虛擬化技術在廣西石化MES系統中的應用

張巍松 趙日偉

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

關鍵詞：虛擬化;MES系統

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1.0版（簡稱MES1.0系統）于2010年底建成投用，主要包括實時數據采集與管理、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、生產計劃與排產、生產統計等子功能。MES1.0系統在廣西石化的生產過程監督和控制，生產業務流程規范，提高生產管理效率，幫助實現精細化管理方面發揮了巨大作用，是企業統一的生產運行業務管理平臺。

隨著MES系統應用的不斷深化，系統涵蓋的功能越來越豐富，所產生的數據不斷增多，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2.0版（簡稱MES2.0系統）建設時，提出在采用虛擬化的硬件架構，建立虛擬化管理平臺，解決舊系統所面臨的問題。

2 MES1.0系統硬件架構及面臨的問題

2.1 MES1.0系統硬件架構

MES1.0系統服務器部署方式采用了傳統的“物理服務器+操作系統+數據庫+應用軟件”的部署方式，共使用物理服務器16臺，存儲設備2套，其中用于生產環境的物理服務器12臺，存儲一套，用于開發測試環境的服務器4臺、存儲設備1套，其特點是數據庫（包括關系數據庫和實時數據庫）由物理服務器和存儲共同完成部署，數據庫的數據存放在共享存儲中，其他各個應用均獨立部署在不同的物理服務器上，生產環境硬件架構如圖1所示。

2.2 MES1.0系統部署方式面臨的問題

從系統業務連續性[3]角度，當某一應用的物理服務器出現故障需進行維護時，應用將無法使用，造成業務使用的中斷，而操作系統或應用數據量大，恢復時間長，操作難度高。這使得MES1.0系統在高可用性方面面臨較大風險。

從系統運維的角度，傳統應用服務器部署方式，需要服務器數量較多，各服務器資源相對獨立，應用的穩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+應用數據”進行停機備份，造成業務應用的中斷，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%，內存平均使用率低于15%，而開發測試環境的服務器在系統投入運行后，基本處于閑置狀態，造成了服務器資源的較大浪費。

從機房管理角度，隨著企業各種應用系統增多或擴容，部署的服務器數量不斷增加，造成機房可用空間不足、能耗卻不斷增加。而MES2.0系統經過功能擴展，如果使用傳統“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建設成本。

3 虛擬化平臺的搭建

3.1虛擬化技術

虛擬化技術經過多年的發展[4]，已經是成熟的技術，其諸多優勢[1]，已為多數企業建設數據中心時的首要考慮技術。虛擬化技術將物理服務器的CPU、內存，存儲和網絡資源等硬件進行抽象，形成邏輯資源池[2]，并在此基礎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點之間進行快速遷移而不中斷應用，單個物理主機節點出現故障時，運行在其上的虛擬機可自動遷移到健康的物理主機上，實現系統高可用。

3.2 MES2.0虛擬化平臺硬件架構

MES2.0系統主要硬件由7臺物理服務器、2臺存儲、2臺光纖交換機和2臺以太網交換機構成，如表1所示，硬件架構見圖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，從而行程儲存網絡。服務器與以太網交換機之間通過RJ45網絡接口進行連接，形成局域網，并通過以外網交換機接入到企業內網中。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是配備了固態硬盤陣列的高性能存儲，可用存儲容量16T，用于生產環境系統，存儲2配備了SICS磁盤陣列，容量是存儲1的2倍，用于開發測試環境及備份。

3.3 虛擬化平臺軟件構成

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

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，負責將物理服務器的CPU、內存、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移，DSR功能負責負載均衡，兩者結合使用，虛擬機在主機故障時被轉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，備份時使用重復數據消除技術對重復數據進行消除，提高備份效率。

3.4 虛擬化平臺實現過程

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

2）存儲券劃分及映射：根據存儲用途對存儲進行劃券，分別供生產環境、開發測試、數據庫等使用，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，將存儲轉換成VMFS文件系統，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建：在vCenter中創建MES2.0系統數據中心，創建主機集群，在集群中添加ESXi主機，創建資源池。資源池創建完成后即可在資源池中創建應用虛擬機。

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系統虛擬化管理平臺。

4 結束語

通過虛擬化技術的應用，廣西石化MES2.0系統建成了高效的虛擬化管理平臺，用7臺物理服務器實現了所有46臺應用虛擬機的建立，降低了所需物理服務器的數量，減少了機房空間的占用，實現了節省能源的目的，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，實現了系統的高可用目的，并極大降低了系統運維工作量和運維難度，實現了虛擬化技術應用于MES系統的初衷，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.服務器虛擬化在數據中心的應用實踐[J].華南地震，2015，35（1）：62-66。

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

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

【通聯編輯：梁書】