序 言
SPICE，即Simple Protocol for Independent Computing Environment（獨立計算環境簡單協議）是紅帽企業虛擬化桌面版的主要技術組件之一，具有自適應能力的遠程提交協議，能夠提供與物理桌面完全相同的最終用戶體驗。借助支持SPICE協議的客戶端（如remote-viewer）或者通過瀏覽器，用戶可以訪問自己的虛擬桌面，如下圖1所示。
圖1 spice remote-viewer客戶端
1.特點
Spice虛擬桌面傳輸協議，最初是由Qumranet開發，后來被RedHat收購並開源。經過幾年的社區開發，Spice協議已經能在實際應用中一展拳腳，和商業協議ICA 、PCoIP等相抗衡，與上述商業化的遠程桌面協議相比，Spice協議具有如下優點：
（1）開源：易於擴展和功能定制；
（2）跨平台：Windows/Linux/Mac OS平台全兼容；
（3）支持外接設備：除常用USB設備外，打印機和掃描儀等設備也能在遠程使用；
（4）豐富的媒體支持：包括視頻、音頻、圖像；
（5）更小的帶寬占用：Spice里內置圖像壓縮算法，有效減少數據傳輸時的帶寬占用；
（6）更安全的數據傳輸：Spice可以使用OpenSSL加密傳輸數據。
2.架構
Spice 包含四個部分：協議、客戶端側、服務端側和虛擬機側。其中，
（1）協議：是客戶端側、服務端側和虛擬機側三個部分交互時所遵循的准則；
（2）客戶端：負責接收並轉換虛擬機數據，以及發送用戶輸入數據到虛擬機，從而使得用戶能夠與虛擬機進行交互；
（3）服務端：是集成在Hypervisor內部的一個用戶層組件，使得Hypervisor（如QEMU）支持Spice協議；
（4）虛擬機側：指所有部署在虛擬機內部的必需組件，如QXL驅動、Spice Agent等。
圖2 Spice 相關組件
（一）Spice 圖形命令流
圖3展示了Spice的基本框架，以及圖形命令流如何從虛擬機內部達到Spice終端（平台環境為QEMU+libSpice）。圖形命令開始於虛擬機內部的圖形應用程序向OS請求繪制操作（如GDI命令）。之后，Spice會利用安裝在虛擬機內部的QXL驅動，捕獲應用程序的繪制操作，進而轉化為Spice QXL 命令，並傳遞到QEMU虛擬的QXL設備后端。接着，LibSpice會讀取上述QXL 命令，進行重組和優化，並封裝成Spice協議消息格式，發送到終端。最后，終端依據Spice協議解析對應的圖形操作消息，進而完成畫面更新操作。
圖3 Spice圖形命令流
（二）Agent 命令流
如圖4所示，為Spice Agent對應的命令交互流程，Spice Agent位於虛擬機內部。Spice Server 和 client 借助Agent在虛擬機內部執行一系列動作，如設置虛擬機顯示配置等。Spice Agent通過位於虛擬機內部的VDIPort設備驅動與VDIPort設備（由QEMU 虛擬的設備）進行交互，VDIPort虛擬設備與Spice Server通過QEMU 的VDI Interface 進行交互，從而最終實現Spice Agent與Spice Server以及Spice Client三者之間的交互，其中消息格式均遵從Spice協議。
圖4 Spice Agent圖形命令流
3.實現
3.1 Spice客戶端
如圖5所示，Spice客戶端通過建立不同的通道來處理不同的事件。客戶端將每個Channel實現為一個單獨的線程，具體通過定義一個以單獨線程運轉的RedChannel基類的方式來實現，之后從此基類中派生所需要的具體功能類。
客戶端Channel類包括：RedClient、DisplayChannel、CursorChannel、InputsChannel、PlaybackChannel、RecordChannel等。RedClient 負責建立主通道，之后主通道通過channel_type創建下述通道：
（1）DisplayChannel：負責處理圖形命令、圖片以及視頻流顯示；
（2）InputsChannel：負責處理鍵盤和鼠標輸入；
（3）CursorChannel：負責處理指針設備位置、可見性以及形狀的顯示；
（4）PlaybackChannel：負責接收服務端的聲音數據，並在客戶端播放；
（5）RecordChannel：負責客戶端聲音設備聲音捕獲，並將其傳遞到虛擬機內。
圖5 Spice client實現
3.2 Spice Server
如圖6所示，Spice Server內部對應於client，也存在若干個通道。這些通道主要負責向虛擬機的虛擬設備（如鍵盤鼠標等）傳遞客戶端側用戶的輸入，以及接收並顯示虛擬機虛擬顯卡對應的畫面（QXL）。為了使得Spice Server能夠相對獨立，其借助QEMU提供的各種虛擬設備后端接口來與虛擬機所見的虛擬設備進行交互，如Playback Interface等。
圖6 Spice Server實現
3.3 Spice 協議
如圖7所示，Spice協議是構建起整個虛擬桌面的核心。借助於Spice協議，虛擬桌面各個組件之間才能夠順利交互。
圖7 Spice 協議
3.4 QXL Device
Spice Server 支持 QXL VDI interface，負責為虛擬機提供虛擬顯卡，包括初始化顯卡的ROM與RAM等的地址映射、IO端口映射、顯存區域更新、光標位置通知、設備IRQ請求、顯卡模式設置及重置等顯卡基本功能。同時，QXL設備后端，負責與Spice Server交互，從而實現在終端實時進行虛擬桌面的顯示。
3.5 QXL Guest Drivers
QXL虛擬設備對應的驅動，使操作系統能夠正確識別相應的設備。
3.6 Spice Agent
虛擬機內部的守護進程，接收來自客戶端或者服務器的相關操作請求，比如設置虛擬機的分辨率等。
3.7 VDIPort Device and Driver
VDIPort設備由Spice Server為虛擬機所虛擬的串口通信設備，提供給虛擬機內部Agent通道以及usb重定向通道使用，其在QEMU側均對應於一種名稱為Spicevmc的字符設備后端。