服務器虛擬化技術在水文信息系統中的應用

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）

服務器虛擬化技術在水文信息系統中的應用

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的不斷發展，水文業務的應用系統也逐年增加，每套業務系統都需要運行在高性能服務器上來應對突發的計算和訪問壓力，存在整體利用率不高的問題，造成一定的資源浪費。因多個業務系統分屬不同業務源，安裝在一個系統中存在軟件沖突、配置繁瑣、維護困難等問題。通過采用服務器虛擬化技術實現對多項業務系統的集中管理，可以解決上述問題，從而實現服務器整合，提高資源的利用率和集群應急響應能力，從而提高水文信息系統管理水平。

服務器管理；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一期工程-濟南分中心和黃河下游非工程措施建設項目的實施，黃河下游陸續完成并投產運用了水情信息采集系統、水情交換系統等業務系統［1］。業務系統的運行要求將應用系統和數據庫分別安裝在不同的服務器上，造成資源的利用率較低，多數服務器的容量利用率不足15%，不僅導致了服務器數量劇增，還增加了復雜性。使用過程中經常因硬盤損壞或軟件故障而中斷系統服務，重新安裝系統又非常繁瑣。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展戰略［2］，引用服務器虛擬化技術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，對強化動態化、信息化條件下的治黃業務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

傳統業務系統建設的有限目標性導致每個業務系統配置專門的服務器，造成CPU和硬盤空間的利用率低下，大多數服務器的運行率僅為5%～8%，資源（包括電能）浪費相當嚴重。

2.2 維護工作繁重

服務器數量多，系統定期的更新、病毒防護、硬盤優化等工作復雜、繁瑣，系統運維成本逐年增加，工作效率難以提高。

2.3 數據安全性差

濟南分中心一般采用數據拷貝的備份措施，不能從根本上保證數據的安全和各項業務運行的連續性。當服務器癱瘓時，無法恢復備份空檔期的數據造成業務中斷，影響各類系統的運作。如出現不可抗力的災害時數據無法恢復，損失不可估量。

2.4 部署響應緩慢

由于水文信息化發展迅速，對應用系統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方式，需要進行安裝、調試、系統部署等工作，整個過程復雜，重復勞動，大大降低了系統部署效率［4］。

3 設計的標準及原則

3.1 設計標準

本系統的應用與實施嚴格執行水利部《黃河近期重點治理開發規劃》、水利部《水情信息編碼》SL330-2011［5］、水利部《實時雨水情數據庫表結構與標識符標準》SL323-2011［6］、水利部《水文資料整編規范》SL247-1999［7］的規范要求。

3.2 設計原則

3.2.1 構建資源池

通過虛擬化技術構建資源池，實現對硬件和軟件資源的靈活、有效利用［8］。將服務器及其現有的處理器、內存、磁盤連接一起轉換到一個邏輯計算資源池中，操作系統及其應用程序被隔離到安全、可移植的虛擬機中，可動態、自動地分配給資源池中最合適的主機，確保軟件應用程序的服務級別，動態支持不斷變化的業務需求，同時確保靈活有效地利用硬件資源。

3.2.2 平臺業務連續性保護

利用虛擬化平臺可以確保集群系統內任何一個主機系統出現故障，自動將該主機的負載轉移至系統內的其他成員。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，提高整個業務系統的可用性。為了對數據進行快速備份和恢復，采用自帶的快照軟件對業務數據做快照，按照時間計劃自動將數據進行快照，實現短時間點數據保護，更好地減少備份和恢復的時間窗口［9］。

3.2.3 資源池策略

虛擬化技術可減少計算服務器的部署數量，并且具備智能電源管理技術，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器上，并關閉其余服務器以減少能耗［10］。當虛擬機資源需求增加時，會讓關閉的主機恢復聯機，以確保達到服務級別要求。不僅有助于降低電能消耗，大大降低設備的使用和維護成本。

3.2.4 資源池硬件擴容

現有業務系統中超過維保期限的有8臺服務器，承載內外網大部分應用系統，服務時間已近7年，故障頻發，性能不夠穩定，無法保證當前業務正常運行?？紤]到虛擬化軟件對內存消耗頗為嚴重，需要增加相應的內存資源，以保證服務器能劃分更多數量的虛擬機作為應用遷移的載體。

4 總體設計

根據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用［11］。它適用于任意系統環境的企業級虛擬化平臺，能提供完全動態的資源可測量控制，適合各種要求嚴格的應用程序的需要，同時可實現服務器部署整合，為未來發展所需擴展空間。

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

總體設計圖如圖1。

圖1 總體設計圖

5 部署與安裝

5.1 運行環境

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

5.2 數據庫部署

業務系統要求應用系統和數據庫分別安裝在兩臺服務器上，使用虛擬化平臺運行集群模式，將應用系統和數據庫分別安裝在一臺虛擬機中，當其中一臺服務器出現故障時，虛擬機自動遷移到另一臺服務器上，從而解決設備故障導致的系統失效問題。詳見圖2。

5.3 快照備份

通過管理平臺建立快照實現數據備份，既可以快速恢復原有數據，同時能將數據導出至其他設備。為了能容納更多的備份數據，為服務器新增了硬盤空間。詳見圖3。

圖2 ORACLE數據庫部署界面

圖3 快照備份界面

5.4 故障自動恢復

當服務器斷電、故障重啟時，配置虛擬機自動啟動，用戶根據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。服務器手動關機虛擬機可以自動保存運行狀態到硬盤，數據維護工作能夠快速恢復。詳見圖4。

5.5 業務系統的遠程管理

虛擬化技術已在本單位投入運行近3年，從開始的Oracle 11g的全國雨水情數據庫，到后期的水情信息交換系統、黃河流域水文年鑒查詢系統，未來還將擴展到更多的業務系統，將防病毒軟件服務器、視頻監控服務器、網絡管理軟件服務器搭建在該平臺上［13］，業務系統的遠程管理界面如圖5所示。

圖4 故障自動恢復界面

圖5 業務系統的遠程管理界面

6 結語

服務器虛擬化技術的應用，使本單位的多個業務系統更加平穩的運行，提高了濟南分中心的信息管理水平和信息化工作質量。通過服務器虛擬化技術，降低了服務器管理維護的工作量，整合了服務器資源，節約了能源，同時減少了服務器的采購數量，具有較高的經濟效益和社會效益［14］。

［1］馮建.黃河水利信息化的發展和研究［J］.河南科技，2014（20）.

［2］尹煒靖，萬定生，關興中，等.基于云計算的水文數據共享平臺的應用研究［J］.信息技術，2013（08）.

［3］陳新國，歐陽駿，操文建，等.服務器虛擬化在水文行業中的應用實踐［J］.電腦知識與技術，2014（27）.

［4］史國勛，張潔.水文信息化建設現狀和策略初探［J］.城市建設理論研究（電子版），2015（20）.

［5］SL 330-2011.水情信息編碼［S］.

［6］SL 323-2011.實時雨水情數據庫表結構與標識符標準［S］.

［7］SL 247-2012.水文資料整編規范［S］.

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

［9］楊旭，彭一明，刑承杰，等.基于VMware vSphere5虛擬機的備份系統實現［J］.華東師范大學學報（自然科學版），2015（S1）.

［10］孫辰軍.虛擬服務器技術在服務器管理中的研究與應用［J］.電力信息化，2010，8（01）.

［11］張魁.基于VMware vSphere的虛擬機管理平臺設計與實現［D］.蘇州大學，2013.

［12］趙剛.基于VMware vSphere的虛擬化架構的研究與實現［D］.中國地質大學（北京），2013.

［13］王欣.VMware軟件虛擬化研究及應用［J］.數據通信，2013（06）.

［14］杜治國.水文信息化在現代水文工作中的重要作用［J］.信息化建設，2016（04）.

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。