CORS系统异地负载均衡技术的研究与实现

严津 ，朱丽强，陈中新

(1.苏州工业园区格网信息科技有限公司，江苏 苏州 215021;2.JSCORS工程技术中心SZ_CORS分中心，江苏 苏州 215021)

1 引言

近年来全国各地都掀起了连续运行参考站(CORS)系统的建设热潮［1］，特别是城市级CORS网的建成为地区经济的发展提供了强有力的支撑，但城市级CORS系统因受到地区行政区划、基础设施现状、系统运营等条件限制，在站点布设、控制中心机房建设等方面往往会相对比较薄弱。目前国内CORS系统控制中心的建设普遍采用在同一机房内的单服务器独行、双服务器并行或双机热冗余备份，提供实时差分服务。随着CORS系统运营领域的不断扩展，系统提供的实时服务数据信息正成为系统最为重要的资产，因此当各种故障灾难发生时对服务的保护显得尤为重要。异地数据中心的建设在各行业已得到了广泛的应用，本文正是基于此思想利用最简资源构建了CORS系统异地控制中心，实现无缝自动切换，提高了CORS系统服务的容灾性和安全性。

2 架构设计

2.1 虚拟化技术

虚拟化是一个广义的术语，在计算机方面通常是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行［2］。虚拟化技术可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程［3］。CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多CPU并行，允许一个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。虚拟化是一个抽象层，它打破了物理硬件和操作系统间的硬性连接。虚拟基础结构是一种企业级解决方案，可提供流畅、强大的计算能力从而最大限度的利用资源和节约成本。目前主流的X86虚拟技术主要有:

(1)虚拟硬件模式

虚拟硬件模式将计算机、存储和网络硬件间建立了一个抽象的虚拟化平台，使得所有的硬件被统一到一个虚拟化层中，管理员可以在此硬件配置范围内任意分配虚拟机所使用的硬件资源。Vmware的Workstation、GSX Server、ESX Server、Microsoft的 Virtual PC、Virtual Server、Hyper－V Server 以及 Parallels Workstation 等都属于这种模式［4］。

(2)虚拟操作系统模式

虚拟操作系统模型是基于虚拟机运行的主机操作系统创建了一个虚拟层，用来建立虚拟机主机的操作系统。该虚拟层建立的主机称为Virtual Private Server(VPS)，这些VPS可以最大限度地共享物理主机的软硬件、管理资源。对用户来讲，这些VPS的运行与管理都与一台物理主机完全相同。SWsoft的VirtuoZo就是属于这类模式的成熟产品。

(3)准虚拟化模式

通过对系统资源更有效的利用，准虚拟化允许多个操作系统同时运行在硬件上，通过有效的资源共享，更有效地使用处理器和内存。不像完全虚拟化那样模拟整个系统。准虚拟化管理系统与经过修改的虚拟机操作系统共享运行。一般来讲，准虚拟化比完全虚拟硬件的资源占用率低，能更有效的利用物理资源，但同时也失去了部分安全性及灵活性。与虚拟硬件最大的不同是，准虚拟化需要修改操作系统的内核。XEN以及红帽子就是此类虚拟化技术代表。

随着应用虚拟化技术的不断深入，虚拟化带来的高效及便捷也正在逐步体现。利用虚拟功能对虚拟系统进行实时动态的迁移，而不需要停机。虚拟存储也能够使用工具透明地从一台物理存储设备迁移到另一台设备。管理员也可以脱离物理网络和存储动态的对虚拟网络进行配置及管理，保证业务运转的连续性，利用虚拟HA技术，对多台物理主机及共享存储进行整合、共享及灾备，对企业及应用服务的连续性及高可用性提供保障。

2.2 体系结构

JSCORS工程技术中心SZ_CORS分中心在原有局域网物理服务设备的基础上，利用Vmware的ESX Server服务器虚拟化技术，对CORS系统控制中心组网结构重新进行调整，并进行了虚拟化测试及部署，网络拓扑结构如图1所示。

图1 系统网络拓扑结构图

网络整体结构分为两大部分:

(1)主控制中心FC－SAN(光纤存储局域网)。

CORS系统主控制中心采用3台DELL R系列服务器、2台光纤交换机及1台CX4－5光纤磁盘柜组成一个光纤存储局域网。该局域网物理网络配置采用两台光纤交换机，可以有效避免网络单点故障，CX4－5为3台物理主机提供集中式存储环境。

(2)异地备份控制中心IP－SAN(基于IP网络的存储系统)。

考虑到控制中心特殊情况下停电、物理主机故障等因素，在主控制中心外建立了一套备用服务主机，采用了1台R系列服务器及1台MD系列iscsi磁盘柜。

基于前期投资及物理环境的要求，在软件配置方面采用了Vmware ESX Server作为虚拟主机系统并安装在主控中心及备份控制中心的4台R系列服务器上。两控制中心通过100 M光纤IP网络实时通讯，两地4台主机组成VMware HA应用。

3 系统实现

本系统构架中充分利用了虚拟技术方便的实时数据备份、迁移、负载均衡等功能，以保证CORS系统业务的连续运行和高可靠性。在上述网络环境中，HA服务中的1台物理主机出现硬件设备故障警告提示，在保障CORS服务不停机的情况下，利用Vmware HA功能迁移系统实时服务，再对物理主机进行拆机维护。迁移过程采用Vmware DRS(VMware Distributed Resource Scheduler)分布式资源调度功能，它可以持续不断地监控资源池的利用率，并能够根据应用需要在虚拟机中智能地分配合适的资源。通过灾难修复，减少停机时间，保持业务的持续性和稳定性，同时迁移过程对终端用户是完全透明的。系统迁移流程如图2所示。

图2 系统迁移流程图

针对系统运行过程中可能发生的故障，大致可分为两类，并按不同方案进行处理，以保证CORS业务的连续运行性。

一类是出现非致命性的故障，表现为虚拟机服务还在运行，但已经出现了某个硬件故障，此时管理员可以预见物理主机随时可能宕机。此类故障出现时，可以手动将虚拟机从故障主机迁移，移动至另一台运行正常的物理主机上，此过程中，虚拟机上运行的CORS服务是不会停止的。为确保迁移环节的全过程监控，可打开一个cmd命令窗口，ping CORS服务器上的一个IP地址，可以从返回TTL值的连续性来观察虚拟机迁移过程中是否有停机。

另一类是两台物理机中的一台出现致命故障，完全停机，该物理主机上的CORS服务器也完全停止，此时HA侦测到物理主机宕机，就自动触发DRS，将故障虚拟机上运行的服务，重新启动到正常运行的物理主机。这个接管的过程，虚拟机上运行的服务是会停止的，这段时间大约是虚拟机重启所需要的时间。

CORS系统控制中心供电保障也是系统可靠运行的一个重要环节。随着城市开发进程的不断推进，偶尔会发生电力中断情况，在系统正式面向商业运营后，可利用UPS不间断电源仅保留对外线拨入设备及异地控制中心网络通信设备的供电即可，实现本地机房的供电最小化，实现CORS服务的不间断运行。

以上各类操作都是基于无缝切换，在常规故障发生时系统用户使用都不受到任何影响，提高了系统使用的安全性和可靠性，增强了系统的服务能力。

4 结语

随着各地区、行业CORS系统的不断建立与应用，这项新技术必将给导航定位技术的推广应用带来深远的影响。当CORS系统进入正常的商业运营后，确保系统的安全稳定运行，保证用户接收CORS信号的完整性、可靠性和一致性显得尤其重要。本文结合对CORS系统控制中心建设的现状，深入研究了虚拟化的关键技术和相关理论，在此基础上设计并实现了一种基于负载均衡的异地容灾系统，构架简单，数据安全性较高。

［1］刘晖.地球空间信息网格及其在连续运行卫星定位网络中的应用研究［D］.武汉:武汉大学，2005

［2］严津，朱丽强，陈中新.基于网络异构的CORS系统安全性探索研究［J］.城市勘测，2010，(1):65～69

［3］蔡永新.浅谈VMWare在公安系统中的应用［J］.计算机时代，2008，12:48 ～51

［4］张海涛，张峻峰.使用VMware模拟双机HA环境及其应用前景［J］.气象科技，2006，34:40～43