虚拟化技术在广西石化MES系统中的应用

张巍松 赵日伟

摘要：介绍了广西石化MES1.0系统硬件架构及面临的问题，提出在进行MES2.0系统建设时，应用基于虚拟化技术的硬件架构方案，搭建虚拟化管理平台，从而解决MES1.0系统传统硬件架构部署方式面临的系统高可用、难运维、硬件资源利用率低及机房空间拥挤等问题。

关键词：虚拟化;MES系统

中图分类号：TP315  文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）20-0298-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 引言

广西石化炼油与化工运行系统1.0版（简称MES1.0系统）于2010年底建成投用，主要包括实时数据采集与管理、实验室信息管理、运行管理、物料平衡与收率计算、物料移动管理、公用工程计量管理、生产计划与排产、生产统计等子功能。MES1.0系统在广西石化的生产过程监督和控制，生产业务流程规范，提高生产管理效率，帮助实现精细化管理方面发挥了巨大作用，是企业统一的生产运行业务管理平台。

随着MES系统应用的不断深化，系统涵盖的功能越来越丰富，所产生的数据不断增多，而服务器硬件随着使用年限的增加，老化程度越来越严重，这使系统在运行及维护方面面临着诸多问题。因而在广西石化炼油与化工运行系统2.0版（简称MES2.0系统）建设时，提出在采用虚拟化的硬件架构，建立虚拟化管理平台，解决旧系统所面临的问题。

2 MES1.0系统硬件架构及面临的问题

2.1 MES1.0系统硬件架构

MES1.0系统服务器部署方式采用了传统的“物理服务器+操作系统+数据库+应用软件”的部署方式，共使用物理服务器16台，存储设备2套，其中用于生产环境的物理服务器12台，存储一套，用于开发测试环境的服务器4台、存储设备1套，其特点是数据库（包括关系数据库和实时数据库）由物理服务器和存储共同完成部署，数据库的数据存放在共享存储中，其他各个应用均独立部署在不同的物理服务器上，生产环境硬件架构如图1所示。

2.2 MES1.0系统部署方式面临的问题

从系统业务连续性[3]角度，当某一应用的物理服务器出现故障需进行维护时，应用将无法使用，造成业务使用的中断，而操作系统或应用数据量大，恢复时间长，操作难度高。这使得MES1.0系统在高可用性方面面临较大风险。

从系统运维的角度，传统应用服务器部署方式，需要服务器数量较多，各服务器资源相对独立，应用的稳定性依赖服务器硬件，随着使用时间的推移及服务器硬件的老化，故障率高，运维难度大。备份时需要按照“系统+应用数据”进行停机备份，造成业务应用的中断，影响终端用户的使用。

从服务器資源利用角度，MES1.0系统各个应用独立部署在单独服务器上，正常运行时CPU平均使用率低于10%，内存平均使用率低于15%，而开发测试环境的服务器在系统投入运行后，基本处于闲置状态，造成了服务器资源的较大浪费。

从机房管理角度，随着企业各种应用系统增多或扩容，部署的服务器数量不断增加，造成机房可用空间不足、能耗却不断增加。而MES2.0系统经过功能扩展，如果使用传统“一个应用对应一台物理服务器”的方式进行部署，所需物理服务器将高达46台，对机房空间和电力消耗均造成较大压力，较多的服务器也将极大增加系统建设成本。

3 虚拟化平台的搭建

3.1虚拟化技术

虚拟化技术经过多年的发展[4]，已经是成熟的技术，其诸多优势[1]，已为多数企业建设数据中心时的首要考虑技术。虚拟化技术将物理服务器的CPU、内存，存储和网络资源等硬件进行抽象，形成逻辑资源池[2]，并在此基础上将逻辑的计算资源按照需要分配给虚拟机使用，使得一台服务器的资源可以分配给多台虚拟机使用，而对于虚拟机使用的用户，其“看见”的虚拟机在逻辑上仍然是一台完整的服务器，多台物理服务器和共享存储可以形成虚拟化集群，虚拟机可集中存放在共享存储中，运行时可在集群的不同主机节点之间进行快速迁移而不中断应用，单个物理主机节点出现故障时，运行在其上的虚拟机可自动迁移到健康的物理主机上，实现系统高可用。

3.2 MES2.0虚拟化平台硬件架构

MES2.0系统主要硬件由7台物理服务器、2台存储、2台光纤交换机和2台以太网交换机构成，如表1所示，硬件架构见图2所示。

存储通过FC口（光纤口）与光纤交换机连接，服务器通过HBA卡与光纤交换机连接，从而行程储存网络。服务器与以太网交换机之间通过RJ45网络接口进行连接，形成局域网，并通过以外网交换机接入到企业内网中。所有连接链路均采用冗余连接的方式，避免单点故障带来风险。 其中存储1是配备了固态硬盘阵列的高性能存储，可用存储容量16T，用于生产环境系统，存储2配备了SICS磁盘阵列，容量是存储1的2倍，用于开发测试环境及备份。

3.3 虚拟化平台软件构成

要实现虚拟化平台的搭建，除了硬件外，需配合相应的虚拟化软件来实现，MES2.0系统虚拟化平台使用的软件是VMware公司的虚拟化套件产品，主要软件构成和实现的功能如下。

ESXi组件：VMware ESXi组件是安装在物理服务器上的虚拟化操作系统，负责将物理服务器的CPU、内存、共享存储进行虚拟化，形成逻辑资源池，以便分配给虚拟机使用。安装了ESXi组件的服务器称之为ESXi主机。

VMware vCenter Server组件：vCenter Server组件是整个虚拟化系统的集中管理平台，可将多台ESXi主机和存储形成主机及存储集群，vCenter的HA功能负责虚拟机故障转移，DSR功能负责负载均衡，两者结合使用，虚拟机在主机故障时被转移到负载较轻的主机中。vCenter的VMotion功能，可以将正在运行的虚拟机从一台ESXi主机迁移至另一台ESXi主机，而不中断用户的使用。

VDP组件：VDP （vSphere Data Protection） 是基于磁盘的备份和恢复解决方案，可以对虚拟机进行在线备份管理，备份时使用重复数据消除技术对重复数据进行消除，提高备份效率。

3.4 虚拟化平台实现过程

1）硬件上架安装及线路连接：安装前需提前规划好服务器、存储、和交换机的放置位置，准备好连接使用的光纤或网线，所有设备均按冗余链路进行连接。

2）存储券划分及映射：根据存储用途对存储进行划券，分别供生产环境、开发测试、数据库等使用，然后将存储和所有物理服务器进行映射，以便服务器能够访问存储。

3）ESXi组件安装：在物理服务器上安装ESXi组件，将物理服务器虚拟化，将存储转换成VMFS文件系统，以分配给虚拟机使用。

4）vCenter Server及VDP组件安装：为了避免vCenter安装在物理机上造成单点故障，将vCenter同样部署到虚拟机中，安装时先通过客户端工具VMware vSphere Client在某一ESXi主机上创建虚拟机，然后此虚拟机中部署 vCenter。

5）主机集群、资源池建立及虚拟机创建：在vCenter中创建MES2.0系统数据中心，创建主机集群，在集群中添加ESXi主機，创建资源池。资源池创建完成后即可在资源池中创建应用虚拟机。

6）HA、DSR功能启用及VDP部署：启用HA高可用功能及DSR负载均衡功能，最后进行VDP的部署。

通过上述步骤，便建立了以vCenter Server为中心的MES2.0系统虚拟化管理平台。

4 结束语

通过虚拟化技术的应用，广西石化MES2.0系统建成了高效的虚拟化管理平台，用7台物理服务器实现了所有46台应用虚拟机的建立，降低了所需物理服务器的数量，减少了机房空间的占用，实现了节省能源的目的，提高了服务器硬件资源的利用率。虚拟化平台HA功能、DSR功能、VMotion功能及VDP的应用，实现了系统的高可用目的，并极大降低了系统运维工作量和运维难度，实现了虚拟化技术应用于MES系统的初衷，取得了较好的应用效果。

参考文献：

[1] 杨硕.浅析服务器虚拟化的优势[J].科学与信息化，2018（16）：51，54。

[2] 林洋，张颖.服务器虚拟化在数据中心的应用实践[J].华南地震，2015，35（1）：62-66。

[3] 谷完宏，黄岷.面向流程行业MES系统的虚拟化硬件架构[J].国防技术基础，2013（1）：29-31。

[4] 张建跃，董秀军.试析VMware虚拟化技术的运用[J].电子测试，2013，（1）：112-124。

【通联编辑：梁书】