輕量級(jí)POWER虛擬化管理平臺(tái)PowerDirector

茅秋吟，張春芳

（北京華勝天成科技股份有限公司,北京100192）

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)用戶產(chǎn)生了重大意義。然而其云計(jì)算管理平臺(tái)卻過于龐大和復(fù)雜，價(jià)格昂貴，對(duì)一些中小型用戶來說，無疑只能望梅止渴。針對(duì)這一現(xiàn)狀，華勝天成公司作為一個(gè)專注于在PowerCenter云計(jì)算領(lǐng)域提供整套解決方案的廠商，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)開發(fā)的一種基于RISC架構(gòu)的指令集體系構(gòu)架（ISA），被稱為POWER ISA；

(2)實(shí)現(xiàn)POWER ISA的處理器系列的名稱。POWER系列處理器在不少IBM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?、IBM i和Linux?環(huán)境工業(yè)級(jí)虛擬化[2]，它可在同一分區(qū)靈活組合專用資源和共享資源。該技術(shù)被設(shè)計(jì)用來構(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)可以擁有專用或共享的處理器資源，通過共享資源，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。

表1 IBM POWER系統(tǒng)部分虛擬化功能表

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，用戶通過System Director管理界面遠(yuǎn)程訪問提供資源的主機(jī)管理控制臺(tái)，之后，經(jīng)過邏輯分區(qū)訪問到虛擬機(jī)I/O服務(wù)器，進(jìn)而訪問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?！?R2”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，為客戶傳遞來自SAP或者開原基礎(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3.55GHz Power7處理器、32GB內(nèi)存、兩塊 300GB硬盤、4個(gè)1GB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?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)名稱及IP、配置 SEA、創(chuàng)建 VG。同時(shí)，用戶使用時(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，先通過自有功能，將 IVM作為平臺(tái)注冊(cè)進(jìn)來，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使用IVM時(shí)無法管理多臺(tái)主機(jī)的問題。

除此之外，用戶還可以將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，為用戶帶來了極大的方便。

(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所提供的命令來創(chuàng)建虛擬機(jī)。

談到網(wǎng)絡(luò)安全訪問，首先會(huì)想到的就是安全Shell，即Secure Shell，通常簡(jiǎn)寫為SSH。這是因?yàn)镾SH容易安裝，使用簡(jiǎn)單，而且比較常見。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)功能的過程如下：

(1)用戶在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IVM或HMC按照用戶的要求將預(yù)設(shè)的安裝模板通過映像管理功能自動(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)操作過程

(1)通過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；

(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)擊完成后開始部署。

虛擬機(jī)操作過程如圖4所示。

圖4 虛擬機(jī)操作過程圖

3.3 自有方法創(chuàng)建虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)過程

(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)用戶所選模板，通過調(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)，可正常開機(jī)；

(4)調(diào)用IVM或HMC的開機(jī)命令給虛擬機(jī)加電，虛擬機(jī)開啟后自動(dòng)運(yùn)行PowerDirector特有的配置腳本，將用戶自定義的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)交付用戶使用。圖5為虛擬機(jī)創(chuàng)建實(shí)現(xiàn)過程。

PowerDirector是針對(duì)PowerVM虛擬化環(huán)境應(yīng)用而開發(fā)的，其目標(biāo)在于幫助客戶快速地在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)名稱及 IP、配置SEA、創(chuàng)建 VG)即可使用,全過程配置不超過 8min，顛覆了以往虛擬化管理實(shí)現(xiàn)步驟復(fù)雜、部署過程較長(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使用IVM無法管理多臺(tái)主機(jī)的問題。

(5)可以創(chuàng)建帶有操作系統(tǒng)、直接交付給用戶使用的虛擬機(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、磁盤資源分配給新建的虛擬機(jī)，但無法給虛擬機(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使用，還需管理員通過虛擬機(jī)I/O服務(wù)器掛載操作系統(tǒng)光盤到新建虛擬機(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使用。

[1]IBM Redbooks.IBM PowerVM virtualization managing and monitoring[Z].Vervante,2011.

[2]IBM官網(wǎng)[EB/OL].http://www-03.ibm.com/systems/power/software/virtualization/.

[3]FLAXA R.Power Linux Fa1/4r Durchstarter:Linux 2.0-Lst-Distribution 2.2[CD-ROM].Springer,1996.