虛擬化在石油行業(yè)的應(yīng)用和展望

王建宇，楊志平，張建平

（天津大港油田勘探開發(fā)研究院 天津 300280）

虛擬化在石油行業(yè)的應(yīng)用和展望

王建宇，楊志平，張建平

（天津大港油田勘探開發(fā)研究院 天津 300280）

本文分析總結(jié)了石油企業(yè)實施虛擬機(jī)技術(shù)的成果，這些成果證明虛擬化技術(shù)可有效縮減IT系統(tǒng)規(guī)模，通過服務(wù)器和存儲的整合降低空間與能耗需求，提高計算資源的利用率，實現(xiàn)資源動態(tài)部署，提升整體管理效率，降低了整體采購和運維成本，提升了企業(yè)競爭力。

虛擬化；IT架構(gòu)；服務(wù)器效率；投資成本

1 前言

隨著中國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，面對經(jīng)濟(jì)全球化和社會信息化的挑戰(zhàn)，能源企業(yè)也不得不把信息化作為技術(shù)創(chuàng)新、管理創(chuàng)新的重要手段，以信息化改造傳統(tǒng)經(jīng)營模式，提高企業(yè)的綜合競爭能力。

石油行業(yè)是一個跨學(xué)科、多專業(yè)相互配合的技術(shù)密集型行業(yè)，從上游到下游的產(chǎn)業(yè)鏈中主要包括了勘探、開采、儲運、煉油和銷售等環(huán)節(jié)。信息化一直伴隨著這個行業(yè)的發(fā)展，并發(fā)揮了巨大作用。信息化實施的程度和實施的成效，在很大的程度上影響著石油行業(yè)的競爭能力。

2 應(yīng)用現(xiàn)狀

石油行業(yè)是計算機(jī)技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用最早的領(lǐng)域之一，也是應(yīng)用最深入、最普及的領(lǐng)域。早從1980年代，我國就有多個油田引入高性能計算機(jī)，經(jīng)過多年的投資建設(shè)，如今的石油企業(yè)擁有了包括大中型計算機(jī)服務(wù)器、PC集群、專業(yè)計算機(jī)工作站在內(nèi)的眾多設(shè)備資源，形成了包括地震數(shù)據(jù)處理和解釋、測井?dāng)?shù)據(jù)處理和解釋、油氣藏數(shù)值模擬、油氣藏生產(chǎn)分析和三維地質(zhì)建模在內(nèi)的綜合應(yīng)用能力。

近年來，信息技術(shù)在石油行業(yè)的各個領(lǐng)域得到了更加廣泛的應(yīng)用，先后建立起了“企業(yè)資源管理系統(tǒng)（ERP）”、“辦公自動化系統(tǒng)”、“合同管理系統(tǒng)”、“人力資源管理系統(tǒng)”、“電子郵件系統(tǒng)”、“企業(yè)信息門戶”等一系列業(yè)務(wù)管理與IT服務(wù)系統(tǒng)，在集成和深化應(yīng)用、信息安全、信息系統(tǒng)運維、IT治理等方面都做了大量工作，對提升業(yè)務(wù)效率、優(yōu)化辦公流程發(fā)揮了重要作用，成效顯著。但在取得成績的同時，仍然存在很多問題，隨著內(nèi)部信息系統(tǒng)日益龐大，服務(wù)器和存儲設(shè)備越來越多，企業(yè)數(shù)據(jù)中心的空間趨于緊張，并且服務(wù)器利用率不高，使得應(yīng)用成本高昂，系統(tǒng)資源配置也不夠靈活，現(xiàn)有IT架構(gòu)已經(jīng)難以支撐未來業(yè)務(wù)的發(fā)展。

油氣行業(yè)面臨的4大IT應(yīng)用瓶頸如下。

·計算機(jī)系統(tǒng)資源利用率偏低。據(jù)統(tǒng)計，目前很多企業(yè)服務(wù)器使用率僅10%～30%，大量資源處于閑置狀態(tài)。

· 新系統(tǒng)部署及運行效率不足。

· 數(shù)據(jù)安全與系統(tǒng)管理難度較大。

· 能耗激增，機(jī)房空間不足。

3 虛擬化的實施和效果

如何解決這些制約石油行業(yè)信息化建設(shè)的IT問題，將服務(wù)器、存儲系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)資源整合為一體，最大限度提高資源利用率，有效降低運維成本?“虛擬化”技術(shù)的出現(xiàn)，讓我們找到了突破的方向。

虛擬化的概念早已有之，在計算機(jī)誕生的時候通過虛擬化提高系統(tǒng)效率的想法就已經(jīng)被提及。那時由于系統(tǒng)的價格很高，又受當(dāng)時技術(shù)條件限制，并未流行起來。如今隨著硬件價格下降和應(yīng)用模式的變化，讓虛擬化找到了新的應(yīng)用領(lǐng)域，也賦予了其更廣泛的內(nèi)涵。

虛擬化技術(shù)是將多個物理設(shè)備看成一個統(tǒng)一的資源池，利用池內(nèi)資源制造出多個虛擬系統(tǒng)，包括虛擬服務(wù)器、虛擬網(wǎng)絡(luò)交換、虛擬存儲。虛擬化是一種經(jīng)過驗證的軟件技術(shù)，它改變了一臺設(shè)備僅僅運行單個操作系統(tǒng)和單個應(yīng)用程序的模式。

實際上，虛擬化技術(shù)的初衷就是為了實現(xiàn)更高的設(shè)備利用率，使用戶能夠盡可能地利用系統(tǒng)資源。也就是說，如果你能夠在一臺物理服務(wù)器上虛擬多個系統(tǒng)，每臺虛擬出來的服務(wù)器可以單獨運行自己的操作系統(tǒng)而互不干擾，就能夠以少數(shù)幾臺計算機(jī)完成所有工作，有效解決了多應(yīng)用系統(tǒng)共存的難題，簡化服務(wù)器管理，提高服務(wù)器利用率以及網(wǎng)絡(luò)靈活性和可靠性。這顯然能夠節(jié)省耗電、空間、冷卻和管理開支，降低TCO（總擁有成本），提高資源的利用率和系統(tǒng)的可用性、靈活性。

只有服務(wù)器虛擬化是不夠的，前端服務(wù)器的大規(guī)模虛擬化，必將對后端存儲設(shè)備的帶寬、存儲容量和保護(hù)能力提出更高的要求。石油行業(yè)數(shù)據(jù)量增長很快，每三到五年數(shù)據(jù)就要增加一個量級，而且采用的大多是異構(gòu)平臺，存儲管理困難，存儲虛擬化技術(shù)是解決這些問題的好辦法。存儲虛擬化，最通俗的理解就是對存儲硬件資源進(jìn)行抽象化表現(xiàn)。對于用戶來說，虛擬化的存儲資源就像是一個巨大的“存儲池”，用戶不會看到具體的磁盤、磁帶，也不必關(guān)心自己的數(shù)據(jù)經(jīng)過哪一條路徑通往哪一個具體的存儲設(shè)備。存儲虛擬化減少了物理存儲設(shè)備的配置和管理任務(wù)，降低了存儲管理復(fù)雜性和存儲成本。

虛擬化是一個高度依賴網(wǎng)絡(luò)的計算結(jié)構(gòu)，這就意味著網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)必須與服務(wù)器、存儲以及桌面系統(tǒng)一起進(jìn)步，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)虛擬化。過去，網(wǎng)絡(luò)只不過是連通眾多硬件設(shè)備的管道，而現(xiàn)在，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)變成了新的基礎(chǔ)設(shè)施。將多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進(jìn)行整合，虛擬化成一臺邏輯設(shè)備，使得傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中離散的安全控制點被整合進(jìn)來，進(jìn)一步強(qiáng)化并簡化了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提升了網(wǎng)絡(luò)可用性。最終結(jié)果是：所有的存儲、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)資源都將被虛擬為一個資源池。

目前市場上主要有VMware、微軟和思杰（Citrix）三家大公司提供的全系列虛擬化解決方案。那么，究竟應(yīng)該選擇哪種虛擬化軟件呢？根據(jù)客戶對應(yīng)用的要求，對不同的等級和不同的服務(wù)，可采取不同的解決方案。比如，中小企業(yè)有虛擬化需求，推薦微軟的產(chǎn)品，至于數(shù)據(jù)中心則傾向于VMware的軟件。

鑒于虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢，石油行業(yè)表現(xiàn)出了對虛擬化技術(shù)的渴求，很多石油企業(yè)都在積極實施虛擬化方案。舉例，某油田公司數(shù)據(jù)中心實施虛擬化技術(shù)部署，原有60多臺物理服務(wù)器，分別支持辦公自動化、財務(wù)管理、企業(yè)信息門戶、業(yè)務(wù)管理、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)管理與應(yīng)用等幾十個系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。經(jīng)過一段時間的考慮和技術(shù)比較，通過并采用VMware虛擬化方案，將十幾臺服務(wù)器構(gòu)成了一個Server Farm，部署Virtual Infrastructure 3進(jìn)行存儲虛擬化，通過ESX Server將處理器、內(nèi)存、存儲器和資源虛擬化為多個虛擬機(jī)，配置ESX Server基于IP的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡，同時ESX擁有強(qiáng)大的動態(tài)遷移功能，避免了復(fù)雜的權(quán)限分配問題、設(shè)置問題，將所建立的虛擬機(jī)都存儲在虛擬化的SAN上，其中包括了SQL server、文件服務(wù)器、打印服務(wù)器、VPN服務(wù)器。通過 Virtual Center對ESX虛擬機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一管理控制，在十幾臺服務(wù)器之間自由遷移虛擬機(jī)，以實現(xiàn)資源調(diào)配的需要，從而實現(xiàn)資源優(yōu)化。通過P2V工具Converter快速將物理機(jī)上的應(yīng)用遷移到虛擬機(jī)上面，極大地縮短了遷移時間，降低了管理成本，提高了服務(wù)水平。按照方案規(guī)劃，采用的是先簡單應(yīng)用再到關(guān)鍵應(yīng)用的步驟順序，實施中從未造成內(nèi)部業(yè)務(wù)的中斷，業(yè)務(wù)部門也絲毫沒有感覺到有任何體驗上的差別。

在此次的解決方案中，油田公司數(shù)據(jù)中心并沒有采購新的服務(wù)器系統(tǒng)，僅選用了原有的十幾臺性能較好的物理服務(wù)器，就完成了以往60臺物理服務(wù)器所承擔(dān)的任務(wù)。通過逐步P2V轉(zhuǎn)換的方式，將舊系統(tǒng)遷移到了虛擬機(jī)環(huán)境中，部署完成之后的事實證明，虛擬化實施有效解決了成本、安全和性能等三個關(guān)鍵問題。成本：實現(xiàn)了IT系統(tǒng)的精簡，降低40%軟件硬件成本，降低70%～80%運維成本，節(jié)省35%～75%總體擁有成本，減少了數(shù)據(jù)中心所需要的服務(wù)器數(shù)量，大幅度提升了資源利用率和數(shù)據(jù)中心的空間利用率。安全：消除了單點故障，災(zāi)難得到快速恢復(fù)，支持文件級在線和離線備份，支持零宕機(jī)硬件維護(hù)。性能：服務(wù)器利用率從10%～20%提升到60%～80%，現(xiàn)在能夠非常快速地滿足勘探開發(fā)業(yè)務(wù)部門的資源需求，部署一個新服務(wù)時間從小時級提升到分鐘級，重建時間從20～40 h提升到15～30 min。同時，通過虛擬化部署的方式，也能夠?qū)Ψ峙涑鋈サ馁Y源進(jìn)行更好的監(jiān)控，收回資源和再分配資源，都變得非常方便，大大提升了數(shù)據(jù)中心服務(wù)器資源分配的靈活性。

4 結(jié)束語

從上面可以看出，在石油行業(yè)實施虛擬機(jī)技術(shù)，通過服務(wù)器和存儲的整合降低空間與能耗需求，提高了計算資源的利用率，實現(xiàn)了資源動態(tài)部署，提升了整體管理效率，降低了整體采購和運維成本，縮減了IT系統(tǒng)規(guī)模，同時也保證了行業(yè)主營業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

信息技術(shù)的應(yīng)用和管理對于提高石油行業(yè)勘探開發(fā)、數(shù)據(jù)應(yīng)用、經(jīng)營管理水平具有重要意義，但信息化所有一切都是圍繞主營業(yè)務(wù)，技術(shù)只是推動業(yè)務(wù)，不能本末倒置。時下，虛擬化技術(shù)正在席卷石油行業(yè)各種規(guī)模的數(shù)據(jù)中心。但并不是所有的應(yīng)用都適合做虛擬化，也并不是所有的系統(tǒng)都應(yīng)該做集成，對目前的服務(wù)器虛擬化來說，主要還是對x86系統(tǒng)的虛擬化。這些因素在實施具體虛擬化方案時都是需要考慮的。

隨著虛擬化進(jìn)程的深入，技術(shù)條件的成熟，用戶需求的推動，云計算也在不知不覺中到來，虛擬化技術(shù)將是云計算平臺的完美搭檔，為云計算提供了很好的底層技術(shù)平臺。

2010-07-17）