玩转OurBMC第十八期：iKVM特性浅讲
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iKVM（Integrated Keyboard, Video and Mouse）作为 BMC 的核心功能之一，通过集成硬件和软件，实现对服务器全程全时的远程控制。即在服务器的上电后的任意阶段，如BIOS启动、内核加载、操作系统运行或崩溃等时刻，都能通过 BMC 的iKVM功能，被远端的管理员监控管理。 因此，相比于其他的远程控制技术，iKVM 作为服务器的带外远程技术，具有 表1 所示不依赖服务器的 BIOS 固件、操作系统、应用程序，能在硬件层面实现全程全时的远程管理目标。
表1 远程控制技术的特点对比
iKVM 功能介绍
iKVM 作为现代 IT 基础设施中不可或缺的远程管理工具，它不仅具备远程视图、远程操控、虚拟媒体这三项基础功能，能够满足管理员对服务器的基本远程管理需求；还支持屏幕录制与回放、自动截屏等扩展功能，为管理员在定位服务器运行异常时，提供了补充故障发生瞬间视频或图像资料的有力手段，极大提升了故障排查的效率和准确性。
iKVM 的基础功能在实际应用场景中极为常见，如 图1 所示的机房环境。在该场景中，即使服务器未连接本地显示器，管理员依然能够通过 iKVM 实现远程显示与操作。接下来，将详细介绍 iKVM 的各项基础功能。
图1 iKVM使用场景
- 远程视图功能通过在远程终端的网页或客户端中，实时展示服务器的屏幕内容，呈现效果与本地操作服务器查看显示器一致。借助该功能，管理员能够即时获取服务器的运行状态、系统界面等关键信息，为远程监控和管理提供了直观且高效的途径。
- 远程控制功能将远程终端的鼠标点击、键盘输入等操作转换为模拟的 USB 键鼠信号，实现对服务器的实际控制。例如管理员在远程视图下，点击图标、输入文字、选择菜单等操作，会同步传输到本地服务器，并得到本地服务器的响应。
- 虚拟媒体功能将本地存储设备（如 U盘、ISO 镜像）映射为服务器的虚拟光驱或硬盘，实现远程系统部署。简便了远程维护和管理的工序。
实现原理
obmc-ikvm 软件包，是 OpenBMC 社区里部署 iKVM 特性的应用程序，它依赖 JPEG 编码器、模拟键鼠输入信号的 USB Gadget 设备。obmc-ikvm 调用 Linux 驱动提供的统一的命令字和接口，如 JPEG 编码器采用 Linux 系统里 V4L2 框架制定的命令字；键鼠输入使用 UDC（USB Device Controller）设备模拟成 USB Gadget HID（Human Interface Device）的标准接口。因此，适配 obmc-ikvm 应用程序，需要 BMC 芯片厂商分别遵循 V4L2、USB Gadget HID 的要求，开发 JPEG 编码器的驱动和 USB Gadget HID 驱动，才能屏蔽芯片差异。
obmc-ikvm 兼容遵循上述要求的 BMC 芯片，本章节以飞腾公司的飞腾腾珑 E2000S 芯片做示例，详细剖析 iKVM 特性的软硬件协同设计方案。如 图2 所示，iKVM 系统自左至右依次划分为 Host端、BMC SoC端、远程终端三部分：
- Host端把显示数据流，通过 PCIE Bus 输出到 DC（Display Controller）引擎。以及 USD Host 控制器接收来自 BMC SoC 端 USB Bus 的键鼠输入信号。
- BMC Soc 端的 DC 输出两路视频数据流，“ Output 1 ”输出到 BMC 卡的 VGA 显示器（如 图1 的说明，该显示器为可选组件），“ Output 2 ”输出到 JPEG Encoder 模块的 video0 设备节点。video0 设备驱动通过 V4L2 接口接收原始视频流，并调用硬件加速单元（或软件编码器）将其压缩为 JPEG 格式的静态图片，缓存至共享内存区域，供 obmc-ikvm 模块按需读取。若部署运行在 BMC 的 VNC Server 里，接收到来自远程控制的请求。在网络带宽不拥塞的场景下，ombc-ikvm 会按照设定的帧率，将 JPEG 格式的图片，发送给 VNC Server 模块。
- 远程终端，可通过 VNC Client 端、网页浏览器，建立与 BMC SoC 端的网络会话。其中网页视图，需要通过 websocket 与 BMC SoC 端后台进程 bmcweb 建立会话。
图2 飞腾腾珑E2000S的 iKVM 系统框图
运行在 图2 中 BMC SoC 端里的 obmc-ikvm，通过标准的 V4L2 命令，操作 video0 设备，可以设置 JPEG 编码器的 YUV 模式、帧率，开启或关闭 stream。此外，obmc-ikvm 接收到来自 VNC Server 模拟键鼠输入事件，会解析成字符输入（Key Event）或坐标输入（Pointer Event），分别发送到USB Gadget HID设备的 hidg0、hidg1。hidg0、hidg1 这两个USB Gadget HID 设备，与 Host 端之间的互联结构，可用 图3 以飞腾腾珑 E2000S 里 UDC 模拟的USB Gadget HID 示例说明。USB Gadget HID 设备通过绑定 Gadget g_hid 函数，注册到 UDC 驱动框架里。模拟成USB键鼠设备挂接到 Host 端的USB总线上，被 Host 端的 USB Host 控制器驱动感知并识别，进而把键鼠信号，输入到 USB Host 控制端，实现操作 Host 的目的。
图3 飞腾腾珑 E2000S USB Gadget 通信
远端视图
obmc-ikvm 支持 vnc 客户端和网页两种视图模式。目前 OurBMC 在 VNC 客户端只支持 iKVM 的三项基础功能，而在网页端实现了 iKVM的 部分扩展功能，增强运维效率与可追溯性。如 图4 所示，在右侧边栏，增加了四个控件，其中上面的两个控件，用于截屏、录制服务器的显示界面。运维人员可通过回看截屏、回放录制的视频，定位分析故障，审计操作是否异常。
图4 OurBMC 的 KVM 网页界面
iKVM 通过“ 实时监控-远程操作-故障复现 ”的运维闭环，构建了服务器管理的全新范式。其屏幕录制与自动截屏功能，为故障排查提供了“ 可视化证据链 ”，不仅提升了运维效率与准确性，更推动了 IT 基础设施向智能化、自动化方向演进。
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