基于IPMI的智能平臺管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

◆李孟君 王樂東 葉 忠

（海軍計(jì)算技術(shù)研究所 北京 100841）

操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)體系與服務(wù)器技術(shù)

基于IPMI的智能平臺管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

◆李孟君 王樂東 葉 忠

（海軍計(jì)算技術(shù)研究所 北京 100841）

隨著模塊化刀片式服務(wù)器的廣泛應(yīng)用，對刀片式服務(wù)器為數(shù)眾多、各式各樣的平臺系統(tǒng)進(jìn)行有效管理一直是個(gè)難點(diǎn)問題。IPMI統(tǒng)一規(guī)范的采用，使跨平臺集中管理成為可能。本文設(shè)計(jì)研究了一個(gè)基于IPMI的智能平臺管理系統(tǒng)，通過構(gòu)建嵌入式機(jī)箱智能管理系統(tǒng)軟硬件平臺，實(shí)現(xiàn)了基于服務(wù)的數(shù)據(jù)流通，為系統(tǒng)管理人員對刀片服務(wù)器各平臺系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理帶來了極大的方便。

刀片式服務(wù)器； 智能平臺管理接口； 基板管理控制器

0 引言

模塊化刀片式服務(wù)器以機(jī)箱管理和網(wǎng)絡(luò)交換為核心，對外提供可伸縮的計(jì)算服務(wù)。對刀片式服務(wù)器平臺系統(tǒng)的有效管理是系統(tǒng)管理人員需要解決的難題。目前的管理方式主要有三種：第一種是多個(gè)平臺系統(tǒng)通過KVM進(jìn)行直接管理，即共享一套鍵盤、鼠標(biāo)和顯示終端系統(tǒng)，管理員通過切換KVM分配器來實(shí)現(xiàn)每個(gè)平臺系統(tǒng)的單獨(dú)管理。另外兩種都采取遠(yuǎn)程管理的方式，不同之處在于前一種通過部署一臺專門的管理服務(wù)器對多個(gè)平臺系統(tǒng)的集中管理，后一種通過刀片式服務(wù)器上的嵌入式機(jī)箱智能管理平臺和各個(gè)刀片上安裝的控制器，利用智能平臺管理接口（Intelligent Platform Management Interface,IPMI）實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理。系統(tǒng)管理人員可以通過網(wǎng)絡(luò)或串口訪問遠(yuǎn)程服務(wù)器，通過獲取事件日志和傳感器數(shù)據(jù)記錄，分析并確認(rèn)故障原因，并通過遠(yuǎn)程操作來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)恢復(fù)。這種管理方式有效降低了平臺管理系統(tǒng)的開發(fā)成本及管理成本，同時(shí)解決了不同的平臺系統(tǒng)與周邊設(shè)備因接口不同而無法通信的問題。

智能平臺管理系統(tǒng)通過IPMI和基板管理控制器（Baseboard Management Controller,BMC）實(shí)現(xiàn)對機(jī)箱、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算等進(jìn)行全面的統(tǒng)一管理，并監(jiān)控整個(gè)服務(wù)器的硬件設(shè)備健康狀況。BMC控制器一般安裝在系統(tǒng)主板或刀片上。IPMI固件與BMC一起構(gòu)成了獨(dú)立平臺管理子系統(tǒng)，這個(gè)子系統(tǒng)工作時(shí)不管處理器、BIOS或操作系統(tǒng)的類型或狀態(tài)如何，都能提供可管理性和監(jiān)測功能，甚至在系統(tǒng)其余部分不能使用時(shí)仍能執(zhí)行恢復(fù)操作。IPMI是智能平臺管理接口標(biāo)準(zhǔn)，定義了系統(tǒng)管理人員如何實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)硬件和傳感器等信息的監(jiān)測，對系統(tǒng)組件的控制，及對重要系統(tǒng)事件日志的檢索，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理和恢復(fù)等功能。所有的IPMI功能都是向BMC發(fā)送命令來完成的，命令使用IPMI規(guī)范中規(guī)定的指令，BMC接收并在系統(tǒng)事件日志中記錄事件消息，維護(hù)描述系統(tǒng)中傳感器情況的傳感器數(shù)據(jù)記錄。

傳統(tǒng)的故障診斷是系統(tǒng)管理人員到故障現(xiàn)場根據(jù)經(jīng)驗(yàn)診斷故障原因，而利用IPMI標(biāo)準(zhǔn)后，系統(tǒng)管理人員可以通過網(wǎng)絡(luò)或串口訪問遠(yuǎn)程服務(wù)器，通過獲取事件日志和傳感器數(shù)據(jù)記錄，分析并確認(rèn)故障原因，并通過遠(yuǎn)程操作來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)恢復(fù)。它一般包括監(jiān)控諸如系統(tǒng)溫度、電壓、風(fēng)扇、電源、總線錯(cuò)誤、系統(tǒng)物理安全等元素；它也包括自動(dòng)和手工驅(qū)動(dòng)的恢復(fù)能力，如本地或遠(yuǎn)程系統(tǒng)復(fù)位和電源開啟/關(guān)閉操作。

刀片式服務(wù)器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)箱智能管理平臺的強(qiáng)大功能使得能夠遠(yuǎn)程控制計(jì)算模塊的運(yùn)行關(guān)停。機(jī)箱智能管理平臺自身是一個(gè)嵌入式計(jì)算環(huán)境，在統(tǒng)管整機(jī)網(wǎng)絡(luò)、電源、風(fēng)扇、模塊熱插接等關(guān)鍵功能點(diǎn)的同時(shí)，也為整機(jī)帶來了一定的安全隱患，使得惡意用戶有可能通過網(wǎng)絡(luò)入侵智能平臺管理系統(tǒng)，進(jìn)而控制BMC，甚至破壞電源和風(fēng)扇，使得合法計(jì)算模塊無法工作。

1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

IPMI提供的功能包括通過ADC實(shí)現(xiàn)對溫度、電壓的控制，對各種所需信號狀態(tài)的獲取，以及對整個(gè)系統(tǒng)的重新啟動(dòng)等。IPMI還提供了系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能，通過遠(yuǎn)程控制功能，系統(tǒng)管理人員可以將系統(tǒng)啟動(dòng)的信息進(jìn)行串口重定向，從而實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)重啟、復(fù)位和電源控制等操作。

嵌入式機(jī)箱智能管理平臺的核心是提供IPMI功能的控制器，稱為基板管理控制器(BMC)。BMC安裝在服務(wù)器基板或刀片服務(wù)器上，其功能是對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測、管理，同時(shí)完成對系統(tǒng)事件的記錄。BMC負(fù)責(zé)整個(gè)服務(wù)器平臺底層組件與上層系統(tǒng)管理軟件的交互，通過IPMB（Intelligent Platform Management Bus）完成與電源風(fēng)扇管理控制器以及各其它管理控制器的通信，通過局域網(wǎng)對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。

伺服管理控制器(MC)功能與BMC相似，但分布在系統(tǒng)的各個(gè)模塊上（不包括BMC所在的模塊），實(shí)現(xiàn)對各模塊的監(jiān)測和管理。MC分為兩類：用于終端計(jì)算機(jī)模塊/服務(wù)器模塊管理的MC；用于電源風(fēng)扇管理的MC。MC通過智能平臺管理總線IPMB與BMC進(jìn)行交互，系統(tǒng)管理軟件通過BMC對與伺服管理控制器相連的組件進(jìn)行管理配置。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 管理控制器

管理控制器主要由MCU、MC存儲器、電源DC-DC部分、PHY芯片、網(wǎng)絡(luò)變壓器、溫度監(jiān)測器件、熱插拔電路組成。MC提供背板接口、前面板接口以及和交換部分互連的接口。MC的邏輯框架如圖1所示。

圖1 管理控制器電路邏輯框圖

2.2 交換管理控制器

交換網(wǎng)絡(luò)功能由交換管理控制器提供，交換單元除具有交換電路外還具有用于交換管理控制器MC電路。交換管理控制器電路邏輯框圖如圖2所示。

圖2 交換管理控制器電路邏輯框圖

交換單元采用VSC7407作為主CPU，搭配CPLD實(shí)現(xiàn)控制功能，對外提供12路1000BASE-T和12路SerDes接口。板載用于IPMI管理的MC，MC和主芯片之間可通過UART實(shí)現(xiàn)通信。

交換單元插入背板后，MC使用背板提供的3.3V standby電源加電，然后控制MOS管開啟為交換部分提供12V電源，VSC7407初始化交換部分電路后，將全部的對外網(wǎng)絡(luò)接口關(guān)閉，并且通過與MC連接的UART報(bào)告自身狀態(tài)（系統(tǒng)固件版本、開機(jī)時(shí)間和端口狀態(tài)等），當(dāng)接收到控制命令后，VSC7407開啟建立網(wǎng)絡(luò)連接。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)箱智能管理平臺軟件系統(tǒng)主要功能是收集硬件信息，將信息匯總，生成具有統(tǒng)一格式的消息，并提供常用的服務(wù)接口，實(shí)現(xiàn)基于服務(wù)的數(shù)據(jù)流通，達(dá)到消息傳遞的目的。由設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊、IPMI消息管理模塊、應(yīng)用接口三部分構(gòu)成，如圖3所示。設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊包含了BMC硬件平臺所需的驅(qū)動(dòng)，獲取硬件平臺的信息，并將信息生成具有統(tǒng)一格式的消息，提供給IPMI消息管理模塊。IPMI消息管理模塊完成消息的匯總，將消息提供給應(yīng)用接口。應(yīng)用接口提供常用的服務(wù)接口，實(shí)現(xiàn)基于服務(wù)的數(shù)據(jù)流通。

圖3 軟件系統(tǒng)架構(gòu)組成

同時(shí)，應(yīng)用接口接受用戶指令，傳遞給IPMI消息管理模塊。IPMI消息管理模塊會根據(jù)設(shè)備預(yù)定義模式和來自應(yīng)用接口的用戶指令，借助設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊管控BMC硬件平臺。最終實(shí)現(xiàn)對整個(gè)服務(wù)器的管控。

設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊由IPMB驅(qū)動(dòng)、SSIF驅(qū)動(dòng)和SPI驅(qū)動(dòng)等部分組成。IPMI消息管理模塊由初始化子模塊、消息處理子模塊、事件處理子模塊、監(jiān)視器管理子模塊、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)子模塊組成。

設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊中，IPMB對接模塊主要負(fù)責(zé)MC與BMC之間的消息傳遞；SSIF驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)管理軟件對管理單元上的傳感器的信息獲取以及控制器的控制。

IPMI消息管理模塊各組件主要功能如下：

初始化子模塊：為在系統(tǒng)上電之后進(jìn)行設(shè)備自檢并啟動(dòng)各個(gè)功能模塊。

消息處理子模塊：主要負(fù)責(zé)IPMB消息的處理。消息處理子模塊需要解析來自IPMB的消息，根據(jù)不同消息，生成對應(yīng)事件；或接受事件處理子模塊命令，生成對應(yīng)IPMB消息，通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)出。

監(jiān)視器管理子模塊：主要實(shí)現(xiàn)了對服務(wù)器狀態(tài)的秒級輪詢，記錄服務(wù)器硬件狀態(tài)和工作環(huán)境狀態(tài)，同時(shí)根據(jù)預(yù)配置信息，檢測各類警告和危險(xiǎn)狀態(tài)，并生成對應(yīng)事件上報(bào)。

事件處理子模塊：監(jiān)控來自消息處理子模塊和監(jiān)視管理子模塊的事件消息，根據(jù)各種事件采取相應(yīng)的處理措施，如實(shí)現(xiàn)服務(wù)器的溫控，進(jìn)行電源管理，安全接入管理，事件日志記錄等。

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)子模塊：主要功能有兩個(gè)方面，一方面，接收網(wǎng)絡(luò)上發(fā)來的管理命令并生成對應(yīng)的管理事件；另一方面，建立超文本傳輸服務(wù)進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)基于IP地址的遠(yuǎn)程訪問，并將總線管理控制子模塊的IPMB信息、監(jiān)視器子模塊的SDR信息、事件處理子模塊的SEL日志信息轉(zhuǎn)換為對操作人員可讀的文字信息，顯示于上位機(jī)。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的基于IPMI的服務(wù)器智能平臺管理系統(tǒng)基于底層獨(dú)立硬件實(shí)現(xiàn)，而與刀片服務(wù)器上的系統(tǒng)無關(guān)。具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：首先，具有跨平臺的特性，可通過管理網(wǎng)絡(luò)采用B/S模式進(jìn)行遠(yuǎn)程管理；其次，系統(tǒng)狀態(tài)管理數(shù)據(jù)由專有的IPMB內(nèi)部總線進(jìn)行傳輸，安全性和實(shí)時(shí)性都可以得到保證。下一步將研究WEB管理系統(tǒng)的身份認(rèn)證與加密傳輸技術(shù)，進(jìn)一步增強(qiáng)遠(yuǎn)程管理的安全性。

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