虛擬化在港口裝火車系統中的應用

王威

摘要：虛擬化在計算機方面通常是指計算元件在虛擬的基礎上而不是真實的基礎上運行，虛擬化技術的提出可擴大硬件的容量，簡化軟件的重新配置過程，模擬多CPU并行，允許一個平臺同時運行多個操作系統，并且應用程序可以在相互獨立的空間內運行而互不影響，可顯著提高計算機的工作效率。而近幾年隨著虛擬化技術的不斷發展，虛擬架構運行的穩定性逐步提升，應用范圍也越來越廣泛，在各行各業中提供靈活多變的應用需求，本文我們主要運用虛擬化技術解決礦石碼頭裝火車系統硬件版本、通訊協議及操作系統版本低、不兼容等問題，以保證系統運行的穩定性，提高裝火車效率。

關鍵詞：虛擬化；VMware 服務器；控制系統

一、背景

礦石碼頭1#、2#裝車樓自建港以來已投入使用十年之久，建造時兩臺裝車樓分別配備英文版2000和windows2003操作系統，期間系統整體運行較穩定，但由于裝車樓為不間斷作業，每天需要完成十多列裝車作業，服務器及操作系統需二十四小時不停機運行，加之現有硬件設備比較陳舊，經常出現故障，并且近幾年產品更新換代較快，新購置的平板電腦、服務器等硬件無法兼容原系統及軟件，僅能依靠購置舊配件組裝服務器替代運行，但服務器長時間運行，經常出現死機或者裝車數據丟失等故障現象，造成裝車作業中斷，影響裝車效率，給公司造成一定的經濟損失。

二、虛擬化技術的應用

虛擬化可提高資源的利用率，簡化系統管理，實現資源整合，降低管理復雜度，提高兼容能力，避免應用版本、數據庫、操作系統等之間可能產生的沖突，同時可提高數據備份的可靠性，支持快速轉移和復制虛擬服務器，提供一種簡單便捷的災難恢復。虛擬化技術在應用領域大致可分為：服務器虛擬化、存儲虛擬化、網絡虛擬化、桌面虛擬化、CPU虛擬化、文件虛擬化等。

服務器虛擬化：應用了硬件虛擬化和操作系統虛擬化技術，在一臺服務器運行安裝多個操作系統，并且可以同時運行，就相當于多臺服務器同時運行了，利用率大大提高。

存儲虛擬化：是將一堆獨立分布的硬盤虛擬的整合成一塊硬盤，存儲虛擬化的目的是方便管理和有效利用存儲空間。

網絡虛擬化：一般是指VPN，它將兩個異地的局域網，虛擬成一個局域網，這樣一些企業的OA、B/S軟件，就可以像真實局域網一樣進行電腦互訪了。

桌面虛擬化：是在服務器上部署好桌面環境，傳輸到客戶端電腦上，而客戶端只采用瘦客戶機的應用模式，即只安裝操作系統，接受服務器傳輸來的虛擬桌面，用戶看到的就像本地真實環境一樣，所有的使用其實是對服務器上的桌面進行操作。

CPU虛擬化：是對硬件虛擬化方案的優化和加強。以前是用虛擬化軟件把一個CPU虛擬成多個CPU，而CPU虛擬化直接從硬件層面實現，這樣大大提高的性能。

文件虛擬化：是將分布在多臺電腦的文件數據虛擬成一臺電腦上的，這樣以前找文件要去不同的機器上查找，而現在則像在一臺電腦上操作一樣。

本文我們主要將依次完成服務器、存儲、網絡、桌面、CPU等虛擬化改造，以搭建裝火車系統的運行環境，滿足生產作業需求。

三、虛擬化改造方案

對裝車樓服務器進行虛擬化改造，利用虛擬機軟件來模擬出高性能的硬件環境及高版本軟件的操作系統，使裝車樓系統運行在一個具有完整硬件系統功能且完全隔離高性能環境中，并采用自動登錄遠程服務器的方式進行裝車作業的操作。

（1）DELL vmware服務器改造：通過dell iDRAC遠程管理系統，對服務器硬件參數進行預配置，安裝windows 2012 server操作系統，并進行優化，加強網絡安全策略，同時安裝vmware虛擬化軟件，建立SMB網絡共享環境，配置1、2號裝車樓物理主機虛擬化環境，調試橋接1、2號裝車樓專用網絡，通過配置計劃任務實時備份1、2號裝車樓裝車數據。

（2）接入層交換機改造：搭建Vmware服務器，創建1、2號裝車樓VLAN虛擬局域網環境，通過基于原端口MAC策略來物理隔離1、2號裝車樓與服務器直接網絡信號傳輸，保證在服務器、裝車系統、PLC設備通訊時傳輸數據單元完整性、可用性、一致性。

（3）物理主機及軟件改造：1、2號裝車樓物理主機分別安裝windows2012操作系統，虛擬化VMware Workstation客戶端軟件，調整虛擬化軟件平臺參數，搭建、配置1、2號裝車樓物理主機虛擬化環境，修改羅克韋爾自控軟件系統環境變量，編寫虛擬機自控系統自動化運行腳本，修正裝車ACCESS數據庫視圖、索引，壓縮表空間，創建1、2號裝車樓專用網絡訪問模式，隔離主機網絡環境。

（4）觸摸屏電腦改造：改變網絡通訊工作模式，同步羅克韋爾自控系統服務器與本地客戶端C/S結構參數，修改平板系統用戶認證模式。

（5）系統備份改造：將原有兩臺舊主機操作系統及羅克韋爾裝車軟件，通過VMware Converter：P2V 虛擬機轉換器將物理主機系統和自控環境遷移至新DELL物理主機Vmware虛擬化軟件中，對虛擬機硬件配置參數、系統環境變量、裝車軟件工作模式、網絡VLAN配置等參數，形成OVF模板，供系統崩潰后恢復虛擬機系統使用。

四、總結

運用虛擬化技術提升改造后，不僅解決了系統運行故障問題，同時為公司增加了一定的經濟收益，主要體現在幾下幾點：

1）解決裝車樓服務器主機硬件無法升級，操作系統與裝車程序無法在新硬件平臺升級，只能使用淘汰老舊電腦設備進行裝車工作，導致宕機時間較長、可用性差問題。

2）解決原有服務器維護時間較長，系統維護和升級或者擴容時候需要停機進行，造成應用中斷，通過虛擬化平臺可以遠程管理、維護，實時查看1、2號裝車樓主機工作狀態。

3）解決成本問題，無需對裝車樓操作系統和應用軟件進行獨立改造升級，不改變目前現有網絡架構環境。

4）提高工作效率和穩定性。整體系統部署時間從小時級到分鐘級，硬件件維護需要之前的數天/周的變更管理準備和1 - 3小時維護窗口，現在可以進行零宕機硬件維護和升級。

5）安全性高，可控性強。運行在虛擬機中的操作系統比物理機有更可靠的安全性，不容易感染病毒或木馬等。方便備份還原，數據存儲與服務器上，直接將虛擬機的文件備份或還原，就可以完成對整個操作系統的備份和還原。

參考文獻

[1]王春海著. 虛擬化技術實踐指南，機械工業出版社，2017年09月

[2]王春海著. VMware虛擬化與云計算應用案例詳解（第2版），中國鐵道出版社，2016年06月

[3]李晨光 朱曉彥 芮坤坤. 虛擬化與云計算平臺構建，機械工業出版社，2016年10月

[4]姜凱. 桌面虛擬化實戰寶典，電子工業出版社，2014年09月

（作者單位：大連港股份有限公司（礦石碼頭））