油田地质综合研究云平台应用技术研究

刘小斌 于由美 江明 张超环 宫臣

[摘    要] 辽河油田勘探开发研究院应用计算资源虚拟化、存储资源整合及网络重构等技术搭建了油田地质综合研究云平台，该平台具备服务器资源、数据资源及软件资源统一管理，专业应用远端随需即取，跨平台等技术特色，改变了软件本地安装维护不及时、多操作系统软件部署受限、资料成果本地磁盘存储易丢失的传统工作模式，能够随时应用平台中的应用软件，大幅提升硬件资源的使用效率，同时也提升了一体化协同研究的技术能力，并形成了多项技术成果。

[关键词] 图像双缓冲技术;平台资源动态扩容技术;运维管理;油田地质综合研究;云平台

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 15. 042

[中图分类号] F270.7;TP315    [文献标识码]  A      [文章编号]  1673 - 0194（2020）15- 0097- 03

0      前    言

辽河油田勘探开发研究院通过多年的技术攻关，应用计算资源虚拟化、存储资源整合及网络重构等技术建立了油田地质综合研究云平台。该平台最大特色是静态基础资料库、研究项目库、图形库的一体化设计，为辽河油田勘探开发研究领域之首创，创新技术达到了国内同行业领先水平。目前，在辽河油田公司相关部门的大力支持下，勘探开发云平台在研究院、锦州采油厂和金海采油厂等12家单位进行应用推广，云平台的研究成果在推广单位的勘探开发研究工作中得到了应用，结束了资料靠下载、成果靠拷贝的低效工作模式，能够随时应用平台中的应用软件，提升了一体化协同研究的技术能力，效果明显;同时，在推广过程中发现，如何在复杂的网络环境中提供稳定的云平台服务，如何在线扩充和动态调整软硬件资源，如何完善现有运维技术，提升信息服务技术能力，缩短故障处理时间，是云平台推广过程中面临的主要问题。

针对上述问题，我们进行了大量的技术攻关工作。

1      图像双缓冲技术

针对平台应用软件，将地质基础资料数据库和地质专业应用图形库数据结构优化调整，重写或者改写应用软件系统需要访问存储在地质基础资料数据库、地质专业应用图形数据库和云平台资源信息数据库中应用到的存储过程、数据处理等函数，开发了数据字典、应用视图、数据读写存储过程、数据预处理函数和应用程序数据共5个数据接口。实现平面构造图、储层分布图、物性分布图、沉积相平面图、储层连通图、地层对比剖面、构造剖面、油藏剖面、沉积相剖面、综合柱状图等10类图件绘制的双缓冲功能[1]。

在图形图像处理编程过程中，双缓冲是一种大数据图像快速绘制技术，如果窗体在响应WM_PAINT消息的时候要进行复杂的图形处理，那么窗体在重绘时，由于频繁的刷新而引起了闪烁现象，解决这一问题的有效方法之一就是双缓冲技术。因为窗体在刷新时，总要有一个擦除原来图像的过程OnEraseBkgnd，它利用背景色填充窗体绘图区，然后调用新的绘图代码进行重绘，这样一擦一写造成了图像颜色的反差。当WM_PAINT的响应很频繁的时候，这种反差也就越发明显，于是我们就看到了闪烁现象。基于上述原理，我们会很自然地想到，避免背景色的填充是消除闪烁的最直接的办法。但是那样的话，窗体会变得很糟。因为每次绘制图像的时候都没有将原来的图像清除，造成了图像的残留，于是在窗体重绘时，画面往往会变得杂乱，所以单纯地禁止背景图像重绘不能解决问题。我们还要进行重新绘图，但要求速度很快，所以必须进行图形块的复制。我们可以先在内存中绘制图像，然后将此内存中的图像复制到前台，同时禁止背景刷新，这样就消除了闪烁。这就是双缓冲绘图的基本思路。

双缓冲绘图涉及大图像的无效区域和有效区域判断。Windows内部为每个窗口保存一个绘图信息结构，这个结构包含了包围无效区域的最小矩形的坐标以及其他信息，这个矩形就叫无效矩形，有时也被称为无效区域。如果在窗口消息处理程序处理WM_PAINT消息之前显示区域中的另一个区域变为无效，则Windows计算出一个包围两个区域的新的无效区域（即一个新的无效矩形），并将这种变化后的信息放在绘制信息结构中。Windows不会将多个WM_PAINT消息都放在消息队列中。WM_PAINT只会更新无效区域内信息。在首次处理WM_PAINT消息后，整个程序界面都变为有效区域，如果不对程序进行任何操作，它是不会产生无效区域的。只有移动窗口这类的操作才会产生无效区域，触发WM_PAINT消息重绘窗口。窗口消息处理程序可以通过呼叫InvaladataRECT显示区域无效。在处理WM_PAINT消息处理期间，窗口消息处理程序在呼叫了BeginPaint之后，整个显示区域即变为有效。程序也可以通过呼叫ValidateRect函数使显示区域内的任意矩形区域变为有效。如果呼叫具有令整个无效区域变为有效的效果，则目前队列中的任何WM_PAINT消息都将被删除。InvalidateRect只是增加重绘区域，在下次WM_PAINT的时候才生效。InvalidateRect函数中的参数TRUE表示系统会在你画之前用背景色，将所选区域覆盖一次，默认背景色为白色，可以通过设置BRUSH来改变背景色。InvalidateRect（hWnd，&rect，TRUE）;向hWnd窗体发出WM_PAINT的消息，强制客户区域重绘制，rect是你指定要刷新的区域，此区域外的客户区域不被重绘，这样防止客户区域的一个局部的改动，而导致整个客户区域重绘而导致闪烁，如果最后的参数为TRUE，则还向窗体发送WM_ERASEBKGND消息，使背景重绘。当然，在客户区域重绘之前，UpdateWindow只向窗體发送WM_PAINT消息，在发送之前判断GetUpdateRect（hWnd，NULL，TRUE），看有无可绘制的客户区域，如果没有，则不发送WM_PAINT;如果希望立即刷新无效区域，可以在调用InvalidateRect之后调用UpdateWindow，如果客户区的任一部分无效，则UpdateWindow将导致Windows用WM_PAINT消息调用窗口过程（如果整个客户区有效，则不调用窗口过程）。这一WM_PAINT消息不进入消息队列，直接由Windows调用窗口过程。窗口过程完成刷新以后立刻退出，Windows将控制返回给程序中UpdateWindow调用之后的语句。

目前，我们使用云平台提供的如地质综合研究软件在绘制平面构造图等图件时，需从基础资料库中调取井位、井斜、层位、井位符号等数据资料，从地质图形库中调取等深线、等深着色区域、地层边界、图例、边框等图形资料，在内存中根据数据和图素的类别组合成图件可视化对象，可视化对象绘制时综合运用图像双缓冲技术，保证图件绘制延迟不超过0.5s。

2      平台资源动态扩容技术

改变云平台服务器部署模式，通过部署集群建立平台资源池，快速完成平台资源到服务的动态映射，服务到用户的动态绑定，实现新引进的软硬件在平台的快速部署应用，并运用动态资源调度技术实现云平台资源池的负载均衡。对于新进的硬件设备，通过资源到服务的动态映射技术，将服务器动态扩充到平台服务器集群中，然后创建新的计算节点，随后为应用软件分配计算资源，从而完成在云平台现有资源池中快速扩充硬件资源。对于新进的软件设备，从服务器集群中划分资源创建该软件资源池，并在计算节点中部署新进软件，完成云平台现有资源池中快速扩充应用软件（参见图1）。

动态扩充云平台资源池后，运用动态资源调度技术，根据轮询服务器的资源使用率，调整云平台计算节点的分布来负载均衡云平台资源池。通过计算资源负载均衡技术研究，将计算节点的连接数、CPU使用率、内存使用率、图卡使用率列为关键性能指标，并按影响程度打出分值，通过分值构建性能指标矩阵，计算服务器的KPI权重值，编写程序实现计算节点四个关键性能指标在矩阵中的轮询，使服务器按权值顺序接受来自平台用户的服务请求，实现应用的负载均衡[2]，充分利用了云平台服务器硬件资源，优化应用体验（参见图2）。

3      自主研发运维管理平台

自主研发运维管理平台，针对云平台资源层，编写了管理模块和监控模块。基于浏览器实现对云平台硬件资源、软件资源、许可资源等多方面全方位的监控及管理，运用高可用性技术、VMware快照技术和克隆技术，实现平台故障服务器、节点业务的快速恢复，制定多重安全验证机制，通过防火墙配置、本地验证证书、云平台用户与异构环境的软件用户建立映射关系，建立完整、安全、高效的安全认证机制。

运维管理平台运用高可用性技术，通过心跳机制发现未响应服务器，寻找空闲服务器通过在线迁移来接管节点，保证在不间断业务的情况下完成故障处理。当虚拟节点所在服务器产生故障或停机时，通过虚拟机迁移技术可以迅速地将故障服务器上的计算节点迁移到集群内或集群外正常运行的物理机上，继续对云平台用户业务访问进行响应。当单个计算节点发生故障时，通过克隆技术，将故障节点进行替换，随后使用快照技术对节点进行故障修复，实现平台资源池快速运维。

4      总    结

油田地质综合研究云平台已推广部署于辽河油田12家单位的地质部门，该平台是辽河油田勘探开发研究信息化新一代架构，实现了专业应用软件及数据库系统云服务模式，最大程度发挥了软硬件应用效能，为辽河油田增储稳产、降本增效提供有力的技术支持，填補了辽河油田地质信息应用领域的空白。

主要参考文献

[1]邹金津.提高二、三维图像低网络带宽条件下远程传输效率[J].电脑知识与技术，2019，15（11）.

[2]于由美，刘小斌，江明，等.地质综合研究云平台运维管理[J].中国管理信息化，2019，22（7）.