专利名称：一种面向虚拟机的usb设备重定向方法
技术领域：
本发明涉及ー种由模拟器QEMU创建的虚拟机访问本地或远程物理机上的USB设备的方法，尤指ー种通过传输控制协议套接字(TCP Socket)和USB重定向协议将指定物理机上的USB设备重新定向到指定虚拟机的方法。
背景技术：
虚拟化(Visualization)技术最早出现在20世纪60年代的IBM大型机系统。随着近年多核系统、集群、网格甚至云计算的广泛部署，虚拟化技术在商业应用上的优势日益体现，不仅降低了 IT成本，而且还增强了系统安全性和可靠性，虚拟化的概念也逐渐深入到人们日常的工作与生活中。然而在虚拟化技术的使用过程中也出现了诸多问题。USB是ー种新型串行接ロ，与传统接ロ相比，USB具有速度快、独立供电、即插即用、成本低等众多特点，有着非常广阔的应用范围。但由于其设备种类定义繁多、通信协议规范复杂，导致USB设备仿真软件设计工作繁琐，开发难度较大。众所周知，打印机，闪存， 移动硬盘、数码相机等USB设备，对用户来说是非常重要的。而在现有的虚拟化技术中利用虚拟机访问本地物理机上的USB设备还存在很多问题，如很多开源的虚拟化技术尚不支持对USB设备的访问，或者仅支持对有限的几种USB设备的访问；而一些商业付费虚拟化软件对USB设备的支持虽然比开源虚拟化软件完善ー些，但仍存在ー些局限性。如当前微软的虚拟服务器(Hyper-V Server)与其自身的虚拟机(Virtual PC),尚不支持USB设备的访问，需要借助第三方付费软件如网络USB (USB Over Network)等，通过网络使用USB设备。 VMWare公司的桌面虚拟机可以通过配置从桌面使用各种USB设备，使用此功能吋，可以从客户菜单中访问大多数本地客户端系统连接的USB设备。但VMWare公司桌面虚拟机的USB 重定向功能存在以下局限
1、从客户菜单中访问USB设备并在桌面中使用该设备吋，将无法在本地计算机上访问该设备(同时只能有1个访问)；
2、如果从浏览入口访问桌面，则只能在Windows客户端上使用此功能，并且还需要事先已经在本地Windows系统上安装了带有可选USB重定向的组件；
3、要在桌面中使用USB打印机，用户必须在桌面中安装所需的打印驱动程序。而VMware公司免费的虚拟机现在仍缺乏USB重定向的支持。对于利用虚拟机访问远程物理机上的USB设备，无论是开源的虚拟化软件还是商业付费的虚拟化软件，到目前为止还是ー项空白。要想降低虚拟机的开发难度，减少系统消耗，提高通用性，充分利用现有的驱动程序，使虚拟机能够访问本地或远程物理机上的USB设备，研究通过传输控制协议套接字和 USB重定向协议相结合的方法是最好的方式，同时也具有重要的实践意义。
发明内容
针对开源和商业付费虚拟化软件对访问本地USB设备的局限性，以及还未实现访问远程物理机上的USB设备的问题，本发明提出了一种面向虚拟机的USB设备重定向方法。模拟器QEMU是ー个平台虚拟化解决方案，允许对ー个完整的PC环境进行虚拟化 (包括磁盘、图形适配器和网络设备)。客户操作系统所生成的任何I/O请求都会被中途截获，并重新发送到QEMU进程模拟的用户模式中。本方法就是在模拟器QEMU的基础上加入了 USB设备的重定向功能，并与本地或远程物理机进行通信，从而实现由模拟器QEMU创建的虚拟机对本地或远程物理机上的USB设备的访问。为了实现上述功能，本发明提供的虚拟机USB重定向方法包括以下步骤
1)修改模拟器QEMU，加入USB重定向功能。利用此模拟器QEMU创建QEMU虚拟机，局域网内的任一物理机通过远程桌面协议访问此物理机上的QEMU虚拟机；
2)利用USB设备所在物理机上的USB重定向协议实现USB设备与远端QEMU虚拟机间的通信；
3)远端QEMU虚拟机通过命令行指令将步骤2)中的USB设备重定向到虚拟机中。其中步骤1)包含如下具体步骤
11)定义用于表示ー个需要重定向的USB设备的结构体；
12)实现用以操作该结构的读、写、查询等函数功能；
13)实现与USB设备所在的远程主机进行通信的模块；
14)利用加入USB重定向功能的模拟器QEMU创建虚拟机，并进行远程连接。其中步骤12)的具体过程是先判断数据操作的具体类型，然后根据数据操作类型执行相应的操作函数。其中步骤2)中利用命令行相应指令获得需要进行重定向的USB设备的供应商ID 与产品识别码，并在USB设备所在的物理机上启动ー个USB设备重定向协议的服务器端进程，然后将ー个端ロ号分配给此USB设备的供应商ID与产品识别码，并对这个端ロ进行监听。其中步骤3)中首先获得USB设备的供应商ID与产品识别码及其所在物理机的 IP地址；然后在远端QEMU虚拟机的监视器中通过命令行指令将此USB设备重定向到远端 QEMU虚拟机中。然后利用步骤2)、步骤3)中建立好的传输控制协议套接字进行数据传输。本发明主要包括USB重定向协议和基于模拟器QEMU的USB设备重定向系统两个部分。其中USB重定向协议为物理机上的USB设备分配一个监听端ロ，并开始监听此端ロ ； 同时与远端QEMU虚拟机建立起传输控制协议套接字连接；然后接收远端的QEMU虚拟机对 USB设备的操作类型，根据不同的操作类型在物理机上对USB设备进行相应的操作。而基于模拟器QEMU的USB设备重定向系统将给定IP地址的主机上的USB设备重定向到QEMU虚拟机中，然后接收通过远程桌面对虚拟机中USB设备的操作，并将此操作反馈给USB设备所在的物理机；待USB设备所在物理机对指定操作处理完后将结果传送回虚拟机，虚拟机重新模拟USB设备所在物理机处理后的数据，并在虚拟机中进行重现。本发明的技术效果是，解决了开源和商业付费虚拟化软件对访问本地USB设备的局限性，填补了开源和商业付费虚拟化软件无法访问远程物理机上的USB设备的空白。
图1为USB设备重定向的架构示意图； 图2为USB设备重定向协议的处理流程图。
具体实施例方式为使本发明的特征及优点得到更清楚的了解，以下结合附图，作详细说明如下如图1所示，描述了本发明的架构，通过物理主机A上的远程桌面协议访问物理主机B上的虚拟机，此时物理主机B上的虚拟机需要访问物理主机C上的USB设备(物理主机C上的USB 设备与USB重定向协议也可位于物理主机A上)，于本实施例中的具体执行步骤是
1)利用加入USB重定向功能的模拟器QEMU创建虚拟机，物理机A通过远程桌面协议访问物理机B上的虚拟机；
2)利用物理机C上的USB设备重定向协议实现物理机C上的USB设备与物理机B上的虚拟机间的通信；
3)物理机B上的虚拟机通过命令行指令将物理机C上的USB设备重定向到物理机B 上的虚拟机中。4)通过物理机A上的远程桌面操作物理机B上的虚拟机中的USB设备。其中步骤1)在模拟器QEMU中加入了 USB重定向功能，利用一个结构体表示ー个需要重定向的USB设备；利用此QEMU创建的虚拟机，QEMU会确定当前的虚拟机配置状态以及对USB设备不同数据类型如控制流数据、文件流数据、中断流数据等的操作类型，并将这些信息床送给USB设备所在的物理主机C。其中步骤2)在命令行需要利用指令获得需要进行重定向的USB设备的供应商ID 与产品识别码，并在物理机C上启动ー个USB设备重定向协议的服务器端进程，然后将ー个端口号分配给此USB设备的供应商ID与产品识别码，并对这个端ロ进行监听。步骤1)中的模拟器QEMU获得虚拟机对重定向到其中的USB设备所进行的操作信息后，通过USB重定向协议将其发送给物理主机C。物理主机C处理完后将结果反馈给物理主机B上的模拟器 QEMU ；而呈现在虚拟机中的也就是处理后的結果。其中步骤3)首先获得USB设备的供应商ID与产品识别码以及所在物理机的IP 地址；然后在远端虚拟机的监视器中通过命令行指令将本地主机的USB设备重定向到远端虚拟机中。其中步骤4)在本地物理机A上利用远程桌面访问远程物理机B上的虚拟机，并对被重定向到此虚拟机中的物理机C上的USB设计进行读、写、删除等操作，操作类型通过远程桌面协议反馈给物理机B上的虚拟机，物理机B再通过步骤2)中建立起的连接将相应操作发送给USB设备所在的物理机C，物理机C做出相应的处理后将结果发送给物理机B上的虚拟机，通过物理机A上的远程桌面也呈现出了相应的結果。本发明中的USB重定向协议该协议由以下三部分組成
1)USB设备模块usb-device 代表需要重定向的USB设备；
2)USB客户端模块usb-guest 连接usb-device，并对usb-device进行指定操作；
3)USB服务器端模块usb-host 通过网络将usb-device呈献给远程虚拟机，并使 usb-device 对 usb-guest ロ/用。该协议在物理机C上运行ー个服务器端USB重定向usbredirserver进程，并为需要重定向的USB设备分配一个监听端ロ，并开始监听此端ロ ；同时与远端物理机B上的由模拟器QEMU创建的虚拟机建立起传输控制协议套接字连接；然后接收虚拟机传送过来的对 USB设备的各种操作请求，待物理机C对这些请求进行完相应的处理后将结果反馈给远端物理机B上的虚拟机。基于模拟器QEMU的USB设备重定向系统修改模拟器QEMU，加入USB重定向连接 usbredir-tcp模块，负责与USB重定向协议启动的usbredirserver进程进行连接，部分处理从虚拟机或usbredirserver进程获得的信息后，将结果发送给相应的部分。通过获得的 USB设备信息、USB设备所在物理机的IP地址，利用命令行指令将物理机C上的USB设备重新定向到物理机B上的由模拟器QEMU创建的虚拟机中，在物理机A上利用远程桌面访问物理机B上的虚拟机，并对重定向到此虚拟机上的USB设备进行操作；这些操作回传给物理机 B上的虚拟机后，物理机B利用USB设备重定向系统再将其发送给USB设备所在的物理机C 进行相应的处理。本发明的技术效果是，解决了开源和商业付费虚拟化软件对访问本地USB设备的局限性，填补了开源和商业付费虚拟化软件无法访问远程物理机上的USB设备的空白。
权利要求
1.一种面向虚拟机的USB设备重定向方法，其特征在于其包括以下步骤1)本地物理机A通过远程桌面协议访问远端物理机B上由加入了USB设备重定向系统的模拟器创建的虚拟机；2)利用USB设备所在的物理机C上的USB重定向协议实现USB设备与远端物理机B 上的虚拟机间的通信；3)远端物理机B通过模拟器的命令行指令将物理机C上的USB设备重新定向到远端物理机B上的指定虚拟机中；4)本地物理机A通过远程桌面访问远端物理机B上的指定虚拟机，并操作被重新定向到此虚拟机中的物理机C上的USB设备。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于在所述步骤1)中，利用加入了USB设备重定向系统的模拟器QEMU创建虚拟机。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于在所述步骤1)的具体改变是加入了连接 USB设备所在物理机的方法，以及操作USB设备时所涉及的数据类别的判断和处理方法。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于在所述步骤2)中，首先在USB设备所在的物理机C上获得USB设备的供应商ID与产品识别码；然后在物理机 C上利用USB重定向协议为此USB设备分配一个监听端ロ，并运行一个服务器端USB重定向usbredirserver进程开始监听此端ロ ；远端物理机B上的由模拟器QEMU创建的虚拟机与物理机C上的usbredirserver进程建立起传输控制协议套接字连接。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于在所述步骤3)中，首先获得物理机C上的USB设备的供应商ID与产品识别码以及物理机C的IP地址；然后在远端物理机B上由模拟器QEMU创建的虚拟机的监视器中通过命令行指令将物理机C上的USB设备重定向到远端物理机B上的指定虚拟机中。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于在所述步骤4)中，在本地物理机A上利用远程桌面访问远程物理机B上的虚拟机，并对被重定向到此虚拟机中的物理机C上的USB设计进行读、写、删除操作，操作类型通过远程桌面协议反馈给物理机B上的虚拟机，物理机B 再通过步骤2)中建立起的连接将相应操作发送给USB设备所在的物理机C，物理机C做出相应的处理后将结果发送给物理机B上的虚拟机，通过物理机A上的远程桌面也呈现出了相应的結果。
7.权利要求1-6任一项所述面向虚拟机的USB设备重定向方法，其特征在于所述的应用系统包括以下部分USB重定向协议，该协议由以下三部分組成1)USB设备usb-device模块代表需要重定向的USB设备；2)USB客户端usb-guest模块连接usb-device，并对usb-device进行指定操作；3)USB服务器端usb-host模块通过网络将usb-device呈献给远程虚拟机，并使 usb-device 对 usb-guest ロ/用；该协议在物理机C上运行ー个usbredirserver进程，并为需要重定向的USB设备分配一个监听端ロ，并开始监听此端ロ ；同时与远端物理机B上的由模拟器QEMU创建的虚拟机建立起传输控制协议套接字连接；然后接收虚拟机传送过来的对USB设备的各种操作请求，待物理机C对这些请求进行完相应的处理后将结果反馈给远端物理机B上的虚拟机；基于模拟器QEMU的USB设备重定向系统修改模拟器QEMU，加入USB重定向连接 usbredir-tcp模块，负责与USB重定向协议启动的usbredirserver进程进行连接，部分处理从虚拟机或usbredirserver进程获得的信息后，将结果发送给相应的部分；通过获得的 USB设备信息、USB设备所在物理机的IP地址，利用命令行指令将物理机C上的USB设备重新定向到物理机B上的由模拟器QEMU创建的虚拟机中，在物理机A上利用远程桌面访问物理机B上的虚拟机，并对重定向到此虚拟机上的USB设备进行操作；这些操作回传给物理机 B上的虚拟机后，物理机B利用USB设备重定向系统再将其发送给USB设备所在的物理机C 进行相应的处理。
全文摘要
一种面向虚拟机的USB设备重定向方法。包括步骤(1)由远程物理机B上的加入了USB设备重定向系统的模拟器QEMU创建虚拟机，本地物理机A通过远程桌面协议访问此虚拟机；(2)USB设备所在的物理机C利用USB重定向协议实现USB设备与远端物理机B上的虚拟机间的通信；(3)远端物理机B通过模拟器QEMU的命令行指令将物理机C上的USB设备重新定向到远端物理机B上的指定虚拟机中，从而使本地物理机A在远程桌面中可以使用该USB设备。本方法适用于所有利用加入了USB设备重定向系统的模拟器QEMU创建的虚拟机，通过USB重定向协议进行USB设备重定向的需求。
文档编号H04L29/12GK102567074SQ20111038666
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月29日 优先权日2011年11月29日
发明者兰雨晴, 刘铭, 夏颖, 宋潇豫, 张永军 申请人:中标软件有限公司