勘探開發研究云平臺資源分配技術的研究與應用

宮 臣

（遼河油田勘探開發研究院，遼寧 盤錦 124010）

0 引言

遼河油田勘探開發研究院依托計算資源虛擬化、存儲資源池化、網絡資源集成化等技術研發的勘探開發研究云平臺，改變了軟件本地安裝維護不及時、多操作系統軟件部署受限、資料成果本地磁盤存儲易丟失的傳統工作模式，能夠隨時使用平臺中的應用軟件，大幅提升了軟硬件資源的使用效率，同時也提升了一體化協同研究的技術能力。

目前，勘探開發研究云平臺已經承擔了遼河油田研究院及11 家采油單位地質研究部門的日常科研工作，涉及地震資料解釋、儲層預測、數值模擬、地質綜合研究等多學科的研究，成為科研工作者必不可少的應用平臺之一。面臨12 家單位的400多名云平臺用戶日常訪問，龐大的業務量加大了平臺軟硬件資源的使用壓力，勘探開發研究云平臺的資源分配方案急需調整，使平臺資源池中各個服務器的利用率達到負載均衡。

1 針對不同操作系統下計算節點的負載均衡技術研究

勘探開發研究云平臺包含10 余款研究軟件，分別部署在Windows 操作系統的虛擬節點和Linux 操作系統的物理節點上，面對不同的操作系統，負載均衡資源池的方式也是不同的。

1.1 Windows 操作系統虛擬節點資源的負載均衡技術研究

勘探開發研究云平臺中的Windows 操作系統的虛擬節點都是通過VMware 虛擬化技術將物理服務器的硬件虛擬化，通過在創建的虛擬節點上安裝Windows 系統以及Windows 系統下的應用軟件，云平臺用戶使用網絡連接的方式進行應用。

VMware 虛擬化產品是通過創建虛擬化集群把各個硬件服務器主機管理起來，通過VMware 自帶的高可用性技術，實現虛擬節點在集群中各個服務器之間的自由移動，即熱遷移，做到集群的快速擴容和HA 故障冗余，保證Windows 操作系統的虛擬節點在勘探開發研究云平臺平穩、高效、安全地運行。

VMWare 虛擬化集群主要通過以下功能實現負載均衡。①vSphere DRS 進行分布式資源調度，動態調整虛擬化集群中硬件服務器的實施負載，將資源消耗較多的硬件服務器上的虛擬節點通過熱遷移的方式，保證業務不中斷的情況下移動到資源消耗少的硬件服務器上，達到均衡使用云平臺資源池中的資源的效果。②HA 具有高可用性，當虛擬化集群中的硬件服務器出現故障時，HA 功能將此硬件服務器上的虛擬節點自動轉移到集群中的其他硬件服務器上，保證云平臺提供的業務不中斷。通過使用這些功能，基本實現無論硬件服務器出現故障或者虛擬節點出現故障，都能保證業務不中斷的情況下快速解決問題，并在龐大用戶訪問虛擬節點時完成負載均衡，提升硬件服務器應用效率。相關人員可通過在VMware 虛擬化集群的管理軟件vCenter 中配置集群的高可用性等功能，打開“vSphere HA”及“vSphere DRS”功能；在“vSphere DRS”中設置自動化級別為“全自動”，遷移閾值范圍默認為3，設置界面如圖1所示。

圖1 配置集群高可用性的設置界面

1.2 Linux 操作系統物理節點資源的負載均衡技術研究

勘探開發研究云平臺中的Linux 操作系統物理節點可完成多用戶同時登陸進行軟件應用，因此要做到資源的均衡利用就需要使用負載均衡算法。

因為物理節點的硬件配置都不相同，因此它們可承載的業務量是不同的。通過負載均衡算法，將物理節點按業務承載量分配不同的權重，可以使研究人員盡量分配到當前負載低、資源使用率低的物理節點上，使軟件應用更加流暢，同時也減少了物理節點因負載過大而產生的故障問題。

結合勘探開發研究云平臺的應用現狀，以加權輪值算法為基礎，將平臺訪問物理節點產生參數套入到權重值中，可以定制、細化權重值，基于云平臺服務器關鍵性能指標來構建矩陣，再通過層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）計算出服務器的關鍵績效指標（Key Performance Indicator，KPI）權重值，根據云平臺節點的權重值來分配用戶的服務請求，以此來實現Linux 操作系統物理節點的應用負載均衡。

這其中運用的AHP 算法是一種定性與定量相結合的決策分析方法，常被運用于多目標、多準則、多要素、多層次的非結構化的復雜決策問題。利用AHP 算法，可以將云平臺資源池內的ESXi 主機的中央處理器（central processing unit，CPU）、內存、顯存、連接數作為組成矩陣的關鍵權重值。平臺管理員通過為物理節點的4 個參數按重要性打分，接著將分數套入關鍵性能指標矩陣，計算出物理節點的KPI 權重值，矩陣如表1所示。

表1 勘探開發研究云平臺Linux 操作系統物理節點關鍵性能指標矩陣

通過以上的研究，技術人員運用云平臺服務器關鍵性能指標矩陣的加權輪值算法，根據算出的物理節點權重值進行分配用戶的服務請求，實現了平臺Linux 操作系統物理節點的負載均衡技術，并充分利用云平臺服務器硬件資源，優化了應用體驗。

2 勘探開發研究云平臺資源分配技術應用效果分析

通過對勘探開發研究云平臺不同操作系統的計算節點的負載均衡技術進行研究，技術人員制定出的符合不同操作系統特點的實施方案如下。①針對Windows 操作系統下的虛擬節點，通過利用VMWare 服務器集群中的高可用性功能，實現虛擬節點的分布式資源調度、分布式電源管理、節點故障遷移，優化集群中應用服務器的資源使用率，實現虛擬節點的負載均衡。②針對Linux 操作系統下的物理節點，使用加權輪值算法，加入AHP 算法，將硬件服務器的關鍵性能指標組成矩陣，通過實際應用的重要性為各個重要指標打分，計算出物理節點的KPI 權重值，根據權重值大小進行資源分配，實現Linux 操作系統物理節點資源的負載均衡。

在勘探開發研究云平臺（如圖2 所示）實際生產環境中，負載均衡技術的應用降低了云平臺應用軟件的運維工作量，并大幅提高了軟硬件的應用效率。

圖2 勘探開發研究云平臺架構示意圖

3 結語

勘探開發研究云平臺是遼河油田勘探開發研究信息化新一代架構，實現了專業應用軟件及數據庫系統云服務模式，通過勘探開發研究云平臺資源分配技術的研究，實現平臺計算節點應用的負載均衡，提升資源利用率的同時也減少了平臺服務器及計算節點故障，用戶體驗得到大幅提升，為勘探開發科研生產工作順利運行提供了有力保障。