服務(wù)器虛擬化技術(shù)在水文信息系統(tǒng)中的應(yīng)用

萬 鵬，楊 釗，董 韜，王蒙恩，黃國飛

（黃委山東水文水資源局，山東濟南250100）

服務(wù)器虛擬化技術(shù)在水文信息系統(tǒng)中的應(yīng)用

萬 鵬，楊 釗，董 韜，王蒙恩，黃國飛

（黃委山東水文水資源局，山東濟南250100）

隨著水文信息化建設(shè)的不斷發(fā)展，水文業(yè)務(wù)的應(yīng)用系統(tǒng)也逐年增加，每套業(yè)務(wù)系統(tǒng)都需要運行在高性能服務(wù)器上來應(yīng)對突發(fā)的計算和訪問壓力，存在整體利用率不高的問題，造成一定的資源浪費。因多個業(yè)務(wù)系統(tǒng)分屬不同業(yè)務(wù)源，安裝在一個系統(tǒng)中存在軟件沖突、配置繁瑣、維護困難等問題。通過采用服務(wù)器虛擬化技術(shù)實現(xiàn)對多項業(yè)務(wù)系統(tǒng)的集中管理，可以解決上述問題，從而實現(xiàn)服務(wù)器整合，提高資源的利用率和集群應(yīng)急響應(yīng)能力，從而提高水文信息系統(tǒng)管理水平。

服務(wù)器管理；虛擬化；水文信息化

1 項目背景

隨著國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)一期工程-濟南分中心和黃河下游非工程措施建設(shè)項目的實施，黃河下游陸續(xù)完成并投產(chǎn)運用了水情信息采集系統(tǒng)、水情交換系統(tǒng)等業(yè)務(wù)系統(tǒng)［1］。業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運行要求將應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫分別安裝在不同的服務(wù)器上，造成資源的利用率較低，多數(shù)服務(wù)器的容量利用率不足15%，不僅導致了服務(wù)器數(shù)量劇增，還增加了復雜性。使用過程中經(jīng)常因硬盤損壞或軟件故障而中斷系統(tǒng)服務(wù)，重新安裝系統(tǒng)又非常繁瑣。一定程度上影響了水情報文的傳遞時效性和準確率，勢必影響濟南分中心的水情報汛工作的正常開展。近年來我國已把云計算列為重點發(fā)展戰(zhàn)略［2］，引用服務(wù)器虛擬化技術(shù)解決水文信息化中的瓶頸問題，

能夠推動水文信息化向深度和廣度邁進，對強化動態(tài)化、信息化條件下的治黃業(yè)務(wù)管理工作具有極其重要的意義［3］。

2 水文信息化管理中存在的問題

2.1 資源浪費嚴重

傳統(tǒng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)的有限目標性導致每個業(yè)務(wù)系統(tǒng)配置專門的服務(wù)器，造成CPU和硬盤空間的利用率低下，大多數(shù)服務(wù)器的運行率僅為5%～8%，資源（包括電能）浪費相當嚴重。

2.2 維護工作繁重

服務(wù)器數(shù)量多，系統(tǒng)定期的更新、病毒防護、硬盤優(yōu)化等工作復雜、繁瑣，系統(tǒng)運維成本逐年增加，工作效率難以提高。

2.3 數(shù)據(jù)安全性差

濟南分中心一般采用數(shù)據(jù)拷貝的備份措施，不能從根本上保證數(shù)據(jù)的安全和各項業(yè)務(wù)運行的連續(xù)性。當服務(wù)器癱瘓時，無法恢復備份空檔期的數(shù)據(jù)造成業(yè)務(wù)中斷，影響各類系統(tǒng)的運作。如出現(xiàn)不可抗力的災(zāi)害時數(shù)據(jù)無法恢復，損失不可估量。

2.4 部署響應(yīng)緩慢

由于水文信息化發(fā)展迅速，對應(yīng)用系統(tǒng)部署的時效性和靈活性要求也越來越高，硬件資源部署基本沿用一對一的對應(yīng)方式，需要進行安裝、調(diào)試、系統(tǒng)部署等工作，整個過程復雜，重復勞動，大大降低了系統(tǒng)部署效率［4］。

3 設(shè)計的標準及原則

3.1 設(shè)計標準

本系統(tǒng)的應(yīng)用與實施嚴格執(zhí)行水利部《黃河近期重點治理開發(fā)規(guī)劃》、水利部《水情信息編碼》SL330-2011［5］、水利部《實時雨水情數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)與標識符標準》SL323-2011［6］、水利部《水文資料整編規(guī)范》SL247-1999［7］的規(guī)范要求。

3.2 設(shè)計原則

3.2.1 構(gòu)建資源池

通過虛擬化技術(shù)構(gòu)建資源池，實現(xiàn)對硬件和軟件資源的靈活、有效利用［8］。將服務(wù)器及其現(xiàn)有的處理器、內(nèi)存、磁盤連接一起轉(zhuǎn)換到一個邏輯計算資源池中，操作系統(tǒng)及其應(yīng)用程序被隔離到安全、可移植的虛擬機中，可動態(tài)、自動地分配給資源池中最合適的主機，確保軟件應(yīng)用程序的服務(wù)級別，動態(tài)支持不斷變化的業(yè)務(wù)需求，同時確保靈活有效地利用硬件資源。

3.2.2 平臺業(yè)務(wù)連續(xù)性保護

利用虛擬化平臺可以確保集群系統(tǒng)內(nèi)任何一個主機系統(tǒng)出現(xiàn)故障，自動將該主機的負載轉(zhuǎn)移至系統(tǒng)內(nèi)的其他成員。而且配置的磁盤陣列采用雙冗余控制器，可在很大程度上避免單點故障，提高整個業(yè)務(wù)系統(tǒng)的可用性。為了對數(shù)據(jù)進行快速備份和恢復，采用自帶的快照軟件對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)做快照，按照時間計劃自動將數(shù)據(jù)進行快照，實現(xiàn)短時間點數(shù)據(jù)保護，更好地減少備份和恢復的時間窗口［9］。

3.2.3 資源池策略

虛擬化技術(shù)可減少計算服務(wù)器的部署數(shù)量，并且具備智能電源管理技術(shù)，當集群中的虛擬機所需資源較少時，會將工作負載整合到較少的服務(wù)器上，并關(guān)閉其余服務(wù)器以減少能耗［10］。當虛擬機資源需求增加時，會讓關(guān)閉的主機恢復聯(lián)機，以確保達到服務(wù)級別要求。不僅有助于降低電能消耗，大大降低設(shè)備的使用和維護成本。

3.2.4 資源池硬件擴容

現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)中超過維保期限的有8臺服務(wù)器，承載內(nèi)外網(wǎng)大部分應(yīng)用系統(tǒng)，服務(wù)時間已近7年，故障頻發(fā)，性能不夠穩(wěn)定，無法保證當前業(yè)務(wù)正常運行。考慮到虛擬化軟件對內(nèi)存消耗頗為嚴重，需要增加相應(yīng)的內(nèi)存資源，以保證服務(wù)器能劃分更多數(shù)量的虛擬機作為應(yīng)用遷移的載體。

4 總體設(shè)計

根據(jù)對當前主流的虛擬化平臺進行對比，選取了以VMware vSphereHypervisor為核心的虛擬化平臺進行應(yīng)用［11］。它適用于任意系統(tǒng)環(huán)境的企業(yè)級虛擬化平臺，能提供完全動態(tài)的資源可測量控制，適合各種要求嚴格的應(yīng)用程序的需要，同時可實現(xiàn)服務(wù)器部署整合，為未來發(fā)展所需擴展空間。

引用虛擬化技術(shù)將多套業(yè)務(wù)系統(tǒng)遷移至虛擬化平臺中，同進對其進行整合、安裝部署，將服務(wù)器物理資源抽象成邏輯資源，通過安裝虛擬化底層平臺，讓一臺服務(wù)器變成多臺相互隔離的虛擬服務(wù)器，通過多臺服務(wù)器相互配合，構(gòu)建濟南分中心的計算資源池，讓CPU、內(nèi)存、磁盤、I/O等硬件組合進行動態(tài)管理，從而提高資源的利用率，簡化系統(tǒng)管理，提高業(yè)務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)急能力。［12］

總體設(shè)計圖如圖1。

圖1 總體設(shè)計圖

5 部署與安裝

5.1 運行環(huán)境

山東水文水資源局用1臺IBM X3755 M3搭建了虛擬化服務(wù)平臺，這臺服務(wù)器有4個CPU，每個CPU為8核心，總共32核心，32GB內(nèi)存，2個備用電源，4個網(wǎng)絡(luò)接口，4個300GB SAS 1.5萬轉(zhuǎn)硬盤。為了提高應(yīng)急能力，又為服務(wù)器擴展了2個2TB 7200轉(zhuǎn)硬盤用于備份，RAID卡電池用于斷電應(yīng)急寫緩存。在RAID卡上建立了一個RAID 5磁盤陣列，一個RAID 1磁盤陣列。在服務(wù)器通過光盤或者U盤安裝VMware vSphere Hypervisor。然后配置好IP地址等網(wǎng)絡(luò)配置、管理員密碼即可。

5.2 數(shù)據(jù)庫部署

業(yè)務(wù)系統(tǒng)要求應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫分別安裝在兩臺服務(wù)器上，使用虛擬化平臺運行集群模式，將應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫分別安裝在一臺虛擬機中，當其中一臺服務(wù)器出現(xiàn)故障時，虛擬機自動遷移到另一臺服務(wù)器上，從而解決設(shè)備故障導致的系統(tǒng)失效問題。詳見圖2。

5.3 快照備份

通過管理平臺建立快照實現(xiàn)數(shù)據(jù)備份，既可以快速恢復原有數(shù)據(jù)，同時能將數(shù)據(jù)導出至其他設(shè)備。為了能容納更多的備份數(shù)據(jù)，為服務(wù)器新增了硬盤空間。詳見圖3。

圖2 ORACLE數(shù)據(jù)庫部署界面

圖3 快照備份界面

5.4 故障自動恢復

當服務(wù)器斷電、故障重啟時，配置虛擬機自動啟動，用戶根據(jù)需要將按先后順序啟動的計算機放到“自動啟動”里，沒有啟動順序的機器放到“任意次序”里，不需自動啟動的測試機放到手動啟動里。服務(wù)器手動關(guān)機虛擬機可以自動保存運行狀態(tài)到硬盤，數(shù)據(jù)維護工作能夠快速恢復。詳見圖4。

5.5 業(yè)務(wù)系統(tǒng)的遠程管理

虛擬化技術(shù)已在本單位投入運行近3年，從開始的Oracle 11g的全國雨水情數(shù)據(jù)庫，到后期的水情信息交換系統(tǒng)、黃河流域水文年鑒查詢系統(tǒng)，未來還將擴展到更多的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，將防病毒軟件服務(wù)器、視頻監(jiān)控服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)管理軟件服務(wù)器搭建在該平臺上［13］，業(yè)務(wù)系統(tǒng)的遠程管理界面如圖5所示。

圖4 故障自動恢復界面

圖5 業(yè)務(wù)系統(tǒng)的遠程管理界面

6 結(jié)語

服務(wù)器虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，使本單位的多個業(yè)務(wù)系統(tǒng)更加平穩(wěn)的運行，提高了濟南分中心的信息管理水平和信息化工作質(zhì)量。通過服務(wù)器虛擬化技術(shù)，降低了服務(wù)器管理維護的工作量，整合了服務(wù)器資源，節(jié)約了能源，同時減少了服務(wù)器的采購數(shù)量，具有較高的經(jīng)濟效益和社會效益［14］。

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［6］SL 323-2011.實時雨水情數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)與標識符標準［S］.

［7］SL 247-2012.水文資料整編規(guī)范［S］.

［8］任昱，李青榮.基于VMware vSphere虛擬化資源管理平臺研究［J］.計算機應(yīng)用與軟件，2012（05）.

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TP39

A

1008-1305（2017）01-0027-03

DO I:10.3969/j.issn.1008-1305.2017.01.009

2016-07-15

萬 鵬（1979年—），女，高級工程師。