虚拟化技术在机械设计业服务化中的应用

王 磊,朱 焱,丁国富,黄文培

(1.西南交通大学 信息科学与技术学院； 2.西南交通大学 机械工程学院先进设计与制造技术研究所,四川 成都 611756)

0 引言

李克强总理在2015年政府工作报告中提出：深入推进“中国制造+互联网”，实施一批智能制造示范项目，启动工业强基、绿色制造、高端装备等重大工程。目前，互联网+给传统制造业带来了革新突破点。

在传统工业机械设计中，设计者依靠自身知识、经验及远见独自进行设计和优化，但设计者能力有限。互联网+模式和云服务[1-5]的出现为机械设计者提供了拓展能力、优化设计的渠道，便于客户及时通过网络查看设计方案，提出修改意见，与设计者及时交互。

然而随着互联网+和云服务的纵深发展，对服务器的需求越来越大，带来了庞大的管理和维护工作量。由于多个服务器负载量不同，容易造成资源浪费。因此如何有效整合服务器资源、提高设备利用率是关键问题。

秦涛等[6]发现虚拟化桌面云在管理终端系统、终端数据安全等方面具有一定优势。集中的虚拟化桌面云平台在桌面虚拟机的可靠性、稳定性等方面均表现优秀，比传统计算机系统可靠性高，因此虚拟化技术被广泛运用于各个领域。李刚毅[7]使用服务器虚拟化技术，将底层细节封装为统一的应用接口，用户由同一接口根据各自需求选择相应服务。刘永等[8]采用桌面虚拟化技术，对比了国内外厂商的虚拟化产品，解决了高校实验室机房计算机老化迅速、维护困难、病毒难以预防等问题。与高校相比，医疗网络系统由多个部门的不同服务器组成，存在部门间信息传输、管理和融合的困难。杨叔颖[9]利用服务器虚拟化技术，帮助医院升级和管理分散的基础业务系统，实现系统整合。大部分虚拟化应用[10-12]均基于服务器虚拟化和桌面虚拟化技术，不能完全满足实际应用需要，另外机械设计业的相关软件大部分为Windows客户端，但目前大部分虚拟化产品基于Linux系统，所以给软件虚拟化带来了巨大挑战。

本文通过对应用虚拟化技术开展研究，将机械设计业的相关软件进行整合，以提高软件的使用效率，减少计算资源浪费，方便设计人员随时随地利用各种设备进行设计和交互。

1 RemoteApp简介

RemoteApp作为微软远程桌面服务(Remote Desktop Service,RDS)的一个组件，是随着Windows Server 2012发布而不断升级的轻量级远程应用工具，用户的客户端无须安装系统与应用程序也能正常使用远端发布的各种桌面与应用。

RDS前身为微软终端服务，是一组基于服务器的计算技术。RDS允许终端用户远程访问应用程序和桌面镜像，终端用户可以在多种物理平台上使用客户端或HTML5浏览器进行远程会话。

虽然RDS提供与虚拟桌面基础设施(Virtual Desktop Infrastructure, VDI)非常相似的功能，但实际上两者完全不一样。VDI部署需要主机具有Hyper-V功能，在 Windows Server 2012 R2中，远程桌面服务包括高效配置、管理虚拟机。用户可以通过远程桌面协议 (RDP) 访问Hyper-V中的虚拟机。而基于会话的虚拟化(RemoteApp)部署无需主机具有Hyper-V功能，在 Windows Server 2012 中，远程桌面服务中的会话虚拟化部署能提供高效配置和管理基于会话的桌面。

由于RemoteApp在Windows环境下具有远程桌面部署的快捷性和高效性，逐渐被用于各种领域[13-15]。

1.1 RemoteApp虚拟化技术

应用虚拟化的基本原理是：分离应用程序计算逻辑和显示逻辑，即界面抽象化，当用户访问虚拟化后的应用时，用户端计算机只需把用户端人机交互数据传送给服务器端，由服务器端为用户开设独立的会话以运行应用程序的计算逻辑，并把处理后的显示逻辑传送到用户端，使用户获得与在本地运行应用程序一样的效果，即将应用作为一种服务交付给用户使用。

1.2 桌面虚拟化

桌面虚拟化指将数据的运行存储与桌面呈现分离，用户通过远程访问协议访问操作系统(即目标虚拟机)，将目标虚拟机运行界面传输到用户本地的操作机屏幕上，并将键盘、鼠标等外设输入传输给目标虚拟机。数据运算全部由目标虚拟机完成，管理员统一集中管理数据中心服务器的全部虚拟机。

1.3 RemoteApp部署方式

1.3.1 快速部署

如图1所示，快速部署至少需要部署两个主机：域控制服务器和应用服务器。域控制服务器相当于一个控制中心，包含了由域的账户密码、管理策略等信息构成的数据库。当一台计算机登录域时，域控制器首先鉴别电脑是否属于该域，用户登录账号和密码是否正确。如果正确则允许计算机登入域，并使用在该域内具有权限访问的任何资源。否则，拒绝该计算机登入。应用服务器主要用于发布服务器中已安装的应用，发布出来的应用可供用户通过网页形式进行浏览和使用。应用服务器可以根据需要进行扩展成多台应用服务器，大大提高了服务器集群弹性。

图1 快速部署结构

1.3.2 标准部署

在标准部署中，外网用户通过远程桌面网关访问自己的RemoteApp，内网用户使用IE浏览器访问远程桌面Web服务器或通过客户端访问远程桌面连接代理，通过远程桌面连接代理连接到桌面会话主机或者桌面虚拟化主机，访问自己的应用程序或者个人桌面。

如图2所示，在一般标准部署中，除了域控制器以外，还需要部署3个服务器：远程桌面连接代理服务器，远程桌面Web访问服务器和远程桌面会话主机服务器。

图2 标准部署结构

2 RemoteApp在机械设计业的应用

2.1 桌面虚拟化和应用虚拟化对比

在桌面虚拟化的方案中，每个设计者被分配一个系统空间，设计者可在该系统空间上作任何操作，如将自己设计的文件资源按照习惯放在该系统空间内。虽然桌面虚拟化方案部署和维护相对简单，但是方案也存在不足。由于每个设计者需要的计算资源不一样，所以对于平台而言，很容易造成资源浪费，而且由于不同用户的文件存储路径不同，增加了整个虚拟集群和网站系统在文件交互阶段的难度，网站系统难以获取集群文件路径。

对于应用虚拟化的方案，首先根据权限给不同等级的用户分配应用程序。用户能单独使用某个软件，大大降低了虚拟化集群计算压力，能有效减少资源浪费，并且由于RemoteApp应用程序部署机制，应用CAD等软件设计的文件可以规范地储存于虚拟存储空间的某个地址，网站系统也能更加轻松地获取该地址。

2.2 机械设计业应用虚拟化设计与实现

为了使机械设计业的相关软件能有效地部署在集群中，通过互联网给用户提供相关软件服务，对比了两种虚拟化技术。由于应用虚拟化，能够更高效地使用服务器资源，减少计算和存储资源的浪费，因此应用虚拟化部署方案。实验采用快速部署更为方便，所以最终采用基于应用虚拟化技术的RemoteApp快速部署作为平台搭建方案。

首先配置AD-DC域控制服务器，用于管理其它虚拟化服务器。为了发布应用，分别配置3台服务器，云平台集群具体情况见表1。

表1 云平台集群配置

为了与客户进行交互，在云平台集群中，将应用虚拟化集群与网站服务器分开部署，再通过互联网将两个服务器进行连接。云平台开发者在集群中将软件按照套餐规则分别配置并发布在3台服务器上，如表2所示。

用户访问虚拟网站平台时，首先从数据库服务器中提取该用户允许访问的应用，具体如表3和表4所示，再按照该应用匹配列表，系统将已经部署好的应用虚拟化服务器分配给用户，用户可以根据自身需求，通过互联网随时随地对自己的设计进行操作。

根据之前的试验研究，已成功地将此平台应用到“面向互联网+的产品数字化设计与制造”的服务中，具体框架如图3所示。虚拟化集群与网站服务器分开部署，网站服务器和虚拟化集群通过互联网进行数据交换。整个项目以虚拟化集群为后台基础，通过网页系统形式，给用户提供机械制造设计服务，也使设计者可以随时随地进行工作,与用户交流。

表2 应用程序发布详情

表3 用户信息详情

表4 套餐信息详情

图3 面向互联网+的产品数字化设计与制造的服务平台设计框架

3 结语

传统机械业使用的软件存在升级维护繁琐、新硬件与软件发布兼容性不强、计算机维护成本高等问题。“互联网+”能充分发挥互联网优势，将互联网与传统产业深度融合，因此本文设计了一个基于Windows环境的虚拟化框架，将机械业设计软件以互联网服务技术交付给用户。

本文主要讨论了一种基于RemoteApp框架的虚拟化技术，采用应用虚拟化技术对传统机械设计行业的软件进行虚拟化和云部署，使传统机械业和互联网更加紧密融合，从而提升了产品设计效率和实时性, 降低了服务器维护成本，避免了计算资源浪费，对产品设计服务技术和机械设计制造行业发展起到了积极的促进作用，加速了互联网与传统行业的融合。