汪 濤

（江蘇卓易信息科技股份有限公司 江蘇 無錫 214206）

0 引言

紅魚是一種基于HTTPs 服務(wù)的服務(wù)器BMC 管理標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)逐步成為業(yè)界新的服務(wù)器BMC 標(biāo)準(zhǔn)[1]。在紅魚標(biāo)準(zhǔn)推出之前，IPMI 是受到廣泛支持的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但I(xiàn)PMI 已有近20 年歷史，最后的更新還是在2004 年，已無法滿足當(dāng)今BMC 對(duì)功能和安全的需求[2]。在傳統(tǒng)的服務(wù)器上，BIOS 和BMC通常會(huì)通過KCS協(xié)議使用IPMI來實(shí)現(xiàn)通訊和數(shù)據(jù)傳輸，這種方式存在的問題是傳輸速度慢，并且沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致每一家BMC/BIOS 供應(yīng)商都定義了自己的格式。

本設(shè)計(jì)采用USB 作為傳輸通道，可極大提高傳輸速度，另外USB 支持大容量存儲(chǔ)（MASS STORAGE）方式，可以讓BIOS/BMC 以直接讀寫文件的方式使用USB，而采用標(biāo)準(zhǔn)紅魚JSON 格式作為BIOS 和BMC 交互的格式，BMC 的Web 界面可以對(duì)BIOS 的所有配置參數(shù)做修改，而且可以直接支持紅魚規(guī)范的BIOS 接口。

1 BIOS端設(shè)計(jì)

1.1 UEFI BIOS 介紹

當(dāng)前主流服務(wù)器BIOS 一般采用統(tǒng)一的可擴(kuò)展固件接口（Unified Extensible Firmware Interface,UEFI）。UEFI是用于取代和擴(kuò)展舊的BIOS 固件的，它和BIOS 的主要區(qū)別之一是傳統(tǒng)BIOS 大多使用匯編寫成，而UEFI 的代碼99%以上是C 語言，并且充分利用新的模塊化的思想，采用了DRIVER/PROTOCOL 的新方式，UEFI 系統(tǒng)從加電到關(guān)機(jī)一般分為7 個(gè)階段[3]：SEC（安全驗(yàn)證）->PEI（EFI 前期初始化）->DXE（驅(qū)動(dòng)執(zhí)行環(huán)境）->BDS（啟動(dòng)設(shè)備選擇）->TSL（操作系統(tǒng)加載前期）->RT（Run Time）->AL（系統(tǒng)災(zāi)難恢復(fù)期）。

本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)主要在BIOS 的DXE 和BDS 階段[4]。

1.2 實(shí)現(xiàn)步驟

為了實(shí)現(xiàn)BIOS 和BMC 之間紅魚接口，需要BIOS 和BMC 兩者配合，BIOS 在系統(tǒng)啟動(dòng)階段需要實(shí)現(xiàn)的操作可大致分為下面5 個(gè)步驟。

（1）在BIOS 啟動(dòng)進(jìn)入DXE 階段后，BIOS 首先發(fā)送IPMI 命令OPEN_USB_KEY 給BMC，通知BMC 準(zhǔn)備USB KEY，發(fā)送完這個(gè)命令之后，BIOS 并不等待BMC 返回的結(jié)果，而是繼續(xù)執(zhí)行正常啟動(dòng)過程中的任務(wù)。

（2）當(dāng)BIOS 進(jìn)入BDS 階段時(shí)，BIOS 發(fā)送IPMI 命令QUERY_USB_KEY 給BMC，查詢USB KEY 是否已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，如果USB KEY 已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，BIOS 將執(zhí)行下一步操作；否則BIOS 會(huì)等待100ms 后繼續(xù)嘗試查詢USB KEY，重復(fù)此動(dòng)作50 次之后（即總的等待時(shí)間是5S，主要是大部分系統(tǒng)對(duì)啟動(dòng)時(shí)間有要求），如果USB KEY 還是沒有準(zhǔn)備就緒，BIOS 將進(jìn)行錯(cuò)誤處理，然后執(zhí)行其他啟動(dòng)任務(wù)。

（3）BIOS 在獲知USB KET 已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，開始連接USB 設(shè)備，連接成功則進(jìn)行下一步操作。

（4）BIOS 讀 取BiosSettings.json 以 及Bios AttributeRegistry.json 文件[5]，將配置生效。

（5）如果用戶沒有進(jìn)入BIOS 配置界面進(jìn)行配置修改，BIOS 把從BMC 獲取的配置生效后會(huì)立即重啟BIOS，否則BIOS 把新的BiosSettings.json 以及BiosAttributeRegistry.json 寫回USB 磁盤，發(fā)送IPMI命令CLOSE_USB_KEY 給BMC，最后BIOS 重啟自身。

上述操作流程見圖1。

上面步驟中第4 步中BIOS 獲取到配置文件之后需要判斷是否有需要更新的數(shù)據(jù)，如果有待更新配置，需要判斷執(zhí)行相應(yīng)的操作，包括：是否需要更新密碼，是否需要恢復(fù)默認(rèn)配置，是否需要重置BIOS，是否上報(bào)BIOS配置等，具體流程見圖2。

2 BMC端設(shè)計(jì)

2.1 IPMI 命令操作說明

在服務(wù)器運(yùn)行過程中，BMC 在服務(wù)器交流電（Alternating Current,AC）上電時(shí)就開始啟動(dòng)運(yùn)行，而BIOS 需要在直流電（Direct Current，DC）上電時(shí)（通常是用戶按下啟動(dòng)按鈕或者遠(yuǎn)程發(fā)送啟動(dòng)命令給服務(wù)器）才會(huì)啟動(dòng)，BMC 端無法主動(dòng)發(fā)送IPMI 命令，但需要實(shí)現(xiàn)響應(yīng)BIOS 的3 個(gè)IPMI 命令。

2.1.1 OPEN_USB_KEY 命令

BMC 在收到OPEN_USB_KEY 之后需要實(shí)現(xiàn)下列操作。

（1）創(chuàng)建RAM 下的磁盤文件，并格式化成FAT16 格式，由于RAM 磁盤實(shí)際需要占用BMC 的內(nèi)存，所以不宜設(shè)置太大，通常設(shè)置5 ～10 M，本方案基于Yocto[6]和OpenBMC[7]實(shí)現(xiàn)，默認(rèn)BMC 文件系統(tǒng)使用的BusyBox[8]中的mkfs.fat 只支持生成FAT32 格式，需要修改mkfs.fat源碼以支持FAT16 格式[9]。

（2）利用USB Gadget ConfigFS 掛載磁盤文件，類似插入了一個(gè)U 盤[10]。

（3）從配置目錄/var/lib/bios-settings-json/下面拷入BIOS 當(dāng)前的JSON 配置文件。

2.1.2 QUERY_USB_KEY 命令

BMC 在收到QUERY_USB_KEY 之后需要判斷USB_KEY 是否已經(jīng)準(zhǔn)備好，把結(jié)果返回給BIOS。

2.1.3 CLOSE_USB_KEY 命令

BMC 在收到CLOSE_USB_KEY 之后會(huì)做如下動(dòng)作。

（1）把USB 磁盤上的BIOS 配置文件更新到/var/lib/bios-settings-json/目錄下。

（2）卸載磁盤文件。BMC 端可以通過一個(gè)shell 腳本實(shí)現(xiàn)對(duì)usb key 的掛載以及文件的復(fù)制移動(dòng)[11]。

2.2 IPMI 命令表

BIOS 和BMC 通訊定義的OEM IPMI 命令格式見表1，BIOS 每次啟動(dòng)的時(shí)候都會(huì)發(fā)送這個(gè)OEM 命令給BMC，這個(gè)命令被限制為僅供KCS 接口通信。

表1 Redfish OEM IPMI 命令

BMC 提供Web頁(yè)面可以讓用戶修改BIOS 配置， 進(jìn)入BIOS 的配置頁(yè)面，BMC Web 后端會(huì)將BiosAttributeRegistry.json 和BiosSettings.json 合并成一個(gè)JSON 字符串，傳遞給前端，前端根據(jù)JSON 字符串動(dòng)態(tài)生成界面，并可以提供SetBiosCurrentSettings.cgi 提供修改功能，修改界面見圖3。

其中BiosSettings.json 中定義了某個(gè)BIOS 屬性的當(dāng)前值，譬如以BIOS啟動(dòng)模式舉例，即“BootMode”：“Uefi”。

當(dāng)前的啟動(dòng)模式為UEFI 模式， 與之對(duì)應(yīng)的BiosAttributeRegistry.json 中定義了BootMode 的屬性和可能的取值等，BIOS 屬性舉例如下。

從以上可以看出，BootMode 是枚舉變量，有兩個(gè)屬性，分別是Uefi 和Legacy,即表示BIOS 啟動(dòng)模式可以有UEFI或者兼容傳統(tǒng)BIOS（Legacy）兩種方式。

3 紅魚接口

紅魚基于HTTPs服務(wù)，利用RESTful接口實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理。每個(gè)HTTPs 操作都是以UTF-8 編碼的JSON 形式，提交或返回一個(gè)資源。就像Web 應(yīng)用程序向?yàn)g覽器返回HTML 一樣，RESTful 接口會(huì)通過同樣的傳輸機(jī)制(HTTPs)，以JSON 的形式向客戶端返回?cái)?shù)據(jù)。紅魚接口支持的操作見表2。

表2 紅魚接口支持的操作

3.1 BiosAttributeRegistry

通過訪問https://{BMC 的IP 地址}/redfish/v1/Registries/BiosAttributeRegistry 地址可以獲取BiosAttributeRegistry.json 里面的相關(guān)資源。

3.2 BiosCurrentSetting

通過訪問https://{BMC 的IP 地址}/redfish/v1/Systems/1/Bios/Settings 地址可以獲取BiosCurrentSetting.json 文件里的相關(guān)資源。

4 結(jié)語

采用本設(shè)計(jì)方案后，通過BMC Web 或者紅魚接口可基于BIOS 屬性來顯示或修改BIOS 設(shè)置并驗(yàn)證用戶輸入。遠(yuǎn)程客戶端也可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)器紅魚服務(wù)，直接獲取紅魚JSON 文件。