王 磊,朱 焱,丁國富,黃文培

(1.西南交通大學 信息科學與技術(shù)學院； 2.西南交通大學 機械工程學院先進設(shè)計與制造技術(shù)研究所,四川 成都 611756)

0 引言

李克強總理在2015年政府工作報告中提出：深入推進“中國制造+互聯(lián)網(wǎng)”，實施一批智能制造示范項目，啟動工業(yè)強基、綠色制造、高端裝備等重大工程。目前，互聯(lián)網(wǎng)+給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革新突破點。

在傳統(tǒng)工業(yè)機械設(shè)計中，設(shè)計者依靠自身知識、經(jīng)驗及遠見獨自進行設(shè)計和優(yōu)化，但設(shè)計者能力有限?；ヂ?lián)網(wǎng)+模式和云服務(wù)[1-5]的出現(xiàn)為機械設(shè)計者提供了拓展能力、優(yōu)化設(shè)計的渠道，便于客戶及時通過網(wǎng)絡(luò)查看設(shè)計方案，提出修改意見，與設(shè)計者及時交互。

然而隨著互聯(lián)網(wǎng)+和云服務(wù)的縱深發(fā)展，對服務(wù)器的需求越來越大，帶來了龐大的管理和維護工作量。由于多個服務(wù)器負載量不同，容易造成資源浪費。因此如何有效整合服務(wù)器資源、提高設(shè)備利用率是關(guān)鍵問題。

秦濤等[6]發(fā)現(xiàn)虛擬化桌面云在管理終端系統(tǒng)、終端數(shù)據(jù)安全等方面具有一定優(yōu)勢。集中的虛擬化桌面云平臺在桌面虛擬機的可靠性、穩(wěn)定性等方面均表現(xiàn)優(yōu)秀，比傳統(tǒng)計算機系統(tǒng)可靠性高，因此虛擬化技術(shù)被廣泛運用于各個領(lǐng)域。李剛毅[7]使用服務(wù)器虛擬化技術(shù)，將底層細節(jié)封裝為統(tǒng)一的應(yīng)用接口，用戶由同一接口根據(jù)各自需求選擇相應(yīng)服務(wù)。劉永等[8]采用桌面虛擬化技術(shù)，對比了國內(nèi)外廠商的虛擬化產(chǎn)品，解決了高校實驗室機房計算機老化迅速、維護困難、病毒難以預(yù)防等問題。與高校相比，醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由多個部門的不同服務(wù)器組成，存在部門間信息傳輸、管理和融合的困難。楊叔穎[9]利用服務(wù)器虛擬化技術(shù)，幫助醫(yī)院升級和管理分散的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)整合。大部分虛擬化應(yīng)用[10-12]均基于服務(wù)器虛擬化和桌面虛擬化技術(shù)，不能完全滿足實際應(yīng)用需要，另外機械設(shè)計業(yè)的相關(guān)軟件大部分為Windows客戶端，但目前大部分虛擬化產(chǎn)品基于Linux系統(tǒng)，所以給軟件虛擬化帶來了巨大挑戰(zhàn)。

本文通過對應(yīng)用虛擬化技術(shù)開展研究，將機械設(shè)計業(yè)的相關(guān)軟件進行整合，以提高軟件的使用效率，減少計算資源浪費，方便設(shè)計人員隨時隨地利用各種設(shè)備進行設(shè)計和交互。

1 RemoteApp簡介

RemoteApp作為微軟遠程桌面服務(wù)(Remote Desktop Service,RDS)的一個組件，是隨著Windows Server 2012發(fā)布而不斷升級的輕量級遠程應(yīng)用工具，用戶的客戶端無須安裝系統(tǒng)與應(yīng)用程序也能正常使用遠端發(fā)布的各種桌面與應(yīng)用。

RDS前身為微軟終端服務(wù)，是一組基于服務(wù)器的計算技術(shù)。RDS允許終端用戶遠程訪問應(yīng)用程序和桌面鏡像，終端用戶可以在多種物理平臺上使用客戶端或HTML5瀏覽器進行遠程會話。

雖然RDS提供與虛擬桌面基礎(chǔ)設(shè)施(Virtual Desktop Infrastructure, VDI)非常相似的功能，但實際上兩者完全不一樣。VDI部署需要主機具有Hyper-V功能，在 Windows Server 2012 R2中，遠程桌面服務(wù)包括高效配置、管理虛擬機。用戶可以通過遠程桌面協(xié)議 (RDP) 訪問Hyper-V中的虛擬機。而基于會話的虛擬化(RemoteApp)部署無需主機具有Hyper-V功能，在 Windows Server 2012 中，遠程桌面服務(wù)中的會話虛擬化部署能提供高效配置和管理基于會話的桌面。

由于RemoteApp在Windows環(huán)境下具有遠程桌面部署的快捷性和高效性，逐漸被用于各種領(lǐng)域[13-15]。

1.1 RemoteApp虛擬化技術(shù)

應(yīng)用虛擬化的基本原理是：分離應(yīng)用程序計算邏輯和顯示邏輯，即界面抽象化，當用戶訪問虛擬化后的應(yīng)用時，用戶端計算機只需把用戶端人機交互數(shù)據(jù)傳送給服務(wù)器端，由服務(wù)器端為用戶開設(shè)獨立的會話以運行應(yīng)用程序的計算邏輯，并把處理后的顯示邏輯傳送到用戶端，使用戶獲得與在本地運行應(yīng)用程序一樣的效果，即將應(yīng)用作為一種服務(wù)交付給用戶使用。

1.2 桌面虛擬化

桌面虛擬化指將數(shù)據(jù)的運行存儲與桌面呈現(xiàn)分離，用戶通過遠程訪問協(xié)議訪問操作系統(tǒng)(即目標虛擬機)，將目標虛擬機運行界面?zhèn)鬏數(shù)接脩舯镜氐牟僮鳈C屏幕上，并將鍵盤、鼠標等外設(shè)輸入傳輸給目標虛擬機。數(shù)據(jù)運算全部由目標虛擬機完成，管理員統(tǒng)一集中管理數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的全部虛擬機。

1.3 RemoteApp部署方式

1.3.1 快速部署

如圖1所示，快速部署至少需要部署兩個主機：域控制服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器。域控制服務(wù)器相當于一個控制中心，包含了由域的賬戶密碼、管理策略等信息構(gòu)成的數(shù)據(jù)庫。當一臺計算機登錄域時，域控制器首先鑒別電腦是否屬于該域，用戶登錄賬號和密碼是否正確。如果正確則允許計算機登入域，并使用在該域內(nèi)具有權(quán)限訪問的任何資源。否則，拒絕該計算機登入。應(yīng)用服務(wù)器主要用于發(fā)布服務(wù)器中已安裝的應(yīng)用，發(fā)布出來的應(yīng)用可供用戶通過網(wǎng)頁形式進行瀏覽和使用。應(yīng)用服務(wù)器可以根據(jù)需要進行擴展成多臺應(yīng)用服務(wù)器，大大提高了服務(wù)器集群彈性。

圖1 快速部署結(jié)構(gòu)

1.3.2 標準部署

在標準部署中，外網(wǎng)用戶通過遠程桌面網(wǎng)關(guān)訪問自己的RemoteApp，內(nèi)網(wǎng)用戶使用IE瀏覽器訪問遠程桌面Web服務(wù)器或通過客戶端訪問遠程桌面連接代理，通過遠程桌面連接代理連接到桌面會話主機或者桌面虛擬化主機，訪問自己的應(yīng)用程序或者個人桌面。

如圖2所示，在一般標準部署中，除了域控制器以外，還需要部署3個服務(wù)器：遠程桌面連接代理服務(wù)器，遠程桌面Web訪問服務(wù)器和遠程桌面會話主機服務(wù)器。

圖2 標準部署結(jié)構(gòu)

2 RemoteApp在機械設(shè)計業(yè)的應(yīng)用

2.1 桌面虛擬化和應(yīng)用虛擬化對比

在桌面虛擬化的方案中，每個設(shè)計者被分配一個系統(tǒng)空間，設(shè)計者可在該系統(tǒng)空間上作任何操作，如將自己設(shè)計的文件資源按照習慣放在該系統(tǒng)空間內(nèi)。雖然桌面虛擬化方案部署和維護相對簡單，但是方案也存在不足。由于每個設(shè)計者需要的計算資源不一樣，所以對于平臺而言，很容易造成資源浪費，而且由于不同用戶的文件存儲路徑不同，增加了整個虛擬集群和網(wǎng)站系統(tǒng)在文件交互階段的難度，網(wǎng)站系統(tǒng)難以獲取集群文件路徑。

對于應(yīng)用虛擬化的方案，首先根據(jù)權(quán)限給不同等級的用戶分配應(yīng)用程序。用戶能單獨使用某個軟件，大大降低了虛擬化集群計算壓力，能有效減少資源浪費，并且由于RemoteApp應(yīng)用程序部署機制，應(yīng)用CAD等軟件設(shè)計的文件可以規(guī)范地儲存于虛擬存儲空間的某個地址，網(wǎng)站系統(tǒng)也能更加輕松地獲取該地址。

2.2 機械設(shè)計業(yè)應(yīng)用虛擬化設(shè)計與實現(xiàn)

為了使機械設(shè)計業(yè)的相關(guān)軟件能有效地部署在集群中，通過互聯(lián)網(wǎng)給用戶提供相關(guān)軟件服務(wù)，對比了兩種虛擬化技術(shù)。由于應(yīng)用虛擬化，能夠更高效地使用服務(wù)器資源，減少計算和存儲資源的浪費，因此應(yīng)用虛擬化部署方案。實驗采用快速部署更為方便，所以最終采用基于應(yīng)用虛擬化技術(shù)的RemoteApp快速部署作為平臺搭建方案。

首先配置AD-DC域控制服務(wù)器，用于管理其它虛擬化服務(wù)器。為了發(fā)布應(yīng)用，分別配置3臺服務(wù)器，云平臺集群具體情況見表1。

表1 云平臺集群配置

為了與客戶進行交互，在云平臺集群中，將應(yīng)用虛擬化集群與網(wǎng)站服務(wù)器分開部署，再通過互聯(lián)網(wǎng)將兩個服務(wù)器進行連接。云平臺開發(fā)者在集群中將軟件按照套餐規(guī)則分別配置并發(fā)布在3臺服務(wù)器上，如表2所示。

用戶訪問虛擬網(wǎng)站平臺時，首先從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中提取該用戶允許訪問的應(yīng)用，具體如表3和表4所示，再按照該應(yīng)用匹配列表，系統(tǒng)將已經(jīng)部署好的應(yīng)用虛擬化服務(wù)器分配給用戶，用戶可以根據(jù)自身需求，通過互聯(lián)網(wǎng)隨時隨地對自己的設(shè)計進行操作。

根據(jù)之前的試驗研究，已成功地將此平臺應(yīng)用到“面向互聯(lián)網(wǎng)+的產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計與制造”的服務(wù)中，具體框架如圖3所示。虛擬化集群與網(wǎng)站服務(wù)器分開部署，網(wǎng)站服務(wù)器和虛擬化集群通過互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交換。整個項目以虛擬化集群為后臺基礎(chǔ)，通過網(wǎng)頁系統(tǒng)形式，給用戶提供機械制造設(shè)計服務(wù)，也使設(shè)計者可以隨時隨地進行工作,與用戶交流。

表2 應(yīng)用程序發(fā)布詳情

表3 用戶信息詳情

表4 套餐信息詳情

圖3 面向互聯(lián)網(wǎng)+的產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計與制造的服務(wù)平臺設(shè)計框架

3 結(jié)語

傳統(tǒng)機械業(yè)使用的軟件存在升級維護繁瑣、新硬件與軟件發(fā)布兼容性不強、計算機維護成本高等問題?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”能充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢，將互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)深度融合，因此本文設(shè)計了一個基于Windows環(huán)境的虛擬化框架，將機械業(yè)設(shè)計軟件以互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)技術(shù)交付給用戶。

本文主要討論了一種基于RemoteApp框架的虛擬化技術(shù)，采用應(yīng)用虛擬化技術(shù)對傳統(tǒng)機械設(shè)計行業(yè)的軟件進行虛擬化和云部署，使傳統(tǒng)機械業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)更加緊密融合，從而提升了產(chǎn)品設(shè)計效率和實時性, 降低了服務(wù)器維護成本，避免了計算資源浪費，對產(chǎn)品設(shè)計服務(wù)技術(shù)和機械設(shè)計制造行業(yè)發(fā)展起到了積極的促進作用，加速了互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)的融合。