云桌面的技術(shù)架構(gòu)分析

作者：移動Labs 2022-07-11 09:34:16

云計算 云桌面主要是指PC端的桌面系統(tǒng)（如windows）運行在云端，用戶在本地通過軟終端或者瘦終端作為入口，外接顯示器，連接到遠程的桌面系統(tǒng)，體驗就如同本地電腦一樣，整個使用過程中，所有的計算工作在云端完成。

作者 ｜ 池偉，單位：中國移動智慧家庭運營中心安全產(chǎn)品部

?Labs 導讀

在傳統(tǒng)的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，PC機既是基礎(chǔ)也是核心。但PC機在網(wǎng)絡(luò)搭建過程中容易出現(xiàn)諸如配置部署復雜、軟件硬升級成本高、機密數(shù)據(jù)分散以及數(shù)據(jù)安全保障機制不完善等一系列問題，不便于數(shù)據(jù)的集中管理和維護。于是云桌面逐漸進入人們的視野，并受到越來越多的關(guān)注。

1背景

云桌面主要是指PC端的桌面系統(tǒng)（如windows）運行在云端，用戶在本地通過軟終端或者瘦終端作為入口，外接顯示器，連接到遠程的桌面系統(tǒng)，體驗就如同本地電腦一樣，整個使用過程中，所有的計算工作在云端完成。

2022年6月13日，IDC發(fā)布的《虛擬客戶端計算軟件市場半年跟蹤報告》（如下圖所示）顯示：2021年虛擬客戶端計算軟件市場的市場規(guī)模達到了3.2億美元（21.6億人民幣），同比增長25.2%。

IDC定義的虛擬客戶端計算軟件市場主要指的是與桌面云/桌面虛擬化技術(shù)相關(guān)的軟件市場，包括了虛擬桌面，應(yīng)用虛擬化以及其他種類的桌面云/桌面虛擬化技術(shù)。這并非是一個新興市場，但隨著這幾年疫情催生的企業(yè)工作方式轉(zhuǎn)型，以及云上DaaS（Desktop as a Service）模式的高速發(fā)展，整體市場迸發(fā)出了新的活力。

2發(fā)展歷史

縱觀云桌面的技術(shù)演進路線，從兩大巨頭Citrix和VMware的發(fā)展歷程（如下圖所示）中可看出，它們分別聚焦于一項技術(shù)側(cè)重點：Citrix公司是以推流協(xié)議起家，在桌面虛擬化的關(guān)鍵核心技術(shù)上已經(jīng)研發(fā)儲備超過30年之久，推流協(xié)議的性能業(yè)界第一；而VMware公司則是以虛擬化技術(shù)起家，在服務(wù)器虛擬化方面的研發(fā)儲備也超過30年之久，虛擬化解決方案整體市場占比超過90%。

國內(nèi)云桌面企業(yè)從2010年開始陸續(xù)發(fā)力，多以企業(yè)私有云場景入手點。但近些年，國內(nèi)多家廠商也陸續(xù)進入到公有云市場。主流云桌面廠商主要有阿里云、中興、銳捷、深信服、華為等，其云桌面產(chǎn)品涉及的關(guān)鍵技術(shù)有自研、合作、基于開源改造等，但是核心關(guān)鍵技術(shù)都包括計算資源云化（虛擬化）、端到端推流（遠程顯示協(xié)議）、網(wǎng)絡(luò)傳輸（抗抖動、低時延）、外設(shè)適配（USB設(shè)備遠程接入）。

3技術(shù)架構(gòu)

經(jīng)過多年的技術(shù)演進，各大廠商的云桌面整體方案如下圖所示：

• 用戶層：用戶通過軟件終端或者硬件終端連接遠程桌面系統(tǒng)
• 網(wǎng)絡(luò)層：在公有云或者私有云網(wǎng)絡(luò)環(huán)境傳輸數(shù)據(jù)
• 接入層：負責用戶信息校驗、桌面分配控制、連接、安全控制等
• 虛擬桌面池：給用戶分配虛擬的桌面系統(tǒng)并關(guān)聯(lián)虛擬資源
• 資源池：將硬件層的資源進行虛擬池化管理

基于上述功能架構(gòu)，從技術(shù)角度概括為如下一張圖：

整個端到端的流程可以總結(jié)為流化的過程，主要分為云、端、網(wǎng)三大部分，下面分別從這三部分展開說明。

（一）云：虛擬化、抓屏、編碼（計算資源云化、端到端推流）

1. 虛擬化

基于x86架構(gòu)實現(xiàn)桌面系統(tǒng)虛擬化，遷移至安卓場景需要考慮ARM虛擬化；考慮到編碼性能優(yōu)化，需要實現(xiàn)GPU虛擬化或者GPU直通（成本較高）。

2.抓屏

針對GuestOS（以Linux為例）系統(tǒng)實現(xiàn)屏幕抓屏，大致涉及的流程包括：應(yīng)用（顯示Client）、服務(wù)端（顯示Server）、OpenGL（實現(xiàn)Mesa 3D）、libDRM、DRM（kernel）、GPU，不同的桌面系統(tǒng)圖形棧有所差異，需要針對性的優(yōu)化。

3.編碼

抓屏采集到的數(shù)據(jù)需要進行編碼傳輸，為了降低帶寬占用，需要從碼率、幀率、分辨率三個維度上綜合性優(yōu)化，根據(jù)系統(tǒng)資源占用情況、當前用戶網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等自適應(yīng)調(diào)整參數(shù)，達到網(wǎng)絡(luò)傳輸和用戶體驗的平衡，實現(xiàn)傳輸自適應(yīng)。

（二）端：解碼、指令收集上傳、USB外設(shè)接入（端到端推流、外設(shè)適配）

1. 解碼

一般場景下通過H.264軟解方式即可，但是在游戲等對體驗要求極高的場景下需要考慮H.265硬解方案，終端側(cè)對應(yīng)的設(shè)備硬件、適配工作等成本會增加。

2.指令收集上傳

終端設(shè)備上會采集鍵鼠等外接設(shè)備的按鍵控制指令并組裝成對應(yīng)的數(shù)據(jù)協(xié)議格式上傳云端，由云端系統(tǒng)解析并進行事件響應(yīng)。

3.USB外設(shè)接入

在桌面場景下，為了符合用戶對PC端電腦的所有使用場景需求，USB的外設(shè)接入適配是必不可少的工作，常見的有U盤、攝像頭、麥克風等。不同廠家的云桌面技術(shù)棧會存在差異，相應(yīng)的USB外設(shè)能力也參差不齊，與桌面協(xié)議強耦合，導致云桌面的整體能力替換成本巨大。所以外設(shè)方面可以采用USB/IP協(xié)議來實現(xiàn)，USB/IP在2009年已經(jīng)合并到Linux Kernel，而且該方案完全跨平臺（云電腦平臺），與桌面協(xié)議完全解耦，靈活可插拔。

（三）網(wǎng)：抗弱網(wǎng)環(huán)境、低時延傳輸（網(wǎng)絡(luò)）

1. 抗抖動

可以采用QUIC UDP的方案，,基于 UDP 實現(xiàn)，握手過程簡單，改進了擁塞控制，可以多路復用，同時還具備FEC前向糾錯特性，在網(wǎng)絡(luò)抖動丟包時可以一定程度上保證數(shù)據(jù)的完整性。

2.低時延

云桌面場景的整個鏈路RTT包括如下步驟：

其中比較耗時的關(guān)鍵步驟為抓屏、編碼、網(wǎng)絡(luò)傳輸、解碼，所以整體的RTT時延控制不僅僅在網(wǎng)絡(luò)側(cè)，云和端的圖形圖像編解碼等方面也需要深度優(yōu)化，降低時延。

以上從云、網(wǎng)、端三個方面分別詳細闡明了核心關(guān)鍵技術(shù)點，在技術(shù)點逐個實現(xiàn)之后，可向下沉淀基礎(chǔ)能力，延展到其它業(yè)務(wù)場景，發(fā)揮更大的技術(shù)價值。

4總結(jié)展望

基于上述關(guān)鍵技術(shù)點分析，我們可梳理出云桌面所涉及的基礎(chǔ)能力：

資源云化能力、推流能力、網(wǎng)絡(luò)能力、外設(shè)適配能力統(tǒng)一建成后，在云計算和大帶寬高速發(fā)展的趨勢下，可通過能力組合復制，推廣衍生到越來越多的云化場景，將用戶側(cè)設(shè)備逐步瘦身，將計算能力逐步上云，發(fā)揮運營商IDC計算及基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的綜合優(yōu)勢。

標題名稱：云桌面的技術(shù)架構(gòu)分析
文章起源：http://www.dlmjj.cn/article/dpisged.html