基于Docker容器的远程图形化桌面系统的设计与优化

论文总字数：36467字

摘 要

随着云计算和互联网通信基础设施的发展，在数据中心、服务器集群发生地理位置和交付形式的变化的同时，软件形态也进一步朝着计算任务云端化、展现本地化的方向转变，受此影响，虚拟化与远程交互渲染技术也得到新的更大发展。虚拟化技术中尤以Docker为代表的容器化技术，以其轻量级的虚拟化方式、便捷的管理工具和丰富的应用生态成为云计算市场的宠儿，被广泛应用于批量化部署、混合云和持续集成与开发等领域。借由容器化软件服务在硬件性能利用率、启动速度、迁移和部署能力上的优势，结合一系列图形硬件加速技术，本文有创新意义地提出了REMOTOP，一个轻量级图形化容器云平台。图形化的桌面级软件以Headless的方式运行在云端一个个容器中，通过Web管理门户与本地联网客户端面向用户提供管控和连接服务，实现了传统桌面级软件的跨平台云件交付模式。本文遵循微服务及Docker镜像层级设计的概念，容器云平台实现了镜像高扩展性的特性，使得丰富的桌面软件向云件迁移成为可能。借助Intel^®硬件及加速方案的性能，平台可以提供包括办公、多媒体和开发在内多类应用程序，契合SaaS的云计算服务模式。本文通过对用户使用场景的测试，验证了REMOTOP容器云平台在用户体验、服务器负载性能和运维方面的优势及有效性。

关键词：容器，远程控制，云计算，云件

Abstract

With the development of cloud computing and information technology facilities, geological position as well as the form of delivery of data center and other computing resources have been transformed. The form of software, meanwhile, has been growing to be cloud-oriented computing and locally delivering respectfully, which results in a new and strong progress in virtualization and remote-control technology. Docker, thanks to its light-weight virtualization, agile management tools and plenty application environment, has been widely applied in hybrid cloud, CI/CD and others for years. Taking advantages of hardware utilization, short boot time and convenience on migration as well as deployment, along with a group of hardware acceleration technics, we innovatively developed REMOTOP, a light-weight graphical container cloud platform. While graphical desktop software running in a headless manner on the cloud containers, user could connect, interact as well as manage these software, also known as cloudware, via the internet with regular browser and client. Thus, traditional desktop software being delivered in a form of cloudware is achieved. REMOTOP follows the concept of microservices and Docker layered design pattern to reach a high scalability of containers and expandability of the images, allowing more desktop software migratable to be containerized form. With the help of Intel^® hardware acceleration solution, a various of software including office, media and developer tools are made possible to be deliver, matching the cloud computing model of SaaS. We also validate user experience, load balance and performance of server and maintenance convenience by performing real-world use case tests.

KEY WORDS: Container, Remote Control, Cloud Computing, Cloudware

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 云计算中远程控制软件的市场及技术背景 2

1.2 云件成为新的软件形态 3

1.3 PaaS与SaaS：消费者级云件交付的更普遍方式 4

1.4 REMOTOP：轻量级图形化容器云平台 5

1.5 论文组织架构 6

第二章 相关工作 7

2.1 图形化云件平台的研发现状 7

2.2 云件隔离化方案的选择 9

2.3 远程控制协议模块设计准则 11

2.4 具体应用场景下的性能与功能考虑 13

2.5 云件系统的管控考虑 14

2.6 本章小结 14

第三章 系统设计技术解析 15

3.1 系统设计概览 15

3.1.1 远程桌面系统 15

3.1.2 Web服务器系统 15

3.1.3 客户端 16

3.1.4 REMOTOP 系统架构概览 16

3.2 Docker镜像设计 16

3.2.1 核心远程控制模块开发 16

3.2.2 镜像编写的迭代 18

3.2.3 镜像的最小化和自动化配置 18

3.3 Linux服务器设计 19

3.4 Web服务器及子模块设计 20

3.4.1 数据库服务器 20

3.4.2 Web门户 22

3.4.3 自动化审计与负载均衡模块 27

3.5 客户端结合设计 29

3.6 本章小结 33

第四章 系统实现效果验证 34

4.1 交互及图像质量验证 34

4.2 虚拟化方案与服务器负载能力验证 37

4.3 带宽开销验证 38

4.4 本章小结 39

第五章 总结与后续 40

致 谢 41

参考文献 42

1. 绪论

随着计算基础设施、移动互联网与通信技术近年来的飞速发展，云计算领域也在这样的一个基础上出现并蓬勃成长起来，并逐渐渗透到个人生活与政企业务中。云计算使得计算资源、成果的交付方式发生了变革，也推动了计算机体系结构方面的研究，一些新的技术被创造出来，而一些先前被提出却鲜为利用的、以及其他相关领域的技术也因与云计算的结合而焕发出新的生机。在当今的信息技术行业发展模式下，企业和个人的计算资源可以交给云计算服务提供商，后者通常具有专业化的技术团队为一类计算资源提供全方面的支持，降低了使用者专门管理资源的开销。

云计算服务通常包含以下特点：按需服务，即需要时才使用；网络接入，即使用互联网作为交付介质；共享资源，即云计算服务的提供商所提供的服务实际为多用户以分时分批等形式共享；可扩展性，即使用规模可变，按量分配。由这样的技术背景和使用场景的驱动，软件、应用程序接口、计算环境、存储、网络甚至服务器等计算资源都可以包装为一种服务来对客户进行交付，以交付的资源形式划分形成了以IaaS（Infrastructure as a Service，基础设施即服务）、PaaS（Platform as a service，平台即服务）和SaaS（Software as a Service，软件即服务）为主的云计算XaaS云服务模式概念 ^[1]。因为计算资源可以由第三方进行提供，又通过网络进行连接，人们形象地把这种形式的计算资源应用领域称作“云计算”。

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