基于vGPU技术的一体化创新应用服务平台的搭建方法与流程

基于vgpu技术的一体化创新应用服务平台的搭建方法
技术领域
1.本发明涉及显卡虚拟化(vgpu)技术领域，具体涉及一种基于vgpu技术的一体化创新应用服务平台的搭建方法。


背景技术：

2.根据业务需要，我司配置了大量pc终端供员工使用信息系统、处理日常文件等，在用户使用过程中，存在以下问题：
3.1、pc设备部署分散，使用环境复杂，由于维护困难故障率高，有时甚至造成数据丢失，影响工作进行；
4.2、稀缺高配置pc终端利用率不高，难以灵活满足业务需要，存在当前使用人占用过度资源，待用人只能排队等待的浪费情况；
5.3、由于缺乏端口管控手段，软件安装由员工自主操作，敏感数据本地保存，容易发生合规和信息安全风险；
6.4、pc设备灵活性较差，很难满足员工随时随地访问信息系统的要求。
7.鉴于此，本项目组致力于自主搭建基于vgpu技术的高端桌面与创新应用一体化服务平台，以在保障员工通过桌面云的使用替代传统pc的同时，满足企业各部门对3d图纸、cad绘图、photoshop等高端设计软件的使用，以及支持人工智能应用的开发与部署，实现软件按需分发，资源按需使用，满足软件正版化管理以及节约资源的目标。


技术实现要素：

8.为了克服上述问题，本技术提供了一种基于vgpu技术的一体化创新应用服务平台的搭建方法。
9.本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
10.基于vgpu技术的一体化创新应用服务平台的搭建方法，包括
11.s1，准备硬件资源
12.硬件资源包含若干gpu服务器，若干vdi客户端或瘦终端；
13.以每个gpu服务器作为虚拟主机，为其加装网卡、独立显卡；
14.以每个vdi客户端或瘦终端作为虚拟机；
15.显卡虚拟化：将每个虚拟主机的独立显卡切分为多个虚拟显卡，然后将各虚拟显卡穿透至一个或多个虚拟机；
16.cpu虚拟化：为每个虚拟机提供至少一个虚拟cpu，使各虚拟cpu分时复用对应虚拟主机的物理cpu；
17.内存虚拟化：采用vmware vsphere平台使虚拟主机内存虚拟化，为每个虚拟机生成一段可编址的连续内存；
18.网络虚拟化：为每个虚拟机配置一个或多个虚拟以太网适配器；或者，为每个虚拟机配置虚拟交换机；
19.存储虚拟化：采用vmware vsan为每个虚拟机建立分布式存储方案；
20.s2，安装桌面云底层操作系统
21.安装vmware vsphere esxi7.0底层虚拟化管理程序体系结构到每个gpu服务器上，以虚拟机平台代替操作系统；
22.s3，部署桌面云软件，建立集群
23.采用分布式存储方案实现集群部署，具体完成以下工作：
24.(1)配置ntp服务器，同步时间；
25.(2)配置vsan存储，根据业务需要选择单节点类型，并声明磁盘；
26.(3)创建分布式交换机；
27.部署vmware vsphere desktop软件以实现桌面云功能；
28.s4，发布虚拟桌面
29.借助vmware horizon工具，在集群中运行虚拟桌面和应用程序，并进行统一管控；
30.其中gpu服务器统一配置为：
31.操作系统：正版windows 2022，数据库：正版sql server 2012；
32.s5，建立用户并关联虚拟桌面
33.采用vmware user environment manager功能，完成企业用户的维护工作，具体步骤如下：
34.(1)设置用户名和密码；
35.(2)在【资源管理】处将用户关联到新建的虚拟桌面；
36.s6，用户接入
37.用户打开vdi客户端，输入集群地址和用户名密码登录；或者，通过瘦终端输入用户名密码登录；
38.s7，软件测试
39.部署完成后，进入功能测试阶段；
40.s8，安全性测试
41.数据安全性测试方法如下：
42.断开一台集群中虚拟主机电源，测试集群中虚拟桌面是否能正常使用，若断开一台虚拟主机电源后，集群中虚拟桌面的数据不受影响，则认为其满足企业数据安全要求。
43.本发明带来的有益效果：
44.本构建方法所建立的一体化创新应用服务平台，可带来以下实质性好处：
45.(1)搭建信息资源计算与虚拟化基础设施平台，统一管控高配置信息化设备，具备人工配置的可视化界面，提升算力资源分配的灵活性、可规划性；
46.(2)利用桌面云平台技术，虚拟化算力资源的载体，通过虚拟环境将配置的算力资源按需分配给员工使用，数据集中存储，提升数据资产的安全性；
47.(3)引入专业gpu硬件，采用gpu虚拟化解决方案，通过gpu虚拟化方案与底层计算虚拟化环境的融合，实现高算力资源的配置和分配使用，满足企业员工在人工智能、机器学习等方面的需要。
48.本项目实现了gpu算力资源的统一集成、集中管控和动态分配，硬件资源与虚拟化平台的完整融合，适用于所有已经初步实现cpu、内存、存储空间等资源进行分配管控，且需
要对gpu算力资源进行管理的业务。
具体实施方式
49.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
50.一种基于vgpu技术的一体化创新应用服务平台的搭建方法，包括
51.s1，准备硬件资源
52.硬件资源包含若干gpu服务器，若干vdi客户端或瘦终端；
53.本实施例的gpu服务器采用四台sr670v2服务器；
54.以每个gpu服务器作为虚拟主机，为其加装网卡、独立显卡：服务器上安装thinksystem mellanox connectx-6lx卡，并加装英伟达显卡；
55.以每个vdi客户端或瘦终端作为虚拟机；
56.显卡虚拟化：将每个虚拟主机的独立显卡切分为多个虚拟显卡，然后将各虚拟显卡穿透至一个或多个虚拟机；
57.cpu虚拟化：通过vmware所提供的cpu虚拟化技术解决如何在一个操作系统实例中运行多个应用的难题，为每个虚拟机提供至少一个虚拟cpu(vcpu)，使各虚拟cpu分时复用对应虚拟主机的物理cpu；必须为多个vcpu合理分配时间片并维护所有vcpu的状态，当一个虚拟机vcpu的时间片用完需要切换时，要保存当前vcpu的状态，将被调度的vcpu的状态载入物理cpu；
58.内存虚拟化：采用vmware vsphere平台使虚拟主机内存虚拟化，为每个虚拟机生成一段可编址的连续内存；当运行一个虚拟机时，vsphere平台的vmkernel为虚拟机生成一段可编址的连续内存，与普通操作系统提供给上层应用使用的内存具有相同的属性特征，引入内存虚拟化之后，同样的内存地址空间，允许vmkernel同时运行多个虚拟机并保证它们之间使用内存的独立性；
59.网络虚拟化：为每个虚拟机配置一个或多个虚拟以太网适配器，各虚拟机将虚拟以太网适配器视为通用网卡，因而采用标准驱动程序，此外还有若干专用的虚拟以太网适配器可用于在虚拟机环境中实现优化性能；或者，为每个虚拟机配置虚拟交换机，通过虚拟交换机，同一vsphere主机上的虚拟机可以使用与物理交换机相同的协议相互通信，虚拟交换机模拟传统物理以太网络交换机，在数据链路层转发数据帧；
60.存储虚拟化：采用vmware vsan为每个虚拟机建立分布式存储；vsan可为虚拟化生产环境提供企业级存储服务，以及可预测的扩展能力和全闪存性能，所有这些均以远低于专门构建的传统存储阵列的价格提供；
61.s2，安装桌面云底层操作系统
62.安装vmware vsphere esxi7.0底层虚拟化管理程序体系结构到每个gpu服务器上，以虚拟机平台代替操作系统；
63.本实施例选择esxi7.0是处于以下考虑：
64.(1)不依赖操作系统，并采用加强型驱动程序；
65.(2)具备高级内存管理功能，能够消除重复内存页或压缩内存页；
66.(3)通过集成式的集群文件系统提供高级存储管理功能；
67.(4)高i/o可扩展性可消除i/o瓶颈；
68.(5)具备高安全性。
69.各个服务器的命名和ip管理配置如下表1：
70.表1
[0071][0072][0073]
s3，部署桌面云软件，建立集群
[0074]
采用分布式存储方案实现集群部署，具体完成以下工作：
[0075]
(1)配置ntp服务器，同步时间；
[0076]
(2)配置vsan存储，根据业务需要选择单节点类型，并声明磁盘；
[0077]
(3)创建分布式交换机；
[0078]
部署vmware vsphere desktop软件作为实现桌面云功能，因为没有安装传统操作系统，因此需要在esxi7.0环境中，将安装镜像文件挂载在cd/dvd驱动器口来安装。
[0079]
本步骤所采用的vsphere desktop虚拟化平台是专用于桌面虚拟化的基础平台。虚拟化平台可提供细致的资源管理功能，并能在运行中的虚拟机之间共享物理服务器的资源，不仅最大限度地提高了服务器的利用率，还确保各个虚拟机之间保持隔离状态。
[0080]
本实施例所述的虚拟化主要起到资源复用的作用，举例来说，在一台具有32gb内存、双路cpu的标准pc服务器上并行运行超过32个1颗vcpu，1g虚拟内存的虚拟桌面；能够实现复用的关键原因在于：工作负载有时处于闲置状态，不同的应用程序受制于不同的硬件资源(例如，有些应用程序受制于内存，而有些应用程序则受制于cpu)，而且不同工作负载的利用率峰值发生在不同的时间。管理员可以根据这些实际情况来合理配置资源，可以使用最小值、最大值或按比例份额来为虚拟机分配cpu、内存、磁盘和网络带宽等资源。这样，应用程序就可以安全地间歇性使用更多数量的物理资源，而不需要固定的分配额。
[0081]
s4，发布虚拟桌面
[0082]
借助vmware horizon工具，在集群中运行虚拟桌面和应用程序，并进行统一管控；
[0083]
vmware horizon的应用设置如下表2：
[0084]
表2
[0085][0086][0087]
其中gpu服务器统一配置为：
[0088]
操作系统：正版windows 2022，数据库：正版sql server 2012；
[0089]
s5，建立用户并关联虚拟桌面
[0090]
采用vmware user environment manager功能，完成企业用户的维护工作，具体步骤如下：
[0091]
(1)设置用户名和密码；
[0092]
(2)在【资源管理】处将用户关联到新建的虚拟桌面；
[0093]
s6，用户接入
[0094]
用户打开vdi客户端，输入集群地址和用户名密码登录；或者，通过瘦终端输入用户名密码登录；
[0095]
s7，软件测试
[0096]
部署完成后，进入功能测试阶段；
[0097]
制定严谨测试方案，保证部署能够稳定使用，具体测试方案如下表3：
[0098]
表3
[0099][0100][0101]
经过多次测试和bug修改，实施例所构建整个架构趋于稳定，能够满足企业需要。
[0102]
s8，安全性测试
[0103]
数据安全性测试方法如下：
[0104]
断开一台集群中虚拟主机电源，测试集群中虚拟桌面是否能正常使用，若断开一台虚拟主机电源后，集群中虚拟桌面的数据不受影响，则认为其满足企业数据安全要求。
[0105]
本实施例的基于vgpu技术的一体化创新应用服务平台的搭建方法，实现了保障员工通过桌面云的使用能替代传统pc的同时，又能够保障操作的流畅度，本项目研究突破了高端性能显卡切片分配资源的限制，以此满足高端显卡需求的应用，可达到以下特性：
[0106]
(1)数据安全性
[0107]
桌面云将所有数据集中化管理，利用虚拟化的技术虚拟多个操作系统提供给员工使用。研究设备断电、硬盘故障、服务器故障、数据传输安全等方案的安全性，整体桌面云平台对数据的恢复能力和安全可靠性进行研究。
[0108]
(2)操作流畅性
[0109]
通过测试员工常用的操作系统、制图工具、常用软件等进行操作测试，研究其设备使用的流畅度和软件兼容性。
[0110]
(3)人工智能/机器学习
[0111]
实现样本数据全生命周期管理；机器学习模型构建与训练；ai应用开发与测试。
[0112]
(4)混合现实应用开发、部署
[0113]
通过交互式设备，满足多人协同开发交互式应用；部署在线交互式应用后台。
[0114]
本实施例所述的一体化创新应用服务平台的搭建方法，技术关键在于：
[0115]
建立共享gpu计算环境，实现计算与gpu资源在多作业间共享。
[0116]
要实现gpu资源共享，需要借助以下组件建立共享体系：
[0117]
(1)horizon view connection server——管理对虚拟桌面和应用的安全访问，与vmware vcenter server配合提供高级管理功能。
[0118]
(2)horizon view rds session host——承载用户访问应用程序的会话，在应用发布模式下，应用程序客户端集中安装于此。
[0119]
(3)horizon view agent——接受会话连接和管控功能。
[0120]
(4)horizon view client——支持pc、瘦客户端、移动设备上的用户连接到虚拟桌面使用。
[0121]
(5)horizon view administrator——允许管理员进行配置设置、管理虚拟桌面和设置桌面的权限以及分配应用程序。
[0122]
(6)horizon view composer——管理员可通过单一windows xp/7/8模板来批量部署和维护虚拟桌面，极大简化管理员的部署和运维工作量。
[0123]
(7)horizon view security server——作为安全网关组件，可使用户通过广域网访问虚拟桌面，同时保障数据安全。
[0124]
应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.基于vgpu技术的一体化创新应用服务平台的搭建方法，其特征在于：包括s1，准备硬件资源硬件资源包含若干gpu服务器，若干vdi客户端或瘦终端；以每个gpu服务器作为虚拟主机，为其加装网卡、独立显卡；以每个vdi客户端或瘦终端作为虚拟机；显卡虚拟化：将每个虚拟主机的独立显卡切分为多个虚拟显卡，然后将各虚拟显卡穿透至一个或多个虚拟机；cpu虚拟化：为每个虚拟机提供至少一个虚拟cpu，使各虚拟cpu分时复用对应虚拟主机的物理cpu；内存虚拟化：使虚拟主机内存虚拟化，为每个虚拟机生成一段可编址的连续内存；网络虚拟化：为每个虚拟机配置一个或多个虚拟以太网适配器；或者，为每个虚拟机配置虚拟交换机；存储虚拟化：为每个虚拟机建立分布式存储方案；s2，安装桌面云底层操作系统安装vmware vsphere esxi7.0底层虚拟化管理程序体系结构到每个gpu服务器上，以虚拟机平台代替操作系统；s3，部署桌面云软件，建立集群采用分布式存储方案实现集群部署，具体完成以下工作：(1)配置ntp服务器，同步时间；(2)配置vsan存储，根据业务需要选择单节点类型，并声明磁盘；(3)创建分布式交换机；部署vmware vsphere desktop软件以实现桌面云功能；s4，发布虚拟桌面在集群中运行虚拟桌面和应用程序，并进行统一管控；其中gpu服务器统一配置为：操作系统：正版windows 2022，数据库：正版sql server 2012；s5，建立用户并关联虚拟桌面采用vmware user environment manager功能，完成企业用户的维护工作，具体步骤如下：(1)设置用户名和密码；(2)在【资源管理】处将用户关联到新建的虚拟桌面；s6，用户接入用户打开vdi客户端，输入集群地址和用户名密码登录；或者，通过瘦终端输入用户名密码登录；s7，软件测试部署完成后，进入功能测试阶段；s8，安全性测试数据安全性测试方法如下：断开一台集群中虚拟主机电源，测试集群中虚拟桌面是否能正常使用，若断开一台虚
拟主机电源后，集群中虚拟桌面的数据不受影响，则认为其满足企业数据安全要求。

技术总结
本发明公开了一种基于vGPU技术的一体化创新应用服务平台的搭建方法，包括准备硬件资源、安装桌面云底层操作系统、部署桌面云软件，建立集群、发布虚拟桌面、建立用户并关联虚拟桌面、用户接入、软件测试、安全性测试等步骤。本发明在保障员工通过桌面云的使用替代传统PC的同时，能够保障操作的流畅度，通过将GPU服务器的一块物理显卡切分成多块虚拟显卡，然后将多个vGPU穿透至多个虚拟终端，实现软件按需分发、资源按需使用，满足软件正版化管理以及节约资源的目标，进而降低企业运营成本。进而降低企业运营成本。


技术研发人员：张晓勇 陈勇 阮春伟 杨晓华 华翔 金川 周政 陈明 王彩平 孔超
受保护的技术使用者：张家口卷烟厂有限责任公司
技术研发日：2023.01.09
技术公布日：2023/7/11