一種虛擬桌面外部設備支持系統的製作方法
2023-06-08 17:22:51
專利名稱：一種虛擬桌面外部設備支持系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及虛擬桌面外部設備支持的技術領域，更具體地說，就是在虛擬桌面平臺下提供一種訪問桌面客戶端外部設備的系統。
背景技術：
當前虛擬桌面平臺受到人們的追捧，相應的虛擬桌面解決方案也應運而生，例如虛擬桌面技術解決了應用程式遠程虛擬顯示，用戶本地環境能快速構建，用戶環境的遷移等等問題的。而計算機的外部設備具有高速，攜帶方便，簡單易用並支持即插即用等特性， 因此在計算機界內得到了廣泛的應用。比如目前市場上出現的USB充電器、USB移動光碟機、 USB網卡、USB音響等產品都受到廣大計算機用戶的歡迎。然而，目前這些USB設備僅僅只能在單機的個人計算機上得到應用，並沒有在桌面虛擬化系統得到廣泛的應用，也就是說將一個USB設備，例如USB攝像頭接入本地主機，該設備只能提供本地主機上應用程式使用，虛擬桌面系統無法共享該USB上攝像頭。而現有的作業系統的文件共享機制並不能完全滿足這個需求。在這一背景下，虛擬桌面中外部設備支持機制的研究課題備受關注。當前，常規設備共享模型對新出現的外圍設備支持不是非常好。第一，只有應用層面的操作是共享的，所以更細粒度和特定設備操作不被支持的，這就使得它不能像使用直接連接的設備一樣去使用共享的遠程設備。第二，在原有功能上，遠程設備和本地連接的設備是相同的，然而，用於控制這兩種裝置接口往往不同。對於本地連接的設備大多數控制命令是在設備驅動程序中實現的。而共享機制訪問遠程設備通常在作業系統的上層實施，如用戶態，應用程式或庫。這兩個接口之間的差距一般通過修改現有的應用程式來支持。例如，VNC提供的共享機制是通過發送連續的屏幕圖像數據來實現和遠程計算機之間的幀緩存共享。但是一個VNC客戶端運行的是一個用戶態的應用程式，作為本地物理幀緩衝，它不提供相同的訪問接口。第三，由於共享設備作業系統之間的複雜性，有時實現高度的互操作性對一個設備共享系統來說是比較困難的。有些共享設備應用程式(例如僅僅通過延長現有的抽象層轉發設備請求)通常只支持相同的作業系統，不能與沒有這樣一個抽象層的作業系統互操作。此外，互操作性問題往往會與上述第一個問題產生衝突，為彌合不同的作業系統抽象層之間的衝突，通常需要禁用共享設備的一些特定的功能。而本發明中描述的虛擬桌面環境中提供外部設備支持的方法解決了上述所有的問題。
發明內容
本發明的目的在於提供的一種虛擬桌面外部設備支持系統，該系統具有網絡透明性和可擴展性。本發明提供的一種虛擬桌面外部設備支持系統，其特徵在於，該系統包括位於桌面客戶端的過濾驅動模塊和客戶端設備管理模塊，以及位於虛擬服務端的服務端設備管理模塊和虛擬總線接口驅動模塊；客戶端設備管理模塊和服務端設備管理模塊用於實現虛擬USB設備與外部USB設備的對應關係；客戶端設備管理模塊用於將桌面客戶端的USB設備共享出來提供給虛擬服務端使用，將USB設備從作業系統的驅動模塊中卸載，然後綁定到系統的過濾驅動模塊，完成對USB設備的綁定並進行實時監控USB設備的狀態轉化，同時負責與服務端設備管理模塊進行異步通信，交換外部USB設備的狀態數據包，以建立真實設備與虛擬設備的連接關係；服務端設備管理模塊負責從虛擬總線接口驅動模塊中獲取虛擬USB設備的狀態，實時監控虛擬服務端中的USB設備的狀態轉化，負責收發虛擬USB設備的狀態數據包，與桌面客戶端中的客戶端設備管理模塊進行通信，保持虛擬設備與桌面客戶端的真實USB狀態的一致性，建立真實設備與虛擬設備的連接關係；過濾驅動模塊充當USB設備的客戶端驅動程序，負責監控客戶端外部USB設備的操作動作，封裝請求命令發送給服務端的虛擬總線接口驅動模塊，接收並解析從服務端虛擬總線接口驅動模塊發送的系統請求包、再重裝成為外設請求命令發送給外部USB設備； 實現將本地的USB設備無縫的映射到服務端；虛擬總線接口驅動模塊負責建立對應外部USB設備的虛擬USB設備；把服務端作業系統應用層對虛擬USB設備的I/O請求封裝成系統請求，通過網絡發送給過濾驅動模塊； 解析接收到處理數據，經過拆包、解析、提取後將真實的數據傳遞到作業系統應用層。本發明的外部設備支持系統提供了先進的設備共享架構，支持複雜的桌面電腦客戶端外設接口。該設備共享架構符合一系列的功能要求，包括網絡透明性，互操作性和通用性。它利用低級別的外圍設備控制協議接口，允許虛擬環境下兩種平臺應用程式模板中應用程式不做任何修就可以使用遠程桌面客戶端設備。本發明在驅動層實現了一個具有網絡透明性、完整功能和可互操作的虛擬桌面外設支持之間。
圖1為虛擬桌面外部設備支持系統的一種具體實現方式的結構示意圖；圖2為詳細模塊設計圖；圖3為USB設備數據的流程圖；圖4為桌面客戶端工作機制流程圖；圖5為虛擬服務端工作機制流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖並以USB外部設備為例對本發明方法作進一步詳細的說明。如圖1所示，本發明系統包括位於桌面客戶端的過濾驅動模塊2和客戶端設備管理模塊1，以及位於虛擬服務端的服務端設備管理模塊3和虛擬總線接口驅動模塊4。客戶端設備管理模塊1用於將桌面客戶端的USB設備共享出來提供給虛擬服務端使用，將USB設備從作業系統的驅動模塊中卸載，即把USB設備接口編號寫入原驅動下的解綁定文件，然後綁定到系統的過濾驅動模塊2，完成對USB設備的綁定並進行實時監控USB 設備的狀態轉化，同時負責與服務端設備管理模塊3進行異步通信，交換外部USB設備5的狀態數據包，以建立真實設備與虛擬設備的連接關係。服務端設備管理模塊3負責從虛擬總線接口驅動模塊4中的服務端USB狀態監控模塊41中獲取虛擬USB設備6的狀態，實時監控虛擬服務端中的USB設備的狀態轉化，負責收發虛擬USB設備6的狀態數據包，與桌面客戶端中的客戶端設備管理模塊1進行通信， 保持虛擬設備與桌面客戶端的真實USB狀態的一致性，建立真實設備與虛擬設備的連接關係。客戶端設備管理模塊1和服務端設備管理模塊3這兩個模塊的重要作用是實現虛擬USB設備6與外部USB設備5的對應關係。建立設備對應關係的流程如下客戶端設備管理模塊1首先把設備的狀態設置為可供使用，服務端設備管理模塊3通過向客戶端設備管理模塊1發送設備查詢數據包，客戶端設備管理模塊1向服務端設備管理模塊3返回數據包，服務端設備管理模塊3獲知可以使用的外設。若虛擬服務端向作業系統發出插入該可使用的外設的命令，服務端設備管理模塊3將向客戶端設備管理模塊1發送請求相關USB 設備的基本信息，客戶端設備管理模塊1將按照系統請求的要求格式返回建立虛擬設備所需的信息，服務端設備管理模塊3收到返回信息後，解析數據包，轉發虛擬總線接口驅動模塊4中的客戶端USB狀態監控模塊21，提示虛擬USB已經被綁定，可以使用。過濾驅動模塊2充當USB設備的客戶端驅動程序，負責監控客戶端外部USB設備5 的操作動作，封裝請求命令發送給服務端的虛擬總線接口驅動模塊4，接收並解析從服務端虛擬總線接口驅動模塊4發送的系統請求包、再重裝成為外設請求命令發送給外部USB設備5。實現了把本地的USB設備無縫的映射到服務端。虛擬總線接口驅動模塊4負責建立對應外部USB設備5的虛擬USB設備6 ；把服務端作業系統應用層對虛擬USB設備6的I/O請求封裝成系統請求，通過網絡發送給過濾驅動模塊2 ；解析接收到處理數據，經過拆包、解析、提取後將真實的數據傳遞到作業系統
應用層。下面舉例說明過濾驅動模塊2和虛擬總線接口驅動模塊4的具體實現方式。從圖1可以看出，過濾驅動模塊2包括客戶端USB狀態監控模塊21、客戶端數據包處理模塊22、客戶端接收模塊23、客戶端發送模塊M和客戶端讀寫線程管理模塊25。客戶端USB狀態監控模塊21用於實時監控外部USB設備5的狀態，實現對設備熱插拔的需求；綁定客戶端USB設備，即往綁定文件中寫入該USB設備的接口編號；與客戶端設備管理模塊1進行通信，接收從客戶端管理模塊發送的查詢指令，解析命令，並按查詢要求返回結果。客戶端接收模塊23用於接收從虛擬總線接口驅動模塊4中的服務端發送模塊42發送的數據包，並將接收的數據包傳遞給客戶端數據包處理模塊22 ；數據包中包含的是對USB設備訪問的控制信息和數據信息。客戶端發送模塊M用於發送從客戶端數據包處理模塊22傳遞來的數據包，並將其發送給虛擬總線接口驅動模塊4;數據包中包含的是對USB設備訪問的控制信息和數據 fn息ο客戶端數據包處理模塊22用於接收來自於客戶端接收模塊23的USB請求數據包 (IPURB)，經過拆包、解析、提取真實請求命令包結構體傳送給客戶端讀寫線程管理模塊25 ； 接收從客戶端讀寫線程管理模塊25返回的數據包，經過封裝成USB數據包(IPURB)，傳遞給客戶端發送模塊M。客戶端讀寫線程管理模塊25用於接收從客戶端數據包處理模塊22傳遞的對外部 USB設備5進行訪問的請求，根據請求量動態的創建或殺死讀寫線程，實現對真實的USB設備進行讀寫控制；向客戶端數據包處理模塊22傳遞讀寫外部USB設備5所得到的數據。
從圖1可以看出，虛擬總線接口驅動模塊4包括服務端USB狀態監控模塊41、服務端接收模塊43、服務端發送模塊42、服務端數據包處理模塊44、服務端讀寫線程管理模塊 46和串行化模塊45。服務端USB狀態監控模塊41負責實時監控虛擬USB設備6的狀態，在虛擬服務端實現對設備的插拔；與服務端設備管理模塊3進行通信，接收從作業系統應用層發送的查詢命令，並傳遞給服務端管理模塊。接收從服務端設備管理模塊3返回的查詢結果，並返回給作業系統應用層。服務端接收模塊43用於接收從桌面客戶端過濾驅動模塊2中的客戶端發送模塊 24發送的數據包，並將接收的數據包傳遞給服務端數據包處理模塊44 ；數據包中包含的是對USB設備訪問的控制信息和數據信息。服務端發送模塊42負責發送從服務端數據包處理模塊44傳遞來的數據包，並將其發送給客戶端接收模塊23 ；數據包中包含的是對USB設備訪問的控制信息和數據信息。服務端數據包處理模塊44用於接收來自服務端接收模塊43的數據包，經過拆包、 解析、提取數據包傳遞給服務端讀寫線程管理模塊46 ；接收從服務端讀寫線程管理模塊46 返回的數據包，經過封裝成USB請求數據包(IPURB)，傳遞給服務端發送模塊42。服務端讀寫線程管理模塊46用於接收從服務端數據包處理模塊44傳遞的對USB 設備進行訪問的數據包，根據請求量動態的創建或殺死線程，向作業系統應用層傳遞被請求的數據。串行化模塊45用於接收來自作業系統應用層對虛擬USB設備6的讀寫請求包，並將請求包進行串行化，以對讀寫請求進行排序，對數據包進行合併操作以加快讀寫速度，保證各種傳輸速度方式下的串行化傳輸。虛擬總線接口驅動模塊4的作用是建立對應的虛擬USB設備6，並進行相關數據的處理。虛擬總線接口驅動模塊4中的服務端USB狀態監控模塊41接收到從服務端設備管理模塊3中傳遞來的真實USB相關信息後，告知作業系統即插即用管理器虛擬設備插入事件，作業系統中的即插即用管理器根據虛擬設備的相關信息為虛擬設備建立功能設備對象，然後即插即用管理器與功能設備對象相互配合完成加載虛擬設備的相關設備驅動。在加載設備驅動過程的同時，作業系統中的即插即用管理器給服務端USB狀態監控模塊41發送各種查詢命令，來完成虛擬設備的建立。當虛擬設備的驅動對象棧建立成功後，虛擬設備就會在虛擬服務端中顯示。虛擬服務端虛擬總線接口驅動模塊4完成系統數據的收發，是虛擬設備和外設通信通道。它收發信息的流程圖如圖2所示解析命令，判斷是接收數據還是發送數據，如果是接收數據就要判斷是否異步，相關判斷後啟動相關線程進程處理。虛擬設備建立後，當虛擬桌面用戶對虛擬USB設備6有I/O請求時，程序會對設備發出I/O請求包，虛擬總線接口驅動模塊4收到應用層的請求包後對並發的I/O請求包進行串行化；串行化完成後，加入待處理的設備請求隊列中，進行排隊，串行化後的I/O請求包轉化為系統請求包後傳遞給服務端數據包處理模塊44，經過對請求包的封裝後，傳遞給服務端發送模塊42，並發送給客戶端接收模塊23，等待桌面客戶端完成用戶對外部USB設備5的I/O請求的操作。桌面客戶端的過濾驅動模塊2中客戶端接收模塊23接收到請求數據包後，傳遞給客戶端數據包處理模塊22，對該請求進行處理，經過拆包、解析、提取對設備的命令請求數據並傳遞給客戶端讀寫線程管理模塊25。客戶端讀寫線程管理模塊25啟動讀寫線程，向作業系統請求I/O操作。USB設備完成I/O操作後，作業系統向過濾驅動模塊2中的客戶端讀寫線程管理模塊25返回數據結果，傳遞給客戶端數據包處理模塊22並封裝成網絡數據包返回用戶空間的客戶端發送模塊M，最後發送到虛擬服務端的虛擬總線接口驅動中的服務端接收模塊43。服務端接受模塊傳遞數據包至服務端數據包處理模塊 44，經過拆包、解析、提取數據，傳遞給服務端讀寫線程管理模塊46，啟動讀寫線程會根據實例編號找到相應的物理設備對象，並把相關的數據發送到作業系統層等待完成I/O請求。整個系統工作流程如圖3、4所示1、桌面客戶端加載過濾驅動，並建立網絡連接套接字；虛擬服務端加載虛擬外設驅動，並等待用戶的操作命令。2、在桌面客戶端用戶進行設備查詢操作，在界面的工作區將列舉出出客戶端的所有USB設備。3、根據設備列表，按需選擇特定設備進行綁定操作，這時，虛擬桌面系統清楚地看到綁定後真實設備，並進一步等待接收虛擬服務端的命令。4、虛擬服務端用戶輸入操作命令，查詢可共享的設備列表，這時虛擬服務端給桌面客戶端發送一個網絡連接請求，經過桌面客戶端認證後，兩端建立網絡套接字連接。5、建立好連接後，虛擬服務端給桌面客戶端發送查詢設備列表請求。在桌面客戶端對接受到的命令進行解析，並做相應的處理後，給虛擬服務端返回設備列表結果。6、在虛擬服務端把返回設備列表結果進行可視化顯示到界面，當用戶輸入操作命令要求進行共享，則給桌面客戶端發送共享設備的命令。而桌面客戶端接受到命令後，將往虛擬服務端返回共享設備的信息，如設備的總線編號，配置值和接口值。7、虛擬服務端根據返回設備信息，由管理設備程序給本端的虛擬外設總線接口驅動發送相關信息，再由虛擬外設總線接口驅動配合作業系統的USB內核層來完成虛擬設備的創立。本發明不僅局限於上述具體實施方式
，本領域一般技術人員根據本發明公開的內容，可以採用其它多種具體實施方式
實施本發明，因此，凡是採用本發明的設計結構和思路，做一些簡單的變化或更改的設計，都落入本發明保護的範圍。
權利要求
1.一種虛擬桌面外部設備支持系統，其特徵在於，該系統包括位於桌面客戶端的過濾驅動模塊( 和客戶端設備管理模塊(1)，以及位於虛擬服務端的服務端設備管理模塊(3) 和虛擬總線接口驅動模塊；客戶端設備管理模塊(1)和服務端設備管理模塊C3)用於實現虛擬USB設備與外部 USB設備的對應關係；客戶端設備管理模塊(1)用於將桌面客戶端的USB設備共享出來提供給虛擬服務端使用，將USB設備從作業系統的驅動模塊中卸載，然後綁定到系統的過濾驅動模塊( ，完成對USB設備的綁定並進行實時監控USB設備的狀態轉化，同時負責與服務端設備管理模塊C3)進行異步通信，交換外部USB設備的狀態數據包，以建立真實設備與虛擬設備的連接關係；服務端設備管理模塊C3)負責從虛擬總線接口驅動模塊中獲取虛擬USB設備的狀態，實時監控虛擬服務端中的USB設備的狀態轉化，負責收發虛擬USB設備的狀態數據包，與桌面客戶端中的客戶端設備管理模塊(1)進行通信，保持虛擬設備與桌面客戶端的真實USB狀態的一致性，建立真實設備與虛擬設備的連接關係；過濾驅動模塊( 充當USB設備的客戶端驅動程序，負責監控客戶端外部USB設備的操作動作，封裝請求命令發送給服務端的虛擬總線接口驅動模塊，接收並解析從服務端虛擬總線接口驅動模塊(4)發送的系統請求包、再重裝成為外設請求命令發送給外部USB 設備；實現將本地的USB設備無縫的映射到服務端；虛擬總線接口驅動模塊(4)負責建立對應外部USB設備的虛擬USB設備；把服務端作業系統應用層對虛擬USB設備的I/O請求封裝成系統請求，通過網絡發送給過濾驅動模塊 (2)；解析接收到處理數據，經過拆包、解析、提取後將真實的數據傳遞到作業系統應用層。
2.根據權利要求1所述的虛擬桌面外部設備支持系統，其特徵在於，過濾驅動模塊( 包括客戶端USB狀態監控模塊(21)、客戶端數據包處理模塊(22)、 客戶端接收模塊(23)、客戶端發送模塊04)和客戶端讀寫線程管理模塊05)；客戶端USB狀態監控模塊用於實時監控外部USB設備的狀態，實現對設備熱插拔的需求；與客戶端設備管理模塊(1)進行通信，接收從客戶端管理模塊發送的查詢指令，解析命令，並按查詢要求返回結果；客戶端接收模塊03)用於接收從虛擬總線接口驅動模塊(4)發送的數據包，並將接收的數據包傳遞給客戶端數據包處理模塊02)；客戶端發送模塊04)用於發送從客戶端數據包處理模塊0 傳遞來的數據包，並將其發送給虛擬總線接口驅動模塊(4)；客戶端數據包處理模塊0 用於接收來自於客戶端接收模塊的USB請求數據包，經過拆包、解析、提取真實請求命令包結構體傳送給客戶端讀寫線程管理模塊05)；接收從客戶端讀寫線程管理模塊0 返回的數據包，經過封裝成USB數據包，傳遞給客戶端發送模塊(24)；客戶端讀寫線程管理模塊0 用於接收從客戶端數據包處理模塊0 傳遞的對外部 USB設備進行訪問的請求，根據請求量動態的創建或殺死讀寫線程，實現對真實的USB設備進行讀寫控制；向客戶端數據包處理模塊0 傳遞讀寫外部USB設備所得到的數據。
3.根據權利要求1或2所述的虛擬桌面外部設備支持系統，其特徵在於，虛擬總線接口驅動模塊(4)包括服務端USB狀態監控模塊(41)、服務端接收模塊 (43)、服務端發送模塊(42)、服務端數據包處理模塊(44)、服務端讀寫線程管理模塊06)和串行化模塊(45)；服務端USB狀態監控模塊負責實時監控虛擬USB設備的狀態，在虛擬服務端實現對設備的插拔；與服務端設備管理模塊C3)進行通信，接收從作業系統應用層發送的查詢命令，並傳遞給服務端管理模塊；接收從服務端設備管理模塊C3)返回的查詢結果，並返回給作業系統應用層；服務端接收模塊^幻用於接收從桌面客戶端過濾驅動模塊O)中的客戶端發送模塊 (24)發送的數據包，並將接收的數據包傳遞給服務端數據包處理模塊G4)；服務端發送模塊0 負責發送從服務端數據包處理模塊G4)傳遞來的數據包，並將其發送給客戶端接收模塊03)；服務端數據包處理模塊G4)用於接收來自服務端接收模塊的數據包，經過拆包、 解析、提取數據包傳遞給服務端讀寫線程管理模塊G6)；接收從服務端讀寫線程管理模塊 (46)返回的數據包，經過封裝成USB請求數據包，傳遞給服務端發送模塊02)；服務端讀寫線程管理模塊(46)用於接收從服務端數據包處理模塊G4)傳遞的對USB 設備進行訪問的數據包，根據請求量動態的創建或殺死線程，向作業系統應用層傳遞被請求的數據；串行化模塊G5)用於接收來自作業系統應用層對虛擬USB設備的讀寫請求包，並將請求包進行串行化，以對讀寫請求進行排序，對數據包進行合併操作以加快讀寫速度，保證各種傳輸速度方式下的串行化傳輸。
全文摘要
本發明公開了一種虛擬桌面外部設備支持系統，包括過濾驅動模塊、客戶端設備管理模塊、服務端設備管理模塊和虛擬總線接口驅動模塊；虛擬外設總線接口驅動負責根據共享的真實設備在虛擬環境下建立虛擬設備，並把對虛擬設備操作的命令封裝成網絡請求包，通過傳輸接口轉發給桌面客戶端。過濾驅動模塊的功能是獲取虛擬外設總線接口驅動模塊轉發的數據，並進行命令解析，根據命令控制本機物理設備。客戶端設備管理模塊和服務端設備管理模塊負責建立桌面客戶端與虛擬服務端的連接，協調虛擬設備與真實設備的數據收發，並提供通道進行用戶態與內核的數據通信。本發明將虛擬桌面的虛擬設備和本地物理設備接口之間的差異完全隱藏在主機控制驅動層。
文檔編號H04L29/06GK102270186SQ20111020486
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月21日 優先權日2011年7月21日
發明者周曄, 廖小飛, 謝曉, 金海 申請人:華中科技大學