云手机基本原理与构建

一、什么是云手机

云手机是虚拟化技术,最终为用户/客户在云端提供的一个个安卓实例(操作系统)。用户/客户可以通过视频流的方式,远程实时控制云手机,最终实现安卓原生APP及手游的云端运行。

二、云手机实现原理

三、远程连接协议VNC/SPICE/RDP

所有的云手机都离不开远程桌面连接协议,若没有远程桌面连接协议,要实现云手机屏幕的控制则需要自行设计远程桌面连接协议。目前较为常见的云手机连接协议,大多使用VNC方式实现云手机桌面作为视频流进行传输。

1、三种协议对比

SPICEVNCRDP
BIOS屏幕显示不能
全彩支持
更改分辨率
多显示器多显示器支持(高达4画面)只有一个屏幕多显示器支持
图像传输图像和图形传输图像传输图像和图形传输
视频播放支持GPU加速支持不能GPU加速支持
音频传输双向语音可以控制不能双向语音可以控制
鼠标控制客户端服务器都可以控制服务器端控制服务器端控制
USB传输USB可以通过网络传输不能USB可以通过网络传输

三种协议概览:

1、VNC

适用系统:windows、linux

网络流量:较小,常用100k左右

2、SPICE

适用系统:linux

网络流量:较大,正常使用10-20M

3、RDP

目前在windows上 rdp有两种,remote,remotefx

适用系统:windows、linux

网络流量:较小,正常使用100-200k左右

四、云手机的常见架构

1、基于实体手机的云手机

基于实现手机的远程传输应该是云手机实现的最原始方式。通常的实现方式,通过USB连接线将实体手机与电脑相连接,通过安卓控制器或安卓调试器将手机画面传输到远程,从而实现对实体手机的云端控制,此种实现模式是最早的云手机实现方式。此种方式由于强依赖于手机设备,手机设备一旦损坏,数据丢失将是灾难性。另外大多数连接控制软件都是针对某一手机型号适配,若手机设备停止生产,则无法扩展。此外,还存在网络带宽问题,由于都是实体手机,无法存放于大型机房,不具备可扩展性以及可维护性,因此逐渐被市场淘汰。

2、基于模拟器(虚拟机)的云手机

基于模拟器的云手机大多由早期做模拟器的厂商发展而来,安卓模拟器软件有三大流派:Bluestacks和Virutalbox以及QEMU。

Bluestacks的历史可以追溯到2011年,是最早在PC上实现流畅运行安卓系统的方案。Bluestacks的原理是把Android底层API接口翻译成Windows API,对PC硬件本身没有要求,在硬件兼容性方面有一定的优势。但Bluestacks需要翻译的Android接口数量巨大,很难面面俱到,而且存在软件翻译的开销,在性能和游戏兼容性方面欠佳。

Virtualbox是数据库巨头Oracle旗下的开源项目,通过在Windows内核底层直接插入驱动模块,创建一个完整虚拟的电脑环境运行安卓系统,加上CPU VT硬件加速,性能和兼容性都更好,但是对于电脑CPU有一定要求,超过五年以上的电脑使用起来比较吃力。

QEMU是一个主机上的VMM(virtual machine monitor),通过动态二进制转换来模拟CPU,并提供一系列的硬件模型,使guest os认为自己和硬件直接打交道,其实是同QEMU模拟出来的硬件打交道,QEMU再将这些指令翻译给真正硬件进行操作。通过这种模式,guest os可以和主机上的硬盘,网卡,CPU,CD-ROM,音频设备和USB设备进行交互。由于QEMU的性能问题,才初夏了KQEMU这个加速模块(闭源收费),不过后来QEMU取消了KQEMU的支持,转而使用KVM模块来进行加速。因为 KVM 是硬件辅助的虚拟化技术,主要负责 比较繁琐的 CPU 和内存虚拟化,而 Qemu 则负责 I/O 虚拟化,两者合作各自发挥自身的优势,相得益彰。

3、基于容器的云手机

说到容器不得不提LXC与Docker,两者都实现资源的隔离和控制,也就是对 Cgroup 和 Namespace 两个属性的控制。docker 出现之初,便是采用了 lxc 技术作为 docker 底层,对容器虚拟化的控制。后来随着 docker 的发展,它自己封装了 libcontainer (golang 的库)来实现 Cgroup 和 Namespace 控制,从而消除了对 lxc 的依赖。

为什么会提这个昵?因为模拟器(虚拟机)可能占用主机的大量系统资源,模拟器(虚拟机)的大小为数GB。在虚拟服务器上运行单个应用程序意味着还要运行Guest OS以及Guest OS运行所需的所有硬件的虚拟副本。这样很快就增加了很多RAM和CPU资源消耗。迁移模拟器(虚拟机)上运行的应用程序的过程也可能很复杂,因为它始终附加在操作系统上。因此,必须同时迁移应用程序和操作系统。容器的出现,在一定程度上解决了这些问题。

目前使用容器实现云手机主要有以下几个项目:

1、anbox:使用 Linux 命名空间(user, pid, uts, net, mount, ipc)在容器中运行完整的 Android 系统,并在任何基于 GNU Linux 的平台上提供 Android 应用程序。:github.com/anbox/anbox

2、robox :基于anbox出来的一个分支 github.com/lag-linaro/r

3、openvmi:基于anbox与robox创建 github.com/DockDroid/op

4、华为公有云monbox: hdcwebinars.huaweicloud.com

容器仍无法提供与模拟器(虚拟机)相同的安全性和稳定性。由于它们共享主机的内核,因此不能像模拟器(虚拟机)一样完全隔离。容器是进程级的隔离,一个容器可以通过影响宿主机内核的稳定性来影响其他容器。