摘  要： 描述了一種用于IBM POWER服務器的虛擬化實現方法——PowerDirector。該平臺結合IBM PowerVM虛擬化技術，并在此基礎上進行創新,通過將其直接安裝在虛擬機的I/O服務器中，實現虛擬機創建、刪除、重啟以及映像管理、監控告警等功能，對中小規模的云計算環境具有重大意義。
關鍵詞： 虛擬化； POWER; PowerVM； I/O服務器； PowerDirector

    當前，云計算已從一個新興事物逐漸滲透到信息產業的各個領域，而虛擬化作為云計算的基石，不僅引起信息技術變革、促使產業格局重新劃分，同時也改變了企業和個人使用信息資源的方式。作為占據IT服務行業領導地位的IBM，其在IBM POWER處理器的硬件平臺上提供的具有行業領先水平的虛擬化技術家族PowerVM，更是對用戶產生了重大意義。然而其云計算管理平臺卻過于龐大和復雜，價格昂貴，對一些中小型用戶來說，無疑只能望梅止渴。針對這一現狀，華勝天成公司作為一個專注于在PowerCenter云計算領域提供整套解決方案的廠商，結合IBM PowerVM虛擬化技術，提供了一個基于IBM產品的輕量級POWER虛擬化管理平臺——PowerDirector，以滿足中小規模云計算環境的管理需求。
    PowerDirector是一種用于POWER服務器的虛擬化實現方法，它把虛擬化管理軟件預裝在IBM Power7R2主機的虛擬機I/O服務器中，可實現虛擬機管理功能，如創建、刪除、重啟等虛擬機操作，以及映像管理、監控告警等功能，從而實現輕量級的POWER虛擬化管理。
1 背景技術
1.1 POWER
    POWER(Performance Optimization With Enhanced RISC)有兩種意義：
    (1) 由IBM公司設計開發的一種基于RISC架構的指令集體系構架（ISA），被稱為POWER ISA；
    (2) 實現POWER ISA的處理器系列的名稱。POWER系列處理器在不少IBM服務器、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、微分區、Hypervisor、虛擬I/O服務器、APV、PowerVM Lx86、Live Partition Mobility等多種功能的虛擬化技術家族[1]。表1為IBM POWER系統部分虛擬化功能表。
    PowerVM基于IBM POWER處理器的系統,實現AIX?誖、IBM i和Linux?誖環境工業級虛擬化[2]，它可在同一分區靈活組合專用資源和共享資源。該技術被設計用來構建動態基礎架構，降低成本，管理風險并提高服務水平。其先進的動態邏輯分區(LPAR)功能允許每個單獨的分區作為一個完全獨立的AIX、IBMi或Linux操作環境，分區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之間調整處理器池資源。除此之外，它還可以借用閑置分區的處理能力處理其他分區的大量交易。
    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管理界面遠程訪問提供資源的主機管理控制臺，之后，經過邏輯分區訪問到虛擬機I/O服務器，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 運行環境
    PowerLinux服務器、軟件和解決方案是基于Power Systems平臺及關聯的服務構建的，PowerLinux服務器可運行來自Red Hat和SUSE等的行業標準Linux。低成本的雙插槽PowerLinux服務器和Flex System節點基于高性能的Power7處理器和高度安全的PowerVM虛擬化技術，適合支持向外擴展型模型(即分布式計算工作負載模型，具有Linux技術中常見的內置冗余和故障轉移功能)的應用程序。
    PowerLinux 7R2是IBM第一款完全采用Linux的Power服務器。“7R2”表示基于Power7處理器的雙路機架服務器，面向大型數據分析，主要針對非結構化數據分析應用，如IBM InfoSphere Streams或者InfoSphere BigInsight，為客戶傳遞來自SAP或者開原基礎架構服務的應用解決方案。IBM PowerLinux 7R2系統配備了兩顆主頻3.55 GHz Power7處理器、32 GB內存、兩塊300 GB硬盤、4個1 GB網絡控制器，還包括SAS RAID控制器和DVD驅動器。相比x86服務器上的vSphere 5.0 Enterprise，這款PowerLinux服務器采用了純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載優化能力，非常適用于在虛擬化環境中運行多個應用程序和基礎架構工作負載[3]。
3 PowerDirector實現原理
3.1 實現原理
    (1)將虛擬化管理軟件（PowerDirector）直接安裝在虛擬機I/O服務器中。
    PowerDirector是一種用于POWER服務器的虛擬化實現方法。PowerDirector在POWER主機出廠時預安裝在虛擬I/O服務器中，因此POWER服務器的虛擬機I/O服務器不需再次部署，只需簡單進行如下配置即可使用：接收許可、缺省網絡流量配置、配置時間、配置主機名稱及IP、配置SEA、創建VG。同時，用戶使用時，不再需要準備其他服務器作為安裝管理軟件的服務器。
    (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。
    現有技術中，在虛擬I/O服務器上有一個虛擬管理通道設備，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器的物理資源，但也直接導致了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，之后調用自有功能腳本Secure Shell到已注冊的IVM中，從而實現IVM管理，同理可將多個IVM注冊到該系統中，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，然后調用自有功能腳本Secure Shell到已注冊的HMC中，從而實現HMC的管理。同理，可將多個HMC注冊到該系統中，實現多HMC管理。
    通過IVM和HMC的注冊可以實現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調用功能腳本Secure Shell到已注冊的IVM或HMC中，使用虛擬I/O服務器和IVM或HMC所提供的命令來創建虛擬機。
    談到網絡安全訪問，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、Linux系統、FreeBSD系統都附帶有支持SSH的應用程序包。Secure Shell（SSH）是一種通用的、功能強大的、基于軟件的網絡安全解決方案。計算機每次向網絡發送數據時，SSH都會自動對其進行加密，數據到達目的地時，SSH自動對加密數據進行解密。整個過程都是透明的，使用OpenSSH工具將會增進系統安全性。
    PowerDirector調用功能腳本實現功能的過程如下：
    (1)用戶在PowerDirector界面選擇虛擬機相關操作(如創建虛擬機等)；
    (2)PowerDirector調用相應的SHELL腳本；
    (3)SHELL腳本Secure Shell到IVM或HMC上，執行腳本中的相關命令；
    (4)所屬IVM或HMC按照用戶的要求將預設的安裝模板通過映像管理功能自動安裝到所創建的虛擬機，并將虛擬機配置文件、操作系統、網絡信息配置完成。
    圖2、圖3分別為基于IVM和HMC調用腳本實現功能圖。

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)自定義虛擬機網絡信息；
    (6)點擊完成后開始部署。
    虛擬機操作過程如圖4所示。

3.3 自有方法創建虛擬機實
     現過程
    (1)根據虛擬機的配置信息調
用虛擬機I/O服務器和IVM或HMC的創建虛擬機命令在所選的主機上創建虛擬機配置文件;
    (2)調用虛擬I/O服務器的命令在所選的存儲池中創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備使用；
    (3)根據用戶所選模板，通過調用虛擬機I/O服務器的dd copy將模板內容復制到新建虛擬機的存儲設備，此時的虛擬機具備操作系統，可正常開機；
    (4)調用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，虛擬機創建完成，可真實交付用戶使用。圖5為虛擬機創建實現過程。

    PowerDirector是針對PowerVM虛擬化環境應用而開發的，其目標在于幫助客戶快速地在PowerLinux服務器上部署虛擬化環境，從而大大降低對用戶操作與維護的難度，明顯加快應用的部署速度，其主要優勢有如下幾方面：
    (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，從而節省主機資源。
    (2)出廠預安裝在POWER服務器的虛擬機I/O服務器中，不需再次部署，只需簡單幾步配置(包括授權許可、缺省網絡配置、配置時間、配置主機名稱及IP、配置SEA、創建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步驟復雜、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服務器和IVM或HMC所提供的命令來實現虛擬化。PowerDirector涉及到的虛擬I/O服務器和IVM或HMC命令主要有創建虛擬機、修改虛擬機及虛擬機狀態操作等命令。
    (4)可實現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)可以創建帶有操作系統、直接交付給用戶使用的虛擬機。在原有技術中，創建新虛擬機只能實現將CPU、內存、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及對虛擬機進行個性化配置和網絡配置，此時，創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服務器掛載操作系統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，創建完畢后，虛擬機配置文件、操作系統、網絡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[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.