虚拟技术的迅速发展给许多领域带来好处,在工业设计领域同样可以得以应用,从前期设计方案,产品优化,以及产品展示都具有很强的优势。虚拟技术不仅能够提高设计效率,而且可以萌发新的思路,提高设计质量,增强产品的竞争力。文中是搜索整理的虚拟化技术论文6篇，供大家参考阅读。
虚拟化技术论文第一篇：基于群晖NAS的虚拟化技术及应用分析
摘要：介绍了基于群晖NAS的虚拟化技术，通过不同的维度与VMware虚拟化技术进行了对比分析，针对公司信息化系统现存的系统兼容性问题，在现有硬件设施基础上，提出了基于此技术的新的解决方案并应用实施。该方案具有成本低、部署快捷、无需改变原有软硬件环境的多重优势，经过测试验证极具可行性和实用性。
关键词:信息化系统; NAS;虚拟化; VMM;
Abstract：This paper introduces the virtualization technology based on Qunhui NAS, compares and analyzes it with VMware virtualization technology through different dimensions, and puts forward a new solution based on this technology and its application and implementation based on the existing hardware facilities for the existing system compatibility problems of the company's information system. The scheme has the advantages of low cost, fast deployment and no need to change the original software and hardware environment. It has been tested and verified to be very feasible and practical.
1 前言
在泰钢的信息化建设进程中，随着业务种类及数量增多，各种专用信息化系统先后部署于企业局域网内，为公司现代化管理打下了坚实基础。但随着计算机软硬件技术的升级迭代，多套信息化系统由于架构老旧无法兼容目前的运行环境。若全部重新开发适配，成本较高且周期较长，并不现实。通常采取的措施是对PC机操作系统降级使用或者安装VMware虚拟机软件以模拟旧的运行环境，从而延续系统运行，但此种方式容易出现稳定性故障，存在安全隐患，并非最佳方案。针对这一现状，在公司现有硬件设施基础上，提出了基于群晖NAS(Network Attached Storage，即网络附加存储）虚拟化技术的新的解决方案，该方案具有成本低、部署快捷、无需改变现有软硬件环境的多重优势，经过测试验证，极具可行性和实用性。
2 群晖NAS虚拟化技术
2.1 相关技术简介
虚拟化是为一些组件（例如虚拟应用、服务器、存储和网络）创建基于软件的表现形式的过程。它是降低企业的IT成本，提高其效率和敏捷性的最有效方式之一。
VMware Workstation（以下简称VMW）是由全球虚拟化行业的领导厂商VMware开发的一款功能强大的桌面虚拟化软件，它允许用户将Linux、Windows等多个操作系统作为虚拟机在单台PC上运行。用户可以在虚拟机上重现服务器或桌面电脑环境，无需重新启动即可跨不同操作系统同时运行应用。
Disk Station Manager（以下简称DSM）是群晖专为NAS服务器开发的基于Linux内核的网页操作系统，以套件中心的形式提供众多功能，并通过浏览器进行操作。Virtual Machine Manager（以下简称VMM）是DSM中直观的虚拟机监管套件，是在一个集中化的交互界面中整合了多种虚拟化解决方案，使管理人员能够配置和管理多个虚拟机。
2.2 两种虚拟化技术的对比分析
2.2.1 安全性
两者均可实现在硬件级别进行故障和安全隔离，使各虚拟机间相互独立，互不干扰，可保证万一其中某个虚拟机遭到攻击和入侵时不会影响其他的服务环境，物理主机始终完好无损。
基于群晖的VMM虚拟机创建的所有虚拟机文件集中存储在NAS服务器中，同时DSM系统自带的病毒查杀套件在后台实时监控，可对各类新型病毒进行有效灭杀，为虚拟环境提供了更多一层的防护。而VMW虚拟机分散安装在各用户PC机上，受限于各PC机的杀毒环境和网络配置，综合来看，其安全性显然不如VMM虚拟机。
2.2.2 可用性
以在用的NAS服务器为例，RS1619xs+专为性能密集型任务而设计，针对虚拟化环境专门优化。硬盘采用4块容量为10 TB的氦气企业级硬盘组成RAID6阵列，可靠运行时间达250万h。内存使用16 GB ECC纠错内存，减少了电磁干扰导致的数据崩溃情况的发生，拥有更高的容错能力。因此存储和服务基础可靠，可维持虚拟服务7×24 h不间断运行，具有高可用性。而VMW安装在单台PC上，其硬件配置完全无法与企业级服务器相比，同时由于PC机硬件配置及应用软件多样，极易发生兼容性故障，VMW软件崩溃现象时有发生。
此外，DSM系统能定时检测硬盘健康状况，具有坏扇区告警和硬盘寿命告警，使管理人员及时掌握运行状况，能够在硬盘故障前提前介入，可有效规避重大故障风险。
2.2.3 易用性
VMM虚拟机作为DSM中的套件，实现了一键自动下载安装扩展，免去繁琐的安装过程。安装虚拟机时可直接导入其他格式的虚拟机文件，大大缩短了部署虚拟机的时间，提高了效率。借助于局域网，VMM可直接将创建好的虚拟机的地址以链接的方式共享给客户端，用户可通过浏览器直接登录，不需要改变现有软硬件环境。VMM虚拟机采用KVM架构，是在底层对其上的虚拟机进行管理和支持，因此具有接近原生速度的运行速度。
VMW虚拟机只支持导入有限的开放虚拟机格式文件，创建和启动虚拟机时通常耗时更久。在使用过程中容易出现安装失败、运行故障等问题，增加了运维成本。运行时通常会占用较多的系统资源，而公司办公用机普遍性能不强，因此运行速度也稍慢一些，甚至会出现卡顿现象，影响正常使用。
2.2.4 可扩展性
VMM还可以利用多台NAS服务器组成集群方式进行扩展，可以通过实时迁移功能，将运行中的虚拟机从一台NAS设备无缝迁移到另一台NAS设备，能更好地进行负载平衡和资源分配。当服务器发生故障，还可实现虚拟服务在集群间自动无缝切换，当有需要时还可在第3台机器上存储、备份数据，整个过程都不用停机终断业务。
2.2.5 性价比
VMM虚拟机集成在群晖DSM套件中，经过优化与系统不存在兼容性问题，可定期升级更新，不需要许可证即可免费使用。并且在不增加额外投资的情况下，依托现有NAS硬件资源及其多余算力，可最大化利用IT资源，与采用正版VMWARE所需的软件采购成本相比，可以节省运营成本。
通过对以上几个维度进行对比分析，凸显了VMM虚拟机的优势。对于目前公司信息化系统的困境来说，VMM无疑更加实用。
3 应用实践
3.1 现状
以公司物资计量管理系统为例，此软件专为管理审计往来物资的深度定制化系统，2006年设计时仅对XP操作系统进行了适配，导致高于此版本的操作系统均不能运行其客户端程序。长期以来，以上问题已严重制约工作效率，如何有效解决系统与软件兼容性问题，已成为亟待解决的难题。
3.2 方案设计思路
有鉴于群晖NAS服务器的功能特点，采取了基于VMM虚拟机的解决方案，方案网络拓扑图见图1。借助VMM创建多台虚拟机，将物资计量系统客户端软件安装在虚拟的XP系统中，多台虚拟XP系统通过虚拟交换机接入网络，NAS服务器通过千兆网线接入公司主干网，与计量系统服务器交换数据，借助已有的网络基础设施，用户可通过公司内部局域网甚至外部Internet建立通讯连接，从而实现PC远程登录云桌面。
图1 VMM虚拟机方案网络拓扑图
3.3 部署实施过程
(1）首先在DSM系统的网络管理界面中启用Open v Switch，然后在套件中心找到VMM套件并安装，运行后可跟随设置向导设置虚拟化集群，搭建好VMM运行环境。
(2）将所需系统的ISO镜像文件或其他虚拟机格式文件上传至NAS服务器中，在VMM管理界面的映像选项卡中选中此文件以创建用于安装虚拟机的系统映像，在虚拟机选项卡中导入此映像文件，进行简单的设置后，VMM会自动开始虚拟机的安装。此时通过浏览器登录虚拟机界面，经过类似实机的安装配置步骤以及软件安装过程，最终完成母体的创建。
(3）利用VMM的克隆功能，可快速复制多台虚拟机，分配IP地址并进行相应设置后，即可作为多台虚拟机独立使用。
(4）管理员为各部门创建专用账户，并分配相应权限，使虚拟机能够专人专用。
(5）用户可通过浏览器登录自己的DSM帐号，在VMM套件界面启动虚拟机后登录计量管理系统，也可通过管理员分享的虚拟机共享链接，输入预设密码直接登录虚拟机使用。
4 应用效果分析
通过长时间的实际使用效果来看，该方案完全能够满足日常工作需要，并且同样适用于其他信息化系统，可有效解决各类软硬件的兼容性问题，降低虚拟化环境的成本。经测试，可借助VMM虚拟机同时运行多达10个以上虚拟环境，在高并发下仍能保持流畅操作。
虚拟机文件存储在NAS服务器中，借助于DSM提供的各种套件，还实现了虚拟机的统一管理和数据的集中存储备份。管理员可管理并分配用户使用权限，并从端口、IP、密码3个方向限制非法登录，可手动或自动定时进行快照备份，也可利用定时快照功能灵活进行多时间节点回溯，有效避免了误操作和系统崩溃所造成的损失。
该方案不仅适合搭建轻量级工作任务的虚拟环境，还可用于测试环境。可以安装多种操作系统的虚拟机，利用虚拟机的沙盒机制、独立性、克隆及撤销快速的特点，用来检测病毒，测试软件的新补丁、新功能及其在不同操作系统下的兼容性问题检测等。测试完后，秒级撤销，及时释放资源，方便了运维工作，提高了工作效率。
5 结语
通过应用群晖NAS虚拟化技术，有效解决了信息化系统中存在的问题，提高了工作效率，而且还拓展了新功能，在当前企业数字化转型升级的大趋势下提供了一条新的思路。下一步将继续探讨此技术在企业培训、协同办公等场景下应用的可行性，不断扩展应用范围。
虚拟化技术论文第二篇：实验室桌面云平台虚拟化技术研究
摘要：高校实验室位置分散，建设成本昂贵，管理和维护困难，通过构建桌面云平台可以进一步整合实验室资源，提高资源利用率，实现对实验室的全面管理。本文分析桌面云平台的组成，研究桌面云平台的技术架构、系统架构和传输协议，重点分析对比不同架构的优缺点和适用场景，最后提出多技术融合的桌面云平台是未来高校实验室部署桌面云平台的最佳选择。
关键词:桌面云;虚拟化;实验室;
Abstract：The location of university laboratories is scattered, which is expensive to construct and difficult to manage and maintain. The desktop cloud platform can be built to further integrate the laboratory resources, improve the utilization rate of resources, and realize the comprehensive management of the laboratory. This paper analyzes the composition of the desktop cloud platform, studies the technical architecture, system architecture and transmission protocol of the desktop cloud platform, focuses on the analysis and comparison of the advantages and disadvantages of different architectures and application scenarios, and finally proposes that the multi-technology integration of the desktop cloud platform is the best choice for future university laboratory deployment of the desktop cloud platform.
0 引言
实验教学作为高等院校人才培养中重要的实践环节。信息技术与实验教学深度融合，教学资源和教学成果共享，教学质量和教学水平提升，成为高校实验教学建设的重要任务。
高校实验室位置分散，建设成本昂贵，管理和维护困难，实验教学资源不能得到充分利用。桌面云平台可以实现实验教学的管理，实现基础实验、跨学科综合实验、创新创业实验和科学研究实验的真正融合和共享；快速灵活弹性分配实验资源，节省投资、提高资源利用率、增强实验设备运行可靠性、减少能耗，支持移动实验终端[1],最终实现实验室突破时空限制的真正开放。本文主要研究桌面云平台的核心技术，并对技术进行对比，最终选择适合高校实验室的桌面云平台虚拟化技术。
1 桌面云平台
桌面云平台主要由四个模块组成：云终端、终端接入网络、桌面云交互控制、桌面云数据中心。
云终端通过终端接入网络连接到桌面云数据中心，桌面云交互控制对云计算的终端权限进行验证，验证通过，云终端就可以访问桌面云数据中心的云服务。
云终端：用户和桌面云交互的设备。主要为传统PC机、笔记本、平板电脑、瘦客户端等设备。
终端接入网络：云终端访问桌面云的桥梁。可以是有线网络，也可以是无线网络。
桌面云交互控制：对用户访问权限的控制。保障服务安全，为用户快速提供自己所需的服务。
桌面云数据中心：最核心的模块，包括基层硬件层，资源管理层，虚拟服务器。基层硬件层负责计算、存储和网络，是桌面云数据中心向外提供服务的。资源管理层是将资源虚拟化，按需分配给虚拟服务器，实现对数据中心资源的管理。虚拟服务器是虚拟化技术虚拟出的服务器。
图1 桌面云平台工作流程
2 桌面云虚拟化技术
虚拟化技术主要包括服务器虚拟化，应用虚拟化，桌面虚拟化。桌面虚拟化技术是将计算机的桌面进行虚拟化，达到桌面使用的灵活性和安全性。
2.1 桌面云平台虚拟化技术架构
桌面云主流的四种技术架构[2]:虚拟桌面基础架构(Virtual Desktop Infrastructure, 简称VDI)、智能桌面虚拟化架构(Intelligent Desktop Virtualization, 简称 IDV)、虚拟操作系统基础架构(Virtual Operating System Infrastructure, 简称 VOI)、远程桌面服务(Remote Desktop Services, 简称RDS)。
VDI虚拟桌面采用集中管理，集中计算模式。虚拟化在服务器端，计算和存储也都在服务器端进行，客户端不运行软件也不存储数据。服务器端为每个用户准备专门的虚拟机，根据用户要求部署客户端所需操作系统和软件，通过加密的桌面显示协议，为远程用户提供完整的虚拟桌面。优点：根据用户的实际使用情况，可以灵活的分配服务器和存储资源，简化管理和部署。缺点是：服务器负载重，需要新购大量高性能服务器，对网络要求特别高，桌面体验不佳。
IDV云桌面是采用集中管理，分布运算的模式。虚拟化在客户端，客户端通过本地虚拟机运行虚拟桌面，支持离线运行，服务器端存放系统镜像，进行数据、镜像、身份和策略的集中管理。桌面运行系统分布在各个云终端，服务器是对各个桌面进行托管来加强管理。优点：适合于需要3D处理能力的应用，缺点：不支持移动办公和数据安全无法得到保障的，对本地PC硬件要求高。
VOI云桌面采用集中管理，分布运算的模式。没有虚拟层，客户端和服务器端都有虚拟磁盘存储数据。客户端运行软件和存储数据，服务器端进行管理。客户机启动时从服务器端将操作系统和应用加载到本地缓存，本地计算机可正常使用，支持离线运行。它不是桌面的交互是操作系统的标准化和交互，VOI核心是PXE无盘+缓存技术[3],架构上和IDV类似，但没有虚拟层。优点：外设兼容性很好，没有性能损耗，可利用能稳定运行操作系统的旧电脑，缺点：不支持移动办公，管理不方便，维护成本高。
RDS云桌面采用集中运行，集中管理的模式。服务器端集中运行和管理。原理是基于多用户操作系统，根据用户数量配置服务器，在装有操作系统的服务器端安装共享云桌面的管理软件，批量创建用户，通过传输协议分发到客户端用户使用，终端用户共享一套系统和软件，独立操作，互不影响。
表1 VDI、IDV、VOI和RDS四种架构对比
表1通过对四种技术架构的比较发现，VDI,IDV,VOI三种技术架构都有自己独立的操作系统桌面，而RDS是多人共享一个操作系统。VDI和RDS属于服务器集中计算，通过系统桌面和传输协议进行传输，桌面运行系统集中在服务器，属于云桌面。IDV和VOI是客户端分布式计算，桌面运行系统分布在客户端，通过系统镜像传输。
高校公共机房(如文化基础课、编程、网页制作等基础课的机房)适合选用VDI架构，因为机房数量多，管理难度大。学院的专业课程机房，性能要求高，应该选用IDV架构，因为性能强，离线可用。3D机房，设计和影视类的专业课程，性能要求高的用VDI架构，利用显卡虚拟化，流畅运行3D软件[3]。运行各类复杂教学、科研工具类软件，连接外设(如耳机、光驱、U盘、音响等)多的实验室可以考虑VOI架构。
2.2 桌面云体系架构
桌面云系统主要分为三层，分别为用户访问层、虚拟资源层和服务管理层，如图2所示。
图2 实验桌面云系统机构
用户访问层：包括计算机、瘦客户机、手机等，为用户提供访问服务的方式。学校老师和学生可以通过瘦客户机访问桌面云数据中心提供的虚拟桌面。
虚拟资源层：提供虚拟化桌面环境和虚拟化应用。
服务管理层：一方面是对虚拟资源层的计算和存储及网络进行部署、配置和管理，另一方面是对质量进行监控，保证服务运行正常，管理用户权限、计费和系统的安全。实验室管理员可以根据用户需求和实际情况，对桌面云平台开启和关闭实验环境、时间段进行配置。
桌面云整个服务流程：用户通过计算机或者瘦客户端向虚拟资源层发送请求，虚拟资源层接到请求，向服务管理层发送用户信息，服务管理层对用户进行信息认证和需求确认，然后将信息反馈到虚拟资源层，认证成功，虚拟资源层根据用户需求分配相应的虚拟桌面资源。
2.3 桌面云远程实现协议
虚拟桌面的用户体验是桌面云系统的关键，用户使用终端设备通过远程协议进行访问，实现协议决定了虚拟桌面的响应时间和速度。目前提供桌面虚拟化解决方案的主要厂商包括Microsoft、VMwarer、Citrix以及Redhat, 他们使用的协议分别为RDP协议、、PCoIP协议、ICA协议和SPICE协议。
RDP协议：即远程桌面协议，是一个多通道协议。通过图形界面访问另一个计算机的桌面软件技术。RDP协议结构分为网络层和功能层。网络层分四个层次[4],由网络连接层、ISO数据层、虚拟通道层和加密解密层组成。功能层由功能数据层组成。Microsoft虚拟化产品采用的是这个协议。
PCoIP传输协议：基于UDP的底层数据传输和交换的高效通信协议，主要采用数据压缩、数据加密以及链接优化等技术手段，可以在低网络带宽情况下，将用户的会话以图像的方式压缩并高效传输，具有一定的网络自适应特点。PCoIP协议的桌面云产品有VMware Horizon View。
ICA传输协议：基于UXP协议，连接客户端运行环境和远端终端设备，通过ICA的32个虚拟通道[5],将中心服务器上运行的数据重新定向到终端设备的输入输出设备上。支持各种类型的客户端设备，稳定性更高，用户体验更流畅。ICA协议的产品有Citrix XenDesktop。
SPICE传输协议：基于多层架构[6],是实现对用户设备或主机虚拟服务器上可用系统资源的智能访问。以动态的方式判定桌面程序是运行在客户端设备还是主机服务器上。
表2为通过对四种协议性能对比，发现每种协议都不能使所有性能达到最佳，桌面云平台兼容支持多种协议，相互结合，可以使用户桌面体验达到最佳。
表2 RDP、PCoIP、ICA和SPICE四种协议性能对比
3 小结
桌面云平台建设要根据实际场景需要和预算选择，不同的实验室场景可以选用不同的架构，但是选用多套技术架构平台后，平台之间数据无法打通，后期管理、维护和扩容升级相当复杂。多技术融合[7]的桌面云平台可以保证一个平台满足所有桌面场景建设，解决预算、网络、图像要求和外设兼容性等两难选择，实现实验室统一管理，确保用户应用场所的全覆盖。多技术融合的桌面云平台是目前各大厂商争相研究的热点，也会是未来高校实验室部署桌面云平台的最佳选择。
桌面云平台建成后，将进一步完善高校虚拟仿真实验教学平台和网站建设，提高实验室平台的利用率，大幅提高专业学科的教学和科学研究水平，真正实现虚拟仿真实验项目的在线和开放。
参考文献
[1]毋妙丽基于云桌面技术的实验室资源共字平台建设[J]实验室研究与探索, 2014,33(12):290-294.
[2]苏奎.面向桌面云服务的虚拟化关键技术研究[D].杭州:浙江大学, 2017.
[3]吴志强基于OpenStack桌面云平台的设计与研究[D].武汉:湖北大学, 2016.
[4]郭新营桌面云平台在电子政务中的应用研究[D].江西:华东交通大学, 2016.
[5]刘玉瑾ICA协议解析关键技术研究[D].西安:西安科技大学, 2017.
[6]刘文杰,江贺基于VMware的桌面虚拟化实验设计[J.实验室技术与管理，2015,32(1):127-128.
[7]王承明,白连万,王健,等基于云平台的计算机公共实验教学中心建设的研究与实践[J]实验技术与管理， 2020,37(11):269-272.
