CN105245523A - 应用于桌面虚拟化场景的存储服务平台及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于桌面虚拟化场景的存储服务平台及其实现方法，其中应用于桌面虚拟化场景的存储服务平台，包括服务器虚拟化系统，用于在一套服务器物理硬件上虚拟出多套逻辑硬件；公共存储设备，用于存放用户的系统文件、应用程序文件和配置信息；私有存储设备，用于存放用户的私有数据；用户认证与接入模块，用于完成用户的认证，并为合法用户接入虚拟化桌面；虚拟化PC桌面服务终端，用于用户和虚拟主机交互，接收用户的输入并处理虚拟主机的输出，同时还为所述私有存储设备提供物理连接接口。实现最大程度地兼容现有的虚拟化产品，并具备满足住宅小区中用户的特定需求的优点。

Description

应用于桌面虚拟化场景的存储服务平台及其实现方法

技术领域

本发明涉及计算机领域，具体地，涉及一种应用于桌面虚拟化场景的存储服务平台及其实现方法。

背景技术

计算机和通信技术的不断发展不仅直接影响着每个个体的生活，同时也在改变着团体的行为习惯和协作方式。近年来，大数据和云计算的兴起对以政府机构和企业单位为代表的团体组织的IT运作方式产生了深远的影响。但是，作为中国城市化进程中所形成的特有的群体单位——住宅小区，其信息化建设目前还停留在非常初级的阶段。比如，绝大多数小区的信息化建设仅仅由门禁和安防监控系统组成。虽然有很多企业在积极研究智能家居，但也是局限在以家庭为单位，而缺少从小区整体布局，连接各个家庭的信息化系统。另一方面，移动互联网的快速发展让个人电脑（PersonalComputer，PC）在家庭中的角色发生了很大转变，以前作为家庭网络和信息中心的PC转而被用于完成一些更高级，更复杂和更严肃的需求，比如办公，多媒体处理和大型游戏等。而更轻量的应用，比如浏览网页和社交活动等被转移到了手机和平板电脑上。

在这样的背景下，面向小区提供一种虚拟化的PC桌面服务，融合PC和智能终端设备的优势，为移动互联网服务和传统的PC服务提供一致的交互体验，并且使用户不再担心PC的硬件升级，软件安装和系统日常维护等，将改善用户的生活品质，并有效地促进数字化小区，以及智慧城市等的建设。

在整个住宅小区虚拟化数字家庭建设中，用户数据的存储和访问是用户和开发者都密切关心的。在现有的桌面虚拟化方案中，所有的存储资源都是由虚拟化服务器统一分配和管理的，在一个虚拟化服务器管理下的存储资源由服务器统一分配和调度。这种机制比较适合有统一管理规范并且资源所有者一致的企业等团体组织，但是对于小区内的家庭来说，用户更希望自己的存储资源能是用户自己可直观感受的，可直接管理的。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种应用于桌面虚拟化场景的存储服务平台及其实现方法，以实现最大程度地兼容现有的虚拟化产品，并满足住宅小区中用户的特定需求的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种应用于桌面虚拟化场景的存储服务平台，包括服务器虚拟化系统、公共存储设备、私有存储设备、用户认证和接入模块和虚拟化PC桌面服务终端，

所述服务器虚拟化系统，用于在一套服务器物理硬件上虚拟出多套逻辑硬件，每一套逻辑硬件上均安装一个完整的操作系统为用户提供虚拟化PC桌面服务，即形成多个虚拟主机；

所述公共存储设备，由所述服务器虚拟化系统直接管理，存储资源被管理此区域的服务器上的所有虚拟主机共享，用于存放用户的系统文件、应用程序文件和配置信息；

所述私有存储设备，由特定的虚拟主机管理，且各个用户的私有存储设备彼此隔离，之间不存在物理连接，用于存放用户的私有数据；

所述用户认证和接入模块，用于完成用户的认证，并为通过认证的用户建立虚拟化PC桌面服务终端与服务器虚拟化系统的连接，以及用户与其私有存储设备之间的连接；

所述虚拟化PC桌面服务终端，用于用户和虚拟主机交互，接收用户的输入并处理虚拟主机的输出，同时还为所述私有存储设备提供物理连接接口。

优选的，所述公共存储设备，包括直接连接式存储和网络连接式存储。

优选的，所述私有存储设备，包括直接连接式存储和网络连接式存储，若为直接连接式存储，私有存储设备将安置在小区集中机房；若为网络连接式存储，私有存储设备安置在小区集中机房或用户家庭。

优选的，所述私有存储设备，包括硬盘，SD卡和U盘，以及可能出现的新型存储设备。

优选的，所述私有存储设备能自由增加、移除和更换。

同时本发明技术方案公开一种应用于桌面虚拟化场景的存储服务实现方法，包括以下步骤：

步骤1：创建用户虚拟主机，在公共存储设备中为用户虚拟主机分配一块存储区域，即公共存储区域，用于保存用户操作系统启动所需要的基本文件；

步骤2：创建用户私有存储区域，将一块独立的私有存储设备，通过虚拟化PC桌面服务终端中预留的接口安装，将虚拟化PC桌面服务终端的IP地址和用户ID的映射关系保存在所述用户认证和接入模块中的用户信息映射表中；

步骤3：用户虚拟主机通过保存在公共存储设备中的操作系统文件启动虚拟桌面系统；并根据保存在所述用户认证和接入模块中的用户信息映射表找到用户ID对应的IP地址，并使用该IP地址访问或加载所述用户私有存储设备；

步骤4：用户通过所述虚拟化PC桌面服务终端访问虚拟主机，在虚拟主机中，用户的公有存储区域和私有存储设备均以逻辑磁盘的形式显示；用户通过操作系统提供的文件操作接口进行操作。

优选的，公共存储设备中的公共存储区域分配使用线上和线下相结合，即动态分配加载的方式，具体为：

当有新用户上线时，为其动态分配资源，即不再一个用户单独占用一块固定的公共存储区域，当每次有新用户上线时，在公共存储区域中查找可用的公共存储空间，并判断可用的公共存储空间是否能满足新用户的最低需求，如果可用的公共存储空间的剩余空间能满足用户的最低需求，则从剩余空间中分配出一块区域供用户使用，如果剩余空间不能满足用户的最低需求，则在所述用户认证与接入模块的用户信息表中查找离线用户，并将该离线用户在公共存储区域中对应的文件保存到用户的私有存储区，接着释放该公共存储区域，并将释放后的公共存储区域分配给新上线的用户。

优选的，还包括，在用户的私有存储设备中固定分配一块和用户公共存储空间一样大小的存储区域，即系统保留区域的步骤：

在用户首次初始化时，将用户在公共存储区域内产生的数据全部拷贝到用户私有存储设备的系统保留区域的步骤；

设置一个监视器，每当监视到用户公共存储区域的数据或文件发生变化时，将变化的数据或文件更新到用户私有存储设备的系统保留区域，从而保持用户公共存储区域和私有存储设备的系统保留区域的数据一致性的步骤；

当有新用户到达，且剩余公共存储空间不足时，直接释放某离线用户的公共存储资源，并将释放的公共存储资源重新分配到新用户的步骤；

以及

当被释放公共存储资源的离线用户重新上线时，执行和新用户到达相同的共存储区域分配策略，且分配到的公共存储设备从该用户的私有存储设备的系统保留区域加载用户数据的步骤。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

1．公共存储和私有存储分离，既保证了虚拟化服务器所管理的存储空间的响应速度，又保证了用户私有数据的安全和可扩充性。

2．动态分配公共存储区资源，一方面提高了资源利用率，另一方面只有在用户活跃时才加载用户的系统文件，进一步提高了用户的数据独立性和安全性。

3.用户私有存储空间内不仅保存了用户的数据文件，还同步了用户的系统文件和程序文件，方便用户的迁移和备份。

4.使用用户认证和接入模块代理用户的请求，可以过滤非法请求，减少虚拟化服务器的负担，同时，使虚拟化服务器对用户透明，提高了系统的安全性。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例所述应用于桌面虚拟化场景的存储服务平台的整体功能模块图；

图2是虚拟化PC桌面服务终端的功能模块图；

图3是应用于桌面虚拟化场景的存储服务平台的操作时序图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

为了为住宅小区用户提供虚拟化PC桌面服务，最大程度地兼容现有的虚拟化产品，并满足住宅小区中用户的特定需求，本发明公开一种面向住宅小区虚拟化PC桌面服务的用户数据存储方案和实施方法。

应用于桌面虚拟化场景的存储服务平台由多个模块共同提供服务，分别是：服务器虚拟化系统、公共存储设备、私有存储设备、用户认证和接入模块和虚拟化PC桌面服务终端。

服务器虚拟化系统，用于在一套服务器物理硬件上虚拟出多套逻辑硬件，每一套逻辑硬件上安装一个完整的操作系统为用户提供虚拟化PC桌面服务。常见的服务器虚拟化系统有开源的KVM和Xen，以及商业产品VMwareESX，MicrosoftHyper-V和CitrixXenServer等。本发明提供一种通用的用户数据存储方案，该方案可直接或在部分修正后和不同的服务器虚拟化系统集成。

公共存储设备，由服务器虚拟化系统直接管理，既可以是直连式存储（DirectAttachedStorage，DAS），也可以是网络连接式存储（NetworkAttachedStorage，NAS）。所有的公共存储区域为管理此区域的服务器上的所有虚拟主机共享，不为特定用户指定特定的物理存储器，公共存储设备中的所有物理存储器对用户是透明的。直接管理的公共存储区域存放用户的系统文件和应用程序文件，DAS或专用带宽的NAS可保证响应速度。

私有存储设备，由特定的虚拟主机管理，私有存储设备为NAS。通常，一个用户ID对应一台虚拟主机，一台虚拟主机管理一块私有存储区域。且各个用户的私有存储设备彼此隔离，之间不存在物理连接，保证了用户私有数据的安全。私有存储设备可安装在用户家里，也可由用户托管在小区机房内。

用户认证和接入模块用于完成用户的认证，并为通过认证的用户建立虚拟化PC桌面服务终端与虚拟化服务器之间的连接，和用户与其私有存储设备之间的连接。用户认证和接入模块是整个虚拟化系统为用户提供的接入门户。

虚拟化PC桌面服务终端用于用户和虚拟主机交互，接收用户的输入并处理虚拟主机的输出。同时，在本发明所述及的范围内，虚拟化PC桌面服务终端还提供了私有存储设备的物理连接接口。如图2所示。

虚拟化数字小区存储系统，其主要由私有存储和公共存储两部分组成，并在服务器虚拟化系统，客户端虚拟化系统和用户认证和接入系统的辅助下工作。其中，私有存储设备存储资源为每个用户单独分配，私有存储的物理设备通常由用户自行提供，私有存储的物理介质可以是硬盘，SD卡和U盘等可能出现的新型存储设备。公共存储是由服务器虚拟化系统直接管理的物理存储介质，通常为硬盘。

公共存储系统既可以是直接连接式存储，也可以是网络连接式存储。

私有存储系统既可以是直接连接式存储，也可以是网络连接式存储。若为直接连接式存储，用户的私有存储物理介质将安置在小区集中机房。若为网络连接式存储，则用户的私有存储物理介质既可以安置在小区集中机房，也可以安置在用户家庭。

公共存储系统在资源有限的情况下，优先存储用户的系统文件，应用程序和配置信息。

私有存储系统主要存放用户的非系统文件，比如文档和多媒体文件等。

私有存储系统的物理介质可以由用户自由增加，移除和更换。

用户认证和接入系统，包括用户认证和接入模块、资源分配模块，用户认证和接入模块内保存用户信息映射表。用户认证和接入系统是用户访问虚拟桌面服务的门户，对外提供一个公开的IP地址，所有需要连接小区虚拟化桌面系统的用户都首先通过访问用户认证和接入系统提供服务。用户认证和接入系统在收到用户的访问请求后，首先由用户认证和接入模块验证用户信息的合法性，如果合法，则由资源分配模块为其分配虚拟机资源，并增加或更新用户信息映射表中用户对应的表项。

用户信息映射表中包含了用户标识信息，用户所使用的虚拟化PC桌面服务终端IP地址和为用户分配的虚拟主机IP地址及主要配置参数，如CPU核心数和内存大小。

应用于桌面虚拟化场景的存储服务实现方法，如图3所示，

步骤1：创建用户虚拟主机，在公共存储区域中为用户主机分配一块存储区域，用于保存用户操作系统启动所需要的基本文件。

步骤2：创建用户私有存储区域，将一块独立的物理存储设备，比如硬盘，SD卡等，通过虚拟化PC桌面服务终端中预留的接口安装。虚拟化PC桌面服务终端将其IP地址和用户ID的映射关系保存在所述用户认证和接入模块中的用户信息映射表中。

步骤3：用户虚拟主机通过保存在公共存储区域中的操作系统文件启动虚拟桌面系统。根据保存在用户认证和接入模块中的用户信息映射表找到用户ID对应的IP地址，并使用该IP地址访问（加载）所述用户私有存储设备。

步骤4：用户通过所述虚拟化PC桌面服务终端访问虚拟主机，在虚拟主机中，用户的公有存储设备和私有存储设备均以逻辑磁盘的形式显示。用户可通过操作系统提供的文件操作接口进行数据的创建，更新和删除等操作。

更进一步，因为公共存储区域内的存储容量是有限的，为了提高其利用率，本发明技术方案使用线上和线下相结合（动态分配加载）的方式，具体为：

当有新用户上线时，为其动态分配资源，即不再一个用户单独占用一块固定的公共存储区域。当每次有新用户上线时，系统在公共存储区域中查找可用的公共存储空间，并判断其是否能满足新用户的最低需求，如果剩余空间能满足用户的最低需求，则从剩余空间中分配出一块区域供用户使用。如果剩余空间不能满足用户的最低需求，则在所述用户认证和接入模块的用户信息表中查找离线用户，并将该离线用户在公共存储区域中对应的文件保存到用户的私有存储区，接着释放该公共存储区域，并将释放后的存储资源分配给新上线的用户。

更进一步，上述用户切换过程需要耗费较多的时间，为了进一步提高用户切换的效率，本技术方案公开一种使用空间换取时间的机制，具体为：

在用户的私有存储空间中固定分配一块和用户公共存储空间一样大小的存储区域，由于用户的公共存储空间主要用于存放操作系统启动时所需要用到的必要文件，所以这部分存储空间并不太大。

在用户首次初始化时，将用户在公共存储空间产生的数据全部拷贝到用户私有存储空间的系统保留区域。

设置一个监视器，每当监视到用户公共存储空间的数据（文件）发生变化时，将变化的数据（文件）更新到用户私有存储空间的系统保留区域，及保持用户公共存储空间和私有存储空间中系统保留区的数据一致性。

当有新用户到达，且剩余公共存储空间不足时，直接释放某离线用户的公共存储资源，将其重新分配到新用户，而无需数据拷贝操作。

当被释放资源的离线用户重新上线时，执行和新用户到达相同的策略，并且分配到公共存储空间后，从该用户的私有存储区域中的系统保留分区加载用户数据。

以上策略的另一个优势在于，不仅用户的私有数据，用户的操作环境等也可以被保存和迁移，而不会受到系统更新等因素的影响。

一个虚拟化服务器根据不同的配置可以虚拟出n个虚拟主机，由虚拟化服务器直接控制的公共存储区域中有n个固定分区，每一个虚拟主机对应一个固定分区。固定分区存放用户操作系统启动时所需要的必要文件。

用户认证和接入系统是用户进入虚拟主机的门户。运行用户认证和接入模块的主机有公开的IP地址，所有需要连接虚拟主机的用户都首先访问用户认证和接入模块，用户认证和接入模块在收到用户的访问请求后，首先使用用户认证和接入模块验证请求用户的基本信息，判断是否是合法访问，如果是合法访问，则调用用户信息映射表，否则返回出错信息。用户信息映射表中保存有用户ID，用户IP地址，虚拟机IP地址和虚拟机当前的运行状态，如表1所示。

表1、用户信息映射表：

。

通过验证后，用户信息映射表中会更新用户对应的私有存储的IP地址。同时，建立虚拟化PC桌面服务终端和虚拟化服务器之间的直接连接，如图1虚线所示。此后，虚拟化PC桌面服务终端直接与虚拟化服务器通信。

虚拟化服务器收到用户认证和接入模块发来的访问请求后，首先检查对应用户的系统文件是否驻留在公共存储区中，如果在，则直接通过驻留在公共存储区的系统文件启动运行虚拟桌面的操作系统，并与虚拟桌面客户端建立连接。如果检查到请求访问的用户对应的操作系统文件不在公共存储区中，则在公共存储区中为用户开辟一块新的存储空间，并通过用户信息映射表中用户对应的IP地址访问用户私有存储区域中的系统保留分区，从中加载操作系统数据到公共存储区域中，启动虚拟主机。

在公共存储区域中开辟新的存储空间的算法如下：

在固定分配区域中查看是否有未分配空间。如果存在未分配空间，且空间大小满足为用户创建虚拟主机的最低要求，则直接在该空闲区域中存放用户的操作系统文件。

如果不存在未分配空间，或者空间大小无法满足用户的需求。则选择一个未活动（用户离线）的已分配区域，将其中文件移除，将空间分配给发出请求的用户。

选择该移除哪个离线用户的原则是：选择在历史记录中在当前时间段最少上线的用户，如果有多个用户满足相同的条件，则进一步选择最后一次下线时间与当前时间点最近的用户。如此选择的原因是，通常情况下，用户使用PC的时间是相对固定的，如果在历史记录中，用户在某个时间段使用PC的概率很小，那么该用户在当前时间段使用PC的概率也会比较小，如此可以减少用户的切换次数。其次，如果一个用户刚刚下线，那么他在短时间内上线的概率相对较小。

最后应说明的是：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。

Claims (8)

1.一种应用于桌面虚拟化场景的存储服务平台，其特征在于，包括服务器虚拟化系统、公共存储设备、私有存储设备、用户认证和接入模块和虚拟化PC桌面服务终端，

所述服务器虚拟化系统，用于在一套服务器物理硬件上虚拟出多套逻辑硬件，每一套逻辑硬件上均安装一个完整的操作系统为用户提供虚拟化PC桌面服务，即形成多个虚拟主机；

所述公共存储设备，由所述服务器虚拟化系统直接管理，存储资源被管理此区域的服务器上的所有虚拟主机共享，用于存放用户的系统文件、应用程序文件和配置信息；

所述私有存储设备，由特定的虚拟主机管理，且各个用户的私有存储设备彼此隔离，之间不存在物理连接，用于存放用户的私有数据；

所述用户认证和接入模块，用于完成用户的认证，并为通过认证的用户建立虚拟化PC桌面服务终端与服务器虚拟化系统的连接，以及用户与其私有存储设备之间的连接；

所述虚拟化PC桌面服务终端，用于用户和虚拟主机交互，接收用户的输入并处理虚拟主机的输出，同时还为所述私有存储设备提供物理连接接口。

2.根据权利要求1所述的应用于桌面虚拟化场景的存储服务平台，其特征在于，所述公共存储设备，包括直接连接式存储和网络连接式存储。

3.根据权利要求1所述的应用于桌面虚拟化场景的存储服务平台，其特征在于，所述私有存储设备，包括直接连接式存储和网络连接式存储，若为直接连接式存储，私有存储设备将安置在小区集中机房；若为网络连接式存储，私有存储设备安置在小区集中机房或用户家庭。

4.根据权利要求3所述的应用于桌面虚拟化场景的存储服务平台，其特征在于，所述私有存储设备，包括硬盘，SD卡和U盘，以及可能出现的新型存储设备。

5.根据权利要求3或4所述的应用于桌面虚拟化场景的存储服务平台，其特征在于，所述私有存储设备能自由增加、移除和更换。

6.一种基于权利要求1至5任一项的应用于桌面虚拟化场景的存储服务平台的存储服务实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：创建用户虚拟主机，在公共存储设备中为用户虚拟主机分配一块存储区域，即公共存储区域，用于保存用户操作系统启动所需要的基本文件；

步骤2：创建用户私有存储区域，将一块独立的私有存储设备，通过虚拟化PC桌面服务终端中预留的接口安装，将虚拟化PC桌面服务终端的IP地址和用户ID的映射关系保存在所述用户认证和接入模块中的用户信息映射表中；

步骤3：用户虚拟主机通过保存在公共存储设备中的操作系统文件启动虚拟桌面系统；并根据保存在所述用户认证和接入模块中的用户信息映射表找到用户ID对应的IP地址，并使用该IP地址访问或加载所述用户私有存储设备；

步骤4：用户通过所述虚拟化PC桌面服务终端访问虚拟主机，在虚拟主机中，用户的公有存储区域和私有存储设备均以逻辑磁盘的形式显示；用户通过操作系统提供的文件操作接口进行操作。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，公共存储设备中的公共存储区域分配使用线上和线下相结合，即动态分配加载的方式，具体为：

当有新用户上线时，为其动态分配资源，即不再一个用户单独占用一块固定的公共存储区域，当每次有新用户上线时，在公共存储区域中查找可用的公共存储空间，并判断可用的公共存储空间是否能满足新用户的最低需求，如果可用的公共存储空间的剩余空间能满足用户的最低需求，则从剩余空间中分配出一块区域供用户使用，如果剩余空间不能满足用户的最低需求，则在所述用户认证和接入模块的用户信息表中查找离线用户，并将该离线用户在公共存储区域中对应的文件保存到用户的私有存储区，接着释放该公共存储区域，并将释放后的公共存储区域分配给新上线的用户。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括，在用户的私有存储设备中固定分配一块和用户公共存储空间一样大小的存储区域，即系统保留区域的步骤：

在用户首次初始化时，将用户在公共存储区域内产生的数据全部拷贝到用户私有存储设备的系统保留区域的步骤；

设置一个监视器，每当监视到用户公共存储区域的数据或文件发生变化时，将变化的数据或文件更新到用户私有存储设备的系统保留区域，从而保持用户公共存储区域和私有存储设备的系统保留区域的数据一致性的步骤；

当有新用户到达，且剩余公共存储空间不足时，直接释放某离线用户的公共存储资源，并将释放的公共存储资源重新分配到新用户的步骤；

以及

当被释放公共存储资源的离线用户重新上线时，执行和新用户到达相同的共存储区域分配策略，且分配到的公共存储设备从该用户的私有存储设备的系统保留区域加载用户数据的步骤。