鋁板帶軋機(jī)控制系統(tǒng)虛擬化超融合改造實(shí)踐

陳 輝

(洛陽萬基鋁加工有限公司,河南 洛陽 471832)

1 傳統(tǒng)服務(wù)器運(yùn)行方式面臨的問題

在鋁加工企業(yè)中,軋機(jī)系統(tǒng)有測厚儀計(jì)算機(jī)、板型系統(tǒng)計(jì)算機(jī)、軋機(jī)控制一級服務(wù)器、二級服務(wù)器等設(shè)備,它們是軋機(jī)控制系統(tǒng)的中心,這些服務(wù)器主要是設(shè)備配套的來自不同廠家的機(jī)架服務(wù)器和臺式服務(wù)器,其硬件、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫類型等各有不同。經(jīng)過十余年使用后,這些服務(wù)器硬件日漸老化,可靠性降低,故障率不斷增高,同時(shí)近幾年廠家老舊服務(wù)器陸續(xù)停產(chǎn),采購的新設(shè)備不能與原系統(tǒng)兼容,給公司服務(wù)器設(shè)備運(yùn)維造成很大困擾。為了更好解決傳統(tǒng)服務(wù)器存在的這種弊端,嘗試采用虛擬化架構(gòu)的服務(wù)器整合技術(shù)來模擬現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境,將多個(gè)舊服務(wù)器系統(tǒng)裝入到一臺物理服務(wù)器中的方式進(jìn)行升級改造,達(dá)到提高性能,精簡機(jī)柜,降低運(yùn)維成本的目的。

2 服務(wù)器虛擬化超融合平臺建立

2.1 超融合技術(shù)

超融合平臺以虛擬機(jī)為核心,將物理服務(wù)器的處理器、內(nèi)存、磁盤、I/0等物理資源轉(zhuǎn)化為一組可統(tǒng)一調(diào)度和分配的邏輯資源,實(shí)現(xiàn)在一臺服務(wù)器上同時(shí)運(yùn)行幾臺相互隔離的虛擬服務(wù)器,提升了系統(tǒng)的運(yùn)算能力和存儲空間的有效利用率,能夠靈活調(diào)配資源,避免了虛擬化環(huán)境的資源爭搶,實(shí)現(xiàn)了硬件資源與虛擬化平臺的完美融合。

2.2 超融合方案

目前國內(nèi)外技術(shù)比較成熟超融合平臺主要有VMware、 SmartX、深信服、云宏CNware、華為FusionCube,其原理大致相同,都是基于虛擬化實(shí)現(xiàn)服務(wù)器的整合。借鑒相關(guān)單位虛擬化成功案例,結(jié)合公司軋機(jī)服務(wù)器配置情況,最終選擇采用使用VMware ESXi 6.7 搭建的 VMware服務(wù)器虛擬化超融合平臺來實(shí)現(xiàn)。圖1為服務(wù)器虛擬化超融合平臺的拓?fù)鋱D。

圖1 服務(wù)器虛擬化超融合平臺的拓?fù)鋱DFig.1 Topology of server virtualization hyper-converged platform

2.3 超融合硬件的選用

超融合一體機(jī)是整個(gè)超融合構(gòu)架的載體,它是把運(yùn)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等硬件和軟件資源進(jìn)行整合的一套系統(tǒng),即將多個(gè)運(yùn)算、存儲和網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立的服務(wù)器打包在一起,組成的多功能服務(wù)器。它的應(yīng)用,可以簡化硬件系統(tǒng)部署,縮短部署時(shí)間,降低運(yùn)維難度和成本。

在進(jìn)行超融合之前,需對現(xiàn)有服務(wù)器容量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),包括物理服務(wù)器的數(shù)量、CPU型號及CPU利用率、內(nèi)存及內(nèi)存利用率、硬盤數(shù)量及大小、RAID及硬件權(quán)限綁定等信息。根據(jù)這些信息,對超融合一體機(jī)容量進(jìn)行規(guī)劃,預(yù)留足夠余量的同時(shí),考慮后期設(shè)備增加擴(kuò)容的需求,選擇合適經(jīng)濟(jì)的超融合主機(jī)。

選擇時(shí),若原服務(wù)器是近一、兩年新購買的設(shè)備,則可以考慮對該服務(wù)器通過增加CPU、內(nèi)存、網(wǎng)卡的方法進(jìn)行擴(kuò)容到較高的配置,用做虛擬化超融合主機(jī)。擴(kuò)容時(shí)優(yōu)先為服務(wù)器添加內(nèi)存、千兆網(wǎng)卡,其次是配置冗余電源、CPU,至于硬盤空間夠用即可,建議配置共享網(wǎng)絡(luò)儲存,或?qū)⑴渲幂^低原有服務(wù)器改做網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器使用。

如果采用購買新的服務(wù)器作為超融合一體機(jī),則無需進(jìn)行擴(kuò)充。目前市場上可供選擇的品牌及型號較多,主要品牌有Dell、HP、華為、云宏、IBM等品牌,這些超融合一體機(jī)各項(xiàng)配置齊全,可以滿足各種行業(yè)現(xiàn)場的需要,由于虛擬化技術(shù)硬件兼容性,用戶可以根據(jù)需要自由選擇。在選擇時(shí)主要考慮外部尺寸、CPU、內(nèi)存、網(wǎng)卡、電源等滿足使用要求即可。存儲設(shè)備優(yōu)先考慮使用共享SAN網(wǎng)絡(luò)儲存,其次是使用本地硬盤,只有虛擬機(jī)存儲于共享存儲,才能更好的實(shí)現(xiàn)高可用性H.A.及vMotion瞬移等技術(shù)。

在超融合環(huán)境里,由于多個(gè)工作服務(wù)器融合到同一臺主機(jī)里運(yùn)行,主機(jī)上的工作負(fù)荷數(shù)量將明顯增多,從邊緣或分布交換機(jī)到網(wǎng)絡(luò)核心的上聯(lián)數(shù)量也將增加,這就對交換機(jī)的帶寬及上行線路提出更高的要求,通訊速度將對各個(gè)虛擬機(jī)服務(wù)的運(yùn)行產(chǎn)生直接影響,因此需要盡可能的配置性能較好的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。

2.4 平臺搭建及原系統(tǒng)遷移

vSphere是VMware公司一款可以獨(dú)立運(yùn)行在祼機(jī)上的系統(tǒng),ESXi是vSphere系統(tǒng)中的核心組件,用于組建虛擬化平臺。在VMware ESXi 6.7控制平臺組建好以后,管理員可以通過Mozilla Firefox、Google Chrome瀏覽器登錄vSphere Client遠(yuǎn)程連接ESXi服務(wù)器,來訪問虛擬機(jī)并進(jìn)行配置。虛擬化時(shí),主要通過采用基于P2V轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)在線遷移,使用VMware vCenter Converter工具可以在線無縫的將物理服務(wù)器轉(zhuǎn)換為虛擬機(jī)(圖2)。

圖2 使用 VMware vCenter Converter遷移系統(tǒng)創(chuàng)建虛擬服務(wù)器Fig.2 Creating a virtual server using the VMware vCenter Converter migration system

當(dāng)有些服務(wù)器使用vmware convert無法遷移或遷移后虛擬機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)問題時(shí),就需要借助第三方工具來遷移了,通常使用Acronis或Ghost備份鏡像還原的方法生成 Vmware 虛擬機(jī),再遷移至 ESXI 主機(jī)進(jìn)行配置。

2.5 虛擬網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架配置

完成遷移后,需要對遷移到超融合一體機(jī)服務(wù)器虛擬機(jī)進(jìn)行虛擬端口的設(shè)置,并配置網(wǎng)絡(luò)交換機(jī),完成各個(gè)虛擬機(jī)之間和物理機(jī)之間的通訊,用于數(shù)據(jù)交換及存儲訪問。根據(jù)原物理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換需要,在虛擬交換機(jī)及物理交換機(jī)中劃分不同的VLAN,將虛擬機(jī)IP劃分到網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)VLAN中。通過設(shè)置ESXi主機(jī)、虛擬機(jī)網(wǎng)卡、虛擬交換機(jī)、端口組與ESXi主機(jī)網(wǎng)卡的聯(lián)接,使虛擬機(jī)與系統(tǒng)各部件之間保持穩(wěn)定的通信。

2.6 在線測試

在線測試主要對虛擬化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的交換和路由功能進(jìn)行測試評估,對虛擬化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用層進(jìn)行仿真測試,以及檢測虛擬機(jī)CPU的計(jì)算能力、網(wǎng)絡(luò)IO性能和存儲IO性能。將遷移到超融合平臺中相應(yīng)的虛擬機(jī)啟動后,運(yùn)行現(xiàn)場被控制的設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)測試,查看虛擬化后控制系統(tǒng)狀態(tài)及被控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)是否正常。同時(shí)需進(jìn)行H.A.高可用測試,模擬主機(jī)發(fā)生故障后服務(wù)器切換是否出現(xiàn)問題,并對試驗(yàn)測試出現(xiàn)的問題采取措施進(jìn)行優(yōu)化,使系統(tǒng)可靠平穩(wěn)運(yùn)行。

3 總結(jié)

服務(wù)器的虛擬化超融合應(yīng)用,將多個(gè)獨(dú)立的服務(wù)器進(jìn)行虛擬化融合,使資源利用更加合理,解決了數(shù)據(jù)備份、系統(tǒng)遷移的問題,明顯降低了系統(tǒng)的故障率,還能在后期對控制設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)展,為企業(yè)未來信息化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。隨著自動化程度的不斷提高,控制系統(tǒng)需求的不斷增加,虛擬化超融合技術(shù)應(yīng)用將越來越廣泛,在行業(yè)設(shè)備控制領(lǐng)域?qū)⒂懈玫膽?yīng)用前景。