基于KVM的3D远程桌面同步技术的研究与实现

摘要

近年来，随着计算机硬件能力的不断提升和虚拟化技术的日渐成熟，各种云平台层出不穷、比比皆是。在这些云平台中，桌面云平台出现得最早也是最成熟的云平台。桌面云平台采用虚拟化技术对服务器的计算、存储和网络资源进行统一管理，并向用户交付云桌面系统，使用户可以在桌面云平台上完成日常办公。然而，随着数字化转型的大趋势影响，企业的业务发生了巨大变化，其中海量的业务数据分析、大型3D图形设计、多媒体编辑、虚拟现实、增强现实等高性能应用场景对GPU需求在持续增长。 在桌面云平台中，基于Intel的VT技术或者AMD的SVM技术可以完成CPU和I/O虚拟化。同时，Intel和AMD各自的CPU上都扩展了寄存器以支持内存虚拟化，虚拟机运行所需要的基础设备模拟技术都已经比较成熟。相较于其他设备虚拟化的高速发展，GPU虚拟化的发展比较缓慢。常见的GPU虚拟化方案有四种：CPU设备模拟、图形指令接口重定向、图形设备直通以及GPU全虚拟化。四种方案都存在一定缺点：CPU设备模拟技术难度大，模拟性能差；图形指令接口重定向兼容性差，性能差；图形设备直通效果最好，但会让虚拟机丧失一些高级特性并且受限于服务器；GPU全虚拟化需要设备厂商的支持，且需要昂贵的授权。 本文在KVM开源虚拟化技术和Spice开源远程桌面传输协议基础上，设计并实现了基于图形设备直通技术的3D远程桌面同步技术方案。此方案通过VFIO技术将服务器上物理图形设备直通到虚拟机，扩展虚拟机3D支持能力，解决了GPU模拟困难的问题,通过改进Spice协议完成3D远程桌面同步。本文重点研究讨论桌面云平台中图形设备直通以及3D远程桌面同步的设计与实现。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4 研究内容与研究范围

1.4.1 课题来源

1.4.2 研究内容

1.5 本文组织结构

第二章 关键技术介绍

2.1 虚拟化技术

2.1.1 KVM虚拟化

2.1.2 QEMU模拟器

2.2 桌面传输协议

2.2.1 Spice架构

2.2.2 Spice接口

2.2.3 Spice Agent

2.3 VFIO设备直通技术

2.3.1 VFIO原理

2.3.2 VFIO架构

2.4 Windows图形显示框架

2.4.1 XDDM显示框架

2.4.2 WDDM显示框架

2.5 Windows截屏技术

2.5.1 基于GDI截屏技术

2.5.2 基于镜像驱动的截屏技术

2.5.3 基于NVFBC截屏技术

2.5.4 基于DirectX的截屏技术

2.6 本章小结

第三章 系统分析与设计

3.1 系统分析

3.1.1 基于KVM虚拟化的3D支持分析

3.1.2 基于KVM虚拟化的桌面传输协议分析

3.1.3 基于 Spice协议的3D远程同步分析

3.2 系统设计

3.2.1 系统整体设计

3.2.2 服务端程序设计

3.2.3 客户端程序设计

3.3 本章小结

第四章 系统实现

4.1 基础环境准备

4.2 设备直通实现

4.3 Spice服务端实现

4.3.1桌面截取实现

4.3.2获取鼠标实现

4.3.3 VDAgent传输实现

4.4 Spice客户端实现

4.4.1 get_format实现

4.4.2 get_buffer实现

4.4.3 release_buffer实现

4.4.4硬件渲染

4.5 本章小结

第五章 系统构建、运行与测试

5.1 云桌面系统构建

5.1.1 数据中心

5.1.2 云桌面控制器

5.1.3 云桌面代理

5.1.4 云桌面客户端

5.2 云桌面系统功能设计

5.2.1 数据中心功能设计

5.2.2 云桌面控制器功能设计

5.2.3 云桌面代理功能设计

5.2.4 云桌面客户端功能设计

5.3 云桌面系统用例

5.4 云桌面系统运行环境

5.5 云桌面系统测试

5.5.1 功能测试

5.5.2 性能测试

5.6 测试结果分析

5.7 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 未来展望

致谢

参考文献