Spice協(xié)議初探

時間：2023-06-27 09:33:01 | 來源：網(wǎng)站運營

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Spice協(xié)議初探：轉自：靈躍桌面云-高效管理、簡易操作、靈活定制，把復雜留給我們

序 言

SPICE，即Simple Protocol for Independent Computing Environment（獨立計算環(huán)境簡單協(xié)議）是紅帽企業(yè)虛擬化桌面版的主要技術組件之一，具有自適應能力的遠程提交協(xié)議，能夠提供與物理桌面完全相同的最終用戶體驗。借助支持SPICE協(xié)議的客戶端（如remote-viewer）或者通過瀏覽器，用戶可以訪問自己的虛擬云桌面，如下圖1所示。










圖1 spice remote-viewer客戶端

1.特點

Spice虛擬桌面?zhèn)鬏攨f(xié)議，最初是由Qumranet開發(fā)，后來被RedHat收購并開源。經(jīng)過幾年的社區(qū)開發(fā)，Spice協(xié)議已經(jīng)能在實際應用中一展拳腳，和商業(yè)協(xié)議ICA 、PCoIP等相抗衡，與上述商業(yè)化的遠程桌面協(xié)議相比，Spice協(xié)議具有如下優(yōu)點：

（1）開源：易于擴展和功能定制；

（2）跨平臺：Windows/Linux/Mac OS平臺全兼容；

（3）支持外接設備：除常用USB設備外，打印機和掃描儀等設備也能在遠程使用；

（4）豐富的媒體支持：包括視頻、音頻、圖像；

（5）更小的帶寬占用：Spice里內置圖像壓縮算法，有效減少數(shù)據(jù)傳輸時的帶寬占用；

（6）更安全的數(shù)據(jù)傳輸：Spice可以使用OpenSSL加密傳輸數(shù)據(jù)。

2.架構

Spice 包含四個部分：協(xié)議、客戶端側、服務端側和虛擬機側。其中，

（1）協(xié)議：是客戶端側、服務端側和虛擬機側三個部分交互時所遵循的準則；

（2）客戶端：負責接收并轉換虛擬機數(shù)據(jù)，以及發(fā)送用戶輸入數(shù)據(jù)到虛擬機，從而使得用戶能夠與虛擬機進行交互；

（3）服務端：是集成在Hypervisor內部的一個用戶層組件，使得Hypervisor（如QEMU）支持Spice協(xié)議；

（4）虛擬機側：指所有部署在虛擬機內部的必需組件，如QXL驅動、Spice Agent等。







圖2 Spice 相關組件

（一）Spice 圖形命令流

圖3展示了Spice的基本框架，以及圖形命令流如何從虛擬機內部達到Spice終端（平臺環(huán)境為QEMU+libSpice）。圖形命令開始于虛擬機內部的圖形應用程序向OS請求繪制操作（如GDI命令）。之后，Spice會利用安裝在虛擬機內部的QXL驅動，捕獲應用程序的繪制操作，進而轉化為Spice QXL 命令，并傳遞到QEMU虛擬的QXL設備后端。接著，LibSpice會讀取上述QXL 命令，進行重組和優(yōu)化，并封裝成Spice協(xié)議消息格式，發(fā)送到終端。最后，終端依據(jù)Spice協(xié)議解析對應的圖形操作消息，進而完成畫面更新操作。







圖3 Spice圖形命令流

（二）Agent 命令流

如圖4所示，為Spice Agent對應的命令交互流程，Spice Agent位于虛擬機內部。Spice Server 和 client 借助Agent在虛擬機內部執(zhí)行一系列動作，如設置虛擬機顯示配置等。Spice Agent通過位于虛擬機內部的VDIPort設備驅動與VDIPort設備（由QEMU 虛擬的設備）進行交互，VDIPort虛擬設備與Spice Server通過QEMU 的VDI Interface 進行交互，從而最終實現(xiàn)Spice Agent與Spice Server以及Spice Client三者之間的交互，其中消息格式均遵從Spice協(xié)議。







圖4 Spice Agent圖形命令流

3.實現(xiàn)

3.1 Spice客戶端

如圖5所示，Spice客戶端通過建立不同的通道來處理不同的事件?？蛻舳藢⒚總€Channel實現(xiàn)為一個單獨的線程，具體通過定義一個以單獨線程運轉的RedChannel基類的方式來實現(xiàn)，之后從此基類中派生所需要的具體功能類。

客戶端Channel類包括：RedClient、DisplayChannel、CursorChannel、InputsChannel、PlaybackChannel、RecordChannel等。RedClient 負責建立主通道，之后主通道通過channel_type創(chuàng)建下述通道：

（1）DisplayChannel：負責處理圖形命令、圖片以及視頻流顯示；

（2）InputsChannel：負責處理鍵盤和鼠標輸入；

（3）CursorChannel：負責處理指針設備位置、可見性以及形狀的顯示；

（4）PlaybackChannel：負責接收服務端的聲音數(shù)據(jù)，并在客戶端播放；

（5）RecordChannel：負責客戶端聲音設備聲音捕獲，并將其傳遞到虛擬機內。







圖5 Spice client實現(xiàn)

3.2 Spice Server

如圖6所示，Spice Server內部對應于client，也存在若干個通道。這些通道主要負責向虛擬機的虛擬設備（如鍵盤鼠標等）傳遞客戶端側用戶的輸入，以及接收并顯示虛擬機虛擬顯卡對應的畫面（QXL）。為了使得Spice Server能夠相對獨立，其借助QEMU提供的各種虛擬設備后端接口來與虛擬機所見的虛擬設備進行交互，如Playback Interface等。







圖6 Spice Server實現(xiàn)

3.3 Spice 協(xié)議

如圖7所示，Spice協(xié)議是構建起整個虛擬桌面的核心。借助于Spice協(xié)議，虛擬云桌面各個組件之間才能夠順利交互。







圖7 Spice 協(xié)議

3.4 QXL Device

Spice Server 支持 QXL VDI interface，負責為虛擬機提供虛擬顯卡，包括初始化顯卡的ROM與RAM等的地址映射、IO端口映射、顯存區(qū)域更新、光標位置通知、設備IRQ請求、顯卡模式設置及重置等顯卡基本功能。同時，QXL設備后端，負責與Spice Server交互，從而實現(xiàn)在終端實時進行虛擬桌面的顯示。

3.5 QXL Guest Drivers

QXL虛擬設備對應的驅動，使操作系統(tǒng)能夠正確識別相應的設備。

3.6 Spice Agent

虛擬機內部的守護進程，接收來自客戶端或者服務器的相關操作請求，比如設置虛擬機的分辨率等。

3.7 VDIPort Device and Driver

VDIPort設備由Spice Server為虛擬機所虛擬的串口通信設備，提供給虛擬機內部Agent通道以及usb重定向通道使用，其在QEMU側均對應于一種名稱為Spicevmc的字符設備后端。