基于Hyper-V虛擬化技術(shù)實現(xiàn)故障轉(zhuǎn)移

周文杰

（民航西北空管理局 氣象中心探測室，陜西 西安 710082）

西安咸陽國際機場邊界層風廓線雷達CFL-03是一種脈沖多普勒晴空探測雷達，能夠以較高的時間分辨率和空間分辨率連續(xù)、實時的探測距地面60～3 000m或更高高度范圍內(nèi)邊界層大氣的水平風和垂直風的風速和風向，以及大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)Cn2等氣象要素隨高度的分布。此套風廓線雷達系統(tǒng)還配置一個無線電聲學探空系統(tǒng)（RASS），能夠探測距地面60～1 500m高度范圍內(nèi)的大氣虛溫。

在民航氣象領(lǐng)域，風廓線雷達因其時空分辨率高、可連續(xù)值守的特點，是一種十分重要的探測手段。因此，保障風廓線雷達正常運行顯得十分重要。

1 Hyper-V虛擬化

虛擬化應(yīng)用是利用軟件將不同層面劃分開來，通過創(chuàng)建的虛擬機模擬底層硬件服務(wù)和功能，使各層的變動更加靈活。它能在一臺計算機上運行多個操作系統(tǒng)，就好像同時運行多臺計算機一樣。

Hyper-V是一個位于硬件和操作系統(tǒng)之間的軟件層，可以用于對Windows和非Windows操作系統(tǒng)進行虛擬化。Hyper-V基于虛擬機管理器的虛擬化平臺，整合了操作系統(tǒng)，允許動態(tài)地添加物理和虛擬資源。Hyper－V中的虛擬機可以被理解為完全獨立的計算機，借助數(shù)據(jù)執(zhí)行保護功能，每臺計算機的狀態(tài)不會影響其它虛擬機或主機。

Hyper-V采用微內(nèi)核化管理程序的體系結(jié)構(gòu)，兼顧了安全性和性能的要求。在微內(nèi)核化的設(shè)計中，內(nèi)核中最常用的功能被精心挑選，設(shè)計運行在內(nèi)核模式的一個或者一組進程上。而其它大部分不那么重要的核心功能則作為單獨的進程在用戶模式下運行，這樣一來其它核心功能模塊都只依賴微內(nèi)核模塊或者其它模塊，并不直接依賴硬件。這種模式增加了靈活性，易于維護和移植。由于微內(nèi)核不依賴于固定的文件系統(tǒng)，所以用戶可以隨意地選擇支持的文件系統(tǒng)，不需要的模塊因為不會加載到內(nèi)存中，所以對于內(nèi)存的使用也更為有效，適合于建立分布式操作系統(tǒng)和面向?qū)ο蟮牟僮飨到y(tǒng)。

Hyper-V采用基于VMbus的高速內(nèi)存總線架構(gòu)。來自虛擬機的硬件請求（顯卡、鼠標、磁盤、網(wǎng)絡(luò)）經(jīng)過虛擬服務(wù)客戶端通過VMbus總線發(fā)送到父分區(qū)的虛擬服務(wù)提供程序（Virtual Service Provider，簡稱VSP），VSP調(diào)用對應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動，直接訪問硬件。Hyper－V能夠直接使用英特爾的虛擬化技術(shù)（IntelVT技術(shù)）或者AMD的虛擬化技術(shù)（AMDV技術(shù)），而且對內(nèi)存和硬盤等資源也可以實現(xiàn)類似直接調(diào)用的操作，所以Hyper－V虛擬機的性能很高，幾乎可以接近物理計算機的性能。

2 故障轉(zhuǎn)移集群

故障轉(zhuǎn)移群集是服務(wù)器群集（MSCS）的改進版，可協(xié)同工作以增強應(yīng)用程序和服務(wù)的可用性。MSCS要求管理員不僅要了解群集本身，還需要精通存儲技術(shù)以及群集服務(wù)與各種存儲解決方案交互的方式，而且難于設(shè)置和維護。故障轉(zhuǎn)移群集簡化了群集并且增加了一些新的功能，提高群集的安全性和穩(wěn)定性。

1)全新的管理界面。故障轉(zhuǎn)移集群管理是一個MMC控制臺，新界面分為3個窗格，提供了所選擇的集群配置部分的詳細信息以及可執(zhí)行的操作，使管理員使用更加方便。

2)改進的配置過程。許多配置、重新配置和維護群集的操作都有向?qū)В辛诉@些向?qū)У膸椭?，管理員不必再擔心資源是否已配置正確或者它們是否會以正確的順序聯(lián)機。

3)嵌入了驗證過程。在Windows Server 2008中，群集設(shè)置和配置已通過新的驗證向?qū)нM行了簡化，此向?qū)褂脩艨梢源_認系統(tǒng)、存儲和網(wǎng)絡(luò)配置是否適用于群集。

4)增強的數(shù)據(jù)存儲性能和穩(wěn)定性。故障轉(zhuǎn)移群集與存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)或直接連接存儲通信時，將使用破壞性最小的命令，從而SCSI總線重置較少，磁盤從不會處于未受保護狀態(tài)，這意味著降低了卷損壞的風險。故障轉(zhuǎn)移群集還支持用于磁盤發(fā)現(xiàn)和恢復(fù)的改進方法。

5)增強的安全功能。故障轉(zhuǎn)移群集包含多個新的安全增強功能，其中最重要的是不再需要群集服務(wù)帳戶。

3 計算機系統(tǒng)組成

CFL-03風廓線雷達系統(tǒng)中有多臺不同用途的計算機組成計算機網(wǎng)絡(luò)，主要包括主、備服務(wù)器，信號處理計算機，監(jiān)控維護終端，用戶顯示終端等。

圖1 計算機網(wǎng)絡(luò)拓撲圖Fig.1 Computer network topology of the CFL-03 system

主、備服務(wù)器作為風廓線雷達系統(tǒng)主機，采用雙機熱備份工作模式，配置磁盤陣列，是數(shù)據(jù)處理軟件、產(chǎn)品及數(shù)據(jù)WEB服務(wù)器、控制管理工具等軟件的運行平臺，是接收、處理和發(fā)布氣象探測數(shù)據(jù)的核心設(shè)備。

系統(tǒng)環(huán)境的配置如表1所示。

表1 系統(tǒng)環(huán)境配置Tab.1 configuration of the CFL-03 system

4 Hyper-V管理

將 NODE1、NODE2安裝完全相同的 Windows Server 2008 R2操作系統(tǒng)后，通過服務(wù)管理器在角色欄中安裝Hyper-V，此過程需要重啟系統(tǒng)。Hyper-V安裝完成后，打開Hyper-V管理器開始配置虛擬機。新建虛擬機、指定名稱、位置分配內(nèi)存和配置網(wǎng)絡(luò)如下圖2所示，連接虛擬硬盤、安裝選項和摘要如圖3所示。

5 故障轉(zhuǎn)移集群管理

完成Hyper-V安裝后，在服務(wù)管理器中功能欄中進行故障轉(zhuǎn)移集群安裝。如圖4所示。

實現(xiàn)故障轉(zhuǎn)移功能需要進行以下幾個步驟：

1)啟用群集共享卷。如若未啟用共享卷，同一時間只能有一個節(jié)點訪問一個磁盤陣列。

打開故障轉(zhuǎn)移集群管理器，在配置欄內(nèi)選擇啟用群集共享卷，在彈出的對話框選擇同意即可。集群共享存儲目錄為C:ClusterStroageVolume1。

2)配置仲裁盤。故障轉(zhuǎn)移群集中的仲裁配置確定群集允許的故障數(shù)。如果出現(xiàn)更多故障或群集節(jié)點之間通信有問題時，則群集必須停止運行。相關(guān)故障包括節(jié)點的故障，有些情況下還包括見證磁盤（包含群集配置的副本）或見證文件共享的故障。

打開故障轉(zhuǎn)移集群管理器，右鍵單擊集群，選擇更多操作——配置集群仲裁設(shè)置，然后選擇節(jié)點和磁盤多數(shù)，接著選擇仲裁磁盤的存儲卷，最后顯示配置集群仲裁設(shè)置完成。

3)Hyper-V虛擬機的設(shè)置。確認需要配置故障轉(zhuǎn)移的虛擬機存儲都放置到集群共享卷C:ClusterStroageVolume1上。

打開Hyper-V管理器，右鍵單擊先前步驟配置好的服務(wù)器，選擇Hyper-V配置，檢查虛擬磁盤路徑、虛擬機路徑是否設(shè)為共享卷的映射路徑。

4)配置高可用。

圖2 新建虛擬機、指定名稱與位置、分配內(nèi)存和配置網(wǎng)絡(luò)Fig.2 New virtualmachine、naming&location、allocatememory、configure the network

圖3 連接虛擬硬盤、安裝選項和摘要Fig.3 Connect virtual disk、install options、abstract

打開故障轉(zhuǎn)移集群管理器，定位到服務(wù)和應(yīng)用項，點擊右側(cè)配置服務(wù)和應(yīng)用程序，彈出對話框，點下一步，選擇服務(wù)或應(yīng)用程序中選擇虛擬機，下一步勾選需要配置高可用的虛擬機，點下一步，完成虛擬機的高可用配置。

通過上述幾個步驟的介紹，就可以實現(xiàn)故障轉(zhuǎn)移功能了。故障轉(zhuǎn)移功能的具體操作是打開故障轉(zhuǎn)移集群管理器，選擇正在服務(wù)的虛擬機，在右側(cè)菜單欄內(nèi)選擇將虛擬機快速遷移到另一節(jié)點。其中特別注意的是不要選擇將虛擬機實時遷移到另一節(jié)點。

6 結(jié)論

圖4 安裝故障轉(zhuǎn)移集群Fig.4 Install failover cluste

此套故障轉(zhuǎn)移功能系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)良，在實際運行過程中無論人為切換還是設(shè)備發(fā)生故障時，系統(tǒng)轉(zhuǎn)移時間均在30 s以內(nèi)，有效的保證了設(shè)備的正常運行，實現(xiàn)了系統(tǒng)的熱備份功能。

圖5 故障轉(zhuǎn)移Fig.5 Failover

當前民航事業(yè)處于高速發(fā)展時期，保障航空安全是民航人永恒的追求。風廓線雷達對于航空風切變的預(yù)報有著重要的指導作用，利用Hyper-V虛擬化技術(shù)實現(xiàn)故障轉(zhuǎn)移功能對于保障設(shè)備正常運行起到很好的作用，這種設(shè)計方式也能夠在其他設(shè)備系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。

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