摘  要： 描述了一種用于IBM POWER服務(wù)器的虛擬化實(shí)現(xiàn)方法——PowerDirector。該平臺(tái)結(jié)合IBM PowerVM虛擬化技術(shù),，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新,通過(guò)將其直接安裝在虛擬機(jī)的I/O服務(wù)器中,，實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)創(chuàng)建、刪除,、重啟以及映像管理,、監(jiān)控告警等功能，對(duì)中小規(guī)模的云計(jì)算環(huán)境具有重大意義,。
關(guān)鍵詞： 虛擬化,； POWER; PowerVM； I/O服務(wù)器,； PowerDirector

    當(dāng)前,，云計(jì)算已從一個(gè)新興事物逐漸滲透到信息產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域,，而虛擬化作為云計(jì)算的基石，不僅引起信息技術(shù)變革,、促使產(chǎn)業(yè)格局重新劃分,，同時(shí)也改變了企業(yè)和個(gè)人使用信息資源的方式。作為占據(jù)IT服務(wù)行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位的IBM,，其在IBM POWER處理器的硬件平臺(tái)上提供的具有行業(yè)領(lǐng)先水平的虛擬化技術(shù)家族PowerVM,，更是對(duì)用戶(hù)產(chǎn)生了重大意義。然而其云計(jì)算管理平臺(tái)卻過(guò)于龐大和復(fù)雜,，價(jià)格昂貴，對(duì)一些中小型用戶(hù)來(lái)說(shuō),，無(wú)疑只能望梅止渴,。針對(duì)這一現(xiàn)狀，華勝天成公司作為一個(gè)專(zhuān)注于在PowerCenter云計(jì)算領(lǐng)域提供整套解決方案的廠(chǎng)商,，結(jié)合IBM PowerVM虛擬化技術(shù),，提供了一個(gè)基于IBM產(chǎn)品的輕量級(jí)POWER虛擬化管理平臺(tái)——PowerDirector，以滿(mǎn)足中小規(guī)模云計(jì)算環(huán)境的管理需求,。
    PowerDirector是一種用于POWER服務(wù)器的虛擬化實(shí)現(xiàn)方法,，它把虛擬化管理軟件預(yù)裝在IBM Power7R2主機(jī)的虛擬機(jī)I/O服務(wù)器中，可實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)管理功能,，如創(chuàng)建,、刪除、重啟等虛擬機(jī)操作,，以及映像管理,、監(jiān)控告警等功能，從而實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)的POWER虛擬化管理,。
1 背景技術(shù)
1.1 POWER
    POWER(Performance Optimization With Enhanced RISC)有兩種意義：
    (1) 由IBM公司設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一種基于RISC架構(gòu)的指令集體系構(gòu)架（ISA）,，被稱(chēng)為POWER ISA；
    (2) 實(shí)現(xiàn)POWER ISA的處理器系列的名稱(chēng),。POWER系列處理器在不少I(mǎi)BM服務(wù)器,、超級(jí)計(jì)算機(jī)、小型計(jì)算機(jī)及工作站中,，廣泛作為主CPU使用,。
1.2 PowerVM
    PowerVM是基于IBM POWER處理器的硬件平臺(tái)上提供的具有邏輯分區(qū)、微分區(qū),、Hypervisor,、虛擬I/O服務(wù)器、APV,、PowerVM Lx86,、Live Partition Mobility等多種功能的虛擬化技術(shù)家族[1]。表1為IBM POWER系統(tǒng)部分虛擬化功能表。
    PowerVM基于IBM POWER處理器的系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)AIX?誖,、IBM i和Linux?誖環(huán)境工業(yè)級(jí)虛擬化[2],，它可在同一分區(qū)靈活組合專(zhuān)用資源和共享資源。該技術(shù)被設(shè)計(jì)用來(lái)構(gòu)建動(dòng)態(tài)基礎(chǔ)架構(gòu),，降低成本,，管理風(fēng)險(xiǎn)并提高服務(wù)水平。其先進(jìn)的動(dòng)態(tài)邏輯分區(qū)(LPAR)功能允許每個(gè)單獨(dú)的分區(qū)作為一個(gè)完全獨(dú)立的AIX,、IBMi或Linux操作環(huán)境,，分區(qū)可以擁有專(zhuān)用或共享的處理器資源，通過(guò)共享資源,，PowerVM可自動(dòng)在多個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)之間調(diào)整處理器池資源,。除此之外，它還可以借用閑置分區(qū)的處理能力處理其他分區(qū)的大量交易,。
    PowerVM有三個(gè)版本,分別是PowerVM Express Edition,、PowerVM Standard Edition和PowerVM Enterprise Edition。
    PowerVM原理：在提供資源的主機(jī)之外,在額外單獨(dú)的主機(jī)或者虛擬機(jī)上安裝AIX操作系統(tǒng)并安裝System Director軟件和VMControl插件,，安裝完成后需進(jìn)行一系列的配置,，用戶(hù)通過(guò)System Director管理界面遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)提供資源的主機(jī)管理控制臺(tái)，之后,，經(jīng)過(guò)邏輯分區(qū)訪(fǎng)問(wèn)到虛擬機(jī)I/O服務(wù)器,，進(jìn)而訪(fǎng)問(wèn)到底層的虛擬化資源，對(duì)資源進(jìn)行虛擬化管理,。原理圖如圖1所示,。

2 運(yùn)行環(huán)境
    PowerLinux服務(wù)器、軟件和解決方案是基于Power Systems平臺(tái)及關(guān)聯(lián)的服務(wù)構(gòu)建的,，PowerLinux服務(wù)器可運(yùn)行來(lái)自Red Hat和SUSE等的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Linux,。低成本的雙插槽PowerLinux服務(wù)器和Flex System節(jié)點(diǎn)基于高性能的Power7處理器和高度安全的PowerVM虛擬化技術(shù)，適合支持向外擴(kuò)展型模型(即分布式計(jì)算工作負(fù)載模型,，具有Linux技術(shù)中常見(jiàn)的內(nèi)置冗余和故障轉(zhuǎn)移功能)的應(yīng)用程序,。
    PowerLinux 7R2是IBM第一款完全采用Linux的Power服務(wù)器。“7R2”表示基于Power7處理器的雙路機(jī)架服務(wù)器,，面向大型數(shù)據(jù)分析,，主要針對(duì)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分析應(yīng)用，如IBM InfoSphere Streams或者InfoSphere BigInsight,，為客戶(hù)傳遞來(lái)自SAP或者開(kāi)原基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)的應(yīng)用解決方案,。IBM PowerLinux 7R2系統(tǒng)配備了兩顆主頻3.55 GHz Power7處理器、32 GB內(nèi)存,、兩塊300 GB硬盤(pán),、4個(gè)1 GB網(wǎng)絡(luò)控制器,，還包括SAS RAID控制器和DVD驅(qū)動(dòng)器。相比x86服務(wù)器上的vSphere 5.0 Enterprise,，這款PowerLinux服務(wù)器采用了純Linux,，在緊湊的2U機(jī)架空間中提供了Power7?誖處理器的卓越性能和工作負(fù)載優(yōu)化能力，非常適用于在虛擬化環(huán)境中運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用程序和基礎(chǔ)架構(gòu)工作負(fù)載[3],。
3 PowerDirector實(shí)現(xiàn)原理
3.1 實(shí)現(xiàn)原理
    (1)將虛擬化管理軟件（PowerDirector）直接安裝在虛擬機(jī)I/O服務(wù)器中,。
    PowerDirector是一種用于POWER服務(wù)器的虛擬化實(shí)現(xiàn)方法。PowerDirector在POWER主機(jī)出廠(chǎng)時(shí)預(yù)安裝在虛擬I/O服務(wù)器中,，因此POWER服務(wù)器的虛擬機(jī)I/O服務(wù)器不需再次部署,，只需簡(jiǎn)單進(jìn)行如下配置即可使用：接收許可、缺省網(wǎng)絡(luò)流量配置,、配置時(shí)間,、配置主機(jī)名稱(chēng)及IP、配置SEA,、創(chuàng)建VG,。同時(shí),，用戶(hù)使用時(shí),，不再需要準(zhǔn)備其他服務(wù)器作為安裝管理軟件的服務(wù)器。
    (2)將至少一個(gè)集成虛擬化管理器(IVM)或硬件管理控制臺(tái)(HMC)作為平臺(tái)注冊(cè)到虛擬化管理軟件(PowerDirector)中,。
    現(xiàn)有技術(shù)中,，在虛擬I/O服務(wù)器上有一個(gè)虛擬管理通道設(shè)備，它可以在IVM與虛擬化軟件層之間進(jìn)行通信,，這樣就可以管理整個(gè)服務(wù)器的物理資源,，但也直接導(dǎo)致了IVM僅能管理一臺(tái)物理主機(jī)。而對(duì)于PowerDirector,，先通過(guò)自有功能,，將IVM作為平臺(tái)注冊(cè)進(jìn)來(lái)，之后調(diào)用自有功能腳本Secure Shell到已注冊(cè)的IVM中,，從而實(shí)現(xiàn)IVM管理,，同理可將多個(gè)IVM注冊(cè)到該系統(tǒng)中，從而解決中低端客戶(hù)使用IVM時(shí)無(wú)法管理多臺(tái)主機(jī)的問(wèn)題,。
    除此之外,，用戶(hù)還可以將HMC注冊(cè)到PowerDirector中，然后調(diào)用自有功能腳本Secure Shell到已注冊(cè)的HMC中,，從而實(shí)現(xiàn)HMC的管理,。同理，可將多個(gè)HMC注冊(cè)到該系統(tǒng)中,，實(shí)現(xiàn)多HMC管理,。
    通過(guò)IVM和HMC的注冊(cè)可以實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)主機(jī)管理和基于IVM的多主機(jī)管理,，為用戶(hù)帶來(lái)了極大的方便。
    (3)PowerDirector調(diào)用功能腳本Secure Shell到已注冊(cè)的IVM或HMC中,，使用虛擬I/O服務(wù)器和IVM或HMC所提供的命令來(lái)創(chuàng)建虛擬機(jī),。
    談到網(wǎng)絡(luò)安全訪(fǎng)問(wèn)，首先會(huì)想到的就是安全Shell,，即Secure Shell,，通常簡(jiǎn)寫(xiě)為SSH。這是因?yàn)镾SH容易安裝,，使用簡(jiǎn)單,，而且比較常見(jiàn)。一般的Unix系統(tǒng),、Linux系統(tǒng),、FreeBSD系統(tǒng)都附帶有支持SSH的應(yīng)用程序包。Secure Shell（SSH）是一種通用的,、功能強(qiáng)大的,、基于軟件的網(wǎng)絡(luò)安全解決方案。計(jì)算機(jī)每次向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),，SSH都會(huì)自動(dòng)對(duì)其進(jìn)行加密,，數(shù)據(jù)到達(dá)目的地時(shí)，SSH自動(dòng)對(duì)加密數(shù)據(jù)進(jìn)行解密,。整個(gè)過(guò)程都是透明的,，使用OpenSSH工具將會(huì)增進(jìn)系統(tǒng)安全性。
    PowerDirector調(diào)用功能腳本實(shí)現(xiàn)功能的過(guò)程如下：
    (1)用戶(hù)在PowerDirector界面選擇虛擬機(jī)相關(guān)操作(如創(chuàng)建虛擬機(jī)等),；
    (2)PowerDirector調(diào)用相應(yīng)的SHELL腳本,；
    (3)SHELL腳本Secure Shell到IVM或HMC上，執(zhí)行腳本中的相關(guān)命令,；
    (4)所屬I(mǎi)VM或HMC按照用戶(hù)的要求將預(yù)設(shè)的安裝模板通過(guò)映像管理功能自動(dòng)安裝到所創(chuàng)建的虛擬機(jī),，并將虛擬機(jī)配置文件、操作系統(tǒng),、網(wǎng)絡(luò)信息配置完成,。
    圖2、圖3分別為基于IVM和HMC調(diào)用腳本實(shí)現(xiàn)功能圖,。

3.2 虛擬機(jī)操作過(guò)程
    (1)通過(guò)瀏覽器登錄虛擬化管理軟件（PowerDirector）管理界面,，選擇目標(biāo)主機(jī)；
    (2)自定義虛擬機(jī)名稱(chēng),；
    (3)選擇模板文件,；
    (4)自定義虛擬機(jī)配置；
    (5)自定義虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息,；
    (6)點(diǎn)擊完成后開(kāi)始部署,。
    虛擬機(jī)操作過(guò)程如圖4所示,。

3.3 自有方法創(chuàng)建虛擬機(jī)實(shí)
     現(xiàn)過(guò)程
    (1)根據(jù)虛擬機(jī)的配置信息調(diào)
用虛擬機(jī)I/O服務(wù)器和IVM或HMC的創(chuàng)建虛擬機(jī)命令在所選的主機(jī)上創(chuàng)建虛擬機(jī)配置文件;
    (2)調(diào)用虛擬I/O服務(wù)器的命令在所選的存儲(chǔ)池中創(chuàng)建用戶(hù)指定大小的存儲(chǔ)空間，并映射給新建的虛擬機(jī),，作為虛擬機(jī)的存儲(chǔ)設(shè)備使用,；
    (3)根據(jù)用戶(hù)所選模板，通過(guò)調(diào)用虛擬機(jī)I/O服務(wù)器的dd copy將模板內(nèi)容復(fù)制到新建虛擬機(jī)的存儲(chǔ)設(shè)備,，此時(shí)的虛擬機(jī)具備操作系統(tǒng),，可正常開(kāi)機(jī)；
    (4)調(diào)用IVM或HMC的開(kāi)機(jī)命令給虛擬機(jī)加電,，虛擬機(jī)開(kāi)啟后自動(dòng)運(yùn)行PowerDirector特有的配置腳本,，將用戶(hù)自定義的IP配置給虛擬機(jī)使用。至此,，虛擬機(jī)創(chuàng)建完成,，可真實(shí)交付用戶(hù)使用。圖5為虛擬機(jī)創(chuàng)建實(shí)現(xiàn)過(guò)程,。

    PowerDirector是針對(duì)PowerVM虛擬化環(huán)境應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的,，其目標(biāo)在于幫助客戶(hù)快速地在PowerLinux服務(wù)器上部署虛擬化環(huán)境，從而大大降低對(duì)用戶(hù)操作與維護(hù)的難度,，明顯加快應(yīng)用的部署速度,，其主要優(yōu)勢(shì)有如下幾方面：
    (1)虛擬化管理軟件直接安裝在虛擬機(jī)I/O服務(wù)器中，不再需要單獨(dú)提供另一臺(tái)主機(jī)虛擬機(jī)安裝虛擬化管理軟件,，從而節(jié)省主機(jī)資源,。
    (2)出廠(chǎng)預(yù)安裝在POWER服務(wù)器的虛擬機(jī)I/O服務(wù)器中,，不需再次部署,，只需簡(jiǎn)單幾步配置(包括授權(quán)許可、缺省網(wǎng)絡(luò)配置,、配置時(shí)間,、配置主機(jī)名稱(chēng)及IP、配置SEA,、創(chuàng)建VG)即可使用,全過(guò)程配置不超過(guò)8 min,，顛覆了以往虛擬化管理實(shí)現(xiàn)步驟復(fù)雜、部署過(guò)程較長(zhǎng)的缺點(diǎn),，并且大大簡(jiǎn)化了虛擬化管理軟件的部署和配置工作,，從而提高了管理人員工作效率。
    (3)使用虛擬I/O服務(wù)器和IVM或HMC所提供的命令來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬化,。PowerDirector涉及到的虛擬I/O服務(wù)器和IVM或HMC命令主要有創(chuàng)建虛擬機(jī),、修改虛擬機(jī)及虛擬機(jī)狀態(tài)操作等命令。
    (4)可實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)主機(jī)管理和基于IVM的多主機(jī)管理,。
PowerDirector支持IVM及HMC的注冊(cè),，從而實(shí)現(xiàn)了跨平臺(tái)的主機(jī)管理,；除此之外，還可以通過(guò)多IVM的注冊(cè)實(shí)現(xiàn)基于IVM的多主機(jī)管理,，從而解決中低端客戶(hù)使用IVM無(wú)法管理多臺(tái)主機(jī)的問(wèn)題,。
    (5)可以創(chuàng)建帶有操作系統(tǒng)、直接交付給用戶(hù)使用的虛擬機(jī),。在原有技術(shù)中,，創(chuàng)建新虛擬機(jī)只能實(shí)現(xiàn)將CPU、內(nèi)存,、磁盤(pán)資源分配給新建的虛擬機(jī),，但無(wú)法給虛擬機(jī)安裝操作系統(tǒng)及對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行個(gè)性化配置和網(wǎng)絡(luò)配置，此時(shí),，創(chuàng)建完的虛擬機(jī)并不是完整的虛擬機(jī),，不能作為交付物給最終用戶(hù)使用，還需管理員通過(guò)虛擬機(jī)I/O服務(wù)器掛載操作系統(tǒng)光盤(pán)到新建虛擬機(jī)去按步驟安裝,。但PowerDirector具有映像管理功能,，提供自由安裝方式和模板安裝，通過(guò)其安裝的虛擬機(jī),，創(chuàng)建完畢后,，虛擬機(jī)配置文件、操作系統(tǒng),、網(wǎng)絡(luò)信息將全部配置完成,，這樣的虛擬機(jī)可作為最終交付物直接給用戶(hù)使用。
參考文獻(xiàn)
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[3] FLAXA R. Power Linux Fa1/4r Durchstarter: Linux 2.0 -Lst-Distribution 2.2[CD-ROM]. Springer,1996.