摘  要： 描述了一種用于IBM POWER服務(wù)器的虛擬化實現(xiàn)方法——PowerDirector。該平臺結(jié)合IBM PowerVM虛擬化技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新,通過將其直接安裝在虛擬機的I/O服務(wù)器中，實現(xiàn)虛擬機創(chuàng)建、刪除、重啟以及映像管理、監(jiān)控告警等功能，對中小規(guī)模的云計算環(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，云計算已從一個新興事物逐漸滲透到信息產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域，而虛擬化作為云計算的基石，不僅引起信息技術(shù)變革、促使產(chǎn)業(yè)格局重新劃分，同時也改變了企業(yè)和個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，更是對用戶產(chǎn)生了重大意義。然而其云計算管理平臺卻過于龐大和復(fù)雜，價格昂貴，對一些中小型用戶來說，無疑只能望梅止渴。針對這一現(xiàn)狀，華勝天成公司作為一個專注于在PowerCenter云計算領(lǐng)域提供整套解決方案的廠商，結(jié)合IBM PowerVM虛擬化技術(shù)，提供了一個基于IBM產(chǎn)品的輕量級POWER虛擬化管理平臺——PowerDirector，以滿足中小規(guī)模云計算環(huán)境的管理需求。
    PowerDirector是一種用于POWER服務(wù)器的虛擬化實現(xiàn)方法，它把虛擬化管理軟件預(yù)裝在IBM Power7R2主機的虛擬機I/O服務(wù)器中，可實現(xiàn)虛擬機管理功能，如創(chuàng)建、刪除、重啟等虛擬機操作，以及映像管理、監(jiān)控告警等功能，從而實現(xiàn)輕量級的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、超級計算機、小型計算機及工作站中，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),實現(xiàn)AIX?誖、IBM i和Linux?誖環(huán)境工業(yè)級虛擬化[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)計用來構(gòu)建動態(tài)基礎(chǔ)架構(gòu)，降低成本，管理風(fēng)險并提高服務(wù)水平。其先進的動態(tài)邏輯分區(qū)(LPAR)功能允許每個單獨的分區(qū)作為一個完全獨立的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可自動在多個運行系統(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：在提供資源的主機之外,在額外單獨的主機或者虛擬機上安裝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管理控制臺，之后，經(jīng)過邏輯分區(qū)訪問到虛擬機I/O服務(wù)器，進而訪問到底層的虛擬化資源，對資源進行虛擬化管理。原理圖如圖1所示。

2 運行環(huán)境
    PowerLinux服務(wù)器、軟件和解決方案是基于Power Systems平臺及關(guān)聯(lián)的服務(wù)構(gòu)建的，PowerLinux服務(wù)器可運行來自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)，適合支持向外擴展型模型(即分布式計算工作負(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。“7R2”表示基于Power7處理器的雙路機架服務(wù)器，面向大型數(shù)據(jù)分析，主要針對非結(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3.55 GHz Power7處理器、32 GB內(nèi)存、兩塊300 GB硬盤、4個1 GB網(wǎng)絡(luò)控制器，還包括SAS RAID控制器和DVD驅(qū)動器。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)境中運行多個應(yīng)用程序和基礎(chǔ)架構(gòu)工作負(fù)載[3]。
3 PowerDirector實現(xiàn)原理
3.1 實現(xiàn)原理
    (1)將虛擬化管理軟件（PowerDirector）直接安裝在虛擬機I/O服務(wù)器中。
    PowerDirector是一種用于POWER服務(wù)器的虛擬化實現(xiàn)方法。PowerDirector在POWER主機出廠時預(yù)安裝在虛擬I/O服務(wù)器中，因此POWER服務(wù)器的虛擬機I/O服務(wù)器不需再次部署，只需簡單進行如下配置即可使用：接收許可、缺省網(wǎng)絡(luò)流量配置、配置時間、配置主機名稱及IP、配置SEA、創(chuàng)建VG。同時，用戶使用時，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)將至少一個集成虛擬化管理器(IVM)或硬件管理控制臺(HMC)作為平臺注冊到虛擬化管理軟件(PowerDirector)中。
    現(xiàn)有技術(shù)中，在虛擬I/O服務(wù)器上有一個虛擬管理通道設(shè)備，它可以在IVM與虛擬化軟件層之間進行通信，這樣就可以管理整個服務(wù)器的物理資源，但也直接導(dǎo)致了IVM僅能管理一臺物理主機。而對于PowerDirector，先通過自有功能，將IVM作為平臺注冊進來，之后調(diào)用自有功能腳本Secure Shell到已注冊的IVM中，從而實現(xiàn)IVM管理，同理可將多個IVM注冊到該系統(tǒng)中，從而解決中低端客戶使用IVM時無法管理多臺主機的問題。
    除此之外，用戶還可以將HMC注冊到PowerDirector中，然后調(diào)用自有功能腳本Secure Shell到已注冊的HMC中，從而實現(xiàn)HMC的管理。同理，可將多個HMC注冊到該系統(tǒng)中，實現(xiàn)多HMC管理。
    通過IVM和HMC的注冊可以實現(xiàn)跨平臺主機管理和基于IVM的多主機管理，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。
    談到網(wǎng)絡(luò)安全訪問，首先會想到的就是安全Shell，即Secure Shell，通常簡寫為SSH。這是因為SSH容易安裝，使用簡單，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、功能強大的、基于軟件的網(wǎng)絡(luò)安全解決方案。計算機每次向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)時，SSH都會自動對其進行加密，數(shù)據(jù)到達目的地時，SSH自動對加密數(shù)據(jù)進行解密。整個過程都是透明的，使用OpenSSH工具將會增進系統(tǒng)安全性。
    PowerDirector調(diào)用功能腳本實現(xiàn)功能的過程如下：
    (1)用戶在PowerDirector界面選擇虛擬機相關(guān)操作(如創(chuàng)建虛擬機等)；
    (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安裝到所創(chuàng)建的虛擬機，并將虛擬機配置文件、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)用腳本實現(xiàn)功能圖。

3.2 虛擬機操作過程
    (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；
    (2)自定義虛擬機名稱；
    (3)選擇模板文件；
    (4)自定義虛擬機配置；
    (5)自定義虛擬機網(wǎng)絡(luò)信息；
    (6)點擊完成后開始部署。
    虛擬機操作過程如圖4所示。

3.3 自有方法創(chuàng)建虛擬機實
     現(xiàn)過程
    (1)根據(jù)虛擬機的配置信息調(diào)
用虛擬機I/O服務(wù)器和IVM或HMC的創(chuàng)建虛擬機命令在所選的主機上創(chuàng)建虛擬機配置文件;
    (2)調(diào)用虛擬I/O服務(wù)器的命令在所選的存儲池中創(chuàng)建用戶指定大小的存儲空間，并映射給新建的虛擬機，作為虛擬機的存儲設(shè)備使用；
    (3)根據(jù)用戶所選模板，通過調(diào)用虛擬機I/O服務(wù)器的dd copy將模板內(nèi)容復(fù)制到新建虛擬機的存儲設(shè)備，此時的虛擬機具備操作系統(tǒng)，可正常開機；
    (4)調(diào)用IVM或HMC的開機命令給虛擬機加電，虛擬機開啟后自動運行PowerDirector特有的配置腳本，將用戶自定義的IP配置給虛擬機使用。至此，虛擬機創(chuàng)建完成，可真實交付用戶使用。圖5為虛擬機創(chuàng)建實現(xiàn)過程。

    PowerDirector是針對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，從而大大降低對用戶操作與維護的難度，明顯加快應(yīng)用的部署速度，其主要優(yōu)勢有如下幾方面：
    (1)虛擬化管理軟件直接安裝在虛擬機I/O服務(wù)器中，不再需要單獨提供另一臺主機虛擬機安裝虛擬化管理軟件，從而節(jié)省主機資源。
    (2)出廠預(yù)安裝在POWER服務(wù)器的虛擬機I/O服務(wù)器中，不需再次部署，只需簡單幾步配置(包括授權(quán)許可、缺省網(wǎng)絡(luò)配置、配置時間、配置主機名稱及IP、配置SEA、創(chuàng)建VG)即可使用,全過程配置不超過8 min，顛覆了以往虛擬化管理實現(xiàn)步驟復(fù)雜、部署過程較長的缺點，并且大大簡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、修改虛擬機及虛擬機狀態(tài)操作等命令。
    (4)可實現(xiàn)跨平臺主機管理和基于IVM的多主機管理。
PowerDirector支持IVM及HMC的注冊，從而實現(xiàn)了跨平臺的主機管理；除此之外，還可以通過多IVM的注冊實現(xiàn)基于IVM的多主機管理，從而解決中低端客戶使用IVM無法管理多臺主機的問題。
    (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。在原有技術(shù)中，創(chuàng)建新虛擬機只能實現(xiàn)將CPU、內(nèi)存、磁盤資源分配給新建的虛擬機，但無法給虛擬機安裝操作系統(tǒng)及對虛擬機進行個性化配置和網(wǎng)絡(luò)配置，此時，創(chuàng)建完的虛擬機并不是完整的虛擬機，不能作為交付物給最終用戶使用，還需管理員通過虛擬機I/O服務(wù)器掛載操作系統(tǒng)光盤到新建虛擬機去按步驟安裝。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，創(chuàng)建完畢后，虛擬機配置文件、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)信息將全部配置完成，這樣的虛擬機可作為最終交付物直接給用戶使用。
參考文獻
[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.