服務(wù)器虛擬化技術(shù)在水文信息系統(tǒng)中的應(yīng)用

萬(wàn) 鵬，楊 釗，董 韜，王蒙恩，黃國(guó)飛

（黃委山東水文水資源局，山東濟(jì)南250100）

服務(wù)器虛擬化技術(shù)在水文信息系統(tǒng)中的應(yīng)用

萬(wàn) 鵬，楊 釗，董 韜，王蒙恩，黃國(guó)飛

（黃委山東水文水資源局，山東濟(jì)南250100）

隨著水文信息化建設(shè)的不斷發(fā)展，水文業(yè)務(wù)的應(yīng)用系統(tǒng)也逐年增加，每套業(yè)務(wù)系統(tǒng)都需要運(yùn)行在高性能服務(wù)器上來(lái)應(yīng)對(duì)突發(fā)的計(jì)算和訪問(wèn)壓力，存在整體利用率不高的問(wèn)題，造成一定的資源浪費(fèi)。因多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)分屬不同業(yè)務(wù)源，安裝在一個(gè)系統(tǒng)中存在軟件沖突、配置繁瑣、維護(hù)困難等問(wèn)題。通過(guò)采用服務(wù)器虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)多項(xiàng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的集中管理，可以解決上述問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)服務(wù)器整合，提高資源的利用率和集群應(yīng)急響應(yīng)能力，從而提高水文信息系統(tǒng)管理水平。

服務(wù)器管理；虛擬化；水文信息化

1 項(xiàng)目背景

隨著國(guó)家防汛抗旱指揮系統(tǒng)一期工程-濟(jì)南分中心和黃河下游非工程措施建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施，黃河下游陸續(xù)完成并投產(chǎn)運(yùn)用了水情信息采集系統(tǒng)、水情交換系統(tǒng)等業(yè)務(wù)系統(tǒng)［1］。業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行要求將應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)分別安裝在不同的服務(wù)器上，造成資源的利用率較低，多數(shù)服務(wù)器的容量利用率不足15%，不僅導(dǎo)致了服務(wù)器數(shù)量劇增，還增加了復(fù)雜性。使用過(guò)程中經(jīng)常因硬盤損壞或軟件故障而中斷系統(tǒng)服務(wù)，重新安裝系統(tǒng)又非常繁瑣。一定程度上影響了水情報(bào)文的傳遞時(shí)效性和準(zhǔn)確率，勢(shì)必影響濟(jì)南分中心的水情報(bào)汛工作的正常開展。近年來(lái)我國(guó)已把云計(jì)算列為重點(diǎn)發(fā)展戰(zhàn)略［2］，引用服務(wù)器虛擬化技術(shù)解決水文信息化中的瓶頸問(wèn)題，

能夠推動(dòng)水文信息化向深度和廣度邁進(jìn)，對(duì)強(qiáng)化動(dòng)態(tài)化、信息化條件下的治黃業(yè)務(wù)管理工作具有極其重要的意義［3］。

2 水文信息化管理中存在的問(wèn)題

2.1 資源浪費(fèi)嚴(yán)重

傳統(tǒng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)的有限目標(biāo)性導(dǎo)致每個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)配置專門的服務(wù)器，造成CPU和硬盤空間的利用率低下，大多數(shù)服務(wù)器的運(yùn)行率僅為5%～8%，資源（包括電能）浪費(fèi)相當(dāng)嚴(yán)重。

2.2 維護(hù)工作繁重

服務(wù)器數(shù)量多，系統(tǒng)定期的更新、病毒防護(hù)、硬盤優(yōu)化等工作復(fù)雜、繁瑣，系統(tǒng)運(yùn)維成本逐年增加，工作效率難以提高。

2.3 數(shù)據(jù)安全性差

濟(jì)南分中心一般采用數(shù)據(jù)拷貝的備份措施，不能從根本上保證數(shù)據(jù)的安全和各項(xiàng)業(yè)務(wù)運(yùn)行的連續(xù)性。當(dāng)服務(wù)器癱瘓時(shí)，無(wú)法恢復(fù)備份空檔期的數(shù)據(jù)造成業(yè)務(wù)中斷，影響各類系統(tǒng)的運(yùn)作。如出現(xiàn)不可抗力的災(zāi)害時(shí)數(shù)據(jù)無(wú)法恢復(fù)，損失不可估量。

2.4 部署響應(yīng)緩慢

由于水文信息化發(fā)展迅速，對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)部署的時(shí)效性和靈活性要求也越來(lái)越高，硬件資源部署基本沿用一對(duì)一的對(duì)應(yīng)方式，需要進(jìn)行安裝、調(diào)試、系統(tǒng)部署等工作，整個(gè)過(guò)程復(fù)雜，重復(fù)勞動(dòng)，大大降低了系統(tǒng)部署效率［4］。

3 設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)及原則

3.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

本系統(tǒng)的應(yīng)用與實(shí)施嚴(yán)格執(zhí)行水利部《黃河近期重點(diǎn)治理開發(fā)規(guī)劃》、水利部《水情信息編碼》SL330-2011［5］、水利部《實(shí)時(shí)雨水情數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)與標(biāo)識(shí)符標(biāo)準(zhǔn)》SL323-2011［6］、水利部《水文資料整編規(guī)范》SL247-1999［7］的規(guī)范要求。

3.2 設(shè)計(jì)原則

3.2.1 構(gòu)建資源池

通過(guò)虛擬化技術(shù)構(gòu)建資源池，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件和軟件資源的靈活、有效利用［8］。將服務(wù)器及其現(xiàn)有的處理器、內(nèi)存、磁盤連接一起轉(zhuǎn)換到一個(gè)邏輯計(jì)算資源池中，操作系統(tǒng)及其應(yīng)用程序被隔離到安全、可移植的虛擬機(jī)中，可動(dòng)態(tài)、自動(dòng)地分配給資源池中最合適的主機(jī)，確保軟件應(yīng)用程序的服務(wù)級(jí)別，動(dòng)態(tài)支持不斷變化的業(yè)務(wù)需求，同時(shí)確保靈活有效地利用硬件資源。

3.2.2 平臺(tái)業(yè)務(wù)連續(xù)性保護(hù)

利用虛擬化平臺(tái)可以確保集群系統(tǒng)內(nèi)任何一個(gè)主機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，自動(dòng)將該主機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)移至系統(tǒng)內(nèi)的其他成員。而且配置的磁盤陣列采用雙冗余控制器，可在很大程度上避免單點(diǎn)故障，提高整個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的可用性。為了對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速備份和恢復(fù)，采用自帶的快照軟件對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)做快照，按照時(shí)間計(jì)劃自動(dòng)將數(shù)據(jù)進(jìn)行快照，實(shí)現(xiàn)短時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)保護(hù)，更好地減少備份和恢復(fù)的時(shí)間窗口［9］。

3.2.3 資源池策略

虛擬化技術(shù)可減少計(jì)算服務(wù)器的部署數(shù)量，并且具備智能電源管理技術(shù)，當(dāng)集群中的虛擬機(jī)所需資源較少時(shí)，會(huì)將工作負(fù)載整合到較少的服務(wù)器上，并關(guān)閉其余服務(wù)器以減少能耗［10］。當(dāng)虛擬機(jī)資源需求增加時(shí)，會(huì)讓關(guān)閉的主機(jī)恢復(fù)聯(lián)機(jī)，以確保達(dá)到服務(wù)級(jí)別要求。不僅有助于降低電能消耗，大大降低設(shè)備的使用和維護(hù)成本。

3.2.4 資源池硬件擴(kuò)容

現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)中超過(guò)維保期限的有8臺(tái)服務(wù)器，承載內(nèi)外網(wǎng)大部分應(yīng)用系統(tǒng)，服務(wù)時(shí)間已近7年，故障頻發(fā)，性能不夠穩(wěn)定，無(wú)法保證當(dāng)前業(yè)務(wù)正常運(yùn)行。考慮到虛擬化軟件對(duì)內(nèi)存消耗頗為嚴(yán)重，需要增加相應(yīng)的內(nèi)存資源，以保證服務(wù)器能劃分更多數(shù)量的虛擬機(jī)作為應(yīng)用遷移的載體。

4 總體設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)當(dāng)前主流的虛擬化平臺(tái)進(jìn)行對(duì)比，選取了以VMware vSphereHypervisor為核心的虛擬化平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)用［11］。它適用于任意系統(tǒng)環(huán)境的企業(yè)級(jí)虛擬化平臺(tái)，能提供完全動(dòng)態(tài)的資源可測(cè)量控制，適合各種要求嚴(yán)格的應(yīng)用程序的需要，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)服務(wù)器部署整合，為未來(lái)發(fā)展所需擴(kuò)展空間。

引用虛擬化技術(shù)將多套業(yè)務(wù)系統(tǒng)遷移至虛擬化平臺(tái)中，同進(jìn)對(duì)其進(jìn)行整合、安裝部署，將服務(wù)器物理資源抽象成邏輯資源，通過(guò)安裝虛擬化底層平臺(tái)，讓一臺(tái)服務(wù)器變成多臺(tái)相互隔離的虛擬服務(wù)器，通過(guò)多臺(tái)服務(wù)器相互配合，構(gòu)建濟(jì)南分中心的計(jì)算資源池，讓CPU、內(nèi)存、磁盤、I/O等硬件組合進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，從而提高資源的利用率，簡(jiǎn)化系統(tǒng)管理，提高業(yè)務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)急能力。［12］

總體設(shè)計(jì)圖如圖1。

圖1 總體設(shè)計(jì)圖

5 部署與安裝

5.1 運(yùn)行環(huán)境

山東水文水資源局用1臺(tái)IBM X3755 M3搭建了虛擬化服務(wù)平臺(tái)，這臺(tái)服務(wù)器有4個(gè)CPU，每個(gè)CPU為8核心，總共32核心，32GB內(nèi)存，2個(gè)備用電源，4個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，4個(gè)300GB SAS 1.5萬(wàn)轉(zhuǎn)硬盤。為了提高應(yīng)急能力，又為服務(wù)器擴(kuò)展了2個(gè)2TB 7200轉(zhuǎn)硬盤用于備份，RAID卡電池用于斷電應(yīng)急寫緩存。在RAID卡上建立了一個(gè)RAID 5磁盤陣列，一個(gè)RAID 1磁盤陣列。在服務(wù)器通過(guò)光盤或者U盤安裝VMware vSphere Hypervisor。然后配置好IP地址等網(wǎng)絡(luò)配置、管理員密碼即可。

5.2 數(shù)據(jù)庫(kù)部署

業(yè)務(wù)系統(tǒng)要求應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)分別安裝在兩臺(tái)服務(wù)器上，使用虛擬化平臺(tái)運(yùn)行集群模式，將應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)分別安裝在一臺(tái)虛擬機(jī)中，當(dāng)其中一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，虛擬機(jī)自動(dòng)遷移到另一臺(tái)服務(wù)器上，從而解決設(shè)備故障導(dǎo)致的系統(tǒng)失效問(wèn)題。詳見(jiàn)圖2。

5.3 快照備份

通過(guò)管理平臺(tái)建立快照實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)備份，既可以快速恢復(fù)原有數(shù)據(jù)，同時(shí)能將數(shù)據(jù)導(dǎo)出至其他設(shè)備。為了能容納更多的備份數(shù)據(jù)，為服務(wù)器新增了硬盤空間。詳見(jiàn)圖3。

圖2 ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)部署界面

圖3 快照備份界面

5.4 故障自動(dòng)恢復(fù)

當(dāng)服務(wù)器斷電、故障重啟時(shí)，配置虛擬機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，用戶根據(jù)需要將按先后順序啟動(dòng)的計(jì)算機(jī)放到“自動(dòng)啟動(dòng)”里，沒(méi)有啟動(dòng)順序的機(jī)器放到“任意次序”里，不需自動(dòng)啟動(dòng)的測(cè)試機(jī)放到手動(dòng)啟動(dòng)里。服務(wù)器手動(dòng)關(guān)機(jī)虛擬機(jī)可以自動(dòng)保存運(yùn)行狀態(tài)到硬盤，數(shù)據(jù)維護(hù)工作能夠快速恢復(fù)。詳見(jiàn)圖4。

5.5 業(yè)務(wù)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理

虛擬化技術(shù)已在本單位投入運(yùn)行近3年，從開始的Oracle 11g的全國(guó)雨水情數(shù)據(jù)庫(kù)，到后期的水情信息交換系統(tǒng)、黃河流域水文年鑒查詢系統(tǒng)，未來(lái)還將擴(kuò)展到更多的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，將防病毒軟件服務(wù)器、視頻監(jiān)控服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)管理軟件服務(wù)器搭建在該平臺(tái)上［13］，業(yè)務(wù)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理界面如圖5所示。

圖4 故障自動(dòng)恢復(fù)界面

圖5 業(yè)務(wù)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理界面

6 結(jié)語(yǔ)

服務(wù)器虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，使本單位的多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)更加平穩(wěn)的運(yùn)行，提高了濟(jì)南分中心的信息管理水平和信息化工作質(zhì)量。通過(guò)服務(wù)器虛擬化技術(shù)，降低了服務(wù)器管理維護(hù)的工作量，整合了服務(wù)器資源，節(jié)約了能源，同時(shí)減少了服務(wù)器的采購(gòu)數(shù)量，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益［14］。

［1］馮建.黃河水利信息化的發(fā)展和研究［J］.河南科技，2014（20）.

［2］尹煒靖，萬(wàn)定生，關(guān)興中，等.基于云計(jì)算的水文數(shù)據(jù)共享平臺(tái)的應(yīng)用研究［J］.信息技術(shù)，2013（08）.

［3］陳新國(guó)，歐陽(yáng)駿，操文建，等.服務(wù)器虛擬化在水文行業(yè)中的應(yīng)用實(shí)踐［J］.電腦知識(shí)與技術(shù)，2014（27）.

［4］史國(guó)勛，張潔.水文信息化建設(shè)現(xiàn)狀和策略初探［J］.城市建設(shè)理論研究（電子版），2015（20）.

［5］SL 330-2011.水情信息編碼［S］.

［6］SL 323-2011.實(shí)時(shí)雨水情數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)與標(biāo)識(shí)符標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［7］SL 247-2012.水文資料整編規(guī)范［S］.

［8］任昱，李青榮.基于VMware vSphere虛擬化資源管理平臺(tái)研究［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2012（05）.

［9］楊旭，彭一明，刑承杰，等.基于VMware vSphere5虛擬機(jī)的備份系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)［J］.華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015（S1）.

［10］孫辰軍.虛擬服務(wù)器技術(shù)在服務(wù)器管理中的研究與應(yīng)用［J］.電力信息化，2010，8（01）.

［11］張魁.基于VMware vSphere的虛擬機(jī)管理平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.蘇州大學(xué)，2013.

［12］趙剛.基于VMware vSphere的虛擬化架構(gòu)的研究與實(shí)現(xiàn)［D］.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），2013.

［13］王欣.VMware軟件虛擬化研究及應(yīng)用［J］.數(shù)據(jù)通信，2013（06）.

［14］杜治國(guó).水文信息化在現(xiàn)代水文工作中的重要作用［J］.信息化建設(shè)，2016（04）.

TP39

A

1008-1305（2017）01-0027-03

DO I:10.3969/j.issn.1008-1305.2017.01.009

2016-07-15

萬(wàn) 鵬（1979年—），女，高級(jí)工程師。