局。這樣的格局漸漸出現了以下幾個弊端。首先，受PC生命周期短和終端故障率高的影響，在實際應用中出現的本地硬件故障、操作系統故障、軟件異常均會導致業務中斷，業務恢復時間長，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PC上的二十多種各類CAD軟件，在運行環境、安全、權限等方面的管理異常復雜，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權保障難度大。最后，傳統PC產生的大量熱量、輻射、高頻噪聲污染等，影響工作環境，也影響員工的工作熱情和效率。隨著云計算技術的成熟，國內外對如何應用云計算技術改善IT基礎設施架構和運維進行了大量的研究和實踐工作［1-9］。從重慶電力設計院實際IT基礎設施運維以及提升信息化水平出發，該院從2011年開始了以工程設計為對象的私有云研究和論證工作，并2012底開始了實際建設工作，經過開發、部署、安裝、調試和優化，實現了以工程設計為中心的工程設計私有云系統，涵蓋了工程設計所涉及的各個專業以及專業軟件，取得了良好的應用效果。

1建設目標、任務與技術指標

1.1建設目標

通過工程設計私有云建設實現以下三個目標：首先，實現彈性資源調用，根據實際所需，便捷靈活地對資源進行增減調整；其次，通過使用設計云網絡，將院服務數據、應用程序、員工桌面按照不同分類，統一集中到院私有云中，并可以動態地進行分配；最后，將設計過程和成果數據集中在服務器端，保證院內部數據的穩定性、安全性。

1.2建設任務

將IT基礎設施、網絡、桌面應用整合起來，采用基于云計算的工程設計網絡應用解決方案（工程設計私有云），實現IT基礎設施尤其是服務器、存儲和顯示資源的共享利用，將所有工程項目的數據集中在服務器上統一管理，強化對安全、知識產權的保護力度，并對個人工作桌面采用虛擬化技術，取代目前的PC應用的方式，采用客戶端連接服務器上的桌面，將桌面數據集中在數據中心，構筑高安全的工作環境。

1.3技術指標

（1）通過服務器計算資源的管理，支持遠程工作站計算資源的靈活配置和不斷擴充。充分發揮服務器計算資源，對分配給遠程工作站的計算資源等（CPU、內存、硬盤）進行靈活配置管理，隨軟件、項目以及時間變化對硬件資源要求升級服務器，實現設計師自己的CPU、顯卡、硬盤以及內存等的不斷擴容升級。（2）采用圖形加速技術實現高體驗的用戶環境。同時利用瘦客戶機和圖形工作站上的顯卡進行雙重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，數據集中管理，提高數據安全。通過數據集中存儲，瘦客戶端零殘留，附加對外部設備的高安全性訪問控制，來實現對設計軟件兼容和安全的設計環境。由于所有數據都保持在服務器中，用戶終端上不存儲任何文檔與數據，從而避免了因個人疏忽而導致信息泄密的發生。（4）提高運維能力，提高職業健康并節能環保。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。同時由于采用服務器取代了臺式機，提高了硬件使用壽命，保護了基礎設施投資，降低了電磁和噪音污染，實現了節能環保。

2核心技術

2.1虛擬化技術

虛擬化技術是工程設計私有云的核心技術，涉及到CPU、內存、存儲以及顯卡的虛擬化，其中CPU、內存和存儲的虛擬化技術已十分成熟，并在服務器虛擬化和辦公領域的桌面虛擬化中得到成功應用。但通過實際調研發現，設計領域的桌面虛擬化以支撐特定的專業軟件為主，然而重慶電力設計院存在二十多種設計軟件（包括AutoCAD、廣聯達計價軟件、PKPM、EESv、天正建筑、理正CAD、數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、輸電線路鐵塔結構設計軟件、鋼結構設計與繪圖系統、鐵塔荷載計算系統、桿塔灌注樁基礎設計軟件等等），需要全專業支持，核心難題是解決不同軟件對顯卡以及運行環境的不同要求，虛擬化時涉及圖1所示的各類技術參數。圖1工程設計領域虛擬化涉及的技術參數為適應工程設計的要求，虛擬化技術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提供媲美高性能PC的用戶體驗，而高可用性則要集成專業存儲、服務器、圖形工作站、專用虛擬GPU和虛擬化軟件，采用開放式架構，實現靈活訪問和所有設計軟件支持。運用工程設計私有云綜合應用服務器虛擬化技術、存儲虛擬化技術和NVIDIA的GPU虛擬化技術，實現在不犧牲用戶體驗的情況下對桌面和應用進行虛擬化，使得設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與不同的專業軟件進行匹配，將圖形處理任務從…CPU…移交給…GPU…處理，改善了用戶體驗，實現了設計師在進行設計工作時的低延遲、高畫質的互動，解決了高圖形環境的要求，達到了設計工作的要求。

2.2基礎設施平臺技術

基礎設施平臺管理各類基礎設施，對虛擬化系統以及傳輸協議進行優化，為網絡中進行設計工作提供服務支持，并在硬件平臺上處理和調度設計任務隊列，滿足設計師對設計工作的高性能要求。通過基礎設施平臺，系統利用瘦客戶機和工作站上的圖形顯卡同時對設計師的工作機進行顯卡加速，并針對不同的軟件兼容性提供不同的加速方案，滿足設計師對設計工作的高圖形顯示要求。基礎設施平臺集中控制設計師工作機對外設的訪問控制權限，進行負載平衡，對工作的狀態以及行為進行監控管理，優化計算資源的配置，提供故障遷移和災難恢復。

3技術架構

工程設計私有云系統基于網絡交付設計工作站，建立虛擬化設計中心工作環境，實現計算資源動態按需分配，總體架構如圖2所示，應用架構如圖3所示。系統采用主流的存儲服務器，支持采用刀片服務器、機架服務器和圖形工作站建立虛擬化服務器集群，支持對Winodws、Mac和Linux進行虛擬化，通過AD域管理用戶，以興云VDI作為基礎設施平臺，系統采用多屏顯示器開展設計工作，并通過興云VDI管理所有外部設備。

4系統建設與應用效果

集成運用服務器虛擬化和瘦客戶機技術達到數據集中存儲和客戶端數據零殘留，并根據設計軟件不同整合各類虛擬軟件和遠程桌面連接協議，實現了各類設計軟件的兼容支持。同時利用瘦客戶機和圖形工作站上顯示加速設備進行雙重GPU加速，滿足了設計軟件對顯示加速的要求，從而解決了當前市面桌面難以適應設計工作需要的難點。

5結論

目前，重慶電力設計院實現了以工程設計為中心的工程設計私有云系統，涵蓋了工程設計所涉及的各個專業以及專業軟件，實現計算資源動態（CPU、內存、存儲和顯卡等）按需分配給設計師，并將知識產權保護融入到整個設計環境中，將設計環境從單機PC設計轉型為基于數據中心的虛擬化設計，解決了IT基礎設施運維的難題，提升了安全和知識產權保護力度。

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

參考文獻：

［1］斯穆特.私有云計算：整合、虛擬化和面向服務的基礎設施［M］.北京：中國鐵道出版社，2013.

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［5］邢利榮，何曉龍.從虛擬化到云計算［M］.北京：電子工業出版社，2013.

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