煙草信息化建設中虛擬化技術研究應用范文

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摘要：介紹了煙廠制絲車間中控系統(tǒng)虛擬化服務平臺的研究與應用，通過集成管理環(huán)境，數(shù)據(jù)、環(huán)境災難自動偵測，動態(tài)遷移，實現(xiàn)在業(yè)務不間斷的狀況下進行災難恢復。

關鍵詞：虛擬化，服務器，智能化，災難恢復

1虛擬化技術簡介

虛擬化技術是一種資源管理技術［1］，如圖1所示，是將計算機的各種實體資源，如服務器、網(wǎng)絡、內(nèi)存和存儲等，予以抽象、轉換后以動態(tài)管理的“資源池”呈現(xiàn)出來，從而按需要分配、定制服務器的配置及性能，打破實體結構不或切割的障礙，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)有資源的架設方式、地域或物理組態(tài)所限制的，虛擬化資源包括計算機能力和資料的存儲。在實際生產(chǎn)環(huán)境中，虛擬化技術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，動態(tài)負載均衡和連續(xù)智能優(yōu)化，保證所有應用需要的的資源。如圖2所示，特是實現(xiàn)了系統(tǒng)運行時出現(xiàn)中斷、異常和突發(fā)情況的動態(tài)遷移，對環(huán)境災難［2］的自動偵測以及恢復。近年來，煙草企業(yè)努力向基于信息化建設的智能化工廠［3］發(fā)展，隨之帶來的是大數(shù)據(jù)和復雜的物實體理服務器結構，復雜的網(wǎng)絡結構和龐大的信息量給企業(yè)資源管理技術提出了更高的要求，特別對于煙草企業(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)災難時，將對生產(chǎn)造成重大的影響。虛擬化技術的出現(xiàn)能夠有效地解決這種潛在風險，因此，虛擬化技術是煙草信息化實現(xiàn)的關鍵保障。

2制絲車間信息化建設的現(xiàn)狀

制絲車間中控室管理系統(tǒng)負責提供制絲生產(chǎn)的信息化解決方案，系統(tǒng)搭建于2007年，如圖3所示，硬件設備包括7臺服務器（1臺WinCC服務器、1臺MES服務器、1臺Web服務器、一臺管理應用服務器、一臺Oracle數(shù)據(jù)庫服務器，一臺實時數(shù)據(jù)庫服務器，1臺香料房服務器）、一臺24口思科交換機、1臺APC不間斷電源服務器、2臺服務器機柜以及其他設備。整個系統(tǒng)運行多年存在以下問題：1）硬件故障隱患。服務器及網(wǎng)絡設備已運行六七年，大大超出了服務器及網(wǎng)絡設備的正常使用壽命，隨時可能出現(xiàn)由于元器件老化而引起的設備故障，從而會導致監(jiān)控及計劃系統(tǒng)無法正常使用，影響制絲車間的正常生產(chǎn)活動。2）維護成本提高。硬件的損耗大，備件供應周期長或難以找到備件，人員技術維護困難，系統(tǒng)擴展性差。3）安全隱患。制絲中控室機房只有10m2的空間，服務器及網(wǎng)絡設備整體功率達到10000W。屬于機房空間小，耗電量大，發(fā)熱多的類型。不符合機房建設的安全標準。4）能耗超標。服務器及網(wǎng)絡設備能耗多，發(fā)熱多，空調系統(tǒng)耗電量也會隨之增大，預計機房每年工業(yè)用電費用為10萬元。5）軟硬件不匹配。目前企管部門提供的服務器硬件不支持Windows2003這樣的老的操作系統(tǒng)，而制絲中控的WinCC為6．2版本，只能運行在Windows2003上面。所以當老的服務器硬件發(fā)生故障時，即使更換服務器硬件也無法保證中控室能夠正常一些服務重要服務程序。

3基于虛擬化技術的制絲車間信息化管理系統(tǒng)設計

針對制絲車間信息化平臺設備老化、物理實體服務器眾多、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，利用高性能物理服務器對從多服務器進行整合，開發(fā)一個基于虛擬化技術的新型業(yè)務資源管理信息化平臺，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服務器。vSphereEsxi主機服務器提供CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡、存儲等硬件資源，負責運行虛擬服務器。配置3臺vSphereEsxi主機服務器，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。磁盤陣列負責存儲虛擬機服務器文件。配置1臺磁盤陣列共享存儲，選用HPP2000G3，配置：雙控制器機型，熱插拔冗余電源及風扇。6TSAS容量。3）網(wǎng)絡交換機。網(wǎng)絡交換機負責服務器與中控室網(wǎng)絡及磁盤陣列共享存儲的網(wǎng)絡連接。配置1臺網(wǎng)絡交換機，選用H3C2700－26TP－L，配置：24口千兆。4）服務器機柜。配置1臺服務器機柜，用于存放服務器和網(wǎng)絡設備。5）備份服務器。備份服務器用于存儲虛擬服務器快照文件，以便虛擬服務器恢復使用。備份服務器利舊，要求磁盤空間大于500G。6）KVM。配置1套KVM設備，包括KVM切換器、顯示器、鍵盤和鼠標。

3．2軟件配置

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

3．3虛擬服務器

采用VmwareConverter將現(xiàn)有物理服務器轉換為虛擬服務器。過程中無需對系統(tǒng)及應用程序做任何配置，虛擬服務器將保持原有物理服務器所有功能。需要轉換的物理服務器：1臺WinCC服務器、1臺MES數(shù)采服務器、1臺Web服務器、1臺管理應用服務器、1臺O-racle數(shù)據(jù)庫服務器、1臺實時數(shù)據(jù)庫服務器、1臺香料房服務器需要新增的虛擬服務器：1臺vSpherevCenter服務器，用于管理整個虛擬化平臺的配置。

3．4網(wǎng)絡結構

3．5管理策略

1）對3臺Esxi主機組成的服務機虛擬化平臺設置HA功能，保證虛擬服務器在遇到Esxi主機故障時能夠迅速重新啟動，減少服務器宕機時間。2）對WinCC虛擬服務器設置FT功能，保證WinCC虛擬服務器在遇到Esxi主機故障時能夠不間斷運行，保持生產(chǎn)連續(xù)性。3）對所有生產(chǎn)用虛擬服務器設置VMwareDR（虛擬機備份與恢復功能），實現(xiàn)對虛擬機服務器定期的備份，保證當服務器出現(xiàn)問題后，高效恢復系統(tǒng)，提高生產(chǎn)連續(xù)性，減少停產(chǎn)時間。

4虛擬化技術的功能應用

4．1在線移動應用主機的運行位置

通過vSpherevCenter可以實現(xiàn)虛擬機的動態(tài)遷移，而服務不中斷，根據(jù)設置的資源管理策略，進行有計劃的服務器維護和升級遷移工作負載，使資源利用最大化，并實現(xiàn)服務器的持續(xù)可用性和拓展集成。

4．2分布式資源調度（DRS）

動態(tài)負載均衡和連續(xù)智能優(yōu)化，實現(xiàn)資源按需自動調配，保證所有應用需求的資源。如圖5所示，跨資源池動態(tài)調整計算資源，基于預先定義的規(guī)則智能分配資源，使IT和業(yè)務優(yōu)先級對應，動態(tài)提高系統(tǒng)管理效率以及自動化的硬件維護。

4．3HA提高了系統(tǒng)的可用性

經(jīng)濟有效的適用于所有應用的高可用解決方案，不需要獨占的stand－by硬件，減少了集群軟件的成本和復雜性。所圖5所示，當其中物理實體服務器出現(xiàn)故障時，自動重啟虛擬機，并實現(xiàn)遷移。

4．4容錯（FaultTolerance）

通過虛擬化技術搭建的信息化管理平臺，大大提高了系統(tǒng)的容錯性能。如所6所示，在不同的主機上同步運行相同的虛擬機，當出現(xiàn)硬件故障時，所有虛擬機均可實現(xiàn)零宕機時間、零數(shù)據(jù)損失故障切換，無需復雜的集群或專用硬件所有應用程序和操作系統(tǒng)通用的單一機制。

4．5在線移動應用主機的存儲位置

如圖7所示，虛擬機磁盤存儲獨立遷移，無需虛擬機停機，LUN獨立，支持光纖通道SAN；可以實現(xiàn)無中斷將業(yè)務數(shù)據(jù)刷新到新陣列、不同類別的存儲器或升級成新的文件系統(tǒng)格式。

4．6VMware數(shù)據(jù)恢復

虛擬機的無、基于磁盤的備份和恢復，虛擬機或文件級別的恢復，增量備份和消除重復數(shù)據(jù)以節(jié)約磁盤空間，為虛擬機提供快速、簡單和完整的數(shù)據(jù)保護，通過vCenter實現(xiàn)集中式管理經(jīng)濟高效的存儲管理。

4．7vStorage精簡調配

虛擬機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，對資源分配和消耗的完整報告和警報，顯著提高存儲利用率，減少對虛擬磁盤的過度調配，存儲成本的減少幅度可達50％。

4．8利用電源優(yōu)化功能實現(xiàn)綠色IT

集群需要的資源減少時，DPM會將工作負載整合到較少的服務器上，將不需要的服務器置于待機模式，工作負載需要增加時，再恢復服務器在線狀態(tài)。ESX現(xiàn)在支持使用IntelSpeedStep／AMDPower對各個主機進行電源優(yōu)化，保證服務級別的同時最大限度減少電力消耗，并保證虛擬機不中斷、不宕機。

4．9vNetwork虛擬交換機

聚合集群級別虛擬網(wǎng)絡，簡化的設置和更改，輕松地進行故障排除、監(jiān)視和調試，支持第三方虛擬環(huán)境的透明管理。

5基于虛擬化技術的信息化平臺優(yōu)勢

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器負載整合到一臺服務器，安全可靠地達到很高的硬件利用率。

5．2節(jié)能降耗

虛擬化技術對現(xiàn)場服務器群進行了整合，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，物理主機被虛擬化后，計算資源均被池化。當資源池里一個節(jié)點發(fā)生故障時，運行在其上的虛擬機將自動遷移到健康的物理主機上，減少硬件故障帶來的風險。

5．4延長老系統(tǒng)生命周期

當前業(yè)務系統(tǒng)遷移至虛擬化平臺之上，在“虛擬化平臺”中，遷移后業(yè)務系統(tǒng)運行于虛擬層之上，獨立于硬件平臺，與硬件的兼容性問題也就迎刃而解。遷移過程，利用虛擬化的轉換工具，將原來的操作系統(tǒng)以及應用程序完整的轉換成虛擬機，并在虛擬化平臺上運行虛擬機，從此，此虛擬機將可以完全替代原有系統(tǒng)，整個遷移過程可以保證遷移前后系統(tǒng)完全一致。延長業(yè)務系統(tǒng)的生命周期，降低硬件風險，保護投資。

5．5提高業(yè)務延續(xù)性

1）LiveMotion（vMotion）：當服務器需要停機進行維護時，該主機上運行的虛擬機可以動態(tài)地遷移到其他主機，遷移過程對業(yè)務的中斷極短（數(shù)秒內(nèi)）甚至感覺不到業(yè)務中斷。2）HighAvailability（HA）：當服務器宕機后，15s后，該服務器上運行的虛擬主機將在另一臺主機上啟動，這樣服務器硬件故障對業(yè)務影響可以控制在10分鐘之內(nèi)。3）FailureTolerance（FT）：應用了FT技術的虛擬機在另外的主機上有一個完全一致的拷貝，當該該虛擬機宕機時，另外一臺可以立刻上線，整個過程是透明的，業(yè)務中斷時間為零。

5．6從不可預知的災難中恢復業(yè)務

如圖11所示，集成于虛擬化管理環(huán)境的站點恢復和存儲容災方案，可以從容應對異地容災難題。自動偵測災難發(fā)生，在不間斷業(yè)務的狀況下進行災難恢復測試，簡化操作恢復步驟，自動化恢復過程以滿足恢復目標，并保證了控制存儲底層的數(shù)據(jù)同步。

6結束語

基于虛擬化技術的業(yè)務資源管理平臺，在煙草信息化建設中起到至關重要的作用，是大數(shù)據(jù)管理以及連續(xù)性業(yè)務執(zhí)行的有力支撐。通過對虛擬化技術的研究，并實際應用到了制絲車間信息化建設中，不但有效地減少了原有信息化平臺存在的風險，同時為節(jié)能降耗以及后續(xù)業(yè)務管理的拓展打下了堅實的基礎。

參考文獻

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［3］謝康，陳禹，烏家培．企業(yè)信息化的競爭優(yōu)勢［J］．經(jīng)濟研究，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)有限責任公司湛江卷煙廠