CC BY
110
Интернет-журнал «Науковедение» ISSN 2223-5167 http ://naukovedenie.ru/ Том 7, №4 (2015) http ://naukovedenie. ru/index.php?p=vol7-4 URL статьи: http://naukovedenie.ru/PDF/37TVN415.pdf DOI: 10.15862/37TVN415 (http://dx.doi.org/10.15862/37TVN415)
УДК 004.77
Двоеглазов Дмитрий Викторович1
ФГБОУ ВО «Московский государственный университет информационных технологий, радиотехники и электроники»
Россия, Москва2 Ведущий инженер E-mail: dvd@mirea.ru
Дешко Игорь Петрович
ФГБОУ ВО «Московский государственный университет информационных технологий, радиотехники и электроники»
Россия, Москва Доцент
Кандидат технических наук E-mail: dip@mirea.ru РИНЦ: http://elibrary.ru/author items.asp?authorid=109076
Кряженков Константин Геннадьевич3
ФГБОУ ВО «Московский государственный университет информационных технологий, радиотехники и электроники»
Россия, Москва Кандидат технических наук E-mail: konstantin@mirea.ru РИНЦ: http://elibrary.ru/author items.asp?authorid= 133428
Тихонов Анатолий Алексеевич
ФГБОУ ВО «Московский государственный университет информационных технологий, радиотехники и электроники»
Россия, Москва Ведущий программист E-mail: anatoliy@mirea.ru
Инфраструктура виртуальных рабочих столов на открытых программных продуктах
1 https://ru.linkedin.com/in/ddvoeglazov
2 119454, г. Москва, Проспект Вернадского, д. 78
3 https://www. linkedin. com/pub/konstantin-kryazhenkov/2a/369/348 https://mirea.academia.edu/KonstantinKryazhenkov?c p=t http://www.researchgate.net/profile/Konstantin Kryazhenkov
Аннотация. Внедрение инфраструктуры виртуальных рабочих столов представляет собой актуальную задачу. Ее решение позволяет сократить совокупную стоимость владения корпоративной информационной инфраструктурой.
Решения по построению инфраструктуры виртуальных рабочих столов VMWare, Microsoft и Citrix стали промышленными стандартами и обеспечивают решение широкого круга задач, но при этом они требуют существенных затрат на лицензионные отчисления.
Экосистема oVirt является открытым программным продуктом и позволяет создавать пулы виртуальных рабочих столов в режиме связанных клонов, поддерживает общие службы с облачной платформой OpenStack. Вместе с тем, брокер подключений oVirt не разрешает выбрать протокол для связи с виртуальным рабочим столом, выполнить подготовку виртуальных машин в пуле с разделением по состоянию или произвести определенные действия в гостевой операционной системе.
Предложено свободное от этих недостатков решение. Оно представляет собой комплекс в составе открытого программного обеспечения: платформ oVirt, openUDS, протокола SPICE и приложений Epoptes. Показана взаимосвязь всех компонент комплекса при использовании в качестве виртуальных рабочих мест тонких и нулевых клиентов. Приведена логическая структура экспериментального полигона и последовательность апробации предложенного решения, а также схема корпоративной инфраструктуры виртуальных рабочих столов на его основе.
Ключевые слова: инфраструктура виртуализации рабочих столов; виртуальные рабочие столы; открытое программное обеспечение; экосистема виртуализации; открытая платформа oVirt; протокол SPICE; приложения Epoptes; брокер подключений; программное обеспечение openUDS; тонкие и нулевые клиенты; логическая инфраструктура испытательного полигона; процесс тестирования.
Ссылка для цитирования этой статьи:
Двоеглазов Д.В., Дешко И.П., Кряженков К.Г., Тихонов А.А. Инфраструктура виртуальных рабочих столов на открытых программных продуктах // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 7, №4 (2015) http://naukovedenie.ru/PDF/37TVN415.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ. DOI: 10.15862/37TVN415
Введение
Внедрение инфраструктуры виртуальных рабочих столов (VirtualDesktopInfrastructure, VDI) приобретает характер доминирующей тенденции в модернизации корпоративных ИТ инфраструктур. Это обусловлено рядом преимуществ VDI, среди которых высокая степень обеспечения непрерывности, гибкости и мобильности бизнеса, снижение затрат на поддержку рабочих мест и управление инфраструктурой, повышение информационной безопасности. Как следствие, снижается совокупная стоимость владения ИТ инфраструктурой и появляются ресурсы для внедрения инноваций.
Процесс и результаты развертывания VDI в российских университетах описан в ряде источников. Так, в [1] использовано решение в составе MicrosoftWindowsServer 2012 с ролью Hyper-V, системы виртуализации приложений MicrosoftApp-V,
MicrosoftSystemCenterVirtualMachineManager 2012, WindowsServer 2012 RDS, в [2,3] применены продукты VMWarevShpere и VMWareView. в [4] использован комплекс MicrosoftHyper-V Server, MicrosoftSystemCenter и CitrixXenDesktopVDIEdition.
Продукты VDI от VMWare, Microsoft и Citrix стали промышленными стандартами и обеспечивают решение широкого круга задач. Однако, являясь проприетарными, они требуют существенных затрат на лицензионные отчисления, а закрытость программного кода ограничивает разработчиков в университетах. В этих условиях растет интерес к свободно распространяемым продуктам VDI, в частности к платформеoVirt [5]. В составе oVirt имеется возможность создания пулов виртуальных рабочих столов в режиме связанных клонов (linkedclones), а также встроенный брокер подключений. Это позволяет реализовать VDI достаточно быстро без использования дорогостоящих программных продуктов. Помимо этого, oVirt снабжен простым и хорошо документированным API. Также необходимо отметить, что oVirt использует ряд общих служб с OpenStack, в дальнейшем это облегчает миграцию на облачную платформу.
Основная часть
Анализ и апробация экосистемыoVirt, как решения VDI, выявила определенную недостаточность функционала и имеющихся в нем механизмов для создания полноценных виртуализированных рабочих столов (VirtualDescktop, VD) масштаба университета. Так, отсутствует возможность автоматического пересоздания или удаления VD после окончания сеанса пользователя. Встроенный брокер подключений не позволяет выбрать протокол для связи с VD, выполнить подготовку виртуальных машин (VirtualMachine, VM) в пуле с разделением по состоянию («готова к использованию», «в режиме ожидания», «резерв») или произвести определенные действия в гостевой операционной системе (guestOS).
От этих недостатков свободно разработанное компанией VirtualCable решение UDSEnterprise [6], успешно внедренное, в частности, в ряде университетов Испании [7]. Продукт UDSEnterprise распространяется с коммерческой поддержкой, но при этом для академического сообщества доступна версия с открытым исходным кодом openUDS [8]. Брокер подключений UDSEnterprise интегрируется со всеми основными экосистемами виртуализации (VMwarevSphere, MicrosoftHyper-V, RedHatRHEV, oVirt, CitrixXenserver), а в версии openUDS - только с oVirt и CitrixXenserver.
Для апробации VDI на базе oVirt и openUDS был сформирован полигон с логической инфраструктурой, состоящей из двух гипервизоров (Node), интерфейса управления (Engine) и систем хранения данных, доступных по протоколу NFS (NAS) и iSCSI (SAN), рис 1.
Рис. 1. Логическая инфраструктура экспериментального полигона
Компоненты экспериментального полигона выполняют следующие функции. ЭлементыКоёе предоставляют вычислительные ресурсы, SAN используется для размещения файлов VM и их темплейтов, NAS необходим для хранения установочных образов ОС и приложений. Посредством сети Managementnetwork контроллер Engine управляет указанными компонентами в датацентрах. Отметим, что в экосистеме oVirt под датацентром понимается логическая совокупность различных ресурсов, объединенных по определенному принципу. Сеть VMnetwork предоставляет связность VM для взаимодействия с внешними сетями и между собой, а сеть Migrationnetwork используется при перераспределении VM между Node.Физическая реализация полигона соответствует приведенной в [3].
Как и в других системах VM в oVirtимеет набор виртуальной аппаратной части: vCPU (виртуальный ЦПУ), vRAM (память), vNIC (виртуальный сетевой адаптер), vDisk (виртуальный диск), а также клавиатуру-мышь-монитор. Базовыми протоколами доступа к консоли VM служат VNC и SPICE.Протокол VNC является пиксельным, что не подходит для "Уи.Отметим, что для VD наиболее предпочтительны протоколы, осуществляющие трансляцию в VM таких аппаратных компонент, как USB, динамики и микрофон. К ним относятся SPICE и RDP, однако RDP это проприетарный протокол компании Microsoftпредназначенный только для ОС семейства Windows. Таким образом, в настоящее время из перечисленных протоколов VD только SPICE является мультиплатформенным открытым протоколом с необходимым функционалом. Рассмотрим его подробнее.
Простой протокол для независимых вычислительных сред SPICE (SimpleProtocolforIndependentComputingEnvironments) используетобъектно-
ориентированныйспособпередачиизображенийисодержиттри необходимых элемента [9]: ОХЬдрайвер, сервер (Node) и клиент (ClientOS), рис 2. На сервере должно функционировать свободное программное обеспечение для эмуляции аппаратного обеспечения различных платформ - QEMU.
Рис. 2. Элементы протоколы SPICE
Node обслуживает клиентские соединения, разделяющиеся на каналы в зависимости от типа передаваемых данных - Main, Inputs, Display, Cursor, Playback, Record. Каждый канал использует выделенный TCP сокет и может быть защищен с помощью механизма SSL. При возможности, все задачи визуализации протокола SPICE выполняются на аппаратном уровне на стороне клиента. В случае отсутствия таковой, они исполняются на стороне сервера программно или с применением графического процессора сервера. Для улучшения производительности и возможностей гостевой графической системы применяется QXL драйвер в GuestOS. Если же он не установлен, то используется стандартный VGA драйвер с некоторым ухудшением параметров качества.
Протокол SPICE работает следующим образом. Приложение в гостевой ОС формирует графическую команду, которая передается на QXLDriver. Последний транслирует ее из команд операционной системы в QXL команды и отправляет на QXLDevice.Затем команды оптимизируются и передаются на обработку в libspace, в результате которой рабочий стол VD транслируется клиенту. Кроме того, libspaceобеспечивает и такие функции, как детектирование присутствия видеопотока и поддержание очереди команд для отправки клиенту. Это позволяет организовать качественную работу VD с мультимедийными и графическими приложениями. Для этого, в гостевую ОС необходимо установить SpiceGuestTools [10], содержащие компоненты для оптимизации вычислительных и сетевых ресурсов, механизмов единой аутентификации SSO (SingleSignOn), а также Spice-vdagent, улучшающий реализацию функций мыши и адаптирующий разрешение рабочего стола при автоматическом изменении размеров окна на стороне SPICE клиента. Протокол SPICE поддерживается брокером openUDS.
В экспериментальном полигоне брокер openUDS был развернут на"УМ в экосистеме oVirt. В качестве мастер-образа гостевой ОС использовалась MicrosoftWindows 7 x64 с установленным набором мультимедийных, графических и офисных приложений с открытым исходным кодом - VLC, GIMP, LibroOffice и рядом других. Также в мастер-образ был установлен специализированный компонентUDSActor, взаимодействующий с брокером и передающий ему состояние VM, а также UDSClient для подключения к брокеру и SPICEClient для инициализации SPICE соединения. Помимо этого, гостевая ОС была оптимизирована в соответствии с рекомендациями [11]. Настройка брокера производится через Web интерфейс и требует определения поставщика услуг VD, типов гостевых ОС, состояний VM после использования («оставить без изменений» или «пересоздать»), способов аутентификации («логин-пароль», «пул IP-адресов» или «сервер каталогов LDAP») и протоколов доступа.
В процессе экспериментальных апробаций были сформированы два пула VD -постоянный и временный. В первом случае все VM оставались без изменения после завершения сеанса работы, а во втором удалялись и создавались заново. Для каждого пула
openUDS создал из мастер-образа темплейт, на основе которого и производил развертывание необходимого количества VM. Во временном пуле ВМ регистрировались в домене ActiveDirectory(AD) с применением групповых политик (GroupPolicyObject, GPO), а в постоянном функционировали как независимые виртуальные хосты. В каждом пуле было создано 20 идентичных VM со следующими характеристиками: lxvCPU, 4096 ОЗУ, lxvDisk 35 ГБ, ^vNicTOa
Первоначально в качестве пользовательских рабочих мест использовались обычные ПК под управлением OCWindows и Linux. Поскольку UDSClient изначально написан на языке python, то он отсутствует как готовое приложение для Windows. Поэтому с использованием утилиты py2exe был подготовлен запускной файл с необходимыми зависимостями для последующей инсталляции на платформах Windows.
Подключение ПК происходило следующим образом. Через стандартный браузер выполнялся доступ к Web интерфейсу брокера. Далее, аутентификация на основе IP -адресов позволяет моментально получить пользовательскую страницу с доступными пулами VD. После выбора пула автоматически стартует UDSClient, который обрабатывает URL, получает необходимые настройки протокола SPICE для предоставленной (свободной) VM, формирует файл описания сессии и передает его приложению SPICEClient, которое и устанавливает соединение с указанной VM.
Следующим этапом апробации стала работа протокола SPICEra тонких и нулевых клиентах. Экономическая эффективность использования тонких и нулевых клиентов в университетских условиях показана в [2]. Особенность этапа состояла в самостоятельной реализации тонкого клиента на аппаратной платформе MelNU^ 2 ГБ ОЗУ и 4 ГБ твердотельным встроенным диском [12].На основе фреймворка ThinStation [13] был подготовлен образ ОС для PXE загрузки с установленными UDSClient и SPICEClient, а также запуском Web браузера MozillaFirefox в режиме киоск с автоматическим доступом к интерфейсу брокера VD. Это позволило успешно реализовать простой и управляемый доступ к ресурсам VD, используя минимизированные по стоимости рабочие места пользователей.
Наконец, было необходимо апробировать возможности полного управления любым рабочим местом во всем парке VD. Для этого образ ОС ThinStation был дополнен приложением Epoptes [14]. Это приложение позволяет администратору удаленно включить, выключить или заблокировать пользовательское устройство, произвести удаленное подключение к рабочему столу пользователя или транслировать рабочий стол одного пользователя (например, преподавателя) на выбранные рабочие места других пользователей (например, студентов).Такой функционал особенно актуален при перспективной реализации облачного лабораторного практикума LaaS [15].
Результаты апробаций позволили сформировать следующее решение для корпоративной инфраструктуры VD, рис. 3. Рассмотрим его работу.
Рис. 3. Решение для корпоративной инфраструктуры VD
Тонкий клиент ThinClient подключается к сети, по протоколу DHCP получает сетевые реквизиты, включающие опции 66 BootServerHost с указанием IP-адреса сервера ThinStation и опции 67 BootFileName с указанием имени образа ОS. После загрузки ThinClient, запускаются приложения Epoptes для управления им и Web-браузер в режиме киоска с автоматическим входом в openUDS брокер. Пользователь нажимает мышью на выбранном пуле VM и инициирует запуск приложения UDSClient. Брокер openUDS опрашивает UDSActor на предмет обнаружения свободных и доступных VM, затем формирует URL и передает в UDSClient на ThinClient. UDSClinet обрабатывает URL, получает параметры подключения и транслирует их на SPICEClient, который инициирует подключение по протоколу SPICE к указанной VM. На ThinClient открывается удаленный рабочий стол. В случае если VM в пуле не подготовлена, то брокер openUDS через oVirtAPI дает команду на создание VM из темплейта путем клонирования на Datastore. Затем UDSActor производит настройку VM, регистрирует ее в домене AD и делает доступной для удаленного подключения.
По завершении сеанса пользователь VM выходит из нее, например, выключив гостевую ОS, что приводит к остановкеUDSActor. Брокер openUDS считает, что VM стала недоступной и, если пул постоянный, то он запускает VM, а если пул временный, то происходит удаление файлов VM на Datastore и создается новая VM из мастер-образа путем клонирования на Datastore.
Заключение
Представлено решение для создания инфраструктуры виртуальных рабочих столов на базе открытого программного обеспечения. Оно отличается всем необходимым функционалом при использовании традиционных ПК, тонких и нулевых клиентов.
Проведенные на экспериментальном полигоне апробации комплекса в составе платформ oVirt, openUDS, протокола SPICE, приложений Epoptes показали, что он обладает достаточным потенциалом для составления зрелой альтернативы продуктам ведущих вендоров.
Преимуществом предложенного решения является простота и прозрачность интеграции с открытой облачной платформой OpenStack. Это создает реальные условия для дальнейшей минимизации совокупной стоимости владения корпоративной информационной инфраструктурой университетов и других организаций.
ЛИТЕРАТУРА
1. Финансовый университет создает основу для внедрения новых образовательных технологий, проводя виртуализацию компьютерных классов. Режим доступа: http://www.npsod.ru/blog/integrations/6664.html (дата обращения 06.07.2015).
2. М.А. Вышиванов, Д.В. Гмарь, В.В. Крюков, К.С. Нагорняк, К.И. Шахгельдян Технология виртуализации как основа эффективной информационной инфраструктуры // Материалы XXI Всероссийской научно-методической конференции «Телематика'2015», СПб, 2015.
3. Двоеглазов Д.В., Дешко И.П., Кряженков К.Г., Тихонов А.А. Опытный полигон DaaS в МГТУ МИРЭА // Академический форум корпорации EMC: сборник тезисов докладов участников конференции, 20-25 октября 2015г., г. Москва / Факультет ВМК МГУ имени М.В. Ломоносова. - М.: МАКС Пресс, 2015. - С. 99102.
4. Проект создания инфраструктуры виртуальных рабочих мест в ЮжноУральском государственном университете Режим доступа: http://ec-univer.ru/m/embpub/read/838 (дата обращения 06.07.2015).
5. oVIRT. Режим доступа: http://www.ovirt.org/Home (дата обращения 06.07.2015).
6. UDS. Режим доступа: https://www.udsenterprise.com / (дата обращения 06.07.2015).
7. UDS. Режим доступа: https://www.udsenterprise.com/en/about-uds/case-studies/ (дата обращения 06.07.2015).
8. dkmstr/openuds. Режим доступа: https://github.com/dkmstr/openuds (дата обращения 06.07.2015).
9. SpiceforNewbies. Режим доступа: http://www.spice-space.org/docs/spice_for_newbies.pdf (дата обращения 06.07.2015).
10. Spice. Режим доступа: http://www.spice-space.org/download.html (дата обращения 06.07.2015).
11. VMware Horizon with View Optimization Guide for Windows 7 and Windows 8. Режим доступа: http://www.vmware.com/files/pdf/VMware-View-OptimizationGuideWindows7-EN.pdf (дата обращения 06.07.2015).
12. Мини ПК -- Intel® NUC. Режим доступа:http://www.intel.ru/content/www/ru/ru/nuc/overview.html(дата обращения 06.07.2015).
13. Thinstation. Режим доступа: http://thinstation.github.io/thinstation/ (дата обращения 06.07.2015).
14. Epoptes. Режим доступа: http://www.epoptes.org/ (дата обращения 06.07.2015).
15. Дешко И.П., Кряженков К.Г. Лабораторный практикум как сервис в курсах по информационно-коммуникационным технологиям [Электронный ресурс] // Международный электронный научный журнал «Перспективы науки и образования», Воронеж: 2015. - №1(13). - С.70-74. - Режим доступа: https://pnojournal.files.wordpress.com/2015/12/pdf_150111.pdf.
Рецензент: Статья рецензирована членами редколлегии журнала.
Dvoeglazov Dmitry Victorovich
Moscow State University of Information Technologies, Radioengineering and Electronics
Russia, Moscow E-mail: dvd@mirea.ru
Deshko Igor Petrovich
Moscow State University of Information Technologies, Radioengineering and Electronics
Russia, Moscow E-mail: dip@mirea.ru
Kryazhenkov Konstantin Gennad'evich
Moscow State University of Information Technologies, Radioengineering and Electronics
Russia, Moscow E-mail: konstantin@mirea.ru
Tikhonov Anatoly Alekseevich
Moscow State University of Information Technologies, Radioengineering and Electronics
Russia, Moscow E-mail: anatoliy@mirea.ru
Open Source Virtual Desktop Infrastructure
Abstract. Virtual desktop infrastructure implementation is a topical task. Its solution can reduce corporate information infrastructure total cost.
VMWare, Microsoft and Citrix virtual desktop infrastructure products have become industry standards, but they require significant royalties.
OVirt ecosystem is an open-source product, that allows creation of virtual desktops pools in linked clone mode and supports shared services with OpenStack cloud platform. However, the oVirt broker doesn't allow to select the protocol to communicate with the virtual desktop, perform preparation of virtual machines in the pool with state separation or to perform certain actions in the guest operating system.
Proposed solution is free of these shortcomings. It is a complex consisting of open-source software: oVirt and openUDS platforms, SPICE protocol and Epoptes applications. All relationships between complex components are shown using thin and zero clients as a virtual workspace. The testbed logical structure and testing process for proposed solution is given, as well as the corporate virtual desktop infrastructure scheme based on it.
Keywords: virtual desktop infrastructure; virtual desktop; open program source; virtualization ecosystem; oVirt open platform; SPICE protocol; Epoptes source; connections broker; openUDS program source; thin and zero clients; testbed logical infrastructure; testing process.
REFERENCES
1. 2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10. 11.
12.
13.
14.
15.
Finansovyy universitet sozdaet osnovu dlya vnedreniya novykh obrazovatel'nykh tekhnologiy, provodya virtualizatsiyu komp'yuternykh klassov. Rezhim dostupa: http://www.npsod.ru/blog/integrations/6664.html (data obrashcheniya 06.07.2015).
M.A. Vyshivanov, D.V. Gmar', V.V. Kryukov, K.S. Nagornyak, K.I. Shakhgel'dyan Tekhnologiya virtualizatsii kak osnova effektivnoy informatsionnoy infrastruktury // Materialy XXI Vserossiyskoy nauchno-metodicheskoy konferentsii «Telematika'2015», SPb, 2015.
Dvoeglazov D.V., Deshko I.P., Kryazhenkov K.G., Tikhonov A.A. Opytnyy poligon DaaS v MGTU MIREA // Akademicheskiy forum korporatsii EMC: sbornik tezisov dokladov uchastnikov konferentsii, 20-25 oktyabrya 2015g., g. Moskva / Fakul'tet VMK MGU imeni M.V. Lomonosova. - M.: MAKS Press, 2015. - S. 99-102.
Proekt sozdaniya infrastruktury virtual'nykh rabochikh mest v Yuzhno-Ural'skom gosudarstvennom universitete Rezhim dostupa: http://ec-
univer.ru/m/embpub/read/838 (data obrashcheniya 06.07.2015).
oVIRT. Rezhim dostupa: http://www.ovirt.org/Home (data obrashcheniya 06.07.2015).
UDS. Rezhim dostupa: https://www.udsenterprise.com / (data obrashcheniya 06.07.2015).
UDS. Rezhim dostupa: https://www.udsenterprise.com/en/about-uds/case-studies/ (data obrashcheniya 06.07.2015).
dkmstr/openuds. Rezhim dostupa: https://github.com/dkmstr/openuds (data obrashcheniya 06.07.2015).
SpiceforNewbies. Rezhim dostupa: http://www.spice-
space.org/docs/spice_for_newbies.pdf (data obrashcheniya 06.07.2015).
Spice. Rezhim dostupa: http://www.spice-space.org/download.html (data obrashcheniya 06.07.2015).
VMware Horizon with View Optimization Guide for Windows 7 and Windows 8. Rezhim dostupa: http://www.vmware.com/files/pdf/VMware-View-
OptimizationGuideWindows7-EN.pdf (data obrashcheniya 06.07.2015).
Mini PK -- Intel® NUC. Rezhim
dostupa:http://www.intel.ru/content/www/ru/ru/nuc/overview.html(data obrashcheniya 06.07.2015).
Thinstation. Rezhim dostupa: http://thinstation.github.io/thinstation/ (data obrashcheniya 06.07.2015).
Epoptes. Rezhim dostupa: http://www.epoptes.org/ (data obrashcheniya 06.07.2015).
Deshko I.P., Kryazhenkov K.G. Laboratornyy praktikum kak servis v kursakh po informatsionno-kommunikatsionnym tekhnologiyam [Elektronnyy resurs] // Mezhdunarodnyy elektronnyy nauchnyy zhurnal «Perspektivy nauki i obrazovaniya», Voronezh: 2015. - №1(13). - S.70-74. - Rezhim dostupa: https://pnojournal.files.wordpress.com/2015/12/pdf_150111.pdf.
