虛擬化技術(shù)在廣西石化MES系統(tǒng)中的應用

張巍松 趙日偉

摘要：介紹了廣西石化MES1.0系統(tǒng)硬件架構(gòu)及面臨的問題，提出在進行MES2.0系統(tǒng)建設(shè)時，應用基于虛擬化技術(shù)的硬件架構(gòu)方案，搭建虛擬化管理平臺，從而解決MES1.0系統(tǒng)傳統(tǒng)硬件架構(gòu)部署方式面臨的系統(tǒng)高可用、難運維、硬件資源利用率低及機房空間擁擠等問題。

關(guān)鍵詞：虛擬化;MES系統(tǒng)

中圖分類號：TP315? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）20-0298-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 引言

廣西石化煉油與化工運行系統(tǒng)1.0版（簡稱MES1.0系統(tǒng)）于2010年底建成投用，主要包括實時數(shù)據(jù)采集與管理、實驗室信息管理、運行管理、物料平衡與收率計算、物料移動管理、公用工程計量管理、生產(chǎn)計劃與排產(chǎn)、生產(chǎn)統(tǒng)計等子功能。MES1.0系統(tǒng)在廣西石化的生產(chǎn)過程監(jiān)督和控制，生產(chǎn)業(yè)務流程規(guī)范，提高生產(chǎn)管理效率，幫助實現(xiàn)精細化管理方面發(fā)揮了巨大作用，是企業(yè)統(tǒng)一的生產(chǎn)運行業(yè)務管理平臺。

隨著MES系統(tǒng)應用的不斷深化，系統(tǒng)涵蓋的功能越來越豐富，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不斷增多，而服務器硬件隨著使用年限的增加，老化程度越來越嚴重，這使系統(tǒng)在運行及維護方面面臨著諸多問題。因而在廣西石化煉油與化工運行系統(tǒng)2.0版（簡稱MES2.0系統(tǒng)）建設(shè)時，提出在采用虛擬化的硬件架構(gòu)，建立虛擬化管理平臺，解決舊系統(tǒng)所面臨的問題。

2 MES1.0系統(tǒng)硬件架構(gòu)及面臨的問題

2.1 MES1.0系統(tǒng)硬件架構(gòu)

MES1.0系統(tǒng)服務器部署方式采用了傳統(tǒng)的“物理服務器+操作系統(tǒng)+數(shù)據(jù)庫+應用軟件”的部署方式，共使用物理服務器16臺，存儲設(shè)備2套，其中用于生產(chǎn)環(huán)境的物理服務器12臺，存儲一套，用于開發(fā)測試環(huán)境的服務器4臺、存儲設(shè)備1套，其特點是數(shù)據(jù)庫（包括關(guān)系數(shù)據(jù)庫和實時數(shù)據(jù)庫）由物理服務器和存儲共同完成部署，數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存放在共享存儲中，其他各個應用均獨立部署在不同的物理服務器上，生產(chǎn)環(huán)境硬件架構(gòu)如圖1所示。

2.2 MES1.0系統(tǒng)部署方式面臨的問題

從系統(tǒng)業(yè)務連續(xù)性[3]角度，當某一應用的物理服務器出現(xiàn)故障需進行維護時，應用將無法使用，造成業(yè)務使用的中斷，而操作系統(tǒng)或應用數(shù)據(jù)量大，恢復時間長，操作難度高。這使得MES1.0系統(tǒng)在高可用性方面面臨較大風險。

從系統(tǒng)運維的角度，傳統(tǒng)應用服務器部署方式，需要服務器數(shù)量較多，各服務器資源相對獨立，應用的穩(wěn)定性依賴服務器硬件，隨著使用時間的推移及服務器硬件的老化，故障率高，運維難度大。備份時需要按照“系統(tǒng)+應用數(shù)據(jù)”進行停機備份，造成業(yè)務應用的中斷，影響終端用戶的使用。

從服務器資源利用角度，MES1.0系統(tǒng)各個應用獨立部署在單獨服務器上，正常運行時CPU平均使用率低于10%，內(nèi)存平均使用率低于15%，而開發(fā)測試環(huán)境的服務器在系統(tǒng)投入運行后，基本處于閑置狀態(tài)，造成了服務器資源的較大浪費。

從機房管理角度，隨著企業(yè)各種應用系統(tǒng)增多或擴容，部署的服務器數(shù)量不斷增加，造成機房可用空間不足、能耗卻不斷增加。而MES2.0系統(tǒng)經(jīng)過功能擴展，如果使用傳統(tǒng)“一個應用對應一臺物理服務器”的方式進行部署，所需物理服務器將高達46臺，對機房空間和電力消耗均造成較大壓力，較多的服務器也將極大增加系統(tǒng)建設(shè)成本。

3 虛擬化平臺的搭建

3.1虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展[4]，已經(jīng)是成熟的技術(shù)，其諸多優(yōu)勢[1]，已為多數(shù)企業(yè)建設(shè)數(shù)據(jù)中心時的首要考慮技術(shù)。虛擬化技術(shù)將物理服務器的CPU、內(nèi)存，存儲和網(wǎng)絡資源等硬件進行抽象，形成邏輯資源池[2]，并在此基礎(chǔ)上將邏輯的計算資源按照需要分配給虛擬機使用，使得一臺服務器的資源可以分配給多臺虛擬機使用，而對于虛擬機使用的用戶，其“看見”的虛擬機在邏輯上仍然是一臺完整的服務器，多臺物理服務器和共享存儲可以形成虛擬化集群，虛擬機可集中存放在共享存儲中，運行時可在集群的不同主機節(jié)點之間進行快速遷移而不中斷應用，單個物理主機節(jié)點出現(xiàn)故障時，運行在其上的虛擬機可自動遷移到健康的物理主機上，實現(xiàn)系統(tǒng)高可用。

3.2 MES2.0虛擬化平臺硬件架構(gòu)

MES2.0系統(tǒng)主要硬件由7臺物理服務器、2臺存儲、2臺光纖交換機和2臺以太網(wǎng)交換機構(gòu)成，如表1所示，硬件架構(gòu)見圖2所示。

存儲通過FC口（光纖口）與光纖交換機連接，服務器通過HBA卡與光纖交換機連接，從而行程儲存網(wǎng)絡。服務器與以太網(wǎng)交換機之間通過RJ45網(wǎng)絡接口進行連接，形成局域網(wǎng)，并通過以外網(wǎng)交換機接入到企業(yè)內(nèi)網(wǎng)中。所有連接鏈路均采用冗余連接的方式，避免單點故障帶來風險。 其中存儲1是配備了固態(tài)硬盤陣列的高性能存儲，可用存儲容量16T，用于生產(chǎn)環(huán)境系統(tǒng)，存儲2配備了SICS磁盤陣列，容量是存儲1的2倍，用于開發(fā)測試環(huán)境及備份。

3.3 虛擬化平臺軟件構(gòu)成

要實現(xiàn)虛擬化平臺的搭建，除了硬件外，需配合相應的虛擬化軟件來實現(xiàn)，MES2.0系統(tǒng)虛擬化平臺使用的軟件是VMware公司的虛擬化套件產(chǎn)品，主要軟件構(gòu)成和實現(xiàn)的功能如下。

ESXi組件：VMware ESXi組件是安裝在物理服務器上的虛擬化操作系統(tǒng)，負責將物理服務器的CPU、內(nèi)存、共享存儲進行虛擬化，形成邏輯資源池，以便分配給虛擬機使用。安裝了ESXi組件的服務器稱之為ESXi主機。

VMware vCenter Server組件：vCenter Server組件是整個虛擬化系統(tǒng)的集中管理平臺，可將多臺ESXi主機和存儲形成主機及存儲集群，vCenter的HA功能負責虛擬機故障轉(zhuǎn)移，DSR功能負責負載均衡，兩者結(jié)合使用，虛擬機在主機故障時被轉(zhuǎn)移到負載較輕的主機中。vCenter的VMotion功能，可以將正在運行的虛擬機從一臺ESXi主機遷移至另一臺ESXi主機，而不中斷用戶的使用。

VDP組件：VDP （vSphere Data Protection） 是基于磁盤的備份和恢復解決方案，可以對虛擬機進行在線備份管理，備份時使用重復數(shù)據(jù)消除技術(shù)對重復數(shù)據(jù)進行消除，提高備份效率。

3.4 虛擬化平臺實現(xiàn)過程

1）硬件上架安裝及線路連接：安裝前需提前規(guī)劃好服務器、存儲、和交換機的放置位置，準備好連接使用的光纖或網(wǎng)線，所有設(shè)備均按冗余鏈路進行連接。

2）存儲券劃分及映射：根據(jù)存儲用途對存儲進行劃券，分別供生產(chǎn)環(huán)境、開發(fā)測試、數(shù)據(jù)庫等使用，然后將存儲和所有物理服務器進行映射，以便服務器能夠訪問存儲。

3）ESXi組件安裝：在物理服務器上安裝ESXi組件，將物理服務器虛擬化，將存儲轉(zhuǎn)換成VMFS文件系統(tǒng)，以分配給虛擬機使用。

4）vCenter Server及VDP組件安裝：為了避免vCenter安裝在物理機上造成單點故障，將vCenter同樣部署到虛擬機中，安裝時先通過客戶端工具VMware vSphere Client在某一ESXi主機上創(chuàng)建虛擬機，然后此虛擬機中部署 vCenter。

5）主機集群、資源池建立及虛擬機創(chuàng)建：在vCenter中創(chuàng)建MES2.0系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，創(chuàng)建主機集群，在集群中添加ESXi主機，創(chuàng)建資源池。資源池創(chuàng)建完成后即可在資源池中創(chuàng)建應用虛擬機。

6）HA、DSR功能啟用及VDP部署：啟用HA高可用功能及DSR負載均衡功能，最后進行VDP的部署。

通過上述步驟，便建立了以vCenter Server為中心的MES2.0系統(tǒng)虛擬化管理平臺。

4 結(jié)束語

通過虛擬化技術(shù)的應用，廣西石化MES2.0系統(tǒng)建成了高效的虛擬化管理平臺，用7臺物理服務器實現(xiàn)了所有46臺應用虛擬機的建立，降低了所需物理服務器的數(shù)量，減少了機房空間的占用，實現(xiàn)了節(jié)省能源的目的，提高了服務器硬件資源的利用率。虛擬化平臺HA功能、DSR功能、VMotion功能及VDP的應用，實現(xiàn)了系統(tǒng)的高可用目的，并極大降低了系統(tǒng)運維工作量和運維難度，實現(xiàn)了虛擬化技術(shù)應用于MES系統(tǒng)的初衷，取得了較好的應用效果。

參考文獻：

[1] 楊碩.淺析服務器虛擬化的優(yōu)勢[J].科學與信息化，2018（16）：51，54。

[2] 林洋，張穎.服務器虛擬化在數(shù)據(jù)中心的應用實踐[J].華南地震，2015，35（1）：62-66。

[3] 谷完宏，黃岷.面向流程行業(yè)MES系統(tǒng)的虛擬化硬件架構(gòu)[J].國防技術(shù)基礎(chǔ)，2013（1）：29-31。

[4] 張建躍，董秀軍.試析VMware虛擬化技術(shù)的運用[J].電子測試，2013，（1）：112-124。

【通聯(lián)編輯：梁書】