并發式集中遠程控制系統的設計與實現

羅偉雄，時東曉，曾紀霞，劉 嵐

（廣州城市職業學院網絡與教育技術中心，廣東 廣州 510405）

0 引言

目前眾多的計算機實驗室管理系統[1-2]都有遠程控制[3]功能，但是只能在同一時間對一臺客戶機進行控制，無法實現并發式的集中控制，因此在軟件安裝和考前測試時，無法發揮遠程控制的優勢來減輕管理員的工作量。尤其是當要輸入不同的賬號等信息時，只能逐臺機器操作，工作量大，操作繁瑣。

而隨著虛擬化技術的普及，虛擬化云桌面[4-6]也逐步進入計算機實驗室。但是該技術只能解決系統的安裝、部署等問題，對于考前測試等，需要進行操作和輸入信息的工作，虛擬化云桌面技術也無能為力。

為此，筆者編寫了一套計算機實驗室并發式集中遠程控制系統以解決上述問題。

1 系統特點

本系統最大的特點是，可以在一臺管理機上同時同步對同一子網內的所有客戶機進行遠程控制，而且還可以讓各客戶機自動輸入不同的字符串，實現諸如測試考試軟件時，自動輸入不同賬號的目的。另外系統還提供了同步各個客戶機當前活動窗口位置和大小的功能，以達到鼠標的精準定位。同時系統還可以對客戶機進行分組，實現分批控制。除此之外，系統還可以監控客戶機的屏幕畫面，實現遠程關機、重啟等常見的操作。

由于當前計算機實驗室以Windows系統居多，因此整套系統是基于Windows環境設計和開發的。系統分為客戶端和管理端兩部分?？蛻舳瞬渴鹪诿颗_受控的機器上，管理端部署在管理機上，整個系統不需要安裝，拷貝即可使用。為了提高系統的兼容性，以適應從Windows XP版本開始的Windows系列系統的使用，同時為了便于部署，避免依賴JAVA、.NET等框架，系統采用Delphi語言進行開發，以全編譯方式生成原生可執行代碼，進一步提高執行效率。

2 系統原理

系統的實現原理如圖1所示。

圖1 系統原理Fig.1 Sy stem principle

從圖1中可以看到，系統只需一臺管理端即可實現對多臺客戶端的并發式遠程控制[7]，在客戶端群中，需要一臺客戶機作為種子機。由于計算機實驗室的機器其操作系統基本上都是通過克隆來批量安裝的[8]，因此不論是屏幕分辨率或者是桌面圖標的位置，還是開始菜單上各菜單項的順序都是相同的，而且每次打開相同的窗口其位置和大小也是相同的。因此，只需觀察任意一臺客戶機就可以知道其他客戶機的狀態。

首先，在客戶端群中任意選取一臺客戶機作為種子機，然后向種子機發送獲取屏幕截圖指令（圖1中功能 1.1），種子機收到該指令后返回當前屏幕截圖給管理端（圖1中功能1.2），管理端收到后，顯示種子機屏幕畫面；當需要同步當前活動窗口狀態時，管理端向種子機發送獲取當前活動窗口狀態指令（圖1中功能2.1），種子機收到指令后獲取當前活動窗口狀態并返回給管理端（圖1中功能2.2），管理端收到返回信息后向客戶端群發送窗口狀態同步指令（圖1中功能2.3），各客戶端收到指令后執行窗口同步操作；在進行鼠標、鍵盤和其他指令的集中操作時，管理端直接向客戶端群發送相應的指令。

向種子機發送指令時，采用單播方式，而向客戶端群發送指令時，由于無需等待客戶端返回信息，而且指令又比較短，不需要分塊發送，加上客戶端比較多，因此適合采用廣播方式進行傳輸。

UDP廣播[9]，只需要把信息發送到廣播地址255.255.255.255上，則同一廣播網絡上的所有主機都會收到該信息，從而有效提高了發送效率，減少了對網絡資源的占用。

而TCP協議由于是面向連接的，在發送數據前必須與對方建立連接。如果采用TCP協議，則管理端在發送數據前，必須與每個客戶端建立TCP連接，這樣勢必會消耗大量的時間和資源。另外對于計算機實驗室這樣的局域網，一般網絡通訊質量比較高，干擾比較少，使用UDP系統即可滿足需求，因此系統采用UDP廣播方式作為指令的傳輸協議。

而對于種子機屏幕畫面數據的傳輸，由于其數據量比較大，因此需要分塊傳送，這就要求傳輸過程中必須要有流量控制、差錯控制和擁塞控制[10]。因此系統選擇TCP作為其傳輸協議，這樣既可以保證系統的可靠性和穩定性，同時也降低了系統開發的復雜度，不需要編寫額外的流量控制、差錯控制和擁塞控制等代碼。

3 系統功能設計與實現

3.1 指令的設計和發送

系統指令的基本格式為：<命令> [參數 1|參數2|…|參數 n]。

命令和第一個參數之間用空格間隔，各參數之間用“|”間隔。

考慮到命令的數量有限，因此規定命令為3個字符的固定長度。例如，獲取窗口狀態指令為WIN，鍵盤指令為CMD等。

各參數之間用“|”間隔的原因是由于在設置窗口狀態時，系統是根據窗口標題來查找窗口的，而窗口的標題是允許包含空格、逗號、分號等常見的分隔符。因此如果使用這些常見的符號作為分隔符就會導致沖突?？紤]到窗口標題一般是以文件名來命名的，因此可以使用Windows系統不允許包含在文件名中的字符作為參數的分隔符，如此即可解決窗口標題和命令參數之間的沖突問題。所以本系統采用了“|”作為參數的分隔符。

對客戶端群發送指令，前文已闡述，采用UDP廣播的方式，但是在特殊的情況下則不能使用廣播傳輸。例如對某一臺或幾臺客戶機進行控制。此時可以采用單播或組播的方式。實際使用中，筆者發現，有些系統瞬時承受能力有限，例如當50個用戶同時登錄時，會出現擁塞現象，導致部分用戶出錯，需要重新登錄。此時只能讓各客戶端分批登錄，而每批的數量設置多少合適，又取決于網絡帶寬、服務器的配置等因數，在實際操作中不好把握。為次，筆者采用UDP單播方式，向受控端間隔發送命令的方法來解決。也就是每次以單播方式向一個客戶端發送指令，然后暫停若干時間，再向下一個客戶端發送指令，其暫停時長可以由用戶自行設定。這樣就可以很好地解決系統瞬時承受能力的問題，同時也不會增加操作員額外的工作量。另外利用單播傳輸還實現了分組控制的功能，只需任意選擇若干臺客戶機，然后使用單播方式發送，即可實現分組控制的效果，操作方便簡單。

發送指令的核心代碼如下所示。

if isBroadcast then //廣播方式發送

SendString(UDPClient, '255.255.255.255',Port, Cmd)

else //單播方式發送

for I := 1 to HostList.Items.Count do

begin

SendString(UDPClient, HostList.Items[I - 1],Port, Cmd);

if isInterval then //間隔發送

Sleep(cnInterval); //暫停若干時間

end;

系統首先判斷是否為廣播方式，若是，則調用SendString函數向客戶端群發送指令，其中參數255.255.255.255為廣播地址，Cmd為命令字符串；否則，采用單播方式，此時循環調用SendString函數向選定的客戶端逐個發送指令，其中 HostList.Items[I - 1]參數為所選定的客戶端的IP地址。另外，如果是間隔發送，則發送一條指令后調用 Sleep函數暫停若干時間。

3.2 獲取客戶端屏幕畫面

由于管理端給種子機發送截屏指令后，需要等待種子機返回數據，而且此過程是不斷重復的，另外種子機返回的屏幕截圖數據比較大，往往需要分塊發送，因此本系統采用TCP作為其傳輸協議。一旦連接創建后就可以持續的收發數據，而且TCP協議提供了流量控制、差錯控制和擁塞控制，保證了數據的可靠傳輸，極大地降低了系統開發的復雜度。

系統流程為，建立TCP連接后，管理端向種子機發送截屏指令，然后等待種子機返回屏幕畫面數據，接收到數據后顯示客戶端屏幕畫面，然后再次發送截屏命令，如此重復，截至系統關閉客戶端屏幕窗口為止。其核心代碼如下所示。

while repeatNow do

begin

try

//發送截屏指令

IdTCPClient.WriteLn(cnPIC);

//讀取客戶端返回的數據

IdTCPClient.ReadStream(ScreenStream);

//解壓流數據

UnCompressionStream(ScreenStream);

//顯示客戶端屏幕

ShowImage;

//響應外界事件

Application.ProcessMessages;except

//出錯時顯示錯誤信息并退出循環

ON E:Exception do

begin

ShowErrorMessage(E.Message);

repeatNow := False;

end;

end;

end;

這里截屏指令不需要附帶任何參數，因此直接發送截屏指令即可。如前所述，由于TCP協議已經提供了流量控制、差錯控制和擁塞控制，因此管理端通過ReadStream函數直接讀取流數據，即可獲得客戶端返回的截屏數據。

另外，為了減少傳輸的數據量，系統采用了數據壓縮技術[11]，因此管理端收到的是經過壓縮的數據流，所以此處先調用 UnCompressionStream函數解壓數據流，然后再顯示屏幕畫面。

對于客戶端，當收到截屏指令后，首先獲取Windows桌面圖像，然后對數據流進行壓縮，接著把數據傳送給管理端。其核心代碼如下所示。

if Command = cnPIC then

begin

BmpStream.Clear;

//獲取Windows桌面圖像

CaptureScreen(0, 0, Screen.Width, Screen.Height);

//壓縮數據流

CompressionStream(BmpStream);

AThread.Connection.OpenWriteBuffer;

//發送數據

AThread.Connection.WriteStream(BmpStream,True, True, BmpStream.Size);

AThread.Connection.CloseWriteBuffer;

end

其中方法 CaptureScreen是獲取 Windows桌面圖像，其主要過程是通過調用Windows的API函數GetDC獲取Windows桌面句柄，然后復制其畫布。CaptureScreen方法的核心代碼如下所示。

Bitmap := TBitmap.Create;

//設置像素格式

Bitmap.PixelFormat := PixelFormat;

JPG := TJPEGImage.Create;

JPG.PixelFormat := jf8Bit;

//設置壓縮比

JPG.CompressionQuality := CompressionQuality;

JPG.Compress;

Desk := TCanvas.Create;

//獲取Windows屏幕句柄

Desk.Handle := GetDC(hwnd_desktop);

with Bitmap do

begin

Width := Screen.Width;

Height := Screen.Height;

//拷貝畫布

Canvas.CopyRect(Canvas.cliprect, Desk, Desk.cliprect);

end;

//保存為JPG格式

JPG.Assign(Bitmap);

//寫入到數據流

JPG.SaveToStream(BmpStream);

BmpStream.Position := 0;

為了進一步減少圖像的數據量而又不至于較大地降低圖像的質量[12]，系統使用了 JPEG格式來存儲截屏畫面，同時還允許用戶動態調節圖像的像素格式和壓縮比，以達到用較少的數據量傳輸較高圖像質量的目的。

3.3 同步窗口狀態

為了防止因窗口位置和大小不相同而導致鼠標點擊時的位置錯誤，可以在需要時先同步窗口的位置和大小。

管理端先向種子機發送獲取窗口狀態命令，其核心代碼為：

SendCommand(ClientIP, Port, cnWIN)

其中ClientIP為種子機的IP地址，cnWIN為命令字符。

當種子機收到命令后即開始獲取當前活動窗口的標題、位置和大小等信息，然后返回給管理端。獲取窗口狀態主要是通過Windows API函數獲取當前活動窗口的句柄，然后再調用相應的函數獲取窗口的位置、大小和標題等信息，其核心代碼如下所示：

Hnd := GetForegroundWindow; //獲取當前活動窗口句柄

if Hnd <> null then

begin

//獲取窗口區域

GetWindowRect(Hnd, Rec);

WX := Rec.Left;

WY := Rec.Top;

WW := Rec.Right - Rec.Left;

WH := Rec.Bottom - Rec.Top;

GetMem(Buffer, MaxBuf);

//獲取窗口標題

if GetWindowText(Hnd, Buffer, MaxBuf) <> 0 then

WCaption := Buffer

else

WCaption := '';

FreeMem(Buffer);

end;

管理端收到種子機返回的窗口狀態信息后，即向其他客戶機發送窗口同步指令。

其他客戶機收到該指令后首先通過窗口標題查找需要同步的窗口，然后設置其位置和大小，其核心代碼如下所示：

Hnd := FindWindow(nil, PCHAR(pCaption)); //根據標題查找窗口

if (Hnd <> 0) then begin

//設置為活動窗口

SetActiveWindow(Hnd);

BringWindowToTop(Hnd);

ShowWindow(Hnd, SW_SHOWNA);

SetForegroundWindow(Hnd);

//設置位置和大小

SetWindowPos(Hnd, HWND_TOP, pX, pY,pW, pH, SWP_SHOWWINDOW);

end;

3.4 鼠標指令

鼠標的操作包括位置移動、按鍵的按下和按鍵的彈起，它們分別通過管理端控制屏幕上的 On-MouseMove、OnMouseDown和OnMouseUp事件來捕獲這些信息。

位置的移動。當鼠標在控制屏幕上移動時，管理端隨即把鼠標的位置信息發送給客戶端；客戶端收到指令后，通過 SetCursorPos函數設置鼠標的位置。

鼠標按鍵按下。當鼠標按鍵按下后，管理端首先檢查是左鍵還是右鍵被按下，然后把按鍵信息發送給客戶端；客戶端收到指令后，通過Mouse_event函數模擬鼠標的相應按鍵按下。

鼠標按鍵彈起。當鼠標按鍵彈起后，管理端同樣先檢查彈起的是左鍵還是右鍵，然后把該信息發送給客戶端；客戶端收到指令后，通過Mouse_event函數模擬相應的鼠標按鍵的彈起。

3.5 鍵盤指令

鍵盤的操作包括按鍵的按下和按鍵的彈起，它們分別通過管理端控制窗口上的 OnKeyDown和OnKeyUp事件來捕獲。

在控制窗口上，當按下鍵盤的某個按鍵后，管理端首先獲取被按鍵的鍵值，然后把鍵值信息發送給客戶端；客戶端收到后，通過函數 keybd_event模擬鍵盤按下相應的按鍵。

在控制窗口上，當鍵盤的某個鍵彈起后，管理端首先獲取所彈起鍵的鍵值，然后把該信息發送給客戶端；客戶端收到后，通過keybd_event函數模擬該按鍵彈起。

對于組合按鍵的捕獲，由于 OnKeyDown和OnKeyUp事件除了能捕獲可見字符按鍵之外，功能鍵，如Ctrl、Shift等，同樣能捕獲。例如管理端執行Ctrl+A的鍵盤操作，其過程是先按下Ctrl鍵，然后再按下A鍵，接著彈起A鍵，最后彈起Ctrl鍵，因此管理端只需按捕獲的順序將相應的信息發送給客戶端即可，無需額外的操作。

3.6 自動輸入信息

有時候在進行集中控制時，需要客戶端各自輸入不同的信息，例如在進行考試系統的測試時，需要輸入不同的賬號。經過分析，這些數據往往是按順序排列，都是有規律的。例如下面的賬號：AZ1844001，AZ1844002，…，AZ1844090，前面AZ1844是相同的，后面三位為順序號。此時可以先統一輸入前面相同的部分，然后由客戶端自動輸入后面的順序號。而順序號可以由IPv4地址的第四段加上偏移量來計算獲得。

由于實驗室的計算機其IP地址不一定都從1開始分配，而且所需輸入的順序號也不一定都從1開始，因此就要通過偏移量來進行控制。例如，IP地址從192.168.1.100開始分配，而所需輸入的順序號從51開始，則偏移量為51-100=-49，經計算，該客戶端的順序號為100+(-49)=51，符合要求。

另外，自動輸入時還需要規定字符的長度，如上例，則要規定長度為 3，位數不夠時通過在前面補0來填充。

客戶端在自動輸入時，是通過keybd_event函數模擬某個按鍵被按下接著再彈起來實現的。

4 結論

本系統通過使用集中控制技術，實現了在一臺管理機上，對同一子網內的所有客戶機進行集中、統一、同步地遠程控制，而利用單播和時延技術，解決了某些系統瞬時承受能力有限的問題，同時系統還實現了在不同的客戶端自動輸入不同字符串的功能。該系統的使用，極大地減少了管理員對計算機實驗室在進行軟件部署和考前測試等日常維護和管理當中的工作量，有效地提高了工作效率。

目前該系統已開發完成，并已取得國家計算機軟件著作權，在筆者所在單位的各計算機實驗室得到了持續而廣泛的應用，為計算機實驗室的維護工作發揮了重要的作用。

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