服务器BMC技术调研

2019-03-13 本文已影响4人古斟布衣

1. 概述
- 1.1 IMPI简介
- 1.2 BMC简介
2. 开源方案
参考

1. 概述

BMC(Baseboard Management Controller)即基板管理控制器，是IPMI(Intelligent Platform Management Interface)协议即智能平台管理接口所定义的服务器管理体系中的核心组件。

1.1 IMPI简介

维基百科中IPMI定义如下：

智能平台管理接口（IPMI）是一套为自主计算机子系统定义的计算机接口规范，用于提供独立于主机系统的CPU，固件（BIOS或UEFI）和操作系统等软硬件的管理和监视功能。 IPMI定义了一套系统管理员接口，用于计算机系统的带外管理和管理员操作监视。

简言之，IPMI提供了一套基标准接口，通过嵌入到服务器主板上的BMC、相关传感器及相应固件，提供独立于服务器CPU、固件、和操作系统等软硬件的服务器检测管理功能，既不需要服务器操作系统支持，也不占用服务器操作系统资源。IPMI接口提供的服务包括服务器物理健康状态检测，服务器软硬件信息和运行状态查询，开关机，察看和修改BIOS配置，远程安装操作系统等。被监控的主机可以断电，但是必须保持电源和局域网连接。

IMPI接口基于命令/响应机制，通过网络功能码将机箱、传感器、固件、存储、应用等主机组件进行分类和传递消息，通过软件ID对BIOS、系统管理软件、远程终端等传感器管理软件进行分类，在网络、串行/Moderm接口、IPMB（I2C）、KCS、SMIC、SMBus等不同接口上传递使统一格式的IPMI消息。

IPMI1.5允许IPMI系统通过串口，BMC专用的带外网口，或者与主机共享的带内网口（NC-SI）与远程管理系统通讯。

IPMI2.0增加了SOL（serial over LAN）、群组管理系统、增强身份认证（RAKP+、SHA-1等）、基于OpenSSL/RCMP+的安全增强网络接口、固件防火墙和VLAN支持等。其中,SOL支持将BIOS输出和操作系统终端重定向到与BMC相连的串口，进而通过IPMI与远程系统管理软件连接。并且IPMI2.0兼容系统通常还提供KVM over IP(基于IP的远程键盘鼠标显示器连接)、远程桌面和页面服务器等功能，虽然这些功能并不属于IPMI协议的一部分。

IMPI规范主体架构如下：

IPMI主体架构

此外，为了提供更多的功能和更好的安全性，DMTF（分布式管理任务组）制定了基于浏览器RESTful插件和JSON数据格式的的安全可扩展数据中心管理标准Redfish API。英特尔也实现了IPMI 2.0的大数据中心扩展DCMI（Data Center Manageability Interface），基于IPMI接口但是最小化可选接口数量，并包括功率上限控制等其他不同。

1.2 BMC简介

维基百科中BMC定义如下:

基板管理控制器（BMC）提供IPMI架构中的智能特性。它是嵌入在计算机（通常是服务器）主板上的专用微控制器。 BMC负责管理系统管理软件和平台硬件之间的接口。

维基百科BMC框图

根据IPMI规范，BMC需要满足如下条件：

实现IMPI必选命令;
提供任一BMC访问接口;
提供标准化的看门狗定时器接口和看门狗内部事件产生功能;
提供可被其他主机组件使用的事件接收功能;
提供可通过相应的IPMI必选命令访问的SDR（传感器数据记录）仓库、SEL（系统事件记录）和FRU（现场可替换单元）目录等功能;
提供初始化代理功能以初始化BMC和其他管理控制器的传感器和事件产生组件。

简而言之，BMC就是嵌入到服务器主板上的一块独立处理器，通过IPMB、LPC（low-pin-count-interface）、SMBus等各种接口收集与主机内部的其他软硬件组件进行通信，并通过网络、串行/Moderm、PCI等接口传向本地主机/远程服务器提供查询和控制功能。

典型的BMC系统如下所示：

BMC典型架构

2. 开源方案

BMC系统通常由各个服务器厂商自主实现，开源框架较少。目前已知的开源方案有OpenBMC、u-bmc和coreIPM。

2.1 OpenBMC

2.1.1 概述

根据维基百科的定义：

OpenBMC项目是Linux基金会的开源项目，目的是提供一个BMC（基板管理控制器）固件堆栈的开源实现。OpenBMC是BMC 的Linux发行版，旨在跨越异构系统，包括企业，高性能计算（HPC），电信和云规模数据中心。

OpenBMC由微软，英特尔，IBM，谷歌和Facebook发起，使用Yocto Project作为底层构建和发布框架。OpenBMC提供REST API、Redfish、IPMIv2.0、D-BUS等接口和自定义的HOST管理接口，支持常见的主机状态查看和控制、BMC和在主机固件更新等功能。

目前OpenBMC支持的Soc如下所示：

OpenBMC Github官方仓库master分支：

BSP目录	单板	SoC	ARCH
meta-hxt/meta-stardragon4800-rep2	stardragon4800-rep2	ASPEED AST2500	arm1176jz-s
meta-qualcomm/meta-centriq2400-rep	centriq2400-rep	ASPEED AST2500	arm1176jz-s
meta-inspur/meta-on5263m5	on5263m5	ASPEED AST2500	arm1176jz-s
meta-evb/meta-evb-enclustra/meta-evb-zx3-pm3	evb-zx3-pm3	Xilinx Zynq-7000	arm Cortex-A9
meta-evb/meta-evb-aspeed/meta-evb-ast2500	evb-ast2500	ASPEED AST2500	arm1176jz-s
meta-evb/meta-evb-nuvoton/meta-evb-npcm750	evb-npcm750	Nuvoton NPCM7XX	arm7a-novfp
meta-evb/meta-evb-raspberrypi	RaspberryPi	RaspberryPi	arm1176jzf-s
meta-ibm/meta-z	ibm-z	fsp2	PPC476
meta-ibm/meta-witherspoon	witherspoon	ASPEED AST2500	arm1176jz-s
meta-ibm/meta-palmetto	palmetto	ASPEED AST2400	arm926ejs
meta-ibm/meta-romulus	romulus	ASPEED AST2500	arm1176jz-s
poky/meta-poky	qemux86	i586	x86
meta-facebook/meta-tiogapass	tiogapass	ASPEED AST2500	arm1176jz-s
meta-inventec/meta-lanyang	lanyang	ASPEED AST2500	arm1176jz-s
meta-quanta/meta-gsj	gsj	Nuvoton NPCM7XX	arm7a-novfp
meta-quanta/meta-f0b	f0b	ASPEED AST2500	arm1176jz-s
meta-quanta/meta-q71l	quanta-q71l	ASPEED AST2400	arm926ejs
meta-quanta/meta-runbmc-nuvoton	runbmc-nuvoton	Nuvoton NPCM7XX	arm7a-novfp
meta-intel/meta-s2600wf	s2600wf	ASPEED AST2500	arm1176jz-s
meta-mellanox/meta-msn	msn	ASPEED AST2500	arm1176jz-s
meta-ingrasys/meta-zaius	zaius	ASPEED AST2500	arm1176jz-s
meta-phosphor	qemuarm	arm versatile 926ejs	arm926ejs
meta-portwell/meta-neptune	neptune	ASPEED AST2500	arm1176jz-s

Facebook OpenBMC仓库helium分支：

BSP目录	单板	SoC	ARCH
meta-bf/meta-mavericks	mavericks	ASPEED AST1250	arm926ejs
meta-facebook/meta-fby2/meta-fby2-gpv2	fby2	ASPEED AST2520	arm1136jf
meta-facebook/meta-fby2/meta-fby2-ep	fby2	ASPEED AST2520	arm1136jf
meta-facebook/meta-fby2	fby2	ASPEED AST2520	arm1136jf
meta-facebook/meta-fby2/meta-fby2-tl	fby2	ASPEED AST2520	arm1136jf
meta-facebook/meta-fby2/meta-fby2-rc	fby2	ASPEED AST2520	arm1136jf
meta-facebook/meta-yamp	yamp	ASPEED AST2520	arm1136jf
meta-facebook/meta-fbtp	fbtp	ASPEED AST2520	arm1136jf
meta-facebook/meta-fbttn	fbttn	ASPEED AST2520	arm1136jf
meta-facebook/meta-minipack	minipack	ASPEED AST2520	arm1136jf
meta-facebook/meta-lightning	lightning	ASPEED AST1250	arm926ejs
meta-facebook/meta-galaxy100	galaxy100	ASPEED AST1250	arm926ejs
meta-facebook/meta-wedge100	wedge100	ASPEED AST1250	arm926ejs
meta-facebook/meta-minilaketb	minilaketb	ASPEED AST2520	arm1136jf
meta-facebook/meta-yosemite	yosemite	ASPEED AST1250	arm926ejs
meta-facebook/meta-cmm	cmm	ASPEED AST2520	arm1136jf
meta-facebook/meta-wedge	wedge	ASPEED AST1250	arm926ejs
meta-portwell/meta-pwneptune	pwneptune	ASPEED AST2520	arm1136jf

注意：

不同git branch支持BSP不一样;
有效BSP必须同时包含local.conf.sample和bblayers.conf.sample文件。

2.1.2 编译和运行

编译和运行环境如下：
* kubuntu 18.04 LTS;
* OpenBMC官方仓库;
* OpenBMC维护的QEMU仓库，包含OpenBMC对QEMU官方代码的补丁和增强;
* Palmetto QEMU模拟目标机，真实硬件为一个使用AST2400（支持NC-SI）作为BMC的OpenPower Power8服务器。

注意：Facebook官方仓库编译不成功，workaround了automake编译错误问题后发现了更多问题，无法继续。有兴趣者可参考Facebook OpenBMC仓库主页和OpenBMC介绍 - 简书进行尝试，共同讨论一下。

搭建和编译步骤如下：

sudo apt-get install -y git build-essential libsdl1.2-dev texinfo gawk chrpath diffstat
git clone https://github.com/openbmc/openbmc.git
cd openbmc
export TEMPLATECONF=meta-ibm/meta-palmetto/conf
. openbmc-env
bitbake obmc-phosphor-image

注意：image存放在编译目录下的tmp/deploy/images/palmetto/中。

QEMU编译步骤如下：

git clone https://github.com/openbmc/qemu.git qemu_obmc
sudo apt-get install libsdl2-2.0-0 libsdl2-dev
cd qemu
git submodule update --init dtc
mkdir build
cd build
../configure --target-list=arm-softmmu
make

注意：可执行文件存放在编译目录下的arm-softmmu中，因此启动QEMU时必须加上路径。

QEMU配置和启动步骤如下：

sudo apt-get install libvirt-dev libvirt-bin bridge-utils uml-utilities qemu-system-common
创建网桥配置文件，注意文件路径和网口名与系统相关，

sudo mkdir -p /etc/qemu
sudo echo "allow virbr0" >> /etc/qemu/bridge.conf
使用brctl addif/delif <网桥名称> <网口名称>命令调整网桥包含的网口并检查，正确配置如下所示

$ brctl show
bridge name bridge id STP enabled interfaces
virbr0 8000.fec6883d4c52 yes tap0
sudo arm-softmmu/qemu-system-arm -m 256 -M palmetto-bmc -nographic -drive file=~/code/openbmc/build/tmp/deploy/images/palmetto/flash-palmetto,format=raw,if=mtd -net nic,macaddr=C0:FF:EE:00:00:02,model=ftgmac100 -net bridge,id=net0,helper=/usr/lib/qemu/qemu-bridge-helper,br=virbr0

REST API接口用法可参考OpenBMC REST cheat sheet:

export bmc=root:0penBmc@xx.xx.xx.xx
查看接口

curl -b cjar -k https://${bmc}/xyz/openbmc_project/list
复位Host

curl -b cjar -k -H "Content-Type: application/json" -X PUT -d '{"data":"xyz.openbmc_project.State.Host.Transition.Reboot"}' https://${bmc}/xyz/openbmc_project/state/host0/attr/RequestedHostTransition
复位BMC

curl -b cjar -k -H "Content-Type: application/json" -X PUT -d '{"data":"xyz.openbmc_project.State.BMC.Transition.Reboot"}' https://${bmc}//xyz/openbmc_project/state/bmc0/attr/RequestedBMCTransition

Redfish接口与REST API接口类似，用法可参考OpenBMC Redfish cheat sheet:

export bmc=root:0penBmc@xx.xx.xx.xx
查询root

curl -b cjar -k https://${bmc}/redfish/v1
建立连接

curl --insecure -X POST -D headers.txt https://${bmc}/redfish/v1/SessionService/Sessions -d '{"UserName":"root", "Password":"0penBmc"}'
grep X-Auth-Token headers.txt
export bmc_token=<X-Auth-Token>
查看对象

curl -k -H "X-Auth-Token: $bmc_token" -X GET https://$ {bmc}/redfish/v1/Chassis

IMPI接口通常使用ipmitool访问，该工具支持部分命令补齐，帮助信息丰富：

sudo apt-get install ipmitool
查看Host电源状态

ipmitool -I lanplus -H xx.xx.xx.xx -U root -P 0penBmc power status
列出SDR（传感器数据记录）

ipmitool -I lanplus -H xx.xx.xx.xx -U root -P 0penBmc sdr list

2.2 u-bmc

u-bmc是一个与OpenBMC并行开发但使用gRPC而不是IPMI的BMC固件开源项目。其中，gRPC是Google主导开发的RPC框架，使用HTTP/2协议并用ProtoBuf作为序列化工具。

u-bmc目的在于挑战行业现状，例如为人诟病的安全问题等。u-bmc借鉴OpenBMC的代码并向其贡献代码。u-bmc仍处于试验阶段，目前仅支持基于ASPEED AST2400的BMC。

2.3 coreIPM

coreIPM是一个开源的IPMI BMC管理框架，符合带有PICMG 3.0 R2.0 AdvancedTCA扩展的IPMI v2.0规范，可以监控传感器并提供记录和警报，实现电源控制和复位等。

coreIPM支持NXP LPC系列ARM处理器和TI AM335X等，但Github代码仓库中最近一次更新已经是2009年12月。