桌面虚拟化传输协议之android spice及spice源码分析之server(1)

桌面虚拟化传输协议之android spice

文章目录

1. 背景
2. SPICE
协议在android平台的应用

背景

云计算是目前计算机领域的一个热门领域，桌面虚拟化是其中的一个重要应用，即把桌面系统在服务器端虚拟化，然后通过传输协议传输数据到客户端来实现桌面虚拟化，这样的好处就在于不管用什么设备，只要通过客户端都可以访问到云端的系统，随时随地都可以在一个系统上工作。
目前有两大标准的桌面传输协议，分别是RBP和RDP。

RBP有一个简单的架构，即直接把虚拟机的图形数据直接传输给客户端，客户端直接显示图像，有点类似于看网络视频。这样子就对网络的要求较高，高延迟情况下效果很差，但是客户端压力比较小，因此对客户机的性能要求较低，毕竟它只负责显示图像。



RBP

RDP稍微复杂一点，使用的是图像局部刷新，它发送事件消息给客户端，提示需要刷新的图像区域并且提供数据，客户端根据消息数据生成图像数据显示出来。因此传输的数据量较少，适合于网络不好情况，但是缺点是客户端需要生成图像数据，对客户机有一定压力。



RDP
那么对于移动设备来说，很显然，RDP协议更适合移动设备，因为移动设备在3G，4G情况下不可能用耗费大流量的RFB协议，并且延迟比较高。而RDP协议由于传输的数据量较少，对网络条件要求不高。所以，针对于移动平台来说，RDP协议比较合适。
但是，由于RDP协议是微软的产品，受限于其证书，并不是开源产品，所以不能用于移动设备。那么，开源的类RDP协议的SPICE协议,就隆重登场了，结合我们的主题，在android平台上应用spice协议。下面，我们来介绍spice在android平台上的应用。

SPICE
协议在android平台的应用

Spice事实上并没有android版本，但是它有linux版本，而android是基于linux的，所以，我们可以通过使用NDK来交叉编译Spice库到android上使用。也就是说，我们可以通过使用JNI来调用libspice.so（通过NDK交叉编译），从而在android平台上使用Spice。


android
spice
Spice服务器通过通道(Channel)来与客户端通信，其中jpeg模块是通过NDK编译好的库，使用JNI调用，把服务器发送过来图像命令转化为图像，再把图像交给android的View显示出来。
在实际使用中，需要对图像的解析过程进行优化，否则显示的延迟很大。一个解决方案是使用更快的jpeg解析库。
最后,推荐一个开源的spice安卓客户端remote-desktop-clients
以上只是对Spice工作原理的简单描述，详细介绍查看官方文档：

spice_for_newbies
spice入门(这是我根据spice官方文档翻译的中文版本)

spice源码分析之server(1)

By Yonah-潇
发表于 2015-08-19

文章目录

1. Spice简介
2. Spice
server

2.1. 部分宏定义
2.2. 公共函数
2.3. VDI接口
2.4. Channel
2.5. Dispatcher
2.6. RedWorker

3. 总结

前言:本文是结合我自己阅读代码的心得总结而来,同时会忽略很多细节,只能作为阅读源码时的参考.如有错误,欢迎指正.

Spice简介

Spice是一个开源的云计算解决方案，使客户端能显示远程虚拟主机的操作界面并且使用其设备，如键盘，鼠标，声音等。Spice给用户提供了一种如同操作本地机器一样的体验，同时尽可能把密集的CPU和GPU任务在客户端上执行。Spice能在局域网和互联网间使用，而不减少用户体验。



图0

Spice的基本组成包括:

Spice协议
Spice服务器
Spice客户端

Spice的相关组件包括:

QXL设备
QXL驱动

其中,Spice服务器基于libspice（一个虚拟设备接口可插拔库）。VDI提供了一个通过软件组件来发布虚拟设备接口的标准方式，使得软件组件能够与虚拟设备交互。

服务器使用Spice协议与客户端交互。
服务器通过VDI接口与VDI主机程序（如QEMU）交互。

也就是说spice服务器处于主机与客户端中间,是整个Spice的核心所在.下面我们开始从代码层面分析spice服务器

更多资料查看本人翻译的spice新手文档Spice入门,以及官方网站

Spice server

图1

图1是spice服务器的核心架构,贯穿整个源码的组织结构.

值得一提的是,spice server是作为一个库提供给qemu使用的,编译出来就是libspice,所以代码中没有main函数.

下面我们先了解一个server源码中使用到的一些核心概念,在看源码之前推荐大家先看一遍Spice入门,否则理解代码中的某些核心概念会很吃力.

部分宏定义

SPICE_GNUC_DEPRECATED,其定义是

#define SPICE_GNUC_DEPRECATED __attribute__((__deprecated__))

表示该函数以及被弃用,在编译时会给出警告
SPICE_GNUC_VISIBLE,其定义是

#define SPICE_GNUC_VISIBLE __attribute__ ((visibility ("default")))

用于控制符号的可见性,设置为对外可见.spice作为动态链接库给qemu使用,默认隐藏函数对外部的可见性,即外部文件不能调用库里面的函数,有这个声明的函数可以被外部文件调用,即为公共函数.

公共函数

Server的公共函数主要在两个头文件中:

spice.h:与SpiceServer结构体相关的函数,是qemu调用spice的主要函数
red_dispatcher.h:与QXL设备相关的函数

对server的分析,主要围绕这三个公共函数:

spice_server_init:负责初始化spice_server
spice_server_add_interface:给server注册VDI接口
spice_server_add_client:处理qemu接收到的客户端连接消息

VDI接口

从图1中可以看到,VDI接口是spice server离qemu最近的一层,qemu主要是通过VDI接口来与spice交互的.

VDI接口的定义在spice.h中,结构体内部的函数指针实现都在qemu的源码里面(ui/spice-core.c)

SpiceCoreInterface:核心接口,用于创建,添加,取消定时和监听事件

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SpiceTimer *(*timer_add)(SpiceTimerFunc func, void *opaque); void (*timer_start)(SpiceTimer *timer, uint32_t ms); void (*timer_cancel)(SpiceTimer *timer); void (*timer_remove)(SpiceTimer *timer); SpiceWatch *(*watch_add)(int fd, int event_mask, SpiceWatchFunc func, void *opaque); void (*watch_update_mask)(SpiceWatch *watch, int event_mask); void (*watch_remove)(SpiceWatch *watch); void (*channel_event)(int event, SpiceChannelEventInfo *info);

QXLInterface:QXL设备接口

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void (*attache_worker)(QXLInstance *qin, QXLWorker *qxl_worker); void (*set_compression_level)(QXLInstance *qin, int level); void (*set_mm_time)(QXLInstance *qin, uint32_t mm_time); void (*get_init_info)(QXLInstance *qin, QXLDevInitInfo *info); int (*get_command)(QXLInstance *qin, struct QXLCommandExt *cmd); int (*req_cmd_notification)(QXLInstance *qin); void (*release_resource)(QXLInstance *qin, struct QXLReleaseInfoExt release_info); int (*get_cursor_command)(QXLInstance *qin, struct QXLCommandExt *cmd); int (*req_cursor_notification)(QXLInstance *qin); void (*notify_update)(QXLInstance *qin, uint32_t update_id); int (*flush_resources)(QXLInstance *qin); void (*async_complete)(QXLInstance *qin, uint64_t cookie); void (*update_area_complete)(QXLInstance *qin, uint32_t surface_id,struct QXLRect *updated_rects,uint32_t num_updated_rects); void (*set_client_capabilities)(QXLInstance *qin,uint8_t client_present,uint8_t caps[58]); /* returns 1 if the interface is supported, 0 otherwise. * if monitors_config is NULL nothing is done except reporting the * return code. */ int (*client_monitors_config)(QXLInstance *qin,VDAgentMonitorsConfig *monitors_config);

SpiceCharDeviceInterface:字符型设备接口

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void (*state)(SpiceCharDeviceInstance *sin, int connected); int (*write)(SpiceCharDeviceInstance *sin, const uint8_t *buf, int len); int (*read)(SpiceCharDeviceInstance *sin, uint8_t *buf, int len); void (*event)(SpiceCharDeviceInstance *sin, uint8_t event);

SpiceKbdInterface:键盘接口

1 2	void (*push_scan_freg)(SpiceKbdInstance *sin, uint8_t frag); uint8_t (*get_leds)(SpiceKbdInstance *sin);

SpiceMigrateInterface:迁移接口

1 2	void (*migrate_connect_complete)(SpiceMigrateInstance *sin); void (*migrate_end_complete)(SpiceMigrateInstance *sin);

SpiceMouseInterface:鼠标接口

1 2	void (*motion)(SpiceMouseInstance *sin, int dx, int dy, int dz,uint32_t buttons_state); void (*buttons)(SpiceMouseInstance *sin, uint32_t buttons_state);

SpiceTabletInterface:触摸板接口

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void (*set_logical_size)(SpiceTabletInstance* tablet, int width, int height); void (*position)(SpiceTabletInstance* tablet, int x, int y, uint32_t buttons_state); void (*wheel)(SpiceTabletInstance* tablet, int wheel_moution, uint32_t buttons_state); void (*buttons)(SpiceTabletInstance* tablet, uint32_t buttons_state);

SpicePlaybackInterface:声音接口

SpiceRecordInterface:录音接口

Channel

从图1可以看到,VDI接口之后即是Channel(QXLInterface比较特殊,这个后面再说).

Channel的主要作用是使用对应的TCP连接传输消息给客户端,保证其传输的可靠性,其本质是通道,不同的Channel传输不同的消息.
spice中主要有六种Channel:

MainChannel:与客户端连接的建立和断开有关
InputsChannel:跟鼠标,键盘,触摸板的输入有关
DisplayChannel:跟图像传输有关
CursorChannel:跟鼠标指针的显示有关
PlaybackChannel:跟播放宿机的声音有关
RecordChannel:跟录制客户端的声音有关

这六种Channel并不是平行的关系,虽然都继承与RedChannel,但是在实现以及逻辑上的作用有很大不同,大致可以分成三类.

Main和Input通道被相应的处理函数控制(reds.c)
Display和Cursor通道被每个display工作线程使用(red_worker.c)
Playback和Record通道有它们各自的处理程序(snd_worker.c)

六种Channel中只有DisplayChannel和CursorChannel是单独在工作线程工作的,其他都是在qemu线程工作.

Dispatcher

图3

前面提到Channel负责传输消息,而Dispatcher则负责处理消息,并且调度Channel.

Dispatcher使用socketpair来与外界交互,例如监听事件,传输结果等.

这里存在两种Dispatcher

MainDispatcher:在qemu线程中监听socket事件,处理客户端连接的初始化,建立和断开等,跟MainChannel相关
RedDispatcher:在worker线程中监听socket事件,处理QXL设备有关的消息,跟DisplayChannel,CursorChannel相关,图3描述的就是RedDispatcher的工作流程.在图1我们看到QXLInterface与其他接口不一样,与Channel的联系中间多了一个RedDispatcher,它们在单独的Worker线程中工作,提供了QEMU与接收的图像命令处理和渲染过程的独立性

RedWorker

RedWorker可以说是server的核心,80%代码跟它有关,毕竟它负责图像渲染和传输,这是spice最难最复杂的部分,涉及图像的压缩,渲染,局部刷新等核心技术.

RedWorker在单独线程上工作,通过QXLInterface与QEMU的QXL设备直接交互,同时控制DisplayChannel,CursorChannel,并且拥有自己的poll事件驱动核心.而其他的Channel都依赖于QEMU线程.

总结

Spice server作为一个库给QEMU调用,用于支持Spice协议.
server通过使用VDI接口与QEMU交互
server通过使用Channel与客户端交互
Dispatcher用于处理消息
Channel用于传输消息
图像在RedWorker线程中处理

以上是我分析的server源代码的核心概念,为了方便理解,描述并不全面.其中关于迁移,声音,录音等功能并没有看过,我主要关注server的工作原理,在了解它工作流程之后,就好比有了一张地图,剩下的就是一个个去探险了.

当然了,没有代码的分析就是耍流氓.这篇就当是开胃菜,之后,我会结合代码,分析server的启动流程以及工作流程.先挖个坑.