煙草信息化建設(shè)中虛擬化技術(shù)研究應(yīng)用范文

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摘要：介紹了煙廠制絲車間中控系統(tǒng)虛擬化服務(wù)平臺(tái)的研究與應(yīng)用，通過集成管理環(huán)境，數(shù)據(jù)、環(huán)境災(zāi)難自動(dòng)偵測(cè)，動(dòng)態(tài)遷移，實(shí)現(xiàn)在業(yè)務(wù)不間斷的狀況下進(jìn)行災(zāi)難恢復(fù)。

關(guān)鍵詞：虛擬化，服務(wù)器，智能化，災(zāi)難恢復(fù)

1虛擬化技術(shù)簡(jiǎn)介

虛擬化技術(shù)是一種資源管理技術(shù)［1］，如圖1所示，是將計(jì)算機(jī)的各種實(shí)體資源，如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)存和存儲(chǔ)等，予以抽象、轉(zhuǎn)換后以動(dòng)態(tài)管理的“資源池”呈現(xiàn)出來，從而按需要分配、定制服務(wù)器的配置及性能，打破實(shí)體結(jié)構(gòu)不或切割的障礙，使用企業(yè)可以比原本的組態(tài)更好的方式來應(yīng)用這些資源。這些資源的新虛擬部份是不受現(xiàn)有資源的架設(shè)方式、地域或物理組態(tài)所限制的，虛擬化資源包括計(jì)算機(jī)能力和資料的存儲(chǔ)。在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中，虛擬化技術(shù)能夠有效解決高性能物理硬件能力過剩和老舊硬件重組重用，使用底層物理硬件透明，動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡和連續(xù)智能優(yōu)化，保證所有應(yīng)用需要的的資源。如圖2所示，特是實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)中斷、異常和突發(fā)情況的動(dòng)態(tài)遷移，對(duì)環(huán)境災(zāi)難［2］的自動(dòng)偵測(cè)以及恢復(fù)。近年來，煙草企業(yè)努力向基于信息化建設(shè)的智能化工廠［3］發(fā)展，隨之帶來的是大數(shù)據(jù)和復(fù)雜的物實(shí)體理服務(wù)器結(jié)構(gòu)，復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和龐大的信息量給企業(yè)資源管理技術(shù)提出了更高的要求，特別對(duì)于煙草企業(yè)管理系統(tǒng)（ERP）和生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）［4］高度集成的狀況下，資源管理環(huán)境出現(xiàn)災(zāi)難時(shí)，將對(duì)生產(chǎn)造成重大的影響。虛擬化技術(shù)的出現(xiàn)能夠有效地解決這種潛在風(fēng)險(xiǎn)，因此，虛擬化技術(shù)是煙草信息化實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵保障。

2制絲車間信息化建設(shè)的現(xiàn)狀

制絲車間中控室管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)提供制絲生產(chǎn)的信息化解決方案，系統(tǒng)搭建于2007年，如圖3所示，硬件設(shè)備包括7臺(tái)服務(wù)器（1臺(tái)WinCC服務(wù)器、1臺(tái)MES服務(wù)器、1臺(tái)Web服務(wù)器、一臺(tái)管理應(yīng)用服務(wù)器、一臺(tái)Oracle數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，一臺(tái)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，1臺(tái)香料房服務(wù)器）、一臺(tái)24口思科交換機(jī)、1臺(tái)APC不間斷電源服務(wù)器、2臺(tái)服務(wù)器機(jī)柜以及其他設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行多年存在以下問題：1）硬件故障隱患。服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備已運(yùn)行六七年，大大超出了服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的正常使用壽命，隨時(shí)可能出現(xiàn)由于元器件老化而引起的設(shè)備故障，從而會(huì)導(dǎo)致監(jiān)控及計(jì)劃系統(tǒng)無法正常使用，影響制絲車間的正常生產(chǎn)活動(dòng)。2）維護(hù)成本提高。硬件的損耗大，備件供應(yīng)周期長或難以找到備件，人員技術(shù)維護(hù)困難，系統(tǒng)擴(kuò)展性差。3）安全隱患。制絲中控室機(jī)房只有10m2的空間，服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備整體功率達(dá)到10000W。屬于機(jī)房空間小，耗電量大，發(fā)熱多的類型。不符合機(jī)房建設(shè)的安全標(biāo)準(zhǔn)。4）能耗超標(biāo)。服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能耗多，發(fā)熱多，空調(diào)系統(tǒng)耗電量也會(huì)隨之增大，預(yù)計(jì)機(jī)房每年工業(yè)用電費(fèi)用為10萬元。5）軟硬件不匹配。目前企管部門提供的服務(wù)器硬件不支持Windows2003這樣的老的操作系統(tǒng)，而制絲中控的WinCC為6．2版本，只能運(yùn)行在Windows2003上面。所以當(dāng)老的服務(wù)器硬件發(fā)生故障時(shí)，即使更換服務(wù)器硬件也無法保證中控室能夠正常一些服務(wù)重要服務(wù)程序。

3基于虛擬化技術(shù)的制絲車間信息化管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)制絲車間信息化平臺(tái)設(shè)備老化、物理實(shí)體服務(wù)器眾多、能耗大、系統(tǒng)兼容性不足、資源管理安全性差等問題，引用虛擬化技術(shù)，利用高性能物理服務(wù)器對(duì)從多服務(wù)器進(jìn)行整合，開發(fā)一個(gè)基于虛擬化技術(shù)的新型業(yè)務(wù)資源管理信息化平臺(tái)，提升信息數(shù)據(jù)管理的安全性以及生產(chǎn)經(jīng)營管理效率。

3．1硬件配置

1）vSphereEsxi服務(wù)器。vSphereEsxi主機(jī)服務(wù)器提供CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)等硬件資源，負(fù)責(zé)運(yùn)行虛擬服務(wù)器。配置3臺(tái)vSphereEsxi主機(jī)服務(wù)器，選用HPDL580G7。配置：2*E7－4850G7CPUKit／64G／2*300GSAS／冗余電源／R5／DVD／單配雙口網(wǎng)卡。2）磁盤陣列。磁盤陣列負(fù)責(zé)存儲(chǔ)虛擬機(jī)服務(wù)器文件。配置1臺(tái)磁盤陣列共享存儲(chǔ)，選用HPP2000G3，配置：雙控制器機(jī)型，熱插拔冗余電源及風(fēng)扇。6TSAS容量。3）網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)負(fù)責(zé)服務(wù)器與中控室網(wǎng)絡(luò)及磁盤陣列共享存儲(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)連接。配置1臺(tái)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，選用H3C2700－26TP－L，配置：24口千兆。4）服務(wù)器機(jī)柜。配置1臺(tái)服務(wù)器機(jī)柜，用于存放服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。5）備份服務(wù)器。備份服務(wù)器用于存儲(chǔ)虛擬服務(wù)器快照文件，以便虛擬服務(wù)器恢復(fù)使用。備份服務(wù)器利舊，要求磁盤空間大于500G。6）KVM。配置1套KVM設(shè)備，包括KVM切換器、顯示器、鍵盤和鼠標(biāo)。

3．2軟件配置

配置一套vSphereEsxi軟件，包括6CPU授權(quán)；配置一套vSpherevCenter。

3．3虛擬服務(wù)器

采用VmwareConverter將現(xiàn)有物理服務(wù)器轉(zhuǎn)換為虛擬服務(wù)器。過程中無需對(duì)系統(tǒng)及應(yīng)用程序做任何配置，虛擬服務(wù)器將保持原有物理服務(wù)器所有功能。需要轉(zhuǎn)換的物理服務(wù)器：1臺(tái)WinCC服務(wù)器、1臺(tái)MES數(shù)采服務(wù)器、1臺(tái)Web服務(wù)器、1臺(tái)管理應(yīng)用服務(wù)器、1臺(tái)O-racle數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、1臺(tái)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、1臺(tái)香料房服務(wù)器需要新增的虛擬服務(wù)器：1臺(tái)vSpherevCenter服務(wù)器，用于管理整個(gè)虛擬化平臺(tái)的配置。

3．4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3．5管理策略

1）對(duì)3臺(tái)Esxi主機(jī)組成的服務(wù)機(jī)虛擬化平臺(tái)設(shè)置HA功能，保證虛擬服務(wù)器在遇到Esxi主機(jī)故障時(shí)能夠迅速重新啟動(dòng)，減少服務(wù)器宕機(jī)時(shí)間。2）對(duì)WinCC虛擬服務(wù)器設(shè)置FT功能，保證WinCC虛擬服務(wù)器在遇到Esxi主機(jī)故障時(shí)能夠不間斷運(yùn)行，保持生產(chǎn)連續(xù)性。3）對(duì)所有生產(chǎn)用虛擬服務(wù)器設(shè)置VMwareDR（虛擬機(jī)備份與恢復(fù)功能），實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬機(jī)服務(wù)器定期的備份，保證當(dāng)服務(wù)器出現(xiàn)問題后，高效恢復(fù)系統(tǒng)，提高生產(chǎn)連續(xù)性，減少停產(chǎn)時(shí)間。

4虛擬化技術(shù)的功能應(yīng)用

4．1在線移動(dòng)應(yīng)用主機(jī)的運(yùn)行位置

通過vSpherevCenter可以實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)的動(dòng)態(tài)遷移，而服務(wù)不中斷，根據(jù)設(shè)置的資源管理策略，進(jìn)行有計(jì)劃的服務(wù)器維護(hù)和升級(jí)遷移工作負(fù)載，使資源利用最大化，并實(shí)現(xiàn)服務(wù)器的持續(xù)可用性和拓展集成。

4．2分布式資源調(diào)度（DRS）

動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡和連續(xù)智能優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)資源按需自動(dòng)調(diào)配，保證所有應(yīng)用需求的資源。如圖5所示，跨資源池動(dòng)態(tài)調(diào)整計(jì)算資源，基于預(yù)先定義的規(guī)則智能分配資源，使IT和業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)對(duì)應(yīng)，動(dòng)態(tài)提高系統(tǒng)管理效率以及自動(dòng)化的硬件維護(hù)。

4．3HA提高了系統(tǒng)的可用性

經(jīng)濟(jì)有效的適用于所有應(yīng)用的高可用解決方案，不需要獨(dú)占的stand－by硬件，減少了集群軟件的成本和復(fù)雜性。所圖5所示，當(dāng)其中物理實(shí)體服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)重啟虛擬機(jī)，并實(shí)現(xiàn)遷移。

4．4容錯(cuò)（FaultTolerance）

通過虛擬化技術(shù)搭建的信息化管理平臺(tái)，大大提高了系統(tǒng)的容錯(cuò)性能。如所6所示，在不同的主機(jī)上同步運(yùn)行相同的虛擬機(jī)，當(dāng)出現(xiàn)硬件故障時(shí)，所有虛擬機(jī)均可實(shí)現(xiàn)零宕機(jī)時(shí)間、零數(shù)據(jù)損失故障切換，無需復(fù)雜的集群或?qū)Ｓ糜布袘?yīng)用程序和操作系統(tǒng)通用的單一機(jī)制。

4．5在線移動(dòng)應(yīng)用主機(jī)的存儲(chǔ)位置

如圖7所示，虛擬機(jī)磁盤存儲(chǔ)獨(dú)立遷移，無需虛擬機(jī)停機(jī)，LUN獨(dú)立，支持光纖通道SAN；可以實(shí)現(xiàn)無中斷將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)刷新到新陣列、不同類別的存儲(chǔ)器或升級(jí)成新的文件系統(tǒng)格式。

4．6VMware數(shù)據(jù)恢復(fù)

虛擬機(jī)的無、基于磁盤的備份和恢復(fù)，虛擬機(jī)或文件級(jí)別的恢復(fù)，增量備份和消除重復(fù)數(shù)據(jù)以節(jié)約磁盤空間，為虛擬機(jī)提供快速、簡(jiǎn)單和完整的數(shù)據(jù)保護(hù)，通過vCenter實(shí)現(xiàn)集中式管理經(jīng)濟(jì)高效的存儲(chǔ)管理。

4．7vStorage精簡(jiǎn)調(diào)配

虛擬機(jī)磁盤僅占用正在使用的物理磁盤空間，始終可以看到完整的邏輯磁盤大小，對(duì)資源分配和消耗的完整報(bào)告和警報(bào)，顯著提高存儲(chǔ)利用率，減少對(duì)虛擬磁盤的過度調(diào)配，存儲(chǔ)成本的減少幅度可達(dá)50％。

4．8利用電源優(yōu)化功能實(shí)現(xiàn)綠色I(xiàn)T

集群需要的資源減少時(shí)，DPM會(huì)將工作負(fù)載整合到較少的服務(wù)器上，將不需要的服務(wù)器置于待機(jī)模式，工作負(fù)載需要增加時(shí)，再恢復(fù)服務(wù)器在線狀態(tài)。ESX現(xiàn)在支持使用IntelSpeedStep／AMDPower對(duì)各個(gè)主機(jī)進(jìn)行電源優(yōu)化，保證服務(wù)級(jí)別的同時(shí)最大限度減少電力消耗，并保證虛擬機(jī)不中斷、不宕機(jī)。

4．9vNetwork虛擬交換機(jī)

聚合集群級(jí)別虛擬網(wǎng)絡(luò)，簡(jiǎn)化的設(shè)置和更改，輕松地進(jìn)行故障排除、監(jiān)視和調(diào)試，支持第三方虛擬環(huán)境的透明管理。

5基于虛擬化技術(shù)的信息化平臺(tái)優(yōu)勢(shì)

5．1提高硬件利用率

如圖8所示，虛擬化使得低利用率的服務(wù)器負(fù)載整合到一臺(tái)服務(wù)器，安全可靠地達(dá)到很高的硬件利用率。

5．2節(jié)能降耗

虛擬化技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器群進(jìn)行了整合，有效地節(jié)省了電力消耗，如圖9所示。

5．3提高系統(tǒng)可用性

如圖10所示，物理主機(jī)被虛擬化后，計(jì)算資源均被池化。當(dāng)資源池里一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，運(yùn)行在其上的虛擬機(jī)將自動(dòng)遷移到健康的物理主機(jī)上，減少硬件故障帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

5．4延長老系統(tǒng)生命周期

當(dāng)前業(yè)務(wù)系統(tǒng)遷移至虛擬化平臺(tái)之上，在“虛擬化平臺(tái)”中，遷移后業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行于虛擬層之上，獨(dú)立于硬件平臺(tái)，與硬件的兼容性問題也就迎刃而解。遷移過程，利用虛擬化的轉(zhuǎn)換工具，將原來的操作系統(tǒng)以及應(yīng)用程序完整的轉(zhuǎn)換成虛擬機(jī)，并在虛擬化平臺(tái)上運(yùn)行虛擬機(jī)，從此，此虛擬機(jī)將可以完全替代原有系統(tǒng)，整個(gè)遷移過程可以保證遷移前后系統(tǒng)完全一致。延長業(yè)務(wù)系統(tǒng)的生命周期，降低硬件風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)投資。

5．5提高業(yè)務(wù)延續(xù)性

1）LiveMotion（vMotion）：當(dāng)服務(wù)器需要停機(jī)進(jìn)行維護(hù)時(shí)，該主機(jī)上運(yùn)行的虛擬機(jī)可以動(dòng)態(tài)地遷移到其他主機(jī)，遷移過程對(duì)業(yè)務(wù)的中斷極短（數(shù)秒內(nèi)）甚至感覺不到業(yè)務(wù)中斷。2）HighAvailability（HA）：當(dāng)服務(wù)器宕機(jī)后，15s后，該服務(wù)器上運(yùn)行的虛擬主機(jī)將在另一臺(tái)主機(jī)上啟動(dòng)，這樣服務(wù)器硬件故障對(duì)業(yè)務(wù)影響可以控制在10分鐘之內(nèi)。3）FailureTolerance（FT）：應(yīng)用了FT技術(shù)的虛擬機(jī)在另外的主機(jī)上有一個(gè)完全一致的拷貝，當(dāng)該該虛擬機(jī)宕機(jī)時(shí)，另外一臺(tái)可以立刻上線，整個(gè)過程是透明的，業(yè)務(wù)中斷時(shí)間為零。

5．6從不可預(yù)知的災(zāi)難中恢復(fù)業(yè)務(wù)

如圖11所示，集成于虛擬化管理環(huán)境的站點(diǎn)恢復(fù)和存儲(chǔ)容災(zāi)方案，可以從容應(yīng)對(duì)異地容災(zāi)難題。自動(dòng)偵測(cè)災(zāi)難發(fā)生，在不間斷業(yè)務(wù)的狀況下進(jìn)行災(zāi)難恢復(fù)測(cè)試，簡(jiǎn)化操作恢復(fù)步驟，自動(dòng)化恢復(fù)過程以滿足恢復(fù)目標(biāo)，并保證了控制存儲(chǔ)底層的數(shù)據(jù)同步。

6結(jié)束語

基于虛擬化技術(shù)的業(yè)務(wù)資源管理平臺(tái)，在煙草信息化建設(shè)中起到至關(guān)重要的作用，是大數(shù)據(jù)管理以及連續(xù)性業(yè)務(wù)執(zhí)行的有力支撐。通過對(duì)虛擬化技術(shù)的研究，并實(shí)際應(yīng)用到了制絲車間信息化建設(shè)中，不但有效地減少了原有信息化平臺(tái)存在的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)為節(jié)能降耗以及后續(xù)業(yè)務(wù)管理的拓展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

［1］廣小明，胡杰，陳龍，等．虛擬化技術(shù)原理與實(shí)現(xiàn)［M］．北京：中國電子工業(yè)出版社，2012

［2］程伍端．計(jì)算機(jī)虛擬化技術(shù)的分析與應(yīng)用［J］．計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2008，36（11）：175－178

［3］謝康，陳禹，烏家培．企業(yè)信息化的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)［J］．經(jīng)濟(jì)研究，1999（9）

［4］Q／GYG14．025信息化規(guī)劃管理程序［S］［5］Q／GYG14．006信息安全保障管理規(guī)定［S］

作者：姚慶豐 單位：廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司湛江卷煙廠