基于SPICE協(xié)議的USB設(shè)備重定向設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊飛+朱志祥+梁小江

摘 要：基于SPICE協(xié)議的虛擬桌面無法自動(dòng)完成USB重定向功能，提出了一種USB設(shè)備的自動(dòng)重定向?qū)崿F(xiàn)方法。該方法首先對(duì)遠(yuǎn)程服務(wù)器資源進(jìn)行虛擬化，以提高服務(wù)器的資源利用率，然后設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)基于SPICE協(xié)議的虛擬桌面客戶端，使用戶可以通過客戶端訪問遠(yuǎn)程虛擬資源池，在虛擬桌面的客戶端插入U(xiǎn)SB設(shè)備，然后自動(dòng)重定向到遠(yuǎn)程虛擬服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程服務(wù)器資源的管理和操作。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)試證明，本設(shè)計(jì)方法能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬桌面的USB設(shè)備自動(dòng)重定向功能。

關(guān)鍵詞：SPICE協(xié)議;虛擬桌面;USB重定向;遠(yuǎn)程虛擬服務(wù)器

中圖分類號(hào)：TP302.1 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-1302（2015）09-00-02

0 ?引 ?言

隨著云計(jì)算和虛擬化技術(shù)的發(fā)展，虛擬桌面也不斷應(yīng)用到各行各業(yè)中。桌面虛擬化技術(shù)通過虛擬化技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)相結(jié)合，將用戶桌面環(huán)境和計(jì)算環(huán)境分離，不僅可為用戶提供便捷的桌面辦公環(huán)境和較好的用戶體驗(yàn)，還能將用戶的虛擬資源進(jìn)行集中化管理，提高遠(yuǎn)程服務(wù)器虛擬資源的利用率[1]。

基于SPICE協(xié)議的虛擬桌面不支持USB設(shè)備的自動(dòng)重定向，限制了用戶在客戶端對(duì)遠(yuǎn)程服務(wù)器資源的操作，包括數(shù)據(jù)的拷貝、上傳等功能。

本文基于OpenStack平臺(tái)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程虛擬資源服務(wù)器，然后設(shè)計(jì)和部署了基于SPICE協(xié)議的虛擬桌面客戶端，用戶通過客戶端靈活訪問遠(yuǎn)程服務(wù)器的虛擬資源集群[2]。用戶在客戶端插入U(xiǎn)SB設(shè)備，就可以對(duì)遠(yuǎn)程服務(wù)器資源池進(jìn)行訪問和控制。通過大量對(duì)比測(cè)試，本設(shè)計(jì)方案可以實(shí)現(xiàn)基于SPICE協(xié)議的虛擬桌面的USB設(shè)備自動(dòng)重定向功能。

1 ?虛擬桌面設(shè)計(jì)框架

基于SPICE協(xié)議的虛擬桌面是基于KVM虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)的，在SPICE框架中，VDI后端在QEMU中實(shí)現(xiàn)，提供對(duì)虛擬設(shè)備的模擬，VDI前端在服務(wù)端中實(shí)現(xiàn)，通過VDI接口與虛擬設(shè)備進(jìn)行交互[3]。

虛擬化技術(shù)能夠在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)[4]，在每個(gè)操作系統(tǒng)上運(yùn)行自己獨(dú)立的應(yīng)用軟件，可以對(duì)這些系統(tǒng)進(jìn)行有效隔離，對(duì)資源進(jìn)行按需分配，從而保證每一個(gè)操作系統(tǒng)的安全性和性能。對(duì)服務(wù)器進(jìn)行擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器的虛擬化[5]。

在OpenStack云平臺(tái)上構(gòu)建云桌面系統(tǒng)的服務(wù)端，采用OpenStack作為虛擬桌面的基礎(chǔ)服務(wù)，在OpenStack中采用KVM虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)本地用戶對(duì)物理服務(wù)器的遠(yuǎn)程訪問，使用戶能夠共享相同的物理服務(wù)設(shè)備[6]。圖1為虛擬桌面的整體設(shè)計(jì)框架。

圖1 ?虛擬桌面整體設(shè)計(jì)框架

來自客戶端、臺(tái)式機(jī)、筆記本的用戶發(fā)出連接請(qǐng)求，通過對(duì)應(yīng)的SPICE服務(wù)連接云實(shí)驗(yàn)室的客戶端，客戶端首先向服務(wù)端建立一個(gè)主要接口的連接請(qǐng)求，創(chuàng)建工作線程并等待遠(yuǎn)程服務(wù)端的消息，云實(shí)驗(yàn)室服務(wù)端完成初始化后，客戶端繼續(xù)進(jìn)行后面的初始化工作[7]。

在虛擬桌面的服務(wù)端，能夠滿足用戶的多種資源申請(qǐng)需求，管理員能夠統(tǒng)一管理和分配虛擬資源。管理員根據(jù)用戶的請(qǐng)求分配虛擬機(jī)資源，在分配過程中附帶虛擬資源的地址和端口，方便客戶端用戶直接使用地址和端口登錄虛擬桌面[8]。圖2所示為服務(wù)器虛擬資源分布圖。

用戶在虛擬桌面的登陸界面中輸入在遠(yuǎn)程服務(wù)器中分配的地址和端口，即可進(jìn)入到遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行虛擬桌面的操作和管理。認(rèn)證成功的用戶能訪問遠(yuǎn)程服務(wù)器的虛擬資源，保證整個(gè)虛擬桌面的安全。用戶通過虛擬桌面客戶端的用戶操作界面實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程服務(wù)器集群資源的訪問和操作[9]。圖3為虛擬桌面客戶端登錄界面。

圖2 ?服務(wù)器虛擬資源分布圖

圖3 ?虛擬桌面客戶端登錄界面

2 ?USB重定向?qū)崿F(xiàn)

針對(duì)基于SPICE協(xié)議的虛擬桌面無法自動(dòng)完成USB設(shè)備重定向功能，提出一種USB設(shè)備重定向?qū)崿F(xiàn)方法。首先設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)基于SPICE協(xié)議的虛擬桌面，通過客戶端用戶能夠訪問遠(yuǎn)程虛擬資源池，提高服務(wù)器的利用率[10]。用戶在終端設(shè)備插入優(yōu)盤，能夠自動(dòng)重定向到遠(yuǎn)程虛擬服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理操作。圖4所示為USB重定向設(shè)計(jì)框架。

圖4 ?USB重定向設(shè)計(jì)框架

首先在制作虛擬桌面客戶端的Fedora系統(tǒng)中，編譯安裝Usbredir軟件，它通過網(wǎng)絡(luò)連接發(fā)送USB設(shè)備流量的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，spice-gtk是為SPICE遠(yuǎn)程桌面服務(wù)提供數(shù)據(jù)庫(kù)和圖形工具包的軟件，在編譯安裝過程中，需要添加Usbredir功能，最后通過安裝和編譯virt-viewer，完成虛擬桌面的客戶端。

在服務(wù)器遠(yuǎn)程資源中，通過WDK軟件重新編譯libwdi、libusbk和libusb-win32-bin，產(chǎn)生libwdi.dll，將libwdi.dll文件拷貝到windows虛擬機(jī)中的c：＼windows＼system32位置。重新啟動(dòng)虛擬機(jī)，使用虛擬機(jī)客戶端重新連接，插入U(xiǎn)SB設(shè)備后能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重定向到遠(yuǎn)程虛擬機(jī)。

3 ?測(cè)試

當(dāng)插入U(xiǎn)SB設(shè)備后，會(huì)自動(dòng)識(shí)別USB驅(qū)動(dòng)，圖5為選擇USB設(shè)備。

圖5 ?選擇USB設(shè)備

選擇對(duì)應(yīng)的USB設(shè)備后，出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)。圖6所示為USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)界面，圖7為USB的磁盤管理界面。

圖6 ?USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)

圖7 ?USB磁盤管理

4 ?結(jié) ?語

基于SPICE協(xié)議的虛擬桌面不能實(shí)現(xiàn)USB設(shè)備的重定向，用戶不能對(duì)遠(yuǎn)程服務(wù)器虛擬資源進(jìn)行復(fù)制粘貼等功能，影響用戶體驗(yàn)QoS。本文的設(shè)計(jì)方案能夠?qū)崿F(xiàn)USB設(shè)備的自動(dòng)重定向功能。

參考文獻(xiàn)

[1] 李博.基于SPICE協(xié)議的桌面虛擬化客戶端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].廣州：華南理工大學(xué)， 2012.

[2] 馬強(qiáng)， 艾中良.面向云計(jì)算環(huán)境的訪問控制模型[J]. 計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)， 2012， 33（12）：4487-4492.

[3] 張慶萍.虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)（VDI）安全研究[J].計(jì)算機(jī)安全， 2011 （4）：72-74.

[4]江南， 俞高宇.桌面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究及其應(yīng)用[J]. 國(guó)土資源遙感， 2002， 14（3）：37-40.

[5]王慶波. 虛擬化與云計(jì)算[M].北京：電子工業(yè)出版社， 2009.

[6] 張建勛，古志民，鄭超.云計(jì)算研究進(jìn)展綜述[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究， 2010， 27（2）：429-433.

[7] 徐浩， 蘭雨晴. 基于SPICE協(xié)議的桌面虛擬化技術(shù)研究與改進(jìn)方案[J]. 計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)， 2013， 35（12）：20-25.

[8] 鄢濤， 李丹. 虛擬云桌面技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 成都大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2013， 32（2）：145-147.

[9] 王峰，江峰，李朝陽.虛擬桌面及關(guān)鍵技術(shù)分析[J].電信技術(shù)， 2011 （1）：.24-26.

[10] 賴孫榮. 虛擬桌面框架Spice剖析及其客戶端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].廣州：華南理工大學(xué)， 2012.