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烟草信息化建设中虚拟化技术研究应用

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摘要:介绍了烟厂制丝车间中控系统虚拟化服务平台的研究与应用,通过集成管理环境,数据、环境灾难自动侦测,动态迁移,实现在业务不间断的状况下进行灾难恢复。

关键词:虚拟化,服务器,智能化,灾难恢复

1虚拟化技术简介

虚拟化技术是一种资源管理技术[1],如图1所示,是将计算机的各种实体资源,如服务器、网络、内存和存储等,予以抽象、转换后以动态管理的“资源池”呈现出来,从而按需要分配、定制服务器的配置及性能,打破实体结构不或切割的障碍,使用企业可以比原本的组态更好的方式来应用这些资源。这些资源的新虚拟部份是不受现有资源的架设方式、地域或物理组态所限制的,虚拟化资源包括计算机能力和资料的存储。在实际生产环境中,虚拟化技术能够有效解决高性能物理硬件能力过剩和老旧硬件重组重用,使用底层物理硬件透明,动态负载均衡和连续智能优化,保证所有应用需要的的资源。如图2所示,特是实现了系统运行时出现中断、异常和突发情况的动态迁移,对环境灾难[2]的自动侦测以及恢复。近年来,烟草企业努力向基于信息化建设的智能化工厂[3]发展,随之带来的是大数据和复杂的物实体理服务器结构,复杂的网络结构和庞大的信息量给企业资源管理技术提出了更高的要求,特别对于烟草企业管理系统(ERP)和生产执行系统(MES)[4]高度集成的状况下,资源管理环境出现灾难时,将对生产造成重大的影响。虚拟化技术的出现能够有效地解决这种潜在风险,因此,虚拟化技术是烟草信息化实现的关键保障。

2制丝车间信息化建设的现状

制丝车间中控室管理系统负责提供制丝生产的信息化解决方案,系统搭建于2007年,如图3所示,硬件设备包括7台服务器(1台WinCC服务器、1台MES服务器、1台Web发布服务器、一台管理应用服务器、一台Oracle数据库服务器,一台实时数据库服务器,1台香料房服务器)、一台24口思科交换机、1台APC不间断电源服务器、2台服务器机柜以及其他设备。整个系统运行多年存在以下问题:1)硬件故障隐患。服务器及网络设备已运行六七年,大大超出了服务器及网络设备的正常使用寿命,随时可能出现由于元器件老化而引起的设备故障,从而会导致监控及计划系统无法正常使用,影响制丝车间的正常生产活动。2)维护成本提高。硬件的损耗大,备件供应周期长或难以找到备件,人员技术维护困难,系统扩展性差。3)安全隐患。制丝中控室机房只有10m2的空间,服务器及网络设备整体功率达到10000W。属于机房空间小,耗电量大,发热多的类型。不符合机房建设的安全标准。4)能耗超标。服务器及网络设备能耗多,发热多,空调系统耗电量也会随之增大,预计机房每年工业用电费用为10万元。5)软硬件不匹配。目前企管部门提供的服务器硬件不支持Windows2003这样的老的操作系统,而制丝中控的WinCC为6.2版本,只能运行在Windows2003上面。所以当老的服务器硬件发生故障时,即使更换服务器硬件也无法保证中控室能够正常一些服务重要服务程序。

3基于虚拟化技术的制丝车间信息化管理系统设计

针对制丝车间信息化平台设备老化、物理实体服务器众多、能耗大、系统兼容性不足、资源管理安全性差等问题,引用虚拟化技术,利用高性能物理服务器对从多服务器进行整合,开发一个基于虚拟化技术的新型业务资源管理信息化平台,提升信息数据管理的安全性以及生产经营管理效率。

3.1硬件配置

1)vSphereEsxi服务器。vSphereEsxi主机服务器提供CPU、内存、网络、存储等硬件资源,负责运行虚拟服务器。配置3台vSphereEsxi主机服务器,选用HPDL580G7。配置:2*E7-4850G7CPUKit/64G/2*300GSAS/冗余电源/R5/DVD/单配双口网卡。2)磁盘阵列。磁盘阵列负责存储虚拟机服务器文件。配置1台磁盘阵列共享存储,选用HPP2000G3,配置:双控制器机型,热插拔冗余电源及风扇。6TSAS容量。3)网络交换机。网络交换机负责服务器与中控室网络及磁盘阵列共享存储的网络连接。配置1台网络交换机,选用H3C2700-26TP-L,配置:24口千兆。4)服务器机柜。配置1台服务器机柜,用于存放服务器和网络设备。5)备份服务器。备份服务器用于存储虚拟服务器快照文件,以便虚拟服务器恢复使用。备份服务器利旧,要求磁盘空间大于500G。6)KVM。配置1套KVM设备,包括KVM切换器、显示器、键盘和鼠标。

3.2软件配置

配置一套vSphereEsxi软件,包括6CPU授权;配置一套vSpherevCenter。

3.3虚拟服务器

采用VmwareConverter将现有物理服务器转换为虚拟服务器。过程中无需对系统及应用程序做任何配置,虚拟服务器将保持原有物理服务器所有功能。需要转换的物理服务器:1台WinCC服务器、1台MES数采服务器、1台Web发布服务器、1台管理应用服务器、1台O-racle数据库服务器、1台实时数据库服务器、1台香料房服务器需要新增的虚拟服务器:1台vSpherevCenter服务器,用于管理整个虚拟化平台的配置。

3.4网络结构

3.5管理策略

1)对3台Esxi主机组成的服务机虚拟化平台设置HA功能,保证虚拟服务器在遇到Esxi主机故障时能够迅速重新启动,减少服务器宕机时间。2)对WinCC虚拟服务器设置FT功能,保证WinCC虚拟服务器在遇到Esxi主机故障时能够不间断运行,保持生产连续性。3)对所有生产用虚拟服务器设置VMwareDR(虚拟机备份与恢复功能),实现对虚拟机服务器定期的备份,保证当服务器出现问题后,高效恢复系统,提高生产连续性,减少停产时间。

4虚拟化技术的功能应用

4.1在线移动应用主机的运行位置

通过vSpherevCenter可以实现虚拟机的动态迁移,而服务不中断,根据设置的资源管理策略,进行有计划的服务器维护和升级迁移工作负载,使资源利用最大化,并实现服务器的持续可用性和拓展集成。

4.2分布式资源调度(DRS)

动态负载均衡和连续智能优化,实现资源按需自动调配,保证所有应用需求的资源。如图5所示,跨资源池动态调整计算资源,基于预先定义的规则智能分配资源,使IT和业务优先级对应,动态提高系统管理效率以及自动化的硬件维护。

4.3HA提高了系统的可用性

经济有效的适用于所有应用的高可用解决方案,不需要独占的stand-by硬件,减少了集群软件的成本和复杂性。所图5所示,当其中物理实体服务器出现故障时,自动重启虚拟机,并实现迁移。

4.4容错(FaultTolerance)

通过虚拟化技术搭建的信息化管理平台,大大提高了系统的容错性能。如所6所示,在不同的主机上同步运行相同的虚拟机,当出现硬件故障时,所有虚拟机均可实现零宕机时间、零数据损失故障切换,无需复杂的集群或专用硬件所有应用程序和操作系统通用的单一机制。

4.5在线移动应用主机的存储位置

如图7所示,虚拟机磁盘存储独立迁移,无需虚拟机停机,LUN独立,支持光纤通道SAN;可以实现无中断将业务数据刷新到新阵列、不同类别的存储器或升级成新的文件系统格式。

4.6VMware数据恢复

虚拟机的无代理、基于磁盘的备份和恢复,虚拟机或文件级别的恢复,增量备份和消除重复数据以节约磁盘空间,为虚拟机提供快速、简单和完整的数据保护,通过vCenter实现集中式管理经济高效的存储管理。

4.7vStorage精简调配

虚拟机磁盘仅占用正在使用的物理磁盘空间,始终可以看到完整的逻辑磁盘大小,对资源分配和消耗的完整报告和警报,显著提高存储利用率,减少对虚拟磁盘的过度调配,存储成本的减少幅度可达50%。

4.8利用电源优化功能实现绿色IT

集群需要的资源减少时,DPM会将工作负载整合到较少的服务器上,将不需要的服务器置于待机模式,工作负载需要增加时,再恢复服务器在线状态。ESX现在支持使用IntelSpeedStep/AMDPower对各个主机进行电源优化,保证服务级别的同时最大限度减少电力消耗,并保证虚拟机不中断、不宕机。

4.9vNetwork虚拟交换机

聚合集群级别虚拟网络,简化的设置和更改,轻松地进行故障排除、监视和调试,支持第三方虚拟环境的透明管理。

5基于虚拟化技术的信息化平台优势

5.1提高硬件利用率

如图8所示,虚拟化使得低利用率的服务器负载整合到一台服务器,安全可靠地达到很高的硬件利用率。

5.2节能降耗

虚拟化技术对现场服务器群进行了整合,有效地节省了电力消耗,如图9所示。

5.3提高系统可用性

如图10所示,物理主机被虚拟化后,计算资源均被池化。当资源池里一个节点发生故障时,运行在其上的虚拟机将自动迁移到健康的物理主机上,减少硬件故障带来的风险。

5.4延长老系统生命周期

当前业务系统迁移至虚拟化平台之上,在“虚拟化平台”中,迁移后业务系统运行于虚拟层之上,独立于硬件平台,与硬件的兼容性问题也就迎刃而解。迁移过程,利用虚拟化的转换工具,将原来的操作系统以及应用程序完整的转换成虚拟机,并在虚拟化平台上运行虚拟机,从此,此虚拟机将可以完全替代原有系统,整个迁移过程可以保证迁移前后系统完全一致。延长业务系统的生命周期,降低硬件风险,保护投资。

5.5提高业务延续性

1)LiveMotion(vMotion):当服务器需要停机进行维护时,该主机上运行的虚拟机可以动态地迁移到其他主机,迁移过程对业务的中断极短(数秒内)甚至感觉不到业务中断。2)HighAvailability(HA):当服务器宕机后,15s后,该服务器上运行的虚拟主机将在另一台主机上启动,这样服务器硬件故障对业务影响可以控制在10分钟之内。3)FailureTolerance(FT):应用了FT技术的虚拟机在另外的主机上有一个完全一致的拷贝,当该该虚拟机宕机时,另外一台可以立刻上线,整个过程是透明的,业务中断时间为零。

5.6从不可预知的灾难中恢复业务

如图11所示,集成于虚拟化管理环境的站点恢复和存储容灾方案,可以从容应对异地容灾难题。自动侦测灾难发生,在不间断业务的状况下进行灾难恢复测试,简化操作恢复步骤,自动化恢复过程以满足恢复目标,并保证了控制存储底层的数据同步。

6结束语

基于虚拟化技术的业务资源管理平台,在烟草信息化建设中起到至关重要的作用,是大数据管理以及连续性业务执行的有力支撑。通过对虚拟化技术的研究,并实际应用到了制丝车间信息化建设中,不但有效地减少了原有信息化平台存在的风险,同时为节能降耗以及后续业务管理的拓展打下了坚实的基础。

参考文献

[1]广小明,胡杰,陈龙,等.虚拟化技术原理与实现[M].北京:中国电子工业出版社,2012

[2]程伍端.计算机虚拟化技术的分析与应用[J].计算机与数字工程,2008,36(11):175-178

[3]谢康,陈禹,乌家培.企业信息化的竞争优势[J].经济研究,1999(9)

[4]Q/GYG14.025信息化规划管理程序[S][5]Q/GYG14.006信息安全保障管理规定[S]

作者:姚庆丰 单位:广东中烟工业有限责任公司湛江卷烟厂

烟草信息化建设中虚拟化技术研究应用责任编辑:张雨    阅读:人次