虚拟桌面中外部设备支持机制的分析-analysis of external device support mechanism in virtual desktop.docxVIP

1绪论本章首先简要分析在虚拟桌面系统中使用远程外围设备可能会遇到的各种不利因素并提出解决的方法；然后分析国内外研究的情况及研究所取得的成绩，对比和总结各方案的优缺点；接着说明本文要研究的内容及课题背景；最后介绍论文的组织结构。1.1问题提出从电影《黑客帝国》中塑造的虚拟世界，到如今虚拟化产品遍地开花，虚拟化技术以它独到的优势及魅力得到业内的尊重。其中桌面虚拟化[1]技术以特有的优势解决了应用程序的远程虚拟显示[2]，用户本地环境的快速构建，用户环境的迁移[3]等等问题。集群与网格计算湖北省重点实验室服务计算技术与系统教育部重点实验室顺应时代潮流，在虚拟化技术方面做了一些研究，并取得了显著成绩。在金海院长领导下由廖小飞教授亲自指导开发出一套基于XEN的虚拟化桌面系统。计算机的外围设备层出不穷，最具有代表性的非USB(UniversalSerialBUS)设备莫属，USB设备具有高速，携带方便，简单易用并支持即插即用等特性，因此在计算机界得到了广泛的应用。比如目前市场上出现的USB充电器、USB移动光驱、USB网卡、USB音响等产品都受到广大计算机用户的欢迎。然而，目前这些USB设备仅仅只能在单机的个人计算机上得到应用，并没有在桌面虚拟化系统得到广泛的应用，也就是说将一个USB设备，例如USB摄像头接入本地主机，该设备只能供本地主机上应用程序使用，虚拟桌面系统无法共享该USB摄像头。操作系统的职责就是管理计算机本地和网络中的各种资源，并且提供通用接口供应用程序来访问这些资源。连接在计算机上的外围设备就是被操作系统管理的资源之一。大多数传统设备共享模型[4]只允许应用程序通过抽象表示功能使用远程的设备；除此之外计算机并不提供更具体的操作。以往常规设备共享模型得到广泛认可，但是它们却无法很好的支持新的外围设备。设备共享系统应能最大限度地利用远程设备的新功能，并能供应用程序无缝和按需地访问本地和远程设备。然而，传统的设备共享模式却不能满足这些要求，理由如下：第一，只有抽象操作是共享的，更细粒度的和设备特有的操作都不被支持。这使得它不能像使用直接连接的设备一样去使用共享的远程设备。第二，远程设备和本地设备的原始功能是相同的，然而，用于控制这两种装置的接口往往不同。对于本地连接的设备大多数控制命令是在设备驱动程序中实现的。然而，共享机制访问远程设备通常在操作系统的上层(如用户态，应用程序或库)实施。这两种接口之间的差距，只能通过开发出新专用接口程序，或修改现有的应用程序来弥补。例如，VNC[5]提供的共享机制是通过发送连续的屏幕图像数据来实现和远程计算机之间的帧缓存共享。但是一个VNC客户端运行的是一个用户态的应用程序，作为本地物理帧缓冲，它不提供相同的访问接口。第三，由于共享设备操作系统之间的复杂性，有时实现高度的互操作性对一个设备共享系统来说是比较困难的。有些共享设备应用程序(例如仅仅通过延长现有的抽象层[6]转发设备请求)通常只支持相同的操作系统，不能与没有这样一个抽象层的操作系统互操作。此外，互操作性问题往往会与上述第一个问题产生冲突，为弥合不同的操作系统抽象层之间的冲突，通常需要禁用共享设备的一些特定的功能。由此看来，在虚拟计算环境下，如何在异构平台的虚拟应用程序中方便有效的使用本地桌面客户端的USB外围设备，是一个值得研究的课题。1.2国内外研究现状在虚拟环境下实现远程USB设备共享的功能，在市场上有一种USBAnywhere[7]的解决方案，它是Digi公司于2006年推出基于Ethernet提供访问USB设备能力的产品。它是一个具有以太网接口的USB接口转以太网的HUB设备，它打破USB协议传输距离低速不超过3M，全速不超过5M的限制，使得外围设备在局域网上能共享到别的主机上。但是这种USB设备共享机制需要用户购买价格不菲的USBAn-ywhere硬件设备，除了增加成本外，它还存在很多缺点。在USBAnywhere系统中，每个接入点必须增加一个USBAnywhere硬件设备，也就是说要是在不同地方需要共享不同的USB设备就得必须安装一个USBAnywhere，这明显就大大增加成本并且不太现实；而且拆卸USB设备不灵活，网络安全性能不高。该方案仅支持USB的块传输和中断传输，而且不支持USB2.0高速设备，因此，USBAnywhere解决方案并不成熟。USBAnywhere系统结构如图1.1所示。图1.1USBAnywhere系统示意图近年来市场上还流行一款商业软件USBOverNetwork[8]。它为IP网络上共享USB外围设备提供了通用接口，并提出了基于IP网络的远程扩展USB总线iBUS的概念。iBUS[9]是通过在客户端驱动层加入虚拟主机控制接口(VHCI)和服务端层驱动层加入虚拟设备驱动(VDD)等方法实现的。iB