數(shù)值模擬云應(yīng)用平臺(tái)的研究與應(yīng)用

宮 臣

（遼河油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，遼寧 盤錦 124010）

0 引言

隨著遼河油區(qū)的開(kāi)發(fā)逐步深入，老油田已進(jìn)入吞吐開(kāi)發(fā)末期，油藏描述的精度要求越來(lái)越高。Petrel 軟件可實(shí)現(xiàn)精細(xì)的三維地質(zhì)建模，在遼河油田基礎(chǔ)地質(zhì)研究、三維地質(zhì)模型建立、精細(xì)油藏描述等方面得到了廣泛應(yīng)用。搭建一套以Petrel為主要應(yīng)用軟件的數(shù)值模擬云應(yīng)用平臺(tái)，能有效提升地質(zhì)建模和油藏工程設(shè)計(jì)的精度和效率，同時(shí)也能簡(jiǎn)化軟件部署過(guò)程，實(shí)現(xiàn)軟硬件資源高效運(yùn)行。

1 數(shù)值模擬云應(yīng)用平臺(tái)的研究

Petrel 軟件是基于Windows 平臺(tái)的一體化多學(xué)科綜合油藏研究軟件，具有以地質(zhì)模型為中心的綜合油藏描述的完整工作流程，允許地質(zhì)、地震、測(cè)井、油藏、數(shù)據(jù)管理多專業(yè)共享數(shù)據(jù)和成果的開(kāi)發(fā)環(huán)境。遼河油田地質(zhì)條件復(fù)雜，儲(chǔ)層巖性多樣，物性多樣，非均質(zhì)性強(qiáng)，通過(guò)利用Petrel 實(shí)現(xiàn)單砂體精細(xì)刻畫(huà)，可以為剩余油藏研究奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。遼河油田通過(guò)依托綜合性強(qiáng)、兼容性強(qiáng)的軟件建立多角度、多方位、多學(xué)科的一體化數(shù)字平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)油田直觀、便捷、高效的科學(xué)研究。

Petrel 軟件只有在硬件資源配置較高的工作站上才能順暢運(yùn)行，在數(shù)值模擬過(guò)程中需要消耗中央處理器（Central Processing Unit，CPU）、內(nèi)存和圖形處理器（Graphics Processing Unit，GPU）資源。遼河油田勘探開(kāi)發(fā)研究院硬件配置高的工作站比較緊缺，難以滿足日常研究工作，致使Petrel 軟件使用效率低。在云技術(shù)飛速發(fā)展的今天，引入先進(jìn)技術(shù)來(lái)改變傳統(tǒng)應(yīng)用模式，在提高研究人員工作效率的同時(shí)，也可以提升現(xiàn)有軟硬件資源的利用效率。

1.1 云應(yīng)用平臺(tái)技術(shù)的研究

搭建云應(yīng)用平臺(tái)包含3 個(gè)層次的服務(wù)，IaaS(Infrastructureas-a-Service，基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù))、PaaS(Platform-as-a-Service，平臺(tái)即服務(wù))、SaaS(Software-as-a-Service，軟件即服務(wù))。

IaaS 層的主要作用是為用戶提供虛擬資源，如計(jì)算（虛擬化或裸機(jī)）、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（如防火墻），是用于訪問(wèn)、監(jiān)控以及管理遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)的自助服務(wù)模型。

搭建云應(yīng)用平臺(tái)依賴于虛擬化技術(shù)。虛擬化是運(yùn)用在IaaS層的一種技術(shù)。虛擬化技術(shù)不僅能夠擴(kuò)展對(duì)硬件的使用，而且能使軟件重新配置過(guò)程變得簡(jiǎn)單。因此，目前虛擬化技術(shù)已經(jīng)成為全球計(jì)算機(jī)領(lǐng)域最熱門的技術(shù)之一。虛擬化指的是用戶業(yè)務(wù)不在真實(shí)的物理資源基礎(chǔ)上運(yùn)行，而是在虛擬化的資源上進(jìn)行執(zhí)行和處理，其優(yōu)勢(shì)是一個(gè)物理節(jié)點(diǎn)上可以允許多個(gè)操作系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，并且能夠保證各個(gè)系統(tǒng)均能獨(dú)立地進(jìn)行業(yè)務(wù)響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)虛擬數(shù)據(jù)中心對(duì)資源的高效利用和對(duì)業(yè)務(wù)的高效處理。

1.2 數(shù)值模擬云應(yīng)用平臺(tái)的搭建

數(shù)值模擬云應(yīng)用平臺(tái)的搭建，采用IaaS 服務(wù)，整合現(xiàn)有的應(yīng)用服務(wù)器為科研用戶提供虛擬資源，通過(guò)利用VMWare 虛擬化技術(shù)創(chuàng)建虛擬機(jī)。虛擬機(jī)指運(yùn)行于物理計(jì)算機(jī)上的、由軟件模擬出來(lái)的計(jì)算機(jī)，或稱為邏輯上的計(jì)算機(jī)。這些虛擬機(jī)上可以和真正的計(jì)算機(jī)一樣，擁有自己獨(dú)立的CPU、硬盤、內(nèi)存及其他硬件，并安裝操作系統(tǒng)。這些虛擬機(jī)上的操作系統(tǒng)稱為虛擬子系統(tǒng)，它們建立在正在運(yùn)行的操作系統(tǒng)上。當(dāng)然，虛擬機(jī)中的硬件都是通過(guò)模擬產(chǎn)生的，它的硬盤是原有操作系統(tǒng)中的一個(gè)文件，而內(nèi)存則是從物理內(nèi)存、虛擬內(nèi)存中劃分的一部分。

搭建數(shù)值模擬云應(yīng)用平臺(tái)，首先需要搭建平臺(tái)的硬件服務(wù)器集群，將3 臺(tái)聯(lián)想3650 工作站作為虛擬化服務(wù)器集群，CPU為Cpu:E5-2667 v4 @ 3.20GHz，內(nèi)存為256 G，硬盤為2 T，顯卡NVIDIA Tesla M60。這樣選擇是因?yàn)橛布渲孟嗤姆?wù)器，便于組建虛擬化服務(wù)器集群，避免出現(xiàn)性能溢出造成資源浪費(fèi)的情況。選擇VMware 虛擬化系統(tǒng)，采用ESXI 6.0.0 標(biāo)準(zhǔn)版，配合虛擬化服務(wù)器管理軟件VMware vCenter Server 6.0.0 使用。將3 臺(tái)虛擬化服務(wù)器系統(tǒng)安裝完畢后，對(duì)其進(jìn)行管理員賬號(hào)、口令、網(wǎng)際互連協(xié)議（Internet Protocol，IP）地址、相關(guān)功能的配置。

平臺(tái)的硬件服務(wù)器集群搭建好后，需要搭建管理集群的vCenter 服務(wù)器，選擇一臺(tái)Windows Server 2008 系統(tǒng)安裝VMware vCenter Server 6.0.0 管理軟件及vSphere Client 管理軟件客戶端。通過(guò)管理軟件添加3 臺(tái)虛擬化服務(wù)器后，即可對(duì)虛擬化服務(wù)器進(jìn)行劃分資源、創(chuàng)建虛擬機(jī)等操作。通過(guò)vCenter 服務(wù)器的管理工具，建立虛擬化集群，將3 臺(tái)虛擬化服務(wù)器添加進(jìn)集群，組成虛擬資源池，并設(shè)置集群的VMware HA、VMware DRS 功能，并配置參數(shù)保證集群開(kāi)啟的可用性。

搭建好集群管理服務(wù)器后，接下來(lái)通過(guò)vSphere Client 軟件為虛擬化集群創(chuàng)建虛擬機(jī)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器虛擬化，確保虛擬機(jī)的性能可以滿足Petrel 軟件的流暢應(yīng)用。通過(guò)對(duì)Petrel 軟件的性能測(cè)試，虛擬節(jié)點(diǎn)的配置確定為CPU 8 個(gè)內(nèi)核數(shù)，內(nèi)存32 G，硬盤500 G，m60-4q 4 GB 顯存。虛擬節(jié)點(diǎn)在此配置下可流暢運(yùn)行地質(zhì)研究軟件。劃分好硬件資源，接下來(lái)為虛擬節(jié)點(diǎn)安裝Windows 7 64 位系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序、Petrel 軟件等，通過(guò)一系列配置，使虛擬節(jié)點(diǎn)上平穩(wěn)運(yùn)行數(shù)值模擬軟件，具體操作步驟如下。

①在創(chuàng)建的虛擬節(jié)點(diǎn)上安裝VMware View Agent、VMware View Agent Direct-Connection 程序，允許客戶端通過(guò)程序連接虛擬節(jié)點(diǎn)。②在無(wú)法流暢運(yùn)行地質(zhì)綜合研究軟件的工作站上安裝連接虛擬節(jié)點(diǎn)的客戶端程序，選擇一臺(tái)Windows XP 32 位系統(tǒng)，一臺(tái)Windows 7 64 位系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，經(jīng)過(guò)測(cè)試，在Windows XP 32 位系統(tǒng)安裝VMware Horizon Client x86 3.3.3 程序，在Windows 7 64 位系統(tǒng)上安裝VMware Horizon Client x64 4.3.0 程序。③安裝完成后，在VMware Horizon Client 程序中輸入虛擬節(jié)點(diǎn)的IP 地址，通過(guò)系統(tǒng)賬號(hào)、密碼的認(rèn)證就可以連接虛擬節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)值模擬研究，至此數(shù)值模擬云應(yīng)用平臺(tái)搭建完成，其整體架構(gòu)如圖1 所示。

2 數(shù)值模擬云應(yīng)用平臺(tái)應(yīng)用效果分析

通過(guò)數(shù)值模擬軟件云應(yīng)用平臺(tái)的研究與應(yīng)用，可以將現(xiàn)有的計(jì)算資源虛擬化、存儲(chǔ)資源整合，最大限度地利用現(xiàn)有硬件資源，為研究人員提供穩(wěn)定、高效的研究環(huán)境。通過(guò)云應(yīng)用平臺(tái)開(kāi)展研究數(shù)值模擬工作，使用的是平臺(tái)服務(wù)器集群的硬件資源，完全不占用本地硬件資源，這就解決了單位個(gè)人計(jì)算機(jī)配置年代久遠(yuǎn)、硬件資源不足的情況，在不增加成本的前提下讓更多的數(shù)值模擬用戶有效開(kāi)展工作。

云應(yīng)用平臺(tái)加快了服務(wù)器和應(yīng)用的部署，大幅降低服務(wù)器重建和應(yīng)用加載時(shí)間，便于快速進(jìn)行硬件的維護(hù)和升級(jí)，減少了單位引用軟件的運(yùn)維工作量，并提高了效率。云端存儲(chǔ)也將分散的研究數(shù)據(jù)和成果數(shù)據(jù)集中管理備份，提高了數(shù)據(jù)安全性。數(shù)值模擬云應(yīng)用平臺(tái)效果顯著，如圖2 所示。

3 結(jié)語(yǔ)

數(shù)值模擬云應(yīng)用平臺(tái)可以將已有研究成果進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)在研究方案構(gòu)建真正意義的數(shù)值油藏，依托綜合性強(qiáng)、兼容性強(qiáng)的Petrel 軟件建立多角度、多方位、多學(xué)科的一體化數(shù)字平臺(tái)，取代僅靠平面圖、剖面圖的二維展示，實(shí)現(xiàn)油田直觀、便捷、高效的科學(xué)研究，在提升科研水平的同時(shí)，通過(guò)充分利用原有設(shè)備可以降低構(gòu)建高可用系統(tǒng)的成本，也可以減少服務(wù)器、應(yīng)用軟件運(yùn)維的成本和工作量，簡(jiǎn)化軟件應(yīng)用部署過(guò)程，提升應(yīng)用效果和效率。數(shù)值模擬云應(yīng)用平臺(tái)今后應(yīng)在更多專業(yè)軟件中推廣應(yīng)用。