摘  要： 描述了一种用于IBM POWER服务器的虚拟化实现方法——PowerDirector。该平台结合IBM PowerVM虚拟化技术，并在此基础上进行创新,通过将其直接安装在虚拟机的I/O服务器中，实现虚拟机创建、删除、重启以及映像管理、监控告警等功能，对中小规模的云计算环境具有重大意义。
关键词： 虚拟化； POWER; PowerVM； I/O服务器； PowerDirector

    当前，云计算已从一个新兴事物逐渐渗透到信息产业的各个领域，而虚拟化作为云计算的基石，不仅引起信息技术变革、促使产业格局重新划分，同时也改变了企业和个人使用信息资源的方式。作为占据IT服务行业领导地位的IBM，其在IBM POWER处理器的硬件平台上提供的具有行业领先水平的虚拟化技术家族PowerVM，更是对用户产生了重大意义。然而其云计算管理平台却过于庞大和复杂，价格昂贵，对一些中小型用户来说，无疑只能望梅止渴。针对这一现状，华胜天成公司作为一个专注于在PowerCenter云计算领域提供整套解决方案的厂商，结合IBM PowerVM虚拟化技术，提供了一个基于IBM产品的轻量级POWER虚拟化管理平台——PowerDirector，以满足中小规模云计算环境的管理需求。
    PowerDirector是一种用于POWER服务器的虚拟化实现方法，它把虚拟化管理软件预装在IBM Power7R2主机的虚拟机I/O服务器中，可实现虚拟机管理功能，如创建、删除、重启等虚拟机操作，以及映像管理、监控告警等功能，从而实现轻量级的POWER虚拟化管理。
1 背景技术
1.1 POWER
    POWER(Performance Optimization With Enhanced RISC)有两种意义：
    (1) 由IBM公司设计开发的一种基于RISC架构的指令集体系构架（ISA），被称为POWER ISA；
    (2) 实现POWER ISA的处理器系列的名称。POWER系列处理器在不少IBM服务器、超级计算机、小型计算机及工作站中，广泛作为主CPU使用。
1.2 PowerVM
    PowerVM是基于IBM POWER处理器的硬件平台上提供的具有逻辑分区、微分区、Hypervisor、虚拟I/O服务器、APV、PowerVM Lx86、Live Partition Mobility等多种功能的虚拟化技术家族[1]。表1为IBM POWER系统部分虚拟化功能表。
    PowerVM基于IBM POWER处理器的系统,实现AIX?誖、IBM i和Linux?誖环境工业级虚拟化[2]，它可在同一分区灵活组合专用资源和共享资源。该技术被设计用来构建动态基础架构，降低成本，管理风险并提高服务水平。其先进的动态逻辑分区(LPAR)功能允许每个单独的分区作为一个完全独立的AIX、IBMi或Linux操作环境，分区可以拥有专用或共享的处理器资源，通过共享资源，PowerVM可自动在多个运行系统之间调整处理器池资源。除此之外，它还可以借用闲置分区的处理能力处理其他分区的大量交易。
    PowerVM有三个版本,分别是PowerVM Express Edition、PowerVM Standard Edition和PowerVM Enterprise Edition。
    PowerVM原理：在提供资源的主机之外,在额外单独的主机或者虚拟机上安装AIX操作系统并安装System Director软件和VMControl插件，安装完成后需进行一系列的配置，用户通过System Director管理界面远程访问提供资源的主机管理控制台，之后，经过逻辑分区访问到虚拟机I/O服务器，进而访问到底层的虚拟化资源，对资源进行虚拟化管理。原理图如图1所示。

2 运行环境
    PowerLinux服务器、软件和解决方案是基于Power Systems平台及关联的服务构建的，PowerLinux服务器可运行来自Red Hat和SUSE等的行业标准Linux。低成本的双插槽PowerLinux服务器和Flex System节点基于高性能的Power7处理器和高度安全的PowerVM虚拟化技术，适合支持向外扩展型模型(即分布式计算工作负载模型，具有Linux技术中常见的内置冗余和故障转移功能)的应用程序。
    PowerLinux 7R2是IBM第一款完全采用Linux的Power服务器。“7R2”表示基于Power7处理器的双路机架服务器，面向大型数据分析，主要针对非结构化数据分析应用，如IBM InfoSphere Streams或者InfoSphere BigInsight，为客户传递来自SAP或者开原基础架构服务的应用解决方案。IBM PowerLinux 7R2系统配备了两颗主频3.55 GHz Power7处理器、32 GB内存、两块300 GB硬盘、4个1 GB网络控制器，还包括SAS RAID控制器和DVD驱动器。相比x86服务器上的vSphere 5.0 Enterprise，这款PowerLinux服务器采用了纯Linux，在紧凑的2U机架空间中提供了Power7?誖处理器的卓越性能和工作负载优化能力，非常适用于在虚拟化环境中运行多个应用程序和基础架构工作负载[3]。
3 PowerDirector实现原理
3.1 实现原理
    (1)将虚拟化管理软件（PowerDirector）直接安装在虚拟机I/O服务器中。
    PowerDirector是一种用于POWER服务器的虚拟化实现方法。PowerDirector在POWER主机出厂时预安装在虚拟I/O服务器中，因此POWER服务器的虚拟机I/O服务器不需再次部署，只需简单进行如下配置即可使用：接收许可、缺省网络流量配置、配置时间、配置主机名称及IP、配置SEA、创建VG。同时，用户使用时，不再需要准备其他服务器作为安装管理软件的服务器。
    (2)将至少一个集成虚拟化管理器(IVM)或硬件管理控制台(HMC)作为平台注册到虚拟化管理软件(PowerDirector)中。
    现有技术中，在虚拟I/O服务器上有一个虚拟管理通道设备，它可以在IVM与虚拟化软件层之间进行通信，这样就可以管理整个服务器的物理资源，但也直接导致了IVM仅能管理一台物理主机。而对于PowerDirector，先通过自有功能，将IVM作为平台注册进来，之后调用自有功能脚本Secure Shell到已注册的IVM中，从而实现IVM管理，同理可将多个IVM注册到该系统中，从而解决中低端客户使用IVM时无法管理多台主机的问题。
    除此之外，用户还可以将HMC注册到PowerDirector中，然后调用自有功能脚本Secure Shell到已注册的HMC中，从而实现HMC的管理。同理，可将多个HMC注册到该系统中，实现多HMC管理。
    通过IVM和HMC的注册可以实现跨平台主机管理和基于IVM的多主机管理，为用户带来了极大的方便。
    (3)PowerDirector调用功能脚本Secure Shell到已注册的IVM或HMC中，使用虚拟I/O服务器和IVM或HMC所提供的命令来创建虚拟机。
    谈到网络安全访问，首先会想到的就是安全Shell，即Secure Shell，通常简写为SSH。这是因为SSH容易安装，使用简单，而且比较常见。一般的Unix系统、Linux系统、FreeBSD系统都附带有支持SSH的应用程序包。Secure Shell（SSH）是一种通用的、功能强大的、基于软件的网络安全解决方案。计算机每次向网络发送数据时，SSH都会自动对其进行加密，数据到达目的地时，SSH自动对加密数据进行解密。整个过程都是透明的，使用OpenSSH工具将会增进系统安全性。
    PowerDirector调用功能脚本实现功能的过程如下：
    (1)用户在PowerDirector界面选择虚拟机相关操作(如创建虚拟机等)；
    (2)PowerDirector调用相应的SHELL脚本；
    (3)SHELL脚本Secure Shell到IVM或HMC上，执行脚本中的相关命令；
    (4)所属IVM或HMC按照用户的要求将预设的安装模板通过映像管理功能自动安装到所创建的虚拟机，并将虚拟机配置文件、操作系统、网络信息配置完成。
    图2、图3分别为基于IVM和HMC调用脚本实现功能图。

3.2 虚拟机操作过程
    (1)通过浏览器登录虚拟化管理软件（PowerDirector）管理界面，选择目标主机；
    (2)自定义虚拟机名称；
    (3)选择模板文件；
    (4)自定义虚拟机配置；
    (5)自定义虚拟机网络信息；
    (6)点击完成后开始部署。
    虚拟机操作过程如图4所示。

3.3 自有方法创建虚拟机实
     现过程
    (1)根据虚拟机的配置信息调
用虚拟机I/O服务器和IVM或HMC的创建虚拟机命令在所选的主机上创建虚拟机配置文件;
    (2)调用虚拟I/O服务器的命令在所选的存储池中创建用户指定大小的存储空间，并映射给新建的虚拟机，作为虚拟机的存储设备使用；
    (3)根据用户所选模板，通过调用虚拟机I/O服务器的dd copy将模板内容复制到新建虚拟机的存储设备，此时的虚拟机具备操作系统，可正常开机；
    (4)调用IVM或HMC的开机命令给虚拟机加电，虚拟机开启后自动运行PowerDirector特有的配置脚本，将用户自定义的IP配置给虚拟机使用。至此，虚拟机创建完成，可真实交付用户使用。图5为虚拟机创建实现过程。

    PowerDirector是针对PowerVM虚拟化环境应用而开发的，其目标在于帮助客户快速地在PowerLinux服务器上部署虚拟化环境，从而大大降低对用户操作与维护的难度，明显加快应用的部署速度，其主要优势有如下几方面：
    (1)虚拟化管理软件直接安装在虚拟机I/O服务器中，不再需要单独提供另一台主机虚拟机安装虚拟化管理软件，从而节省主机资源。
    (2)出厂预安装在POWER服务器的虚拟机I/O服务器中，不需再次部署，只需简单几步配置(包括授权许可、缺省网络配置、配置时间、配置主机名称及IP、配置SEA、创建VG)即可使用,全过程配置不超过8 min，颠覆了以往虚拟化管理实现步骤复杂、部署过程较长的缺点，并且大大简化了虚拟化管理软件的部署和配置工作，从而提高了管理人员工作效率。
    (3)使用虚拟I/O服务器和IVM或HMC所提供的命令来实现虚拟化。PowerDirector涉及到的虚拟I/O服务器和IVM或HMC命令主要有创建虚拟机、修改虚拟机及虚拟机状态操作等命令。
    (4)可实现跨平台主机管理和基于IVM的多主机管理。
PowerDirector支持IVM及HMC的注册，从而实现了跨平台的主机管理；除此之外，还可以通过多IVM的注册实现基于IVM的多主机管理，从而解决中低端客户使用IVM无法管理多台主机的问题。
    (5)可以创建带有操作系统、直接交付给用户使用的虚拟机。在原有技术中，创建新虚拟机只能实现将CPU、内存、磁盘资源分配给新建的虚拟机，但无法给虚拟机安装操作系统及对虚拟机进行个性化配置和网络配置，此时，创建完的虚拟机并不是完整的虚拟机，不能作为交付物给最终用户使用，还需管理员通过虚拟机I/O服务器挂载操作系统光盘到新建虚拟机去按步骤安装。但PowerDirector具有映像管理功能，提供自由安装方式和模板安装，通过其安装的虚拟机，创建完毕后，虚拟机配置文件、操作系统、网络信息将全部配置完成，这样的虚拟机可作为最终交付物直接给用户使用。
参考文献
[1] IBM Redbooks. IBM PowerVM virtualization managing and  monitoring[Z]. Vervante, 2011.
[2] IBM官网[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.