服务器虚拟化是当今方兴未艾的虚拟化技术的一个典型应用，而Vmware在服务器虚拟化市场拥有绝对优势，几乎成为x86服务器虚拟化的同义词。虚拟化系统从操作系统和应用程序中抽取硬件，所以虚拟机不在乎实际硬件是什么，从而达到相对于硬件独立，即使硬件服务器发生更换，也可以通过简单的方式实现快速恢复；虚拟化系统可以通过使用VMotion和FT技术实现虚拟化应用在硬件服务器之间的迁移，保证系统运行的连续性。随着烟草行业生产线规模不断的增大、烟草信息化建设的不断推进、以及管控系统功能的更加丰富，导致管控系统规模越来越大。大量的计算机、服务器等IT设备在管控系统中得到了大量的应用。复杂的生产模式和多样化的信息要求，整个生产过程对管控系统的依赖性越来越强，因此对管控系统运行可靠性要求越来越高。管控系统是一个高度集成的信息化系统，系统由大量的PC服务器、计算机等硬件系统和庞大、复杂的软件系统构成，不管是硬件系统或者是软件系统出现的问题，必然造成系统的功能缺失或是系统停顿，直接影响到生产线的正常运行和信息化系统的瘫痪。因此对管控系统信息化安全的要求就日益提高。因此，在系统设计中采用虚拟化架构，在充分利用计算机、服务器系统的计算资源的前提下，利用虚拟化技术能充分提高系统的软硬件系统的可用性，降低由于软硬件系统故障对生产线带来的影响以及系统故障恢复时间，降低维护人员对系统的维护难度。
1 宝烟制丝管控系统改造项目概述
宝鸡卷烟厂好猫品牌制丝过程智能控制系统改造项目，是陕西中烟2012年度的重点技术改造项目。项目主要包括对制丝线网络系统、制丝线设备层控制系统、集中监控系统、生产管理系统、LED显示系统和视频监控系统的改造。整个制丝线设备层控制系统以SIEMENS公司S7系列高性能处理器为主控制器，并通过PROFINET网络、工业现场总线PROFIBUS-DP和PROFIBUSPA构成整个工业通讯网络，实现对现场设备的输入输出信息进行采集和处理，完成设备的运行控制。同时，通过集中监控、生产管理系统和与MES系统的集成，满足对生产数据的集中采集、显示和管理的要求。
2 服务器部署方案
本文重点介绍在服务器的部署过程中，如何利用虚拟化技术优化、提高服务器组的整体可用性和降低整体拥有成本，实现高效、可靠兼具性价比的系统部署。为了实现本项目的设计目标，通过对系统功能设计的的分析，在未应用虚拟化技术时，拟定出了以下服务器部署方案。
2.1 集中监控系统采用C/S（客户机/服务器）架构方式
在制丝中控室设置2台I/O服务器，其作用为通过以太网络，接入PROFINET光纤环网，同时通过自带的1个以太网络接口接入到中控室的管理网络中，通过监控软件服务器平台和I/O通讯软件、ProfiNet网络直接与控制系统的PLC进行数据通讯，并向监控计算机和其他系统提供实时I/O数据，数据量大、实时要求高。由此看出，这2台I/O服务器在整个制丝集中监控层中处于极为重要的地位，要求高可靠性和高可用性。因此我们将其配置为负载均衡+冗余模式，即2台服务器互为冗余，并进行负载均衡，正常时2台服务器各自承担一部分的实时数据处理工作，以提高效率；当一台服务器出现问题后系统可以自动切换到另一台服务器继续使用，保证监控系统和数据采集的正常工作。
2.2 生产管理系统部署应用服务器组
生产管理系统中共配置实时数据库服务器、关系数据库服务器、WEB服务器、管理应用服务器、文件服务器、软件版本管理服务器共6台服务器，形成应用服务器组。通过部署实时数据库软件和关系数据库软件，服务器通过监控网络将从I/O服务器中采集到的PLC数据存入实时数据库中，为集中监控和生产管理系统提供实时/历史数据平台。一方面，数据库服务器将采集到的PLC数据为管控系统提供基础数据，为生产管理系统提供数据支持；另一方面，数据库服务器同时接入企业局域网，为厂级管理系统提供过程数据接口，与企业的局域网进行可靠的数据交换；WEB服务器一方面作为车间监控信息的WEB发布平台，配置监控数据WEB发布软件,通过数据发布软件可以为系统提供监控信息的WEB发布服务，用户可以通过WEB浏览器方式浏览监控数据和画面；另一方面，还作为车间生产管理系统的WEB发布平台，通过发布软件可以为系统提供生产管理WEB发布服务，在B/S架构下，用户可以通过WEB浏览器方式进入车间生产管理系统，实现对制丝线的生产管理功能；管理应用服务器则为系统提供相关管理应用服务；文件服务器则为整个系统提供文件及目录服务；软件版本管理服务器是为C/S的客户端提供软件自动更新服务。
3 虚拟化架构的实现
根据本次项目的特点，在保证所有系统功能得以实现、并保证系统性能不降低的前提下，将对项目中的服务器系统和中控室监控计算机系统进行虚拟化。首先采用服务器虚拟化技术将服务器计算资源进行虚拟化整合，将所有的服务器计算资源、存储资源和I/O资源整合为虚拟化资源池；在整合后的服务器系统中建立虚拟机系统，并根据具体应用对服务器计算资源的需求情况分配相应的计算资源，然后在在虚拟机系统上部署相关应用。（对于中控系统监控计算机也可以采用虚拟化桌面的方式实现计算机操作系统和应用软件系统的统一、高效部署与管理，另文叙述。）以下是具体的配置方案：
⑴物理服务器选用IBM公司X3850 X5系列PC服务器，其具体配置为：IBM x3850 X5(4颗英特尔至强E7-4820八核处理器；冗余电源；18MB二级高速缓存；128GB内存；Server Raid-M5015(含电池)；支持RAID 5；双口千兆网卡×4；DVD-ROM；2*146GB 2.5" SAS 硬盘/2*4GB HBA卡/三年保修。安装在2个42U服务器机柜中，配置配置一套IBM公司的KVM矩阵控制系统及显示器、鼠标、键盘，服务器机柜选用IBM 42U标准机柜及附件。
⑵在中控室设置3台高性能的PC服务器，通过虚拟化方式在这3台服务器上分别部署虚拟化的实时数据库服务器、关系数据库服务器、WEB服务器、管理应用服务器、文件服务器、软件版本升级服务器。为保证虚拟化服务器具备足够的网络通讯带宽，为3台虚拟化服务器分别配置了4块以太网卡，通过冗余链路的方式分别接入管理网和控制网。
⑶在系统中只配置1套SAN数据存储系统，为系统提供海量数据存储。数据存储系统采用冗余技术，具备冗余的控制器和冗余的电源系统。数据存储系统通过冗余的光纤通道分别接入两台冗余配置的光纤交换机，在每台服务器中配置2块HBA卡，分别接入两台光纤交换机，获得高达4Gbps的冗余数据通讯带宽或高达8Gbps总带宽，保证虚拟化系统及其它数据存储的通讯速率和可靠性要求。
⑷在系统中部署虚拟化I/O服务器,做为2台实体I/O服务器的备用服务器，当两台实体I/O服务器其中任意一台出现故障时，可以以人工方式启动虚拟I/O服务器，与另一台实体I/O服务器建立冗余关系，保证监控系统的安全性与可靠性。⑸利用Vmware软件中提供的VSA共享存储功能，2台实体I/O服务器不需要共享存储硬件来实现共享存储硬件的功能。
4 结语
本项目针对制丝车间服务器系统和中控室监控系统进行虚拟化部署，使系统在整体的稳定性和可维护性方面得到进一步的提升。具体表现为：可在所有非冗余系统上实现虚拟化迁移冗余，如OPC接口服务、WEB发布系统、管理应用系统实现迁移冗余；在冗余系统软件冗余的基础上实现第二层的故障迁移冗余保护，如IFIX系统；为数据库等关键系统提供了0秒间隔切换时间的FT容灾恢复功能；虚拟机之间相对隔离，木马、病毒不易于发生感染；在提高可用性的基础上减少了所需物理服务器的数量，由原设计中的8台服务器减少到5台；降低了IT系统的运营费用、降低了整体维护难度和维护成本；加快了系统故障恢复的速度，缩短系统停机时间；减少了服务器配置所需时间，部署新的虚拟机的工作就是拷贝、部署；大幅提高服务器的可用性，极大地提高服务器资源的利用率及负载均衡水平。
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本文标题：服务器虚拟化技术在管控系统改造中的应用
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