虛擬技術(shù)在地震前兆技術(shù)系統(tǒng)中的應(yīng)用1

胡玉良 程冬焱 李惠玲

?

虛擬技術(shù)在地震前兆技術(shù)系統(tǒng)中的應(yīng)用1

胡玉良1，2）程冬焱1，2）李惠玲1，2）

1）山西省地震局，太原 030021?2）太原大陸裂谷動(dòng)力學(xué)國家野外科學(xué)觀測研究站，太原 030025

地震前兆技術(shù)系統(tǒng)長期穩(wěn)定和可靠運(yùn)行對管理人員來說至關(guān)重要，本文以山西前兆臺(tái)網(wǎng)為例，基于VMware虛擬機(jī)搭建了地震前兆技術(shù)系統(tǒng)，并利用其快閃及克隆功能實(shí)現(xiàn)了地震前兆技術(shù)系統(tǒng)的快速備份及恢復(fù)，提升了地震前兆技術(shù)系統(tǒng)故障應(yīng)急處置能力。

VMware 虛擬機(jī) 技術(shù)系統(tǒng) 克隆 備份恢復(fù)

引言

地震前兆臺(tái)網(wǎng)承擔(dān)前兆觀測數(shù)據(jù)匯集、處理、存儲(chǔ)、報(bào)送與歸檔。現(xiàn)有臺(tái)網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)一般部署在1—2臺(tái)服務(wù)器和數(shù)臺(tái)臺(tái)式計(jì)算機(jī)上。目前，國家中心、學(xué)科中心、區(qū)域中心均部署了備份服務(wù)器，但在臺(tái)站卻由于種種原因沒有配備備用服務(wù)器，一旦技術(shù)系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，恢復(fù)服務(wù)器可能需要數(shù)分鐘，數(shù)小時(shí)或數(shù)天。嚴(yán)重的是，如果服務(wù)器出現(xiàn)硬件故障，可能需要更長時(shí)間才能恢復(fù)，將嚴(yán)重影響前兆正常業(yè)務(wù)的運(yùn)行，造成不可估量的損失。因此，保證地震前兆技術(shù)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，并且能在突發(fā)情況下及時(shí)恢復(fù)地震前兆技術(shù)系統(tǒng)就顯得至關(guān)重要。針對上述問題，筆者基于VMware虛擬機(jī)在已有計(jì)算機(jī)上搭建了地震前兆臺(tái)網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了地震前兆技術(shù)系統(tǒng)雙機(jī)備份功能，保證了地震前兆技術(shù)系統(tǒng)不間斷穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

1 地震前兆臺(tái)網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)介紹

全國地震前兆臺(tái)網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)是一個(gè)四級分層的互聯(lián)互通分布式系統(tǒng)。在節(jié)點(diǎn)臺(tái)站上，由多種前兆觀測設(shè)備通過無線或有線網(wǎng)絡(luò)連接到節(jié)點(diǎn)臺(tái)站。在區(qū)域中心，前兆觀測設(shè)備也可以通過網(wǎng)絡(luò)直接連接到區(qū)域中心節(jié)點(diǎn)。具體連接方式如圖1所示。

地震前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)采用分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體系，即臺(tái)站、區(qū)域中心、國家中心和學(xué)科中心分別匯集管理所轄范圍的觀測數(shù)據(jù)，直接為本節(jié)點(diǎn)提供數(shù)據(jù)服務(wù)，數(shù)據(jù)流程如圖2所示。

2 虛擬機(jī)介紹

虛擬化是將服務(wù)器物理資源抽象成邏輯資源（楊斌等，2012；錢崢等，2013），從而提高資源的利用率，簡化系統(tǒng)管理。目前主要流行的虛擬機(jī)有KVM、Xen、VMware等。

KVM是指基于Linux內(nèi)核（Kernel-based）的虛擬機(jī)（Virtual Machine）。KVM最大的好處就在于它是與Linux內(nèi)核集成的，所以速度很快。KVM的宿主操作系統(tǒng)必須是Linux，支持的客戶機(jī)操作系統(tǒng)包括Linux、Windows、Solaris和BSD。

Xen是一個(gè)開放源代碼虛擬機(jī)監(jiān)視器，由劍橋大學(xué)開發(fā)。優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)存獨(dú)占、開源、免費(fèi)；缺點(diǎn)是操作系統(tǒng)必須進(jìn)行修改以在Xen上運(yùn)行，其操作復(fù)雜，維護(hù)成本較高。

VMware（Virtual machine ware）是一個(gè)“虛擬PC”軟件公司。它的產(chǎn)品可以在1臺(tái)機(jī)器上同時(shí)運(yùn)行2個(gè)或更多Windows、DOS、LINUX系統(tǒng)。與“多啟動(dòng)”系統(tǒng)相比，VMware采用了完全不同的概念。傳統(tǒng)的多操作系統(tǒng)在一個(gè)時(shí)刻只能運(yùn)行一個(gè)系統(tǒng)，在系統(tǒng)切換時(shí)需要重新啟動(dòng)機(jī)器，而VMware是真正“同時(shí)”運(yùn)行，多個(gè)操作系統(tǒng)在主系統(tǒng)的平臺(tái)上，就像Windows應(yīng)用程序那樣切換。而且每個(gè)操作系統(tǒng)都可以進(jìn)行虛擬分區(qū)、配置，而不影響真實(shí)硬盤數(shù)據(jù)。通過Bridged模式可以給每個(gè)操作系統(tǒng)分配一個(gè)IP地址，以方便遠(yuǎn)程訪問；并且VMware虛擬機(jī)軟件還具有克隆、快照等功能，方便了用戶安裝、備份及恢復(fù)操作系統(tǒng)（VMware技術(shù)網(wǎng)站，2014）。

鑒于以上VMware虛擬機(jī)軟件的強(qiáng)大功能，筆者采用VMware虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)地震前兆技術(shù)系統(tǒng)。

3 虛擬技術(shù)應(yīng)用

地震前兆技術(shù)系統(tǒng)包括：Oracle數(shù)據(jù)庫、jdk軟件、中國地震前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、中國地震前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、中國地震前兆臺(tái)網(wǎng)運(yùn)行評價(jià)系統(tǒng)、前兆觀測數(shù)據(jù)跟蹤分析軟件、MapSIS、EIS2000以及前兆臺(tái)站數(shù)據(jù)監(jiān)控分析軟件等。其中，Oracle數(shù)據(jù)庫、jdk軟件和中國地震前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)所需操作系統(tǒng)采用Suse Linux Enterprise Server，其余軟件安裝在Windows XP/7操作系統(tǒng)上。

3.1 系統(tǒng)方案

為了保證虛擬機(jī)軟件能夠流暢運(yùn)行，筆者建議計(jì)算機(jī)的最低配置應(yīng)滿足：cpu酷睿雙核以上；內(nèi)存2GB以上；硬盤50GB以上。本文中虛擬機(jī)安裝環(huán)境采用64位Windows 7旗艦版SP1操作系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)硬件配置：cpu酷睿 i7-3770@3.40GHz四核；內(nèi)存8GB，硬盤1TB。虛擬機(jī)軟件版本采用VMware Workstation 8.0.4。

需要注意的是，在64位Windows 7 操作系統(tǒng)下，要通過BIOS設(shè)置啟用cpu虛擬化，才能確保在VMware Workstation成功安裝SUSE Linux Enterprise Server的64位版本。具體設(shè)置過程為：進(jìn)入BIOS系統(tǒng)設(shè)置界面，選擇“intel(R) Virtualization Technology”這一項(xiàng)，默認(rèn)為“Disabled”，選擇“Enabled”，選擇F10保存。

根據(jù)山西前兆臺(tái)網(wǎng)服務(wù)器參數(shù)（表1）中的使用磁盤空間一列，結(jié)合計(jì)算機(jī)硬盤容量，在VMware Workstation中新建2個(gè)虛擬機(jī)，2個(gè)虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)模式均采用Bridged模式接入到地震行業(yè)內(nèi)網(wǎng)（楊斌等，2012），以方便外部進(jìn)行訪問，虛擬機(jī)設(shè)置如表2所示。其中，一個(gè)虛擬機(jī)安裝Suse Linux Enterprise Server 10 SP3操作系統(tǒng)，然后在此基礎(chǔ)上安裝Oracle 10g數(shù)據(jù)庫、jdk軟件、中國地震前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)；另一個(gè)虛擬機(jī)用于安裝Windows XP操作系統(tǒng)（大部分地震前兆業(yè)務(wù)軟件在Windows XP操作系統(tǒng)下使用較為穩(wěn)定）。然后在此基礎(chǔ)上安裝中國地震前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、中國地震前兆臺(tái)網(wǎng)運(yùn)行評價(jià)系統(tǒng)、前兆觀測數(shù)據(jù)跟蹤分析軟件，以及MapSIS、EIS2000、前兆臺(tái)站數(shù)據(jù)監(jiān)控分析軟件。

表1 山西前兆臺(tái)網(wǎng)服務(wù)器參數(shù)

續(xù)表

序號(hào)部署節(jié)點(diǎn)型號(hào)內(nèi)存（GB）磁盤（塊）磁盤空間（GB）使用磁盤空間（GB）啟用時(shí)間（年-月-日）備注 3代縣中心地震臺(tái)DELL83534282014-08-20數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 4臨汾市地震局DELL83548332014-03-18數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 5昔陽地震臺(tái)DELL42287182011-12-05數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 6離石中心地震臺(tái)DELL42231272011-12-31數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 7大同中心地震臺(tái)DELL42231242013-02-02數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 8長治中心地震臺(tái)DELL83534162014-07-16數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 9夏縣中心地震臺(tái)DELL82135482012-07-26數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 10定襄中心地震臺(tái)DELL123464112013-11-22數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 11區(qū)域中心DELL1235561672011-01-15主數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 12長治中心地震臺(tái)DELL1235561442011-01-25區(qū)域中心備份數(shù)據(jù)庫服務(wù)器

表2 虛擬機(jī)設(shè)置

3.2 系統(tǒng)搭建

3.2.1 數(shù)據(jù)庫搭建

Oracle數(shù)據(jù)庫和中國地震前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是地震前兆技術(shù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所有地震前兆觀測原始數(shù)據(jù)均通過中國地震前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)采集到Oracle數(shù)據(jù)庫，因此確保Oracle數(shù)據(jù)庫和中國地震前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)正確安裝非常重要。按照《中國地震前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)用戶使用手冊》的要求，可完成Suse Linux Enterprise Server 10 SP3、Oracle數(shù)據(jù)庫、jdk軟件和中國地震前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的安裝，然后按照圖3進(jìn)行操作，這樣數(shù)據(jù)庫服務(wù)器就安裝成功了。

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器完成安裝后，原服務(wù)器和新服務(wù)器之間除了IP地址不同之外，其它完全一致，真正實(shí)現(xiàn)了雙機(jī)備份功能。利用VMware虛擬機(jī)軟件的快照閃回功能，可以實(shí)現(xiàn)地震前兆技術(shù)系統(tǒng)的快速備份及恢復(fù)，快照設(shè)置如圖4所示。一旦原服務(wù)器發(fā)生故障，在30分鐘內(nèi)便可切換到備用服務(wù)器上。

在安裝過程中需注意：

（1） 網(wǎng)絡(luò)連接選擇Bridged模式，操作系統(tǒng)成功安裝后需配置IP地址，Oracle數(shù)據(jù)庫才能成功安裝。

（2） 數(shù)據(jù)庫實(shí)例應(yīng)在/opt/oracle/oradata/目錄下，管理系統(tǒng)才能成功安裝。

3.2.2 前兆軟件搭建

目前中國地震前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、中國地震前兆臺(tái)網(wǎng)運(yùn)行評價(jià)系統(tǒng)、前兆觀測數(shù)據(jù)跟蹤分析軟件，以及MapSIS、EIS2000、山西前兆臺(tái)站數(shù)據(jù)監(jiān)控分析等前兆軟件往往安裝在多個(gè)臺(tái)式計(jì)算機(jī)上，一方面操作非常不方便，另一方面由于大部分前兆軟件是在Windows XP下開發(fā)的，而目前大部分新購置的臺(tái)式計(jì)算機(jī)往往采用Windows 7操作系統(tǒng)，帶來的問題就是前兆軟件與操作系統(tǒng)兼容性較差。因此，為了徹底解決這些問題，采用VMware虛擬機(jī)軟件在Windows 7操作系統(tǒng)下部署Windows XP操作系統(tǒng)，然后在Windows XP操作系統(tǒng)下安裝前兆軟件，即可完美解決上述兼容性的問題。

3.3 虛擬機(jī)克隆技術(shù)實(shí)現(xiàn)

VMware Workstation虛擬機(jī)克隆有兩種類型：完全克隆和鏈接克隆。完全克隆是與原來虛擬機(jī)完全獨(dú)立的一個(gè)拷貝，不和原來虛擬機(jī)共享任何資源。優(yōu)點(diǎn)是不依賴其它虛擬機(jī)，完全獨(dú)立。缺點(diǎn)是占用空間大，克隆速度慢。而鏈接克隆需要和原來虛擬機(jī)共享同一虛擬磁盤文件，不能脫離原來虛擬機(jī)獨(dú)立運(yùn)行。優(yōu)點(diǎn)是占用空間小，使用方便，復(fù)制速度快。缺點(diǎn)是依賴其它虛擬機(jī)。

由于新部署的系統(tǒng)需完全獨(dú)立，不能依賴原來的虛擬機(jī)，所以筆者采用完全克隆方式。完全克隆操作的具體步驟為：

（1）關(guān)閉被克隆的虛擬機(jī)；

（2）運(yùn)行克隆向?qū)В阂訴M8為例，點(diǎn)擊菜單的VM--Manage--Clone，按下一步；

（3）選擇從被克隆的虛擬機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)開始克?。?/p>

（4）按下一步，選擇全克隆方式；

（5）按下一步，修改名稱及存放位置；

（6）點(diǎn)擊完成，克隆開始。

（7）完成后，回到虛擬機(jī)的主界面，啟動(dòng)克隆完畢的虛擬機(jī)；

（8）進(jìn)入/etc/udev/rules.d文件夾下，執(zhí)行sudo rm *-net.rules語句，刪除相關(guān)文件（解決克隆或復(fù)制Linux虛擬機(jī)后無法上網(wǎng)的問題），重啟虛擬機(jī)；

（9）配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。

克隆的虛擬機(jī)完成網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置后，新的前兆服務(wù)器就搭建完成。這里以大同臺(tái)為例說明前兆技術(shù)系統(tǒng)恢復(fù)過程。區(qū)域中心已在VMware虛擬機(jī)上搭建了一套地震前兆技術(shù)系統(tǒng)，按照上述步驟完成虛擬機(jī)克隆后，配置虛擬機(jī)IP地址為10.14.2.167，然后按照以下步驟在區(qū)域中心完成大同臺(tái)管理系統(tǒng)的恢復(fù)。

（1）啟動(dòng)新克隆的虛擬機(jī)，以命令方式啟動(dòng)Oracle數(shù)據(jù)庫（胡玉良等，2013），卸載管理系統(tǒng)（卸載過程中選擇刪除數(shù)據(jù)庫表空間），安裝管理系統(tǒng)，啟動(dòng)管理系統(tǒng)。大同臺(tái)新管理系統(tǒng)地址則是：http://10.14.2.167:9292/qz/；

（2）在區(qū)域中心管理系統(tǒng)中注銷原有大同臺(tái)節(jié)點(diǎn)（IP地址：10.14.50.153）；

（3）按（1）中地址進(jìn)入大同臺(tái)管理系統(tǒng)，點(diǎn)擊注冊至區(qū)域中心；

（4）在區(qū)域中心管理系統(tǒng)中進(jìn)行審核，審核過程中選擇基礎(chǔ)數(shù)據(jù)下載到大同臺(tái)前兆服務(wù)器；

（5）大同臺(tái)前兆服務(wù)器注冊成功。

4 實(shí)施效果

2012年，定襄臺(tái)前兆服務(wù)器硬盤故障導(dǎo)致技術(shù)系統(tǒng)無法運(yùn)行，由于該服務(wù)器運(yùn)行超過6年，配件停產(chǎn)，廠家無法維修，而短時(shí)間內(nèi)臺(tái)站無法采購到新服務(wù)器用于替換，如果照此情形將嚴(yán)重影響臺(tái)站前兆數(shù)據(jù)匯集及報(bào)送。在這種情況下，筆者利用VMware虛擬機(jī)軟件，在區(qū)域中心只用了數(shù)小時(shí)就成功搭建了1臺(tái)地震前兆技術(shù)系統(tǒng)，快速恢復(fù)了定襄臺(tái)前兆技術(shù)系統(tǒng)，確保了定襄臺(tái)前兆數(shù)據(jù)及時(shí)匯集和報(bào)送。而后不久，大同臺(tái)前兆服務(wù)器也出現(xiàn)了故障，導(dǎo)致技術(shù)系統(tǒng)無法運(yùn)行，同樣筆者利用VMware虛擬機(jī)軟件的克隆功能，在30分鐘內(nèi)就快速恢復(fù)了大同臺(tái)前兆技術(shù)系統(tǒng)。

目前，區(qū)域中心基于VMware Workstation軟件已搭建了兩套地震前兆技術(shù)系統(tǒng)，一套是區(qū)域中心地震前兆技術(shù)系統(tǒng)；另一套是臺(tái)站地震前兆技術(shù)系統(tǒng)。一旦區(qū)域中心或臺(tái)站地震前兆技術(shù)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，能夠在最短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行恢復(fù)。

5 結(jié)語

將VMware Workstation虛擬機(jī)應(yīng)用到地震前兆技術(shù)系統(tǒng)中，由于脫離了對物理機(jī)的依賴，利用軟件提供的快照閃回功能，或在關(guān)閉虛擬機(jī)的情況下采用克隆方式，即可輕松實(shí)現(xiàn)地震前兆技術(shù)系統(tǒng)的備份和恢復(fù)。這兩種方式極大地縮短了地震前兆技術(shù)系統(tǒng)備份和恢復(fù)的時(shí)間，最大限度地提升和保障了地震前兆技術(shù)系統(tǒng)的不間斷和穩(wěn)定可靠的運(yùn)行能力。

除了VMware Workstation虛擬機(jī)軟件，VMware公司還提供了另外一個(gè)軟件VMware Converter可以將物理機(jī)轉(zhuǎn)換為虛擬機(jī)，借助這種轉(zhuǎn)換軟件，可以將基于 Windows和Linux 的物理機(jī)及第三方映像格式轉(zhuǎn)換為 VMware 虛擬機(jī)（VMwar技術(shù)網(wǎng)站，2014），這樣就可以實(shí)現(xiàn)物理機(jī)服務(wù)器的遷移（李剛等，2011），減少部署技術(shù)系統(tǒng)的時(shí)間。下一步筆者將對VMware Converter軟件進(jìn)行測試，嘗試將其運(yùn)用到地震前兆技術(shù)系統(tǒng)中。

胡玉良，程冬焱，穆慧敏，王鵬偉, 2013. 山西地震前兆臺(tái)網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù). 山西地震，（3）：44—48.

李剛，周利霞，宋軍，王曉磊，姚會(huì)琴，齊士超，卞真付，2011.基于VMware Esxi軟件的服務(wù)器虛擬化技術(shù)在天津地震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用. 震災(zāi)防御技術(shù)，6（3）：311—318.

錢崢，趙科科，許皓皓，2013. 虛擬化儀器在氣象的應(yīng)用. 浙江氣象，33（2）：20—24.

楊斌，馬朝暉，董翔，2012. 基于虛擬技術(shù)的地震應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用. 地震地磁觀測與研究，33（1）：94—99.

VMware技術(shù)網(wǎng)站，2014. http://www.vmware.com/cn

Application of Virtual Technology on Seismic Network Technical System

Hu Yuliang1, 2), Cheng Dongyan1, 2)and Li Huiling1, 2)

1) Seismological Bureau of Shanxi Province, Taiyuan 030021, China?2) State Key Observatory of Shanxi Rift System, Taiyuan 030025, China

The reliable earthquake precursor technical system is fundamental to the emergency management. Taking Shanxi Earthquake Precursor Network as an example, we built up the seismic network technical system by using VMware, such as clone and snapshot. Because this technique is capable of speeding up emergency response capacity to deal with the system failure it is helpful to manage the system backup and to restore system rapidly.

VMware; Virtual Machine; Technology system; Clone; Backup and restore

中國地震局地震科技星火計(jì)劃項(xiàng)目“山西前兆臺(tái)網(wǎng)應(yīng)急服務(wù)軟件研制”（XH14008Y）資助

2014-10-23

胡玉良，男，生于1981年。碩士研究生，山西省地震局監(jiān)測信息中心工程師。主要研究方向：前兆系統(tǒng)及儀器運(yùn)行維護(hù)。E-mail：huyuliang130@163.com