耿士華，吳之光，梁記斌

· （山東超越數(shù)控電子有限公司，山東 濟(jì)南 250104）

模擬KVM技術(shù)在計(jì)算機(jī)集群管理中的應(yīng)用

耿士華，吳之光，梁記斌

· （山東超越數(shù)控電子有限公司，山東 濟(jì)南 250104）

KVM是鍵盤(Keyboard)、視頻(Video)和鼠標(biāo)(Mouse)的縮寫，KVM技術(shù)核心思想是通過少量的鍵盤、鼠標(biāo)和顯示器配置，實(shí)現(xiàn)多主機(jī)計(jì)算集群系統(tǒng)的高可管理性，提高管理人員工作效率，降低管理成本。本文主要從模擬KVM技術(shù)的優(yōu)越性、關(guān)鍵技術(shù)、在計(jì)算機(jī)集群管理中的應(yīng)用等方面進(jìn)行論述。

模擬KVM切換；PS/2協(xié)議；OSD圖形管理界面

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)性能指標(biāo)不斷提高，但是計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域甚至比計(jì)算機(jī)本身的發(fā)展更加迅猛，很多場(chǎng)合下單臺(tái)計(jì)算機(jī)已不能滿足整個(gè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的需要，需要有兩臺(tái)或兩臺(tái)以上計(jì)算機(jī)組成一個(gè)功能完善的系統(tǒng)，龐大的計(jì)算機(jī)集群系統(tǒng)甚至需要十幾或幾十臺(tái)計(jì)算機(jī)共同搭建而成。對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)集群系統(tǒng)進(jìn)行管理時(shí)涉及到對(duì)每單個(gè)計(jì)算機(jī)的操作，在這種形勢(shì)下，KVM技術(shù)及設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，KVM技術(shù)使多計(jì)算機(jī)特別是服務(wù)器組的集中管理更加方便，也是計(jì)算機(jī)集群集中管理的發(fā)展方向。

1 模擬KVM技術(shù)概述

KVM是鍵盤(Keyboard)、視頻(Video)和鼠標(biāo)(Mouse)的縮寫，KVM技術(shù)核心思想是通過少量的鍵盤、鼠標(biāo)和顯示器配置，實(shí)現(xiàn)多主機(jī)計(jì)算集群系統(tǒng)的高可管理性，提高管理人員工作效率，降低管理成本[1]。目前，KVM 技術(shù)從種類上分，主要有模擬 KVM 技術(shù)、IP-KVM 技術(shù)(KVM over IP)[2]、無線KVM(3G KVM)。本文闡述的就是其中之一——模擬KVM技術(shù)。

模擬KVM技術(shù)即模擬KVM切換技術(shù)。具體的講，就是將若干計(jì)算機(jī)的鍵盤、鼠標(biāo)及視頻信號(hào)集中在一個(gè)設(shè)備上，即KVM切換器(KVM Switch)，然后通過切換技術(shù)只用一組鍵盤、鼠標(biāo)和顯示器設(shè)備來控制所有計(jì)算機(jī)的操作。這樣就組成了一個(gè)以KVM切換器為核心的模擬KVM切換系統(tǒng)，模擬KVM切換系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 模擬KVM切換系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)圖

2 模擬KVM技術(shù)的優(yōu)越性

2.1 節(jié)省部署空間

對(duì)于各個(gè)行業(yè)極速發(fā)展的以計(jì)算機(jī)、服務(wù)器為基礎(chǔ)的信息系統(tǒng)部署來說，如果在同一區(qū)域的每臺(tái)主機(jī)都單獨(dú)配置一套輸入輸出設(shè)備，不僅造成設(shè)備冗余浪費(fèi)，而且操作起來很不方便，特別是空間資源有限的情況下部署較多個(gè)計(jì)算機(jī)平臺(tái)是比較困難的。引入KVM技術(shù)可以大量減少外設(shè)，為計(jì)算機(jī)主機(jī)騰出大量的空間，提高空間利用率，基于KVM技術(shù)的模擬KVM切換器能很好解決這一難題[3]。

2.2 提高管理人員工作效率

在服務(wù)器眾多的應(yīng)用場(chǎng)合中，管理人員要查看服務(wù)器運(yùn)行的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，需要遍歷每個(gè)服務(wù)器的控制終端，在噪聲和溫度等環(huán)境惡劣的機(jī)房?jī)?nèi)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的工作是比較辛苦的，工作環(huán)境條件引起的工作效率低下是顯而易見的，通過模擬KVM切換器，可在一個(gè)控制終端下對(duì)若干服務(wù)器進(jìn)行記錄、配置工作，可遠(yuǎn)離機(jī)房，提高工作效率。

2.3 節(jié)約管理成本

用較少的設(shè)備終端，可方便、快捷的完成所有主機(jī)的管理工作，節(jié)省了設(shè)備成本；管理人員工作效率的提高又節(jié)約了人力成本。

3 模擬KVM的關(guān)鍵技術(shù)

模擬KVM切換器的關(guān)鍵技術(shù)就是鍵盤、鼠標(biāo)、視頻信號(hào)的通道切換和管理方式的實(shí)現(xiàn)。

3.1 主機(jī)鍵盤、鼠標(biāo)接口的初始化和鍵盤的通道切換

以PS/2協(xié)議鍵盤、鼠標(biāo)接口為例講述主機(jī)鍵盤、鼠標(biāo)接口的初始化和鍵盤的通道切換過程。

模擬KVM切換器的PS/2協(xié)議鍵鼠切換示意圖如圖2所示。計(jì)算機(jī)主機(jī)開機(jī)時(shí)，需要PS/2切換模塊模擬鍵盤、鼠標(biāo)設(shè)備完成對(duì)主機(jī)PS/2接口的初始化過程。初始化過程中，數(shù)據(jù)既不能丟失，也不能多發(fā)重發(fā)錯(cuò)發(fā)，否則主機(jī)鍵盤、鼠標(biāo)接口失效，特別是當(dāng)多臺(tái)計(jì)算機(jī)主機(jī)同時(shí)開機(jī)時(shí)，PS/2切換模塊要并行處理各個(gè)主機(jī)的鍵鼠接口初始化，切換模塊中要設(shè)計(jì)出完善的響應(yīng)和檢測(cè)機(jī)制，保證主機(jī)的初始化的成功。另一方面，PS/2切換模塊還要能正確初始化PS/2鍵盤、鼠標(biāo)設(shè)備，保證設(shè)備的可用性。

圖2 模擬KVM切換器的PS/2協(xié)議鍵鼠切換示意圖

特別指出，鍵盤數(shù)據(jù)通信是雙向的，鍵盤不僅要向計(jì)算機(jī)發(fā)送鍵值數(shù)據(jù)，還要接受來自計(jì)算機(jī)主機(jī)的NumLock、CapsLock和ScrollLock的狀態(tài)值顯示，因此鍵盤通道切換時(shí)，當(dāng)前計(jì)算機(jī)的NumLock、CapsLock和ScrollLock的狀態(tài)值要準(zhǔn)確的反應(yīng)到鍵盤指示燈上來，否則，會(huì)導(dǎo)致大小寫、數(shù)字鍵混亂等問題。

3.2 視頻切換

模擬KVM切換器的視頻切換示意圖如圖3所示，若干計(jì)算機(jī)的視頻接口任何時(shí)刻只有一個(gè)通道的視頻信號(hào)通過切換模塊與顯示器視頻接口相連接。無論是VGA，還是DVI視頻信號(hào)都有DDC通信信號(hào)線在主機(jī)啟動(dòng)時(shí)讀取顯示器EDID信息，但只能當(dāng)前通道主機(jī)視頻接口能讀取到顯示器EDID信息。其他通道計(jì)算機(jī)就可能因顯示器與主機(jī)顯卡默認(rèn)配置不兼容導(dǎo)致視頻輸出失敗。因此，需要在視頻切換模塊中掛接EEPROM或其他方法使主機(jī)啟動(dòng)時(shí)均能讀取到顯示器EDID信息，從而保證計(jì)算機(jī)主機(jī)均能正常輸出視頻畫面。

圖3 模擬KVM切換器的視頻切換示意圖

3.3 OSD圖形管理界面

模擬KVM切換器的管理方式大都是通過OSD圖形管理界面實(shí)現(xiàn)的，管理員可不必去觀察KVM切換器面板的通道顯示燈就可了解到當(dāng)前通道的視頻屬性、各通道狀態(tài)等參數(shù)。一般情況下，OSD圖像界面是通過鍵盤操作的，因此模擬KVM切換器要抓取每一組來自鍵盤的信號(hào)，對(duì)自定義的OSD操作鍵盤命令進(jìn)行篩選，當(dāng)OSD圖形管理界面使能時(shí)，還要阻止鍵盤鍵值發(fā)送到當(dāng)前通道計(jì)算機(jī)主機(jī)。疊加到顯示器的OSD圖形管理界面使能后就可通過鍵盤自定義鍵實(shí)現(xiàn)通道切換、通道狀態(tài)監(jiān)視等，OSD圖像管理界面實(shí)現(xiàn)的硬件原理框圖如圖4所示。

圖4 OSD圖像管理界面硬件原理框圖

4 模擬KVM技術(shù)在計(jì)算機(jī)集群管理中的應(yīng)用

目前，模擬KVM技術(shù)在計(jì)算機(jī)集群管理中得到廣泛應(yīng)用，模擬KVM切換器設(shè)備實(shí)現(xiàn)形式也是多種多樣。有單切換器式的，需要將鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器設(shè)備及其他所有的輸入、輸出信號(hào)都用線纜連接至切換器，線纜繁多復(fù)雜。有一體式的，就是將鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器及切換器設(shè)備做成一個(gè)整體，即KVM一體機(jī)設(shè)備，這樣只需要連接主機(jī)的輸入輸出信號(hào)，使用方便。還有就是將切換器設(shè)備作為一個(gè)模塊，成為多機(jī)系統(tǒng)的一部分，所有信號(hào)連接通過多機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部 PCB走線完成，此種方式是目前模擬KVM技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

隨模擬KVM技術(shù)在計(jì)算機(jī)集群管理中的發(fā)展，KVM關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)形式也在不斷變化。模擬KVM切換器的鍵盤、鼠標(biāo)信號(hào)接口有支持PS2協(xié)議的，也有支持USB協(xié)議的，目前支持二者兼容的模擬KVM切換器開始出現(xiàn)；在視頻方面，模擬KVM切換器廣泛支持VGA視頻，目前基于DVI視頻切換模擬的KVM切換器開始發(fā)展起來。

5 結(jié)語

模擬KVM技術(shù)是基于物理信號(hào)的現(xiàn)場(chǎng)連接應(yīng)用，這只是KVM技術(shù)的初級(jí)應(yīng)用水平，而基于網(wǎng)絡(luò)的IP-KVM、無線KVM技術(shù)僅用一根網(wǎng)線或無線3G信號(hào)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問若干計(jì)算機(jī)主機(jī)，這是KVM技術(shù)的高級(jí)階段，是今后KVM技術(shù)的主流發(fā)展方向。

[1]陳 輝.KVM遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)在地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2007(2):94-97

[2]費(fèi)林淵.基于KVM技術(shù)的變電站后臺(tái)系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)視方案[J].電工技術(shù),2009(8):34-35.

[3]姚光華.談機(jī)房管理利器 KVM[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2008(1):180-181.

Application of Analog KVM Technology in Management of Computer Cluster

GENG Shi-hua,WU Zhi-guang,LIANG Ji-bin
(InspurChaoyue Digital Control Electronics Co.,Ltd.,Ji’nan 250104,China)

KVM is an abbreviation of the keyboard,video and mouse.The key idea of KVM technology is that by more efficient management of computer cluster with less keyboard,monitor and mouse,the efficiency of worker improves and the cost of management reduces.The research of the paper is discussed from the superiority of analog KVM technology,the key technology and its application in the computer cluster management.

switch of analog KVM; PS / 2 protocol; OSD graphical management interface

TP399

A

耿士華（1980-），男，大學(xué)本科，研究方向：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)。