基于Hyper—V的湖南氣象信息業務系統虛擬化實現

羅林艷 張繼光 劉曉波 文立恒 朱亮

摘要 通過分析現有氣象信息業務系統運行狀況和服務器資源利用率，提出利用微軟虛擬化平臺Hyper-V實現氣象信息主要業務系統虛擬化的方案；以具體實例介紹虛擬機的創建、備份和恢復過程；通過實施前后的性能對比分析，說明虛擬化技術在提升系統資源利用率、降低能耗、節省開支和空間、提高業務系統可靠性等方面具有優勢。

關鍵詞 氣象信息業務；資源整合；虛擬化； Hyper-V

中圖分類號 S163 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）06-0198-02

The Virtualization of Hunan Meteorological Information System Based on Hyper-V

LUO Lin-yan， ZHANG Ji-guang， LIU Xiao-bo et al （Hunan Meteorological Information Center， Changsha， Hunan 410118）

Abstract In this paper， via analyzing the operation and server resource utilization of the currently existing meteorological information system， a virtualization solution based on Hyper-V platform is presented which involves creating virtual machine， backup and restore. Compared to the performance before the virtualization solution introduced， its advantages of raising resource utilization， reducing energy consumption， saving money and improving system reliability are illustrated.

Key words Meteorological information service；Resource integration；Virtualization；Hyper-V

隨著氣象現代化研究的不斷深入和氣象業務的不斷增加，對服務器資源的需求也逐漸增大。傳統的業務部署方式是增加一項業務就配備1臺或多臺服務器，以滿足業務運行的要求，往往造成服務器資源利用率低、管理開銷大、耗電量大、服務器運維成本高等問題[1-3]。隨著云計算技術的發展，服務器虛擬化以資源整合、應用部署靈活、資源利用率高可節約空間等優勢得到廣泛應用[4]。通過服務器虛擬化，可將一臺物理的計算機軟件環境分割為多個獨立分區，各分區均可按需求模擬出完整的計算機（虛擬機），實現資源利用的最大化，使得氣象信息業務系統資源整合成為可能。筆者通過分析現有氣象信息業務系統運行狀況和服務器資源利用率，提出利用微軟虛擬化平臺Hyper-V實現氣象信息主要業務系統虛擬化的方案，并對該方案的實現進行了詳細分析。

1 現狀分析

目前，湖南省氣象信息網絡機房部署的服務器、網絡設備、存儲設備等有170余臺，72個機柜已有72%被占用。其中湖南氣象信息業務系統分別運行在32臺服務器和12 臺PC 上，涉及資料收集、分發、加工處理、數據共享等業務，實時業務系統一般都要求24 h不間斷運行，但系統服務器資源利用率普遍在5%～20%，只有少數服務器資源利用率在70%左右。任務量小的業務程序分別部署在不同的服務器上，使得硬件的過度部署和設備實際利用率不足的矛盾日益突出，有必要利用虛擬化技術實現設備資源的集約化管理。

Hyper-V作為主流的服務器虛擬化方案，可支持多達64個CPU 和1 TB 內存，具有實時遷移（live migration） 功能，即將運行中的虛擬機從一個Hyper-V 物理主機遷移到另一個物理主機，不干擾服務，且對Windows、Linux系統的兼容性好。Hyper-V采用“硬件—Hyper-V—虛擬機”的三層構架體系，虛擬機執行效率非常高，可充分利用硬件資源，實現虛擬機系統性能優化。考慮到氣象信息系統主要運行在Windows 操作系統下，且現有Windows Server 2012正版操作系統中包含Hyper-V角色，可實現服務器虛擬化功能，因此采用Hyper-V實現湖南氣象信息業務系統虛擬化。

2 氣象信息業務的虛擬化實現

選擇4臺物理服務器作為虛擬化的硬件基礎（其配置如表1所示），在保證不影響正常業務服務的原則下分步實施業務系統的虛擬化。Hyper-V作為Windows Server 2012的一個組件[5-6]，可作為Windows Server 2012的角色被安裝。利用Hyper-V進行服務器虛擬化，首先為物理服務器安裝Windows Server 2012操作系統，其次安裝Hyper-V組件，最后利用Hyper-V新建虛擬機，并在虛擬機上按需安裝操作系統。將現有18臺物理服務器上的氣象信息業務按新增計劃任務、本省內部資料處理、資料共享、資料上傳、行業用戶等進行分類，部署至虛擬機上，實現氣象信息業務的整合。

2.1 虛擬機的創建和配置

以服務器1為例，成功安裝Windows Server 2012操作系統后，在服務器管理器選擇安裝Hyper-V，然后在Hyper-V管理器中新建虛擬機。通過“新建虛擬機向導”進行虛擬機名稱設置，并設置存儲位置、分配內存及配置網絡等操作。因部分服務器運行在整點的時候可能出現內存占用的峰值，而部分服務器程序運行所需的內存并不大，在氣象信息系統的虛擬化過程中，充分利用Hyper-V動態內存分配[6]技術，根據虛擬機中的應用優先級自動調整虛擬機對物理內存的占用大小，實現性能優化。

2.2 虛擬機的備份和恢復

因虛擬化是在性能較高的服務器上創建多臺虛擬機，沒有建立服務器集群，當某臺物理服務器出現故障時，為保證氣象信息業務正常運行，需快速在其他物理服務器上恢復虛擬機的運行，故設計中采用了虛擬機的導出、導入的冷備份方法。通過VHD文件導出、導入來進行虛擬機備份，其流程如圖1所示。

3 性能改進

利用Hyper-V技術，在4臺物理服務器上共部署了18臺虛擬服務器，分別為資料處理服務器、圖片生成服務器、衛星快顯接收服務器、中小尺度網絡服務器、質量控制服務器、風能服務器、土壤水分中心站、新一代長江流域共享服務器、報文復制服務器等。虛擬服務器分別安裝了Windows Server 2003、Windows Server 2008、Windows Server 2012、SUSE Linux等操作系統。相較于傳統業務部署方式，基于虛擬化技術的氣象信息業務在以下4個方面具有明顯優勢。

3.1 減少系統部署的時間成本

若按傳統氣象信息業務部署方式，需經歷服務器上架、連線、安裝系統、驅動安裝等步驟，至時耗時3～4 h。利用Hyper-V的虛擬機模板克隆方式來部署虛擬服務器，僅需10～30 min，極大地提高了服務器部署效率。此外，傳統物理服務器重啟過程耗時3～10 min，而虛擬服務器的重啟只需幾十秒鐘。可見，采用Hyper-V虛擬化方式部署氣象信息業務可大幅度縮減時間成本。

3.2 提高服務器資源利用率

利用Hyper-V實現服務器虛擬化后，1臺物理服務器在保證業務正常運行的前提下，承擔了幾倍于傳統物理服務器的業務量，提高了服務器的資源利用率。從服務器CPU、內存的使用率來看，虛擬化后，服務器CPU利用率和內存利用率均大幅度提高。對比虛擬化前后服務器的資源利用情況可知，服務器2的CPU平均利用率由1.17%提升至89.41%，服務器3的CPU平均利用率由4.95%提升至23.42%（圖2）；服務器2和服務器3的內存利用率分別由34.57%和22.63%提升至50.8%和84.34%（圖3）。

3.3 節約成本和空間、降低能耗

此次用于實現湖南省氣象信息業務虛擬化的物理服務器共4臺，對比傳統業務部署方式所需的18臺，空閑出14臺性能相對較弱的服務器用于其他業務，極大地節約了服務器購買成本。從機房空間利用率來看，原有18臺物理服務器占用機柜空間36 U，用于虛擬化的4臺物理服務器僅占8 U機柜空間，節約了近8成的機柜空間。從能耗的角度來看，按照每臺服務器200 W 的功耗計算，18臺物理服務器每天耗電86.4 kW，采用虛擬化后4臺服務器每天耗電19.2 kW，一年能節約用電7 000.0 kW。

3.4 提高業務系統的可靠性

為保證氣象信息業務運行穩定性，對虛擬機實施備份，以應對物理服務器可能出現故障的情況十分必要。Hyper-V提供的虛擬機導入導出和備份功能，能夠確保業務系統的連續運行。虛擬機的導入導出功能可以將虛擬機通過文件方式進行轉移，實現虛擬機的備份，極大地提升了氣象信息業務系統的穩定性和可靠性。

4 結語

通過分析湖南省現有氣象信息業務系統運行狀況和服務器資源利用率，在服務器數量多、占用機柜空間大、維護成本高、資源利用率低等現狀下，提出利用虛擬化平臺Hyper-V實現業務系統虛擬化的運行方案。此方案在保證了原有業務系統的正常運行前提下，空閑出14臺性能較弱的服務器用于后繼業務開展，極大地節約了服務器購置成本。對實施前后性能進行對比分析可見，虛擬化技術在提升系統資源利用率、降低能耗、節省開支和空間、提高業務系統可靠性等方面有較大的優勢。基于Hyper-V的氣象信息業務虛擬化實現，將在后續集約化數據環境的建設中起到重要作用。

參考文獻

[1] 汪華，黃笞，方斌.貴州省氣象信息業務系統的虛擬化實現[J].成都信息工程學院學報，2012，27（2）：186-191.

[2] 劉國宏，余東昌，劉旭林，等.虛擬化技術在氣象業務中的應用[J].計算技術與自動化，2013，32（4）：119-122.

[3] 李亞，李婧，張貴芳，等.虛擬化技術在信息化資源整合中的方案探究[J].計算機光盤軟件與應用，2013（20）：305-306.

[4] 張慶玉，劉軍萬.基于Hyper-V R2的服務器虛擬化資源分配優化[J].電腦知識與技術，2011，7（7）： 1680-1683.

[5] 李曉明，王偉達，時文，等. Hyper-V虛擬技術在廣電的應用及展望[J].廣播與電視技術，2014，41（2）：70-73.

[6] Windows Server[EB/OL].[2016-10-11].http：//technet.microsoft.com/zh-cn/windowsserver/default.