模拟KVM技术在计算机集群管理中的应用

耿士华，吴之光，梁记斌

· （山东超越数控电子有限公司，山东 济南 250104）

模拟KVM技术在计算机集群管理中的应用

耿士华，吴之光，梁记斌

· （山东超越数控电子有限公司，山东 济南 250104）

KVM是键盘(Keyboard)、视频(Video)和鼠标(Mouse)的缩写，KVM技术核心思想是通过少量的键盘、鼠标和显示器配置，实现多主机计算集群系统的高可管理性，提高管理人员工作效率，降低管理成本。本文主要从模拟KVM技术的优越性、关键技术、在计算机集群管理中的应用等方面进行论述。

模拟KVM切换；PS/2协议；OSD图形管理界面

0 引言

随着计算机技术的发展，计算机性能指标不断提高，但是计算机的应用领域甚至比计算机本身的发展更加迅猛，很多场合下单台计算机已不能满足整个计算机应用系统的需要，需要有两台或两台以上计算机组成一个功能完善的系统，庞大的计算机集群系统甚至需要十几或几十台计算机共同搭建而成。对整个计算机集群系统进行管理时涉及到对每单个计算机的操作，在这种形势下，KVM技术及设备应运而生，KVM技术使多计算机特别是服务器组的集中管理更加方便，也是计算机集群集中管理的发展方向。

1 模拟KVM技术概述

KVM是键盘(Keyboard)、视频(Video)和鼠标(Mouse)的缩写，KVM技术核心思想是通过少量的键盘、鼠标和显示器配置，实现多主机计算集群系统的高可管理性，提高管理人员工作效率，降低管理成本[1]。目前，KVM 技术从种类上分，主要有模拟 KVM 技术、IP-KVM 技术(KVM over IP)[2]、无线KVM(3G KVM)。本文阐述的就是其中之一——模拟KVM技术。

模拟KVM技术即模拟KVM切换技术。具体的讲，就是将若干计算机的键盘、鼠标及视频信号集中在一个设备上，即KVM切换器(KVM Switch)，然后通过切换技术只用一组键盘、鼠标和显示器设备来控制所有计算机的操作。这样就组成了一个以KVM切换器为核心的模拟KVM切换系统，模拟KVM切换系统的物理结构图如图1所示。

图1 模拟KVM切换系统的物理结构图

2 模拟KVM技术的优越性

2.1 节省部署空间

对于各个行业极速发展的以计算机、服务器为基础的信息系统部署来说，如果在同一区域的每台主机都单独配置一套输入输出设备，不仅造成设备冗余浪费，而且操作起来很不方便，特别是空间资源有限的情况下部署较多个计算机平台是比较困难的。引入KVM技术可以大量减少外设，为计算机主机腾出大量的空间，提高空间利用率，基于KVM技术的模拟KVM切换器能很好解决这一难题[3]。

2.2 提高管理人员工作效率

在服务器众多的应用场合中，管理人员要查看服务器运行的业务数据，需要遍历每个服务器的控制终端，在噪声和温度等环境恶劣的机房内进行长时间的工作是比较辛苦的，工作环境条件引起的工作效率低下是显而易见的，通过模拟KVM切换器，可在一个控制终端下对若干服务器进行记录、配置工作，可远离机房，提高工作效率。

2.3 节约管理成本

用较少的设备终端，可方便、快捷的完成所有主机的管理工作，节省了设备成本；管理人员工作效率的提高又节约了人力成本。

3 模拟KVM的关键技术

模拟KVM切换器的关键技术就是键盘、鼠标、视频信号的通道切换和管理方式的实现。

3.1 主机键盘、鼠标接口的初始化和键盘的通道切换

以PS/2协议键盘、鼠标接口为例讲述主机键盘、鼠标接口的初始化和键盘的通道切换过程。

模拟KVM切换器的PS/2协议键鼠切换示意图如图2所示。计算机主机开机时，需要PS/2切换模块模拟键盘、鼠标设备完成对主机PS/2接口的初始化过程。初始化过程中，数据既不能丢失，也不能多发重发错发，否则主机键盘、鼠标接口失效，特别是当多台计算机主机同时开机时，PS/2切换模块要并行处理各个主机的键鼠接口初始化，切换模块中要设计出完善的响应和检测机制，保证主机的初始化的成功。另一方面，PS/2切换模块还要能正确初始化PS/2键盘、鼠标设备，保证设备的可用性。

图2 模拟KVM切换器的PS/2协议键鼠切换示意图

特别指出，键盘数据通信是双向的，键盘不仅要向计算机发送键值数据，还要接受来自计算机主机的NumLock、CapsLock和ScrollLock的状态值显示，因此键盘通道切换时，当前计算机的NumLock、CapsLock和ScrollLock的状态值要准确的反应到键盘指示灯上来，否则，会导致大小写、数字键混乱等问题。

3.2 视频切换

模拟KVM切换器的视频切换示意图如图3所示，若干计算机的视频接口任何时刻只有一个通道的视频信号通过切换模块与显示器视频接口相连接。无论是VGA，还是DVI视频信号都有DDC通信信号线在主机启动时读取显示器EDID信息，但只能当前通道主机视频接口能读取到显示器EDID信息。其他通道计算机就可能因显示器与主机显卡默认配置不兼容导致视频输出失败。因此，需要在视频切换模块中挂接EEPROM或其他方法使主机启动时均能读取到显示器EDID信息，从而保证计算机主机均能正常输出视频画面。

图3 模拟KVM切换器的视频切换示意图

3.3 OSD图形管理界面

模拟KVM切换器的管理方式大都是通过OSD图形管理界面实现的，管理员可不必去观察KVM切换器面板的通道显示灯就可了解到当前通道的视频属性、各通道状态等参数。一般情况下，OSD图像界面是通过键盘操作的，因此模拟KVM切换器要抓取每一组来自键盘的信号，对自定义的OSD操作键盘命令进行筛选，当OSD图形管理界面使能时，还要阻止键盘键值发送到当前通道计算机主机。叠加到显示器的OSD图形管理界面使能后就可通过键盘自定义键实现通道切换、通道状态监视等，OSD图像管理界面实现的硬件原理框图如图4所示。

图4 OSD图像管理界面硬件原理框图

4 模拟KVM技术在计算机集群管理中的应用

目前，模拟KVM技术在计算机集群管理中得到广泛应用，模拟KVM切换器设备实现形式也是多种多样。有单切换器式的，需要将键盘、鼠标、显示器设备及其他所有的输入、输出信号都用线缆连接至切换器，线缆繁多复杂。有一体式的，就是将键盘、鼠标、显示器及切换器设备做成一个整体，即KVM一体机设备，这样只需要连接主机的输入输出信号，使用方便。还有就是将切换器设备作为一个模块，成为多机系统的一部分，所有信号连接通过多机系统内部 PCB走线完成，此种方式是目前模拟KVM技术的发展趋势。

随模拟KVM技术在计算机集群管理中的发展，KVM关键技术的实现形式也在不断变化。模拟KVM切换器的键盘、鼠标信号接口有支持PS2协议的，也有支持USB协议的，目前支持二者兼容的模拟KVM切换器开始出现；在视频方面，模拟KVM切换器广泛支持VGA视频，目前基于DVI视频切换模拟的KVM切换器开始发展起来。

5 结语

模拟KVM技术是基于物理信号的现场连接应用，这只是KVM技术的初级应用水平，而基于网络的IP-KVM、无线KVM技术仅用一根网线或无线3G信号实现远程访问若干计算机主机，这是KVM技术的高级阶段，是今后KVM技术的主流发展方向。

[1]陈 辉.KVM远程监控技术在地铁综合监控系统中的应用[J].铁道工程学报,2007(2):94-97

[2]费林渊.基于KVM技术的变电站后台系统远程监视方案[J].电工技术,2009(8):34-35.

[3]姚光华.谈机房管理利器 KVM[J].科技情报开发与经济,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

耿士华（1980-），男，大学本科，研究方向：计算机系统架构设计。