通过COM口管理LINUX服务器,Linux串口终端配置

edgeman03

通过COM口管理LINUX服务器本文简要地介绍了如何通过常见的COM口进行LINUX服务器的控制台的扩展，具有实用性和简易性，不受服务器网络等条件的限制，可以方便地管理实际生产环境中的LINUX服务器。说到管理LINUX服务器，大家会有很多种不同的办法：键盘+显示器、通过网络登陆、基于WEB的工具、X系统下的图形工具等等，这些方法用在普通的服务器或者自己的PC服务器上是没有任何问题的，但是要管理一台24X7模式的服务器，确保在任何情况下都能直接快捷地管理到服务器，就不是那么容易了。
对比以上说到的几种方式：

X系统下的图形工具。这当然是界面很友好的方式了，而且X系统也可以通过网络扩展到远程，但网络毕竟不是这么可靠，如果服务器的网络瘫痪了，你正好需要远程解决网络的问题，那该怎么做？

基于WEB的工具。这种方式的界面也是相当友好，如webadmin，但是由于安全方面的问题，这些工具是不会安装在真正重要的服务器上的，另外这种方式也受限于网络；

通过网络登陆。这是常用的办法，一般服务器会对信赖的远程站点开放SSH服务，以便维护人员可以远程登陆进行日常维护，这是很安全的，但很不幸它还是基于网络的，当然也受限于网络；

键盘+显示器。这是最保险的办法，笔者都建议使用这种最保险的办法，但是很不幸这也是有缺陷的，就是有很多服务器都不配备显示器和键盘，就算有，也只是安装系统时使用，一旦投入生产运行就不再使用显示器和键盘了。
其实对于UNIX/LINUX系统的服务器，可以通过COM口即串行口来扩展系统的控制台，作为另外的途径管理服务器。
CONSOLE，即控制台，是系统输出管理信息的字符输出设备，这些管理信息是由内核产生，比如系统日志、告警信息等。LINUX下默认的控制台就是键盘和显示器，而一些老式的SUN、HP、IBM服务器则使用串行口接Text Terminal[1]（字符终端,如著名的DEC的VT100）作为控制台，这也是这次将要介绍的方式。
字符终端在大型机时代用得比较多，一个大型机通常联接许多终端，每个终端没有处理能力，只是简单地用键盘输入和从屏幕输出结果，处理过程都是由大型机完成。字符终端屏幕多为黑白字符型的，不具备图形显示功能。这里介绍的Text Terminal和大型机的终端是一样的，只不过市场上早就没有新的终端设备了，现在都是通过应用程序模拟一个终端，叫虚拟终端，如WINDOWS的超级终端就是常用的一个虚拟终端程序，在管理工作站上用打开超级终端（使用正确的速率），就相当于一个终端了。
这种通过串行口实行CONSOLE功能是广泛使用的，如CISCO的路由器，都是通过这种方式进行设备的管理，小小的一条CONSOLE线就相当于一台PC的显示器加键盘，这无疑为路由器省下了许多不必要的配件，而事实上部分CISCO的设备就是一台PC，如思科PIX515防火墙，只要你插上一块PCI的显卡到PCI槽，接上显示器，按下PIX的开关，你就可以看到一台BX主板、奔腾II代350MHZ处理器、128M内存电脑的启动信息，和一台普通电脑启动是没有任何区别的。当PIX完成自检后，控制台就转到CONSOLE口上了，而那个RJ45接口的CONSOLE口，其实就是一个COM口，只是接口形式不是9针D形口而己。
现在可以明确我们需要做的工作了：使用管理工作站的虚拟终端程序模拟一个字符终端设备，通过COM口对COM口的形式将LINUX的CONSOLE重定向到该虚拟终端，以实现从虚拟终端控制LINUX服务器。步骤如下：
1、制作交叉线
两台电脑要用COM口互联起来需要一种"NULL MODEM CABLE"，"NULL MODEM CABLE"直译过来大致是"交叉MODEM线"，和网线的交叉线意思相近，这是用来"背靠背"联接两个DTE设备的，两头都是9针D型母接头，分别插入管理工作站和服务器的COM口中，为了方便标识建议都接第一个COM口。这种线可以自己制作，也可以去电脑城买，最方便的是有CISCO的标准CONSOLE线加RJ45转9针D型母接头的转接头(部件号74-0495-01)，可以直接使用。自己制作可以参考以下的线序：
缩写引脚定义方向引脚定义RxDReceive Data 23 TxD Transmit DataTxDTransmit Data 3---->2 RxD Receive Data　+-->6 DSR Data Set ReadyDTRData Terminal Ready 4--+-->1 DCD Carrier DetectGNDSignal Ground 55 GND Signal GroundDCDCarrier Detect 1　DSRData Set Ready 64 DTR Data Terminal ReadyRTSRequest To Send 7---->8 CTS Clear To SendCTSClear To Send 87 RTS Request To SendRIRing Indicator 9(not used)
制作时需要把Txd与Rxd、CTS与RTS、GND与GND、DTR与DSR&DCD交叉相联，DSR&DCD表示这两个引脚串联在一起作为一个引脚信号。更多的详细介绍参见Serial-HOWTO[3]。




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2、测试联通性
管理工作站和服务器接上交叉线后，可以简单地来测试一下这条线是否起作用。在管理工作站上用超级终端新建一个联接，速率9600，8数据位，1停止位，无奇偶校验位，无硬件"Flow control"；在服务器上echo '1'>/dev/ttyS0(需要ROOT权限)，在管理工作站超级终端里观察是否能收到数字1，如果能收到就表明联接无问题。如果不能收到则要在服务器上检查一下各信号引脚是否正确，使用命令"statserial /dev/ttyS0"可以查看当前串行口的状态（在CABLE对端不接管理工作站时或者线序错误时DSR状态为0），联接状态如下：
Device: /dev/ttyS0Signal NamePin（25）Pin（9）Direction (computer)StatusFull Name-------------------------------FG1---Frame GroundTxD23out-Transmit DataRxD32in-Receive DataRTS47out1Request To SendCTS58in0Clear To SendDSR66in1Data Set ReadyGND75--Signal GroundDCD81in0Data Carrier DetectDTR204out1Data Terminal ReadyRI229in0Ring Indicator




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3、从POST开始
这是很多电脑都无法实现的功能，这主要取决于主板BIOS是否支持。POST（Power On Self Test）即我们通常说的自检，我们可以看到系统的基本信息及检查过程，当然也有可能有出错的提示信息及相应的处理提示，有一些型号的服务器主板（如INTEL原装NL440BX）可以将POST重定向到COM口，这样我们可以接一个终端在COM口上便能看到POST过程，当然也可以通过终端操作，完全不需要键盘和显示器。可惜一般情况下我们的主板并不支持这项功能，但是没有关系，我们可以先设定好BIOS参数（Halt On 设置为None）忽略无关紧要的出错信息，让每次系统自检都顺利通过，这样系统便能顺利进入硬盘启动了。




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4、重定向GRUB
也许你有几个系统（如FreeBSD），或者有新的内核需要进行测试，你可能希望通过COM口来选择系统，将GRUB重定向到COM口也是可能的。我们在GRUB的manual页[4]可以看到其支持seriral终端，在GRUB配置文件第一条Title的前面加入两行如下：
serial --unit=0 --speed=38400
terminal serial console
我们便能从接在COM口上的终端中看到GRUB的提示信息，通过上、下键选择光带就可以正确地进入各个系统了。LILO的用法类似，请参阅LILO的手册页。




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5、重定向CONSOLE
为了能够控制LINUX服务器启动过程，我们需要传递一些参数到LINUX内核中，从serial-console[2]中我们可以看到只需要将console=ttyS0,9600传递到内核中就可以实现CONSOLE重定向到串口。当然9600的速度太慢，我们可以使用38400的速率，这样显示的速度就和启动时显示器上显示的速度差不多了。我的服务器使用GRUB，所以我的/boot/grub/menu.lst文件中kernel语句如下：
kernel /vmlinuz-2.4.20-8 ro root=LABEL=/ console=tty0 console=ttyS0,38400
现在重新启动LINUX服务器，打开超级终端，不出意外就能看到平时在显示器上才看得到的启动信息，当然你也可以按"i"键进入交互式的启动模式，当然在不小心踢掉电源后也能轻松输入"Y"进行文件系统检测，是不是很好用？不过启动完了系统后怎么就停在那里不动了？好像LINUX很笨啊，它居然不知道我想从这里登录进系统？不要怪LINUX，我们马上就来解释为什么会这样以及解决办法。




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6、开启ttyS0登陆
其实LINUX启动时的信息都是由KERNEL显示的，缺省情况下启动完毕了后init再运行mingetty来提供6个虚拟终端来登陆系统，这可以在/etc/inittab文件中清楚地看到。其实login和内核是没有关系的，所以如果只是在内核中加入参数使其能从COM口交互式地操作并不代表能从超级终端登录系统，我们需要另外运行一个提供从串口登录能力的程序，这个程序就是agetty，它是属于util-linux软件包中的一员，大家可以参考其man手册页以获得更多的信息，这些信息在其他的文档[1][3]中也都提及到了。我在服务器的/etc/inittab文件中加了一行如下：
S0:2345:respawn:/sbin/agetty -L 38400 ttyS0
这样我们就能从超级终端登录系统了，很好用吧。




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7、一些经验
使用ttyS0登录还有一些小的窍门和经验，以下是我的经验：
COM口的传输距离有限制，普通的线缆只有15米的有效距离，建议使用5类双绞线，可以扩展到50米仍能正常操作；
大家一般会想使用root从ttyS0登录，但是默认的这是不行的，我们需要把该终端加入到文件/etc/securetty中，就是说终端ttyS0是安全的终端，可以使用root登录；
如果服务器长时间开着的话，最好每次都使用exit退出该终端，因为如果不退出来的话，下次再登陆可能会出现输入乱码导致终端不可用等问题，而在登录提示符下输入乱码则无关紧要；
如果你是通过这种方法管理一台实际24X7开着的服务器的话，你可能会有时发现在终端中按回车没有任何反映，有一种可能性就是系统在停电后再开机出现不能启动NFS和sendmail之类的服务，就这样卡在那里死锁住了，这在电源不稳定的情况下尤其多见，所以一定要给你的LINUX服务器接上UPS不间断电源，或者在系统BIOS里设置断电后不再启动系统(如果它不是太重要的话)，在这种情况下只有按键盘重新启动或者直接断电再重新启动一次，检查启动过程到底发生了什么事情，一般只需要检查一遍硬盘就没有问题了；
如果你的ttyS0出现乱码没有办法使用的话，可以尝试着从网络登陆，把/etc/inittab中ttyS0那一行注释，使用"init q"命令停止通过inittab启动的agetty，然后再重新取消/etc/inittab中的注释，再次"init q"命令启动agetty，不出意外就能恢复正常了。




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结束语
到此我们就方便地管理没有显示器和键盘的LINUX服务器了，实际生产中可以使用终端服务器代替管理工作站来管理非常多的服务器。简单地说终端服务器有许多COM口，可以同时连接多个服务器（或者网络设备如思科路由器）的CONSOLE，以实现集中式管理。LINUX也可以作为优秀的终端服务器，我们将另作介绍。
参考资料

[1]Text-Terminal-HOWTO:
http://huter.xtu.edu.cn/linux/howto/Text-Terminal-HOWTO.pdf

[2]serial-console
http://huter.xtu.edu.cn/share/doc/kernel-doc-2.4.20/serial-console.txt

[3]Serial-HOWTO
http://huter.xtu.edu.cn/linux/howto/Serial-HOWTO.pdf

[4]GRUB manual
http://www.gnu.org/manual/grub/text/grub.txt


关于作者


Huter.Liu 系统集成工程师。熟悉LINUX及CISCO产品，主要从事网络、主机系统集成工作。
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