TWI428831B - 在虛擬伺服器平台上安裝可開機虛擬儲存裝置之系統及方法 - Google Patents

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Description

在虛擬伺服器平台上安裝可開機虛擬儲存裝置之系統及方法
本發明大致上係關於電腦資料儲存，且更特定言之，關於在一伺服器平台上的虛擬儲存裝置及一虛擬機監視器(VMM)環境。
本申請案主張2008年7月16日申請且名為「用於安裝及開機擁有開機器件之一虛擬裝置的方法(Method to Install and Boot a Virtual Appliance that Owns Boot Devices)」之美國臨時專利申請案第61/135,231號之優先權的權利，該案之全文以引用的方式併入本文中。
用於一商業環境中的電腦網路持續需要有更多的儲存空間。通常，此類企業利用一集中式資料儲存系統，且電腦網路包括多種個人電腦、膝上型電腦等等，該等電腦透過該網路而與該資料儲存系統通信。該資料儲存系統通常包括一伺服器平台，該伺服器平台控制資訊在專屬資料儲存資源(諸如硬碟機、磁碟或光碟，及/或一儲存區域網路(SAN))上的儲存及資訊自該等專屬資料儲存資源的擷取。該伺服器平台通常包括一儲存控制器，該儲存控制器管理實體磁碟機並將該等實體磁碟機作為邏輯單元呈現給伺服器平台。
在一種解決方案中，儲存控制器包含獨立磁碟冗餘陣列(RAID)標準的一硬體實施。RAID係一種儲存解決方案，其經由一種將儲存器件配置成陣列以獲冗餘之技術而由較低成本的組件提供儲存可靠性。一般而言，硬體RAID實施利用專屬硬體，該專屬硬體劃分及複製多重儲存器件之間的資料，但陣列係被伺服器平台視為一個單一磁碟。雖然此實施提供一較低成本的選項，但在某些情形中，該解決方案仍需要使用可能是非吾人所期望之昂貴的專屬硬體。
隨著處理能力已增加，用軟體而非專屬硬體來實施儲存控制器已變得越來越普遍。舉例而言，當前存在許多軟體RAID實施，其中RAID邏輯係伺服器平台之作業系統的一部分。此等解決方案可明顯降低總成本及對一特定硬體平台的依賴性。然而，在其中伺服器平台經由虛擬化而亦支援多重執行環境(例如，多重模擬作業系統)的情形中，軟體實施具有明顯缺點。
軟體RAID實施的另一明顯限制是，其等需要經組態以用於每一受支援的作業系統，這可能對開發、除錯及部署增加成本及不便之處。在某些情況下(諸如Linux之衍生版)，關於在開放原始程式碼授權(例如，GNU通用公共授權，及其他)之條件之基礎上揭露原始過程程式碼，可能存在進一步複雜性。對於此類作業系統，此等開放原始程式碼順應性問題可能進一步增加實施軟體RAID的成本及不便之處。
虛擬化技術使得運行一虛擬機監視器(VMM)的一單一主機電腦能夠呈現主機的多重抽象概念或觀點，使得底層主機硬體顯現為一個或多個獨立作業的虛擬機(VM)。VMM包含一主程式，該主程式容許該主機電腦支援多重執行環境。每一VM可作為運行其自身之韌體、作業系統及/或軟體應用程式的一自含型平台而發揮作用。VMM管理主機資源至VM的分配及虛擬化。
當將軟體RAID或其他軟體儲存控制器組合為一VMM環境中的一虛擬儲存裝置時，存在一重要的組態挑戰。舉例而言，在安裝及/或開機該VMM環境中的該虛擬儲存裝置時涉及若干複雜性。為了開機，該虛擬儲存裝置需要存在於平台上。存在許多可用的VMM環境，然而每一VMM環境是不同的。必須為每一VMM獨立地設計現存解決方案，且必須為待使用之特定VMM環境預組態該平台，這引起重要的邏輯挑戰。開機一標準作業系統(例如，沒有任何虛擬化)十分簡單，其中系統(例如，BIOS、EFI)僅載入數個模組。通常，在此案例中，在O/S載入器接管並控制程序之前可載入一開機載入器及驅動器。然而，在一VMM環境中，此程序明顯更為複雜，因為系統必須由開機載入所有VMM環境、主機作業系統及虛擬儲存裝置(及隨附之儲存控制邏輯)而載入。載入所有此等組件可能需要高達10-100MB或更多的一映像。此外，開機器件通常為一RAID磁卷(volume)，且因此若RAID引擎係在作業系統中，則需要一RAID功能以載入該RAID引擎，這可能涉及繁瑣的遞迴自引用。
一種用於嘗試解決此問題的現存解決方案包含在開機碼中使用一RAID載入器。然而，此係以必須建立具有其自身複雜性的另一RAID堆疊為代價而達成。雖然大型製造商可能夠檢定並維護EFI/BIOS中的一RAID堆疊，但許多消費者將無法或不願意這麼做。另一種用於嘗試解決此問題的解決方案包含在伺服器平台的非揮發性記憶體中提供整個VMM環境。這又引入另一組挑戰。舉例而言，VMM環境之程式碼的大小可能造成問題。此外，當在伺服器平台的非揮發性記憶體中提供整個VMM環境時，存在與VMM環境之分佈及/或維護相關的明顯商業挑戰。
儘管將一虛擬儲存裝置組合於一VMM環境中有許多優點，在此項技術中仍需要更具成本效益之解決方案及系統及方法以在一標準伺服器平台中安裝及/或開機一虛擬儲存裝置，該標準伺服器平台獨立於特定之VMM環境且可消除對預組態該平台之需要。
本發明揭示用於在一虛擬伺服器平台上安裝及/或開機一虛擬儲存裝置之系統、方法、電腦系統及電腦程式的多種實施例。一個實施例係一種用於在一主機伺服器平台上安裝一虛擬儲存裝置的方法。一種此類方法包含：提供由一主機伺服器平台可存取的一安裝套件，該安裝套件包含一用於安裝一I/O虛擬機(IOVM)的安裝指令碼、一IOVM開機控制台及一IOVM管理模組；啟動該主機伺服器平台及載入開機碼；載入該安裝套件以緊隨於該開機碼之後運行；運行該安裝指令碼，以在一開機磁碟上建立一隱藏開機磁碟分割並將該IOVM開機控制台及該IOVM管理模組複製至該隱藏開機磁碟分割；重新開機該主機伺服器平台及載入該開機碼；自該隱藏開機磁碟分割載入該IOVM開機控制台及該IOVM管理模組；經由該IOVM管理模組組態一磁碟陣列；在該磁碟陣列中的每一磁碟上，建立一隱藏開機磁碟分割並複製該IOVM開機控制台及該IOVM管理模組；及使用該IOVM開機控制台以安裝一虛擬儲存環境作為一儲存驅動器。
另一種此類方法包含：提供一安裝套件至一主機伺服器平台，該安裝套件包含一用於安裝一I/O虛擬機(IOVM)的安裝指令碼、一IOVM開機控制台及一IOVM管理模組；運行該安裝指令碼，以在一開機磁碟上建立一隱藏開機磁碟分割並將該IOVM開機控制台及該IOVM管理模組複製至該隱藏開機磁碟分割；重新開機該主機伺服器平台；自該隱藏開機磁碟分割載入該IOVM開機控制台及該IOVM管理模組；經由該IOVM管理模組組態一磁碟陣列；為該陣列中之每一磁碟建立一隱藏開機磁碟分割並複製該IOVM開機控制台及該IOVM管理模組；及使用該IOVM開機控制台以安裝一虛擬儲存環境作為一儲存驅動器。
本發明揭示用於在一伺服器平台上安裝及/或開機一虛擬儲存裝置之系統、方法及電腦程式的多種實施例。作為一介紹性內容及為了說明虛擬儲存裝置及伺服器平台作業所處之工作環境，圖1說明一例示性電腦系統100。電腦系統100包含一伺服器平台102，在該伺服器平台上可安裝及/或開機一虛擬儲存裝置。在一實施例中，該伺服器平台102包含具有硬體104的標準現成(off-the-shelf)伺服器平台，該硬體包括一個或多個處理器106、記憶體108及含有開機碼112的非揮發性記憶體110。應暸解，處理器106、記憶體108、非揮發性記憶體110及開機碼112可經預組態於該伺服器平台102上並用以執行下文所述之安裝及開機程序。因此，應進一步瞭解，圖1中所說明的其他組件表示根據下文參考圖2-15所述之安裝及開機程序而由伺服器平台102載入的組件。
開機碼112包含由伺服器平台102用以組態硬體104及起動作業系統開機程序的程式碼。在一實施例中，開機碼112可經組態用以載入(例如)一BIOS環境、一EFI環境或其他開機環境。
虛擬機監視器(virtual machine monitor，VVM)114包含用以使硬體104與虛擬機環境隔離的一超管理器(hypervisor)或一薄軟體層。該VMM 114控制一個或多個與獨立作業系統(例如，OS 116a、116b、116c)相關之服務虛擬機及一特定用途客端虛擬機(即，I/O虛擬機118)的執行。如下文更詳細所述，IOVM 118包含一專屬虛擬機，該專屬虛擬機經組態用以處理與包含複數個實體磁碟124之磁碟陣列122相關的I/O。IOVM 118包括一儲存控制器120，該儲存控制器經組態用以儲存及擷取磁碟陣列122的資料。處理器106執行與伺服器平台102相關的處理作業，包括用於支援VMM 114、IOVM 118、O/S 116a-c及任何其他軟體及/或韌體的處理。
已經描述了伺服器平台102及IOVM 118的一般作業環境，將參考圖3-11描述用於在伺服器平台102上安裝IOVM 118之系統及方法的多種實施例。圖3說明一種用於在伺服器平台102上安裝IOVM 118之方法300的一實施例。圖4-11參考電腦系統100之諸組件將安裝程序作為一預開機程序來說明。應瞭解，與方法300相關之程序或方法描述的一者或多者可表示包括用於實施該程序中之邏輯功能或步驟之一或多個可執行指令的程式碼模組、片段、邏輯或部分。應進一步瞭解，可用軟體、硬體、韌體或其等之任意組合實施該等邏輯功能。在某些實施例中，可用儲存於記憶體108或非揮發性記憶體110中且由硬體104或與伺服器平台102相關之任何其他處理器或適當之指令執行系統執行的軟體或韌體來實施參考圖3之流程圖及圖4-11之系統方塊圖所述的邏輯功能。此外，該等邏輯功能可體現於由一指令執行系統、設備或器件(諸如一基於電腦之系統、含有處理器之系統，或可自指令執行系統、設備或器件提取指令並執行該等指令的與伺服器平台102相關之其他系統)使用或與該指令執行系統、設備或器件結合使用的任何電腦可讀媒體中。
參考圖3，提供一伺服器平台102(方塊302)及一IOVM安裝套件200(方塊304)。在一實施例中，該伺服器平台102可包含一標準伺服器(例如，一OEM伺服器)而無任何與一VMM或IOVM 118相關的特定組件。如圖2中所說明，在一實施例中，IOVM安裝套件200包含與安裝該IOVM 118相關的多種組件，舉例而言，諸如一安裝指令碼202、一IOVM開機控制台204、一IOVM管理模組206及一VMM 208。該安裝套件200可設置於由伺服器平台102可存取的一光碟、一數位影音光碟或一快閃記憶體器件上。在其他實施例中，該安裝套件200可作為一內部組件設置至伺服器平台102(例如，在記憶體108、非揮發性記憶體110等等中)。應瞭解，取決於所期望之安裝實施，可將安裝套件200之組件設置於一個或多個套件中。例如，可將安裝指令碼202、IOVM開機控制台204及IOVM管理模組206設置於一個安裝套件中，且可將VMM 208設置為一標準現成VMM安裝套件。
在這點上，應進一步瞭解，安裝套件200及安裝方法300可提供具有多種優點的一安裝方案。該安裝方案可經設計以與任何期望之當前或未來虛擬化環境及/或VMM 208一起操作。可移除O/S特定安裝程序。此外，該安裝方案可為可調適以用於一標準化伺服器平台。
在方塊306處，啟動伺服器平台102。如圖4中說明及在方塊308處，在啟動之後，載入來自非揮發性記憶體110的開機碼112。該開機碼112可經組態用以載入(例如)一BIOS環境、一EFI環境或其他開機環境。該開機環境可包括與伺服器平台102上之一儲存控制器120相容的一標準儲存驅動器210。在一實施例中，該儲存驅動器210可包含一SAS驅動器，且該儲存控制器120可包含一SAS控制器。然而，一般技術者將瞭解，可使用其他控制器及驅動器以實施其他資料傳送技術、標準及/或介面。
在方塊310處(圖5)，載入IOVM安裝套件200以緊隨於開機碼112之後運行。如圖6中所說明，在方塊312及314處，執行安裝指令碼202，且在一開機磁碟上建立一開機磁碟分割。在圖6之實施例中，該開機磁碟包含磁碟陣列122中之諸實體磁碟124之一者(即，實體磁碟124a)。該開機磁碟分割對系統可能是隱藏的。例如，在RAID實施中，該開機磁碟分割可被隱藏於由RAID標準定義的磁碟資料格式(DDF)空間內或在任何其他私用磁碟分割中。在方塊316處(圖7)，安裝指令碼202亦可將IOVM開機控制台204及IOVM管理模組206自IOVM安裝套件200複製至開機磁碟分割116。可使得開機磁碟分割116為可開機。
在方塊318處，重新開機伺服器平台102，且如圖8中所說明，自非揮發性記憶體110載入開機碼112(方塊320)。在方塊322處(圖9)，可自開機磁碟分割116將IOVM開機控制台204及IOVM管理模組206載入至伺服器平台102。如上所述，IOVM 118可包含一專屬OS為基礎的客端虛擬機。因此，一OS載入器可自開機環境獲得控制並自開機磁碟分割116載入IOVM開機控制台204及IOVM管理模組206。在一實施例中，IOVM開機控制台204可包含一標準作業系統。因此，IOVM開機控制台204可使用標準程序開機一作業系統。然而，應瞭解，在電腦系統100中，IOVM開機控制台204係經組態用於管理儲存虛擬化(例如，管理RAID邏輯)。
在方塊324處，一使用者可與IOVM管理模組206介接以組態磁碟陣列122。例如，IOVM管理模組206可經組態以使得使用者能夠根據期望建立磁碟群、虛擬磁碟、磁卷等等。在方塊326處(圖10)，IOVM開機控制台204在磁碟陣列122中之所有磁碟(在此情況下為實體磁碟124b及124c)上建立一隱藏開機磁碟分割116。IOVM開機控制台亦可複製其他開機磁碟分割116中之開機磁碟(即，實體磁碟124a)的內容。應暸解，此程序促成一冗餘方案，該冗餘方案容許電腦系統100在實體磁碟124失效之情況下工作而不需要(例如)一RAID方案。藉由複製在所有實體磁碟124上之開機磁碟的內容，標準之伺服器開機程序將自第一磁碟(即，實體磁碟124a)開機。若此磁碟失效，開機程序將嘗試自第二磁碟(即，實體磁碟124b)開機，且以此類推繼續進行，藉此提供一N-路徑冗餘方案。
已經安裝IOVM開機控制台204及組態磁碟陣列122後，在方塊328處(圖11)，伺服器平台102使用IOVM開機控制台204以安裝虛擬環境(例如，VMM 208)作為一儲存驅動器。如上文所提及，伺服器平台102可支援任何期望的虛擬環境。該虛擬環境可直接由IOVM安裝套件200或由一標準OEM分佈安裝套件安裝。該虛擬環境之安裝可以一習知之方式繼續。
在安裝IOVM 118及虛擬環境(以上述方式安裝或設置於伺服器平台102上)之後，伺服器平台102可初始化一開機方法的開始。在圖12-15中說明一開機方法之一實施例。圖12係說明該開機方法之作業的一流程圖，且圖13-15參考伺服器平台102及磁碟陣列122之諸組件說明該開機方法。
參考圖12，在方塊1202處，在伺服器平台102上設置一虛擬儲存裝置以管理一磁碟陣列。應暸解，該虛擬儲存裝置可以上文關於IOVM 118所述之方法或其他方式而組態並安裝於電腦系統100上。在方塊1204處(圖13)，載入開機碼112。該開機碼112可經組態以載入(例如)一BIOS環境、一EFI環境或其他開機環境。該開機環境可包括與伺服器平台102上之一儲存控制器120相容的一標準儲存驅動器210。該開機環境載入且可呼叫一開機載入器。在方塊1206處(圖14)，自磁碟陣列122中之諸實體磁碟之一者上的一隱藏磁碟分割載入IOVM開機控制台204及IOVM管理模組206。如在決策方塊1208及方塊1210處所示，IOVM管理模組206可用以使得電腦系統100之一使用者能夠組態及/或管理磁碟陣列122及/或IOVM 118的多種態樣。在方塊1212處(圖15)，IOVM開機控制台204載入虛擬環境的諸開機組件。IOVM開機控制台204開始開機程序。IOVM開機控制台204存取開機磁碟(例如，實體磁碟124a-124c之一者)且可定位一已安裝的VMM開機載入器。在一實施例中，該VMM開機載入器可包含與已安裝之虛擬化環境整合的一組件。該VMM開機載入器可為一開機磁卷上O/S安裝的一部分，該開機磁卷為磁碟陣列122之一部分。IOVM開機控制台204開機VMM 208(如圖15中所說明)，且接著以如一般技術者將瞭解之一典型方式傳遞控制至VMM開機載入器。
應注意，已參考一個或多個例示性或所述之實施例提出此揭示內容以證實本發明之原理及概念。本發明並不限於此等實施例。如熟悉此項技術者將瞭解，鑑於本文中所提供的描述，對本文中所描述的諸實施例可做出許多變動，且所有此類變動均在本發明之範疇內。
100．．．電腦系統
102．．．伺服器平台
104．．．硬體
106．．．處理器
108．．．記憶體
110．．．非揮發性記憶體
112．．．開機碼
114．．．虛擬機監視器
116．．．開機磁碟分割
116a-116c．．．作業系統
118．．．I/O虛擬機
120．．．儲存控制器
122．．．磁碟陣列
124a-124c．．．實體磁碟
200．．．安裝套件
202．．．安裝指令碼
204．．．IOVM開機控制台
206．．．IOVM管理模組
208．．．虛擬機監視器/VMM
210．．．儲存驅動器
圖1係說明一伺服器平台之一實施例的一方塊圖，在該伺服器平台上可安裝一虛擬儲存裝置；
圖2係說明一IOVM安裝套件之一實施例的一方塊圖，該IOVM安裝套件可用於在圖1之伺服器平台上安裝一虛擬儲存裝置；
圖3係說明一方法之一實施例的一流程圖，該方法係用於經由圖2之IOVM安裝套件在圖1之伺服器平台上安裝一虛擬儲存裝置；
圖4-11說明在虛擬儲存裝置之安裝期間伺服器平台的作業；
圖12係一伺服器平台之一實施例的一方塊圖，在該伺服器平台上已安裝一虛擬儲存裝置；
圖13係說明一種用於開機圖12之虛擬儲存裝置之方法的一實施例之一流程圖；及
圖14及15說明在圖12之開機程序期間伺服器平台的作業。
100．．．電腦系統
102．．．伺服器平台
104．．．硬體
106．．．處理器
108．．．記憶體
110．．．非揮發性記憶體
112．．．開機碼
114．．．虛擬機監視器
116a-116c．．．作業系統
118．．．I/O虛擬機
120．．．儲存控制器
122．．．磁碟陣列
124a-124c．．．實體磁碟

Claims (14)

  1. 一種用於在一主機伺服器平台上安裝一虛擬儲存裝置的方法，該方法包含：提供由一主機伺服器平台可存取的一安裝套件，該安裝套件包含一用於安裝一I/O虛擬機(IOVM)的安裝指令碼、一IOVM開機控制台及一IOVM管理模組；啟動該主機伺服器平台及載入開機碼；載入該安裝套件以緊隨於該開機碼之後運行；運行該安裝指令碼，以在一開機磁碟上建立一隱藏開機磁碟分割並將該IOVM開機控制台及該IOVM管理模組複製至該隱藏開機磁碟分割；重新開機該主機伺服器平台及載入該開機碼；自該隱藏開機磁碟分割載入該IOVM開機控制台及該IOVM管理模組；經由該IOVM管理模組組態一磁碟陣列；在該磁碟陣列中的每一磁碟上，建立一隱藏開機磁碟分割，並複製該IOVM開機控制台及該IOVM管理模組；及使用該IOVM開機控制台以安裝一虛擬儲存環境作為一儲存驅動器。
  2. 如請求項1之方法，其中該IOVM包含一客端作業系統。
  3. 如請求項1之方法，其中該IOVM包含一RAID控制器。
  4. 如請求項1之方法，其中經由一光碟、一數位影音光碟及一快閃記憶體器件之至少一者而提供該安裝套件至該主機伺服器平台。
  5. 如請求項1之方法，其進一步包含重新開機該主機伺服器平台。
  6. 如請求項5之方法，其中該重新開機該主機伺服器平台包含：自該等磁碟之一者上的該隱藏開機磁碟分割載入該IOVM開機控制台及該IOVM管理模組；該IOVM開機控制台載入該虛擬環境。
  7. 如請求項1之方法，其中該虛擬化環境包含支援該IOVM的一虛擬機監視器及執行不同之作業系統的複數個虛擬機。
  8. 如請求項1之方法，其中該開機碼載入一BIOS環境或一EFI環境之一者。
  9. 如請求項1之方法，其中該磁碟陣列包含一硬碟機陣列。
  10. 如請求項1之方法，其中該磁碟陣列包含一儲存區域網路。
  11. 如請求項1之方法，其中該磁碟陣列包含一RAID陣列。
  12. 一種用於在一主機伺服器平台上安裝一虛擬儲存裝置的方法，該方法包含：提供一安裝套件至一主機伺服器平台，該安裝套件包含一用於安裝一I/O虛擬機(IOVM)的安裝指令碼、一IOVM開機控制台及一IOVM管理模組；運行該安裝指令碼，以在一開機磁碟上建立一隱藏開機磁碟分割並將該IOVM開機控制台及該IOVM管理模組複製至該隱藏開機磁碟分割；重新開機該主機伺服器平台；自該隱藏開機磁碟分割載入該IOVM開機控制台及該IOVM管理模組；經由該IOVM管理模組組態一磁碟陣列；為該陣列中之每一磁碟建立一隱藏開機磁碟分割並複製該IOVM開機控制台及該IOVM管理模組；及使用該IOVM開機控制台以安裝一虛擬儲存環境作為一儲存驅動器。
  13. 如請求項12之方法，其中該IOVM開機控制台包含一RAID開機控制台。
  14. 如請求項12之方法，其中該組態該磁碟陣列包含組態一RAID陣列。
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