铝板带轧机控制系统虚拟化超融合改造实践

陈 辉

(洛阳万基铝加工有限公司,河南 洛阳 471832)

1 传统服务器运行方式面临的问题

在铝加工企业中,轧机系统有测厚仪计算机、板型系统计算机、轧机控制一级服务器、二级服务器等设备,它们是轧机控制系统的中心,这些服务器主要是设备配套的来自不同厂家的机架服务器和台式服务器,其硬件、操作系统、数据库类型等各有不同。经过十余年使用后,这些服务器硬件日渐老化,可靠性降低,故障率不断增高,同时近几年厂家老旧服务器陆续停产,采购的新设备不能与原系统兼容,给公司服务器设备运维造成很大困扰。为了更好解决传统服务器存在的这种弊端,尝试采用虚拟化架构的服务器整合技术来模拟现场设备的运行环境,将多个旧服务器系统装入到一台物理服务器中的方式进行升级改造,达到提高性能,精简机柜,降低运维成本的目的。

2 服务器虚拟化超融合平台建立

2.1 超融合技术

超融合平台以虚拟机为核心,将物理服务器的处理器、内存、磁盘、I/0等物理资源转化为一组可统一调度和分配的逻辑资源,实现在一台服务器上同时运行几台相互隔离的虚拟服务器,提升了系统的运算能力和存储空间的有效利用率,能够灵活调配资源,避免了虚拟化环境的资源争抢,实现了硬件资源与虚拟化平台的完美融合。

2.2 超融合方案

目前国内外技术比较成熟超融合平台主要有VMware、 SmartX、深信服、云宏CNware、华为FusionCube,其原理大致相同,都是基于虚拟化实现服务器的整合。借鉴相关单位虚拟化成功案例,结合公司轧机服务器配置情况,最终选择采用使用VMware ESXi 6.7 搭建的 VMware服务器虚拟化超融合平台来实现。图1为服务器虚拟化超融合平台的拓扑图。

图1 服务器虚拟化超融合平台的拓扑图Fig.1 Topology of server virtualization hyper-converged platform

2.3 超融合硬件的选用

超融合一体机是整个超融合构架的载体,它是把运算、存储、网络等硬件和软件资源进行整合的一套系统,即将多个运算、存储和网络独立的服务器打包在一起,组成的多功能服务器。它的应用,可以简化硬件系统部署,缩短部署时间,降低运维难度和成本。

在进行超融合之前,需对现有服务器容量进行统计,包括物理服务器的数量、CPU型号及CPU利用率、内存及内存利用率、硬盘数量及大小、RAID及硬件权限绑定等信息。根据这些信息,对超融合一体机容量进行规划,预留足够余量的同时,考虑后期设备增加扩容的需求,选择合适经济的超融合主机。

选择时,若原服务器是近一、两年新购买的设备,则可以考虑对该服务器通过增加CPU、内存、网卡的方法进行扩容到较高的配置,用做虚拟化超融合主机。扩容时优先为服务器添加内存、千兆网卡,其次是配置冗余电源、CPU,至于硬盘空间够用即可,建议配置共享网络储存,或将配置较低原有服务器改做网络存储服务器使用。

如果采用购买新的服务器作为超融合一体机,则无需进行扩充。目前市场上可供选择的品牌及型号较多,主要品牌有Dell、HP、华为、云宏、IBM等品牌,这些超融合一体机各项配置齐全,可以满足各种行业现场的需要,由于虚拟化技术硬件兼容性,用户可以根据需要自由选择。在选择时主要考虑外部尺寸、CPU、内存、网卡、电源等满足使用要求即可。存储设备优先考虑使用共享SAN网络储存,其次是使用本地硬盘,只有虚拟机存储于共享存储,才能更好的实现高可用性H.A.及vMotion瞬移等技术。

在超融合环境里,由于多个工作服务器融合到同一台主机里运行,主机上的工作负荷数量将明显增多,从边缘或分布交换机到网络核心的上联数量也将增加,这就对交换机的带宽及上行线路提出更高的要求,通讯速度将对各个虚拟机服务的运行产生直接影响,因此需要尽可能的配置性能较好的网络交换机。

2.4 平台搭建及原系统迁移

vSphere是VMware公司一款可以独立运行在祼机上的系统,ESXi是vSphere系统中的核心组件,用于组建虚拟化平台。在VMware ESXi 6.7控制平台组建好以后,管理员可以通过Mozilla Firefox、Google Chrome浏览器登录vSphere Client远程连接ESXi服务器,来访问虚拟机并进行配置。虚拟化时,主要通过采用基于P2V转换技术实现在线迁移,使用VMware vCenter Converter工具可以在线无缝的将物理服务器转换为虚拟机(图2)。

图2 使用 VMware vCenter Converter迁移系统创建虚拟服务器Fig.2 Creating a virtual server using the VMware vCenter Converter migration system

当有些服务器使用vmware convert无法迁移或迁移后虚拟机运行出现问题时,就需要借助第三方工具来迁移了,通常使用Acronis或Ghost备份镜像还原的方法生成 Vmware 虚拟机,再迁移至 ESXI 主机进行配置。

2.5 虚拟网络构架配置

完成迁移后,需要对迁移到超融合一体机服务器虚拟机进行虚拟端口的设置,并配置网络交换机,完成各个虚拟机之间和物理机之间的通讯,用于数据交换及存储访问。根据原物理网络数据交换需要,在虚拟交换机及物理交换机中划分不同的VLAN,将虚拟机IP划分到网络的相应VLAN中。通过设置ESXi主机、虚拟机网卡、虚拟交换机、端口组与ESXi主机网卡的联接,使虚拟机与系统各部件之间保持稳定的通信。

2.6 在线测试

在线测试主要对虚拟化的网络设备和网络系统的交换和路由功能进行测试评估,对虚拟化的网络设备和网络系统的应用层进行仿真测试,以及检测虚拟机CPU的计算能力、网络IO性能和存储IO性能。将迁移到超融合平台中相应的虚拟机启动后,运行现场被控制的设备进行生产测试,查看虚拟化后控制系统状态及被控制设备运行状态是否正常。同时需进行H.A.高可用测试,模拟主机发生故障后服务器切换是否出现问题,并对试验测试出现的问题采取措施进行优化,使系统可靠平稳运行。

3 总结

服务器的虚拟化超融合应用,将多个独立的服务器进行虚拟化融合,使资源利用更加合理,解决了数据备份、系统迁移的问题,明显降低了系统的故障率,还能在后期对控制设备进行扩展,为企业未来信息化发展奠定了基础。随着自动化程度的不断提高,控制系统需求的不断增加,虚拟化超融合技术应用将越来越广泛,在行业设备控制领域将有更好的应用前景。