徹底了解桌面虛擬化的應用類型

徹底了解桌面虛擬化的應用類型企業基礎架構的虛擬化，依照不同的虛擬層級和服務對象，主要可分為伺服器虛擬化、應用程式虛擬化及桌面虛擬化。

桌面虛擬化可分為個人用和企業級等2種類型，前者能創造一個和現有作業系統相同的環境，以避免應用程式和作業系統之間的相容性問題，同時亦可在不影響實體環境的情況下，提供異質平臺與軟體測試的能力。後者更結合了遠端派送和集中管理等技術，可將分散在各使用者電腦上的作業系統和應用程式，統一收納至後端伺服器，以便提升管理性和安全性。

如果從建置的目的來看，桌面虛擬化和伺服器虛擬化可解決的問題截然不同，後者主要能降低實體伺服器的建置數量，並提升硬體的使用率，以節省電費、機房空間和建置成本，而它也是目前最廣為人知、技術也最成熟的一種虛擬化應用，包含微軟Hyper-V、VMware ESX、Citrix XenServer、Red Hat Enterprise Virtualization或Oracle VI Center等虛擬化產品供應商，皆已推出相關產品。

至於應用程式虛擬化，則是為了解決各種軟體彼此之間的相容性所發展出來的技術，它能讓使用者不用直接在個人電腦上安裝應用程式，就可以直接開啟並使用這些軟體，而每個應用程式在個人端電腦上，都是在獨立的虛擬環境中執行，所以能夠互相隔離以避免應用程式衝突。不僅如此，透過這種技術，使用者可以在任何地點開啟應用程式，而不用受到安裝電腦所在地的限制。

應用程式虛擬化在架構上，和部分桌面虛擬化解決方案十分類似，甚至也可互相整合成更完整的應用，所以這兩者也經常容易混淆。目前相關的產品有微軟App-V、Citrix XenApp、InstallFree、Novell ZENworks Application Virtualization和VMware ThinApp等。

個人端單機產品架構簡單，較適合小規模部署

事實上，個人端的桌面虛擬化產品，可以視為是一種應用程式，通常它必須安裝在電腦原生的作業系統（Host OS）上，並建立相對應的虛擬磁碟檔案，以便建立虛擬機器（VM），進而安裝虛擬作業系統（Guest OS）。這種應用程式在執行虛擬機器時，會利用所謂的Hypervisor來模擬處理器、硬碟、網路卡和顯示卡等元件，並透過這個中介層的轉換機制存取實體的硬體資源。

由於虛擬作業系統的工作環境，都完全被限制在虛擬磁碟檔案中，所以使用者在這種機制下做任何變更，都不會影響原生作業系統，而它又能提供完整的作業環境，因此特別適合開發人員用來測試。

這種類型的應用在桌面虛擬化發展初期就已經出現，所以包含Windows、Linux、Mac等各種平臺，都可以利用像是微軟 Virtual PC、Citrix XenClient、Oracle VirtualBox、Parallels Desktop／Workstation、VMware Workstation／Fusion、Red Hat Qumranet等不同類型的產品，來建置桌面虛擬化測試環境。

雖然理論上虛擬和原生的作業系統應該完全隔離，才能確保原始資料的安全性，但為了操作便利性，虛擬化供應商也開始利用整合性套件，強化2種環境之間的關聯性。

舉例來說，如果我們使用VMware的Fusion或Workstation，可以開啟「Unity」模式，讓原本安裝在虛擬作業系統中的應用程式能直接在原生環境下啟動，並讓虛擬作業系統在背景執行。微軟在Windows 7的XP Mode中也採取類似的作法，同時再運用網路磁碟機和遠端桌面連線技術，讓使用者可以在虛擬環境下，直接存取實體磁碟機中的檔案。

這樣做的好處是使用者不需要先手動開啟虛擬機器，可以加快應用程式的啟動速度，而且程式會產生獨立的視窗，看起來就像直接安裝在原生作業系統中，使用者也不會因需要同時管理2個桌面而產生混淆。

然而虛擬機器是安裝在現有的環境下，所以對電腦的硬體規格要求較高，其中又以能支援AMD-V或Intel VT虛擬化技術的處理器效果較佳，而且最好能搭配4GB以上的記憶體。

企業級應用強調管理便利性

相較於個人端使用的桌面虛擬化技術，是分別安裝在使用者的個人電腦中，企業級的應用則是把這些虛擬機器以映像檔的方式保存，並統一存放在伺服器中集中管理。這種類型的桌面虛擬化，可再依後端搭配的伺服器架構，分為一般伺服器（VDI架構）及刀鋒電腦／工作站（Blade PC／Workstation）等2種類型。

在VDI架構方面，由於搭配的前端平臺不同，又可以再細分為2種類型。

集中運算型VDI架構

其中一種與常見的Terminal Services類似，它的運作方式是將存放在伺服器端的虛擬機器畫面，利用遠端桌面協定傳送到前端的使用者電腦上，由於這種機制僅傳送虛擬機器的電腦畫面，以及個人端電腦的鍵盤、滑鼠等操作指令，因此需要的頻寬較少，對前端平臺的硬體等級要求也很低，一般來說，企業會選擇使用不含硬碟的精簡型電腦，來代替傳統桌上型電腦。

值得一提的是，原本Windows的前端平臺（XP、Vista等），最多只能讓一位使用者透過遠端連線來操作，但使用虛擬化技術後，就能利用複製映像檔的方式，把相同的環境提供給不同使用者。目前像是微軟的遠端桌面服務（Remote Desktop Services，RDS）、Citrix XenDesktop、VMware View 3等，都可以使用這種架構。

在實際應用時，這種架構可以單一伺服器同時承載多臺虛擬機器，相較於其他企業級桌面虛擬化解決方案，集中運算型VDI的初期建置成本較低，而且它能重複利用相同的檔案內容（例如作業系統），僅需儲存個人化後的差異性資料（例如桌面設定或特殊軟體），就可以同時傳送多個不同畫面至使用者電腦。

但由於伺服器承載的虛擬機器數量，直接影響到系統效能，因此在導入初期的評估也更為困難，必須完整分析企業內各部門的電腦負載情況，以及現有伺服器的數量與效能等。

分散運算型VDI架構

至於另外一種VDI架構的應用方式，則和先前曾經提到的個人端桌面虛擬化十分相似，它的前端平臺必須是具有儲存能力的個人電腦，並在使用伺服器派送虛擬機器給使用者操作時，該環境也一併保有原生的作業系統。

在這樣的架構下，無論是虛擬或原生作業系統，都是使用個人電腦的運算資源，因此可降低伺服器負擔，不過由於建置初期必須先將所有的虛擬機器映像檔，逐一派送到使用者電腦中，因此部署時必須注意網路頻寬。

這種架構與個人端應用最大的不同，便在於集中管理能力，IT人員可以利用專屬的管理工具來部署、修正、派送，或是升級虛擬機器映像檔，也可以變更使用者權限及安全性設定等，如此一來，就可以完整掌握使用者電腦現有環境的整體狀況，也能藉由集中儲存的映像檔，快速回復損毀的系統。

像是微軟MED-V（Microsoft Enterprise Desktop Virtualization）、VMware View 3、RHEV（Red Hat Enterprise Virtualization）、Quest vWorkspace等都是屬於這種類型的解決方案。

然而，個人端應用的主要缺點也反映在這種架構上，那就是對電腦硬體規格的要求較高，因此在大量部署下，對於企業建置前端平臺的成本負擔也較大。

刀鋒架構以效能為首要考量

雖然在網路和伺服器效能不斷提升的情況下，桌面虛擬化已經能滿足大多數的使用需求，但由於虛擬化的過程中，一臺伺服器往往需要承載多臺虛擬機器，還要透過中介層來存取硬體資源，因此效能一定不如直接在實體機器中安裝原生作業系統。為了解決這樣的問題，廠商也推出所謂的刀鋒電腦／工作站架構，來提升桌面虛擬化效能。

刀鋒架構是採用一對一對應的方式來分配伺服器資源，所以即使前端通常都是搭配精簡型電腦，還是可以完整使用刀鋒伺服器的效能。雖然由於現在個人電腦價格越來越低，所以加上後端的伺服器後，這種虛擬化方案的建置費用可能還比較高，不過從長遠的角度來看，伺服器加上精簡型電腦的耗電量，遠低於分散在各地的個人電腦，而且資料也都集中在機房，可以大幅降低管理複雜度，所節省的隱形成本和效益是採用桌上型電腦所比不上的。

刀鋒架構本身亦可視為是多臺獨立的伺服器，因此它可以和VDI架構一樣，把檔案集中放置在儲存設備中，也能分散儲存在刀鋒電腦上，儲存架構的彈性較高。然而，刀鋒電腦的每一刀片就相當於一臺伺服器，因此建置成本也遠高於VDI架構，較適合對運算效能和集中管理要求都非常嚴格的企業使用。

在一般情況下，使用刀鋒電腦就可以提供相當不錯的運算效能，但由於遠端桌面連線本身對於多媒體的傳輸能力較弱，所以如果是專業繪圖工作者或設計部門，就改用刀鋒工作站來搭配特殊的傳輸軟體會比較合適。

刀鋒工作站是使用伺服器等級的處理器、晶片組和記憶體，再加上配備獨立顯示卡，能提供良好的穩定性和繪圖性能，可以說是桌面虛擬化的各種應用中，最能針對效能導向應用的架構。

不過光是改用刀鋒工作站還不夠，連線機制也必須有所改進。由於微軟當初在設計遠端桌面協定（Remote Desktop Protocol，RDP）時，並不是用來傳輸多媒體或3D動畫等資料的，所以如果刀鋒工作站使用RDP，就無法發揮效用，而需要改用專屬連線軟體，來強化多媒體效能。

以HP RGS（Remote Graphics Software）為例，它採用Space-age影像壓縮／解壓縮技術，並強化了專用於2D和3D圖像的OpenGL程式語言介面，所以可以提供更佳的多媒體傳輸能力。使用這個軟體時，必須先在工作站中安裝RGS主程式，然後在使用者端安裝Agent以接受主程式傳出的畫面，不過必須注意的是，這套軟體的主程式只能安裝在HP的工作站或刀鋒工作站上，Agent才可以部署在其他品牌的電腦或精簡型電腦中。

其實目前的技術已經可以做到多臺虛擬機器，共用一張實體的顯示卡資源，不過市面上還沒出現這種解決方案。等到技術成熟後，或許可以增加刀鋒工作站每一刀的使用效率，並提升前端對應的使用者人數，如此就能節省更多硬體投資成本。

選擇虛擬化架構需同時考量儲存容量

無論是集中型或分散型架構，各廠商對於映像檔的維護、管理和儲存方式仍有技術上的差異，RHEV、View 3和XenDesktop都是採用差異性儲存，而微軟MED-V則是完整儲存。前者是將使用者操作的虛擬機器，分為作業系統、應用程式和個人化檔案等部分，再個別管理。

以RHEV為例，IT人員需要先在伺服器中建立一個「虛擬工作區（Pool）」，之後在工作區中安裝虛擬機器的作業系統和應用程式，並設立成「映像檔模組（Template）」，這個映像檔可讓所有具有權限的使用者共同存取。此外還需要依不同的應用程式或設定，建立特定的個人化檔案，並設定為不同的「範本（Instance）」，這許多的範本和映像檔模組，都包含在同一個虛擬工作區中，IT人員可以依使用者所屬的部門、職位或工作型態，調整每一個虛擬工作區的使用權限。

當使用者登入並啟動作業系統時，這個機制會自動選定一個範本，再連同映像檔模組的畫面一併傳送至前端電腦上，並組合成使用者看到的桌面，這時任何變更檔案或個人化設定的資料，都會儲存在範本檔案的特定區域中。

不過必須注意的是，如果建立的範本數比使用者人數少，為了避免差異化檔案在每次啟動時，都要重新傳送到使用者電腦，造成網路頻寬負擔會拖累系統效能，所以如果需要升級作業系統或安裝應用程式，最好重新建立新的映像檔模組。

至於微軟的MED-V使用的完整儲存技術，則是每一個虛擬機器都有自己專屬的映像檔，即使所有使用者都使用相同的設定，在伺服器上也必須儲存成不同的映像檔。IT人員在建立虛擬機器映像檔後，可透過SCVMM（System Center Virtual Machine Manager）來完成這些虛擬磁碟檔案的快照、備份或遷移等工作。而部署到使用者電腦中後，則可依照實體電腦的管理方式，透過AD及SCCM（System Center Configuration Manager）來升級、派送應用程式，或是安裝Patch、Service Pack等升級檔。

在首次使用MED-V時，伺服器需要派送完整的映像檔到使用者電腦，但派送前系統會先檢查已經存在本機電腦上的檔案，如果已經存在相同的資料，就不需要重覆派送。舉例來說，假設使用者電腦原本安裝的作業系統是Windows XP，而虛擬機器的映像檔內容為Windows XP SP2，在派送時就只會傳送SP2的檔案。

選擇差異性儲存架構的好處在於可以節省儲存空間，不過儲存在範本中的檔案較不適合大幅度的變動，對於一般使用者來說，安裝應用程式或更改個人設定的彈性較小，使用習慣和原生的作業系統也略有不同。

至於完整儲存則是因為映像檔已事先下載至使用者電腦中，所以執行時可以提供較佳的效能，但後端伺服器在儲存這些映像檔時，所需要的磁碟空間也遠高於差異性儲存架構。