CN113835534A - 一种具有虚拟u盘功能的kvm系统 - Google Patents

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CN113835534A CN202110937067.8A CN202110937067A CN113835534A CN 113835534 A CN113835534 A CN 113835534A CN 202110937067 A CN202110937067 A CN 202110937067A CN 113835534 A CN113835534 A CN 113835534A
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李康
曹卫华
赵志成
尹航
李�杰
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Abstract

本发明提供了一种具有虚拟U盘功能的KVM系统，该KVM系统包括：依次电连接的被控服务器、终端设备和会话客户端；所述会话客户端，用于获取被控服务器的画面，并使用控制指令控制该被控服务器；所述终端设备，用于将被控主机的画面传输至会话客户端，且终端设备中内置虚拟USB。本发明的有益效果是：使用本发明的KVM系统，不仅能够通过键鼠对机房中的被控服务器进行维护，还能使用虚拟U盘技术给被控服务器进行BIOS级别的升级更新，如重装系统、固件升级等。减少了机房管理人员的负担，一旦出现异常情况，机房运维人员可以远程进行维护，及时处理故障，并且不用进入机房，提升了数据机房的维护效率与安全性。

Description

一种具有虚拟U盘功能的KVM系统
技术领域
本发明涉及地铁领域，尤其涉及一种具有虚拟U盘功能的KVM系统。
背景技术
如今地铁机房中有许多服务器，主要包含通信、综合监控、售票系统、乘客系统等服务器。为了保障这些服务器稳定可靠地运行，同时保证设备安全和人身安全，在对服务器维护和监测时要尽可能地减少相关人员进入机房现场操作。针对此，再结合地铁机房的运行环境，需要开发一套具有虚拟U盘功能的KVM系统，使相关人员可以通过远程操作来重装操作系统或者升级被控服务器上的相关软件，更加高效安全，而且也能大幅度降低差旅成本和平均维修时间，并确保地铁机房的持续运作。
KVM系统现阶段已经能够通过键鼠远程操控被控服务器，对机房被控服务器故障进行维护，但是无法对被控服务器出现的系统级故障进行维护，如果想要重装系统或者拷贝文件给被控服务器，仍需进行机房进行操作，严重制约了紧急故障的处理速度，降低了修复故障的效率。
数据机房环境较为复杂，具有机房数据密集、规模大和使用人员复杂等特点，且不同场景和不同设备的机房，控制要求不同，进行的操作需求也不相同，如果需要重装系统或者拷贝文件给服务器主机，需要携带键盘鼠标和显示器进入机房连接需要维护的服务器主机，这一系列操作，导致不能及时解决问题，降低了维护人员的工作效率。
由于USB的最大传输距离只有5米，限制了USB数据的远程传输。现有的KVM系统不支持虚拟U盘功能。因此，如何方便快捷的重装或者升级被控服务器系统是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种具有虚拟U盘功能的KVM系统，旨在实现把本地的资源(文件、ISO镜像等)虚拟到被控服务器上，使被控服务器对这些资源的操作就像是对本地的资源一样方便，解决远程升级或者重装被控服务器操作系统的问题。该KVM系统包括：被控服务器、用于KVM远程操控的会话客户端和用于连接被控服务器的终端设备，被控服务器连接终端设备，终端设备连接会话客户端；
所述会话客户端，用于获取被控服务器的画面，并能够使用控制指令控制被控服务器；
所述终端设备，用于将被控主机的画面传输至会话客户端，且终端设备中内置虚拟USB设备，该虚拟USB设备包括虚拟键盘、虚拟鼠标和虚拟U盘。
进一步地，所述终端设备包括海思芯片和STM32芯片。
进一步地，所述海思芯片，用于发送视频信号，接收实际USB设备的命令和数据，发送虚拟USB设备的命令和数据，所述实际USB设备包括实际存在的键盘、鼠标和U盘。
进一步地，所述收发USB设备的命令和数据是由所述USB设备通过会话客户端发送的。
进一步地，所述虚拟USB设备是由终端设备通过对实际USB设备处理后得到的。
进一步地，所述STM32芯片用于将实际USB设备模拟为虚拟USB设备。
进一步地，所述STM32芯片包括设备驱动和相应的软件程序，用于完成虚拟USB设备(即虚拟键盘、虚拟鼠标和虚拟U盘)的枚举过程。
进一步地，所述终端设备和会话客户端主机通过TCP/IP网络连接，在该TCP/IP网络中传输SCSI命令、各种数据以及视频数据。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：使用本发明的KVM系统，不仅能够通过键鼠对机房中的被控服务器进行维护，还能使用虚拟U盘技术给被控服务器进行BIOS级别的升级更新，如重装系统、固件升级等。减少了机房管理人员的负担，一旦出现异常情况，机房运维人员可以远程进行维护，及时处理故障，并且不用进入机房，提升了数据机房的维护效率与安全性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例中具有虚拟U盘功能的KVM系统的结构图。
图2是本发明实施例中具有虚拟U盘功能的KVM系统框图。
图3是本发明实施例中虚拟USB驱动技术路线(左侧)与传统虚拟化USB驱动技术路线(右侧)的对比图。
图4是本发明实施例中传统的电脑识别U盘的结构框图。
图5是本发明实施例中该具有虚拟U盘功能的KVM系统识别U盘的结构框图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
在数据机房中，服务器是被集群放在机房内的，且机房内的服务器并不配备显示器、键盘、鼠标等外设。当某台服务器出现故障时，机房运维人员需要携带显示器、键盘鼠标等外设插接到服务器上，处理服务器故障，如果需要给服务器重装系统、固件升级等操作，还需要插入U盘。这一系列操作，大大降低了维护人员的工作效率。针对以上情况，本发明的实施例提供了一种具有虚拟U盘功能的KVM系统，其目的在于本地会话客户端不仅能够通过键鼠和视频画面远程访问被控服务器，还能够让被控服务器访问本地会话客户端的文件资源，实现了硬件级的远程USB设备虚拟。KVM是keyboard、Video和Mouse的缩写。
地铁机房的传统的USB系统、主机和USB设备是通过SCSI总线直接相连，一个USB系统仅包括USB主机、集线器HUB和USB设备。而在本发明中，传统的USB设备由该具有虚拟U盘功能的KVM系统所替代，该具有虚拟U盘功能的KVM系统主要由被控服务器、Network和会话客户端构成。在该具有虚拟U盘功能的KVM系统中通过网络技术来传递SCSI命令，通过一种硬件和软件相结合的虚拟技术能够把远程的USB设备虚拟到服务器上，使得操作远程的被控服务器能像本地设备一样操作。请参考图1-2，图1是本发明实施例中具有虚拟U盘功能的KVM系统的结构图，图2是本发明实施例中具有虚拟U盘功能的KVM系统框图，该系统KVM系统具体包括以下几个部分：
(1)被控服务器，在该系统中它是主机B，它和传统的USB系统中的主机的功能一样，通过各种系统软件和应用程序软件操作USB设备。它具有USB接口和视频输出接口。
(2)终端设备，主要包括海思芯片和STM32芯片。海思芯片主要用于发送视频信号，收发USB设备(键盘、鼠标和U盘)的命令和数据。STM32芯片作为USB控制模块，包括设备驱动和相应的软件程序，用于初始化USB模块，该USB模块是用于虚拟USB设备的程序模块，最终来完成虚拟U盘的枚举过程，同时用于操作虚拟键盘和虚拟鼠标来控制被控服务器。
(3)Network，就是TCP/IP网络，可以通过TCP/IP协议通过它传输信息。在该系统中，当终端设备枚举成功后，在TCP/IP网络中传输SCSI命令、各种数据以及视频数据。
(4)会话客户端，在该系统中，会话客户端即主机A，主要用于接收并解码终端设备发来的视频信号输出至显示器；以及将实际存在的键盘、鼠标和U盘的数据发送至终端设备。最终把本地的实际USB设备虚拟到被控服务器上，以及将被控服务器的视频画面传输到本地的会话客户端并显示。通过主机A上的应用程序和远程控制设备上的软件，实现SCSI命令和数据的传输。当会话客户端接收到终端设备发来的SCSI命令后，执行相应的操作(如删除、复制、修改等操作)。
工作原理可以用图1电脑A中键盘来简单举例表述，当按下键盘“键Q”，通过USB总线传送至电脑A，电脑A中的会话客户端截获“键Q”的命令并编码，通过TCP/IP网络传送至终端设备，终端设备STM32收到该数据解码并将“键Q”模拟出来通过USB总线传送至电脑B，电脑B做出相应的响应。同样，鼠标或者U盘，也和以上过程类似。
如图3的左侧所示，本实施例中的虚拟设备，即是通过某种虚拟技术把不是被控服务器的设备虚拟到被控服务器中，从而可以方便的透明的对远程设备进行访问，如图3的右侧所示，传统的虚拟设备的方式一般是通过在设备驱动模型中加一个驱动层，在该驱动层上拦截访问设备的数据包，通过TCP/IP协议，把这个数据包发往物理设备，从物理设备上获得数据，从而把数据返回给应用程序。
由于传统的虚拟设备是基于操作系统上的，要利用操作系统设备分层驱动模型和I/O管理器的支持，同时也必须要网络驱动的支持，它们要求操作系统必须运行起来才能够进行虚拟，这些特性确定了它们不能在最底层去虚拟设备。当想利用远程设备来重装操作系统时，这种虚拟的方式就不能够满足要求。本申请公开的虚拟USB设备，在于利用远程控制技术，把传统的由操作系统提供的命令传输功能转移到终端设备上，在终端设备上模拟真实USB设备的特点，在被控服务器来看，远程控制设备就是一个USB设备，这种设备虚拟方式不仅能够满足传统的设备数据共享的要求，同时能够解决远程安装操作系统的要求。
本发明提出的方案采用TCP/IP网络通信，可在支持TCP/IP的通信介质上使用，如5G、WIFI、光纤等，安全可靠功耗低，工作稳定成本较低，结构简单，易于实现。本发明不受通信距离远近的限制，支持通用USB协议，可广泛应用于数据机房各种服务器的远程BIOS级别的维护、远程重装系统等操作。
为了更好的解释本发明的使用方法，下面将结合图2进行解释。
如图2所示，终端设备中的海思芯片将视频信号编码后通过TCP/IP网络发送给会话客户端后，会话客户端解码并播放。终端设备中的STM32通过USB接口与被控服务器连接，STM32初始化USB模块并完成虚拟键盘、鼠标和大容量存储设备(简称虚拟U盘)过程，被控服务器将识别到STM32虚拟出来的键盘、鼠标和U盘。
会话客户端采集键盘、鼠标信号，通过网络发送给海思芯片；此时会话客户端读取U盘的相关数据，并转换成SCSI命令和数据发送给海思芯片。
海思芯片接收到键盘鼠标信号后，通过串口透传至STM32，STM32再通过USB接口传递给被控服务器，此时被控服务器就可以看到鼠标移动或者键盘输入的字符，并且与会话客户端键盘鼠标操作是同步的。通过被控服务器的文件管理系统，可以查看到虚拟U盘，此虚拟U盘与会话客户端所连接的实体U盘的文件数据内容一致。该系统除了对U盘进行虚拟外，还能够虚拟文件资源、虚拟光盘、虚拟磁盘。
进一步用户可通过会话客户端的显示器、键盘、鼠标，进而远程操控被控服务器。在会话客户端插入U盘后，被控服务器也能够识别到该U盘，进而可以对被控服务器进行BIOS级别维护，甚至是重装系统、固件升级等。
如图4-5所示，图4是本发明实施例中传统的电脑识别U盘的结构框图，图5是本发明实施例中该具有虚拟U盘功能的KVM系统识别U盘的结构框图，本申请中的终端设备通过TCP/IP协议与会话客户端USB系统实现连接，终端设备通过USB接口与被控服务器连接；TCP/IP承载着SCSI命令和数据，会话客户端把终端设备传输来的SCSI命令和数据解析并对会话客户端中的文件资源进行相应的操作(复制、粘贴、删除或修改等)，从而实现会话客户端和被控服务器之间的文件资源共享。
本发明的关键点在于：
实现远端的被控服务器通过终端设备访问本地端会话客户端主机上的文件资源，采用TCP/IP网络传输SCSI命令和数据，该方法兼容性较高，可以兼容Windows、Linux、Mac、Unix等支持USB协议的系统；
针对该KVM系统可以使用本地会话客户端主机的键鼠远程操控被控服务器，而被控服务器却不能方便的使用本地端会话客户端主机上文件资源的问题，本发明实现了通过键鼠远程操控且远端的被控服务器能够访问本地端会话客户端主机上的文件资源；
本发明的有益效果是：使用本发明的KVM系统，不仅能够通过键鼠对机房中的被控服务器进行维护，还能使用虚拟U盘技术给被控服务器进行BIOS级别的升级更新，如重装系统、固件升级等。减少了机房管理人员的负担，一旦出现异常情况，机房运维人员可以远程进行维护，及时处理故障，并且不用进入机房，提升了数据机房的维护效率与安全性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有虚拟U盘功能的KVM系统，其特征在于：该KVM系统包括：依次电连接的被控服务器、终端设备和会话客户端；
所述会话客户端，用于获取被控服务器的画面，并可以使用控制指令控制被控服务器；
所述终端设备，用于将被控主机的画面传输至会话客户端，且终端设备中内置虚拟USB设备，该虚拟USB设备包括虚拟键盘、虚拟鼠标和虚拟U盘。
2.如权利要求1所述的一种具有虚拟U盘功能的KVM系统，其特征在于：所述终端设备包括海思芯片和STM32芯片。
3.如权利要求2所述的一种具有虚拟U盘功能的KVM系统，其特征在于：所述海思芯片，用于发送视频信号，接收实际USB设备的命令和数据，发送虚拟USB设备的命令和数据，所述实际USB设备包括实际存在的键盘、鼠标和U盘。
4.如权利要求3所述的一种具有虚拟U盘功能的KVM系统，其特征在于：所述收发USB设备的命令和数据是由所述USB设备通过会话客户端发送的。
5.如权利要求1所述的一种具有虚拟U盘功能的KVM系统，其特征在于：所述虚拟USB设备是由终端设备通过对实际USB设备处理后得到的。
6.如权利要求2所述的一种具有虚拟U盘功能的KVM系统，其特征在于：所述STM32芯片用于将实际USB设备模拟为虚拟USB设备。
7.如权利要求2所述的一种具有虚拟U盘功能的KVM系统，其特征在于：所述STM32芯片包括设备驱动和相应的软件程序，用于完成虚拟USB设备的枚举过程。
8.如权利要求1所述的一种具有虚拟U盘功能的KVM系统，其特征在于：所述终端设备和会话客户端主机通过TCP/IP网络连接，在该TCP/IP网络中传输SCSI命令、各种数据以及视频数据。
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