服务器虚拟化技术在水文信息系统中的应用

万 鹏，杨 钊，董 韬，王蒙恩，黄国飞

（黄委山东水文水资源局，山东济南250100）

服务器虚拟化技术在水文信息系统中的应用

万 鹏，杨 钊，董 韬，王蒙恩，黄国飞

（黄委山东水文水资源局，山东济南250100）

随着水文信息化建设的不断发展，水文业务的应用系统也逐年增加，每套业务系统都需要运行在高性能服务器上来应对突发的计算和访问压力，存在整体利用率不高的问题，造成一定的资源浪费。因多个业务系统分属不同业务源，安装在一个系统中存在软件冲突、配置繁琐、维护困难等问题。通过采用服务器虚拟化技术实现对多项业务系统的集中管理，可以解决上述问题，从而实现服务器整合，提高资源的利用率和集群应急响应能力，从而提高水文信息系统管理水平。

服务器管理；虚拟化；水文信息化

1 项目背景

随着国家防汛抗旱指挥系统一期工程-济南分中心和黄河下游非工程措施建设项目的实施，黄河下游陆续完成并投产运用了水情信息采集系统、水情交换系统等业务系统［1］。业务系统的运行要求将应用系统和数据库分别安装在不同的服务器上，造成资源的利用率较低，多数服务器的容量利用率不足15%，不仅导致了服务器数量剧增，还增加了复杂性。使用过程中经常因硬盘损坏或软件故障而中断系统服务，重新安装系统又非常繁琐。一定程度上影响了水情报文的传递时效性和准确率，势必影响济南分中心的水情报汛工作的正常开展。近年来我国已把云计算列为重点发展战略［2］，引用服务器虚拟化技术解决水文信息化中的瓶颈问题，

能够推动水文信息化向深度和广度迈进，对强化动态化、信息化条件下的治黄业务管理工作具有极其重要的意义［3］。

2 水文信息化管理中存在的问题

2.1 资源浪费严重

传统业务系统建设的有限目标性导致每个业务系统配置专门的服务器，造成CPU和硬盘空间的利用率低下，大多数服务器的运行率仅为5%～8%，资源（包括电能）浪费相当严重。

2.2 维护工作繁重

服务器数量多，系统定期的更新、病毒防护、硬盘优化等工作复杂、繁琐，系统运维成本逐年增加，工作效率难以提高。

2.3 数据安全性差

济南分中心一般采用数据拷贝的备份措施，不能从根本上保证数据的安全和各项业务运行的连续性。当服务器瘫痪时，无法恢复备份空档期的数据造成业务中断，影响各类系统的运作。如出现不可抗力的灾害时数据无法恢复，损失不可估量。

2.4 部署响应缓慢

由于水文信息化发展迅速，对应用系统部署的时效性和灵活性要求也越来越高，硬件资源部署基本沿用一对一的对应方式，需要进行安装、调试、系统部署等工作，整个过程复杂，重复劳动，大大降低了系统部署效率［4］。

3 设计的标准及原则

3.1 设计标准

本系统的应用与实施严格执行水利部《黄河近期重点治理开发规划》、水利部《水情信息编码》SL330-2011［5］、水利部《实时雨水情数据库表结构与标识符标准》SL323-2011［6］、水利部《水文资料整编规范》SL247-1999［7］的规范要求。

3.2 设计原则

3.2.1 构建资源池

通过虚拟化技术构建资源池，实现对硬件和软件资源的灵活、有效利用［8］。将服务器及其现有的处理器、内存、磁盘连接一起转换到一个逻辑计算资源池中，操作系统及其应用程序被隔离到安全、可移植的虚拟机中，可动态、自动地分配给资源池中最合适的主机，确保软件应用程序的服务级别，动态支持不断变化的业务需求，同时确保灵活有效地利用硬件资源。

3.2.2 平台业务连续性保护

利用虚拟化平台可以确保集群系统内任何一个主机系统出现故障，自动将该主机的负载转移至系统内的其他成员。而且配置的磁盘阵列采用双冗余控制器，可在很大程度上避免单点故障，提高整个业务系统的可用性。为了对数据进行快速备份和恢复，采用自带的快照软件对业务数据做快照，按照时间计划自动将数据进行快照，实现短时间点数据保护，更好地减少备份和恢复的时间窗口［9］。

3.2.3 资源池策略

虚拟化技术可减少计算服务器的部署数量，并且具备智能电源管理技术，当集群中的虚拟机所需资源较少时，会将工作负载整合到较少的服务器上，并关闭其余服务器以减少能耗［10］。当虚拟机资源需求增加时，会让关闭的主机恢复联机，以确保达到服务级别要求。不仅有助于降低电能消耗，大大降低设备的使用和维护成本。

3.2.4 资源池硬件扩容

现有业务系统中超过维保期限的有8台服务器，承载内外网大部分应用系统，服务时间已近7年，故障频发，性能不够稳定，无法保证当前业务正常运行。考虑到虚拟化软件对内存消耗颇为严重，需要增加相应的内存资源，以保证服务器能划分更多数量的虚拟机作为应用迁移的载体。

4 总体设计

根据对当前主流的虚拟化平台进行对比，选取了以VMware vSphereHypervisor为核心的虚拟化平台进行应用［11］。它适用于任意系统环境的企业级虚拟化平台，能提供完全动态的资源可测量控制，适合各种要求严格的应用程序的需要，同时可实现服务器部署整合，为未来发展所需扩展空间。

引用虚拟化技术将多套业务系统迁移至虚拟化平台中，同进对其进行整合、安装部署，将服务器物理资源抽象成逻辑资源，通过安装虚拟化底层平台，让一台服务器变成多台相互隔离的虚拟服务器，通过多台服务器相互配合，构建济南分中心的计算资源池，让CPU、内存、磁盘、I/O等硬件组合进行动态管理，从而提高资源的利用率，简化系统管理，提高业务系统的应急能力。［12］

总体设计图如图1。

图1 总体设计图

5 部署与安装

5.1 运行环境

山东水文水资源局用1台IBM X3755 M3搭建了虚拟化服务平台，这台服务器有4个CPU，每个CPU为8核心，总共32核心，32GB内存，2个备用电源，4个网络接口，4个300GB SAS 1.5万转硬盘。为了提高应急能力，又为服务器扩展了2个2TB 7200转硬盘用于备份，RAID卡电池用于断电应急写缓存。在RAID卡上建立了一个RAID 5磁盘阵列，一个RAID 1磁盘阵列。在服务器通过光盘或者U盘安装VMware vSphere Hypervisor。然后配置好IP地址等网络配置、管理员密码即可。

5.2 数据库部署

业务系统要求应用系统和数据库分别安装在两台服务器上，使用虚拟化平台运行集群模式，将应用系统和数据库分别安装在一台虚拟机中，当其中一台服务器出现故障时，虚拟机自动迁移到另一台服务器上，从而解决设备故障导致的系统失效问题。详见图2。

5.3 快照备份

通过管理平台建立快照实现数据备份，既可以快速恢复原有数据，同时能将数据导出至其他设备。为了能容纳更多的备份数据，为服务器新增了硬盘空间。详见图3。

图2 ORACLE数据库部署界面

图3 快照备份界面

5.4 故障自动恢复

当服务器断电、故障重启时，配置虚拟机自动启动，用户根据需要将按先后顺序启动的计算机放到“自动启动”里，没有启动顺序的机器放到“任意次序”里，不需自动启动的测试机放到手动启动里。服务器手动关机虚拟机可以自动保存运行状态到硬盘，数据维护工作能够快速恢复。详见图4。

5.5 业务系统的远程管理

虚拟化技术已在本单位投入运行近3年，从开始的Oracle 11g的全国雨水情数据库，到后期的水情信息交换系统、黄河流域水文年鉴查询系统，未来还将扩展到更多的业务系统，将防病毒软件服务器、视频监控服务器、网络管理软件服务器搭建在该平台上［13］，业务系统的远程管理界面如图5所示。

图4 故障自动恢复界面

图5 业务系统的远程管理界面

6 结语

服务器虚拟化技术的应用，使本单位的多个业务系统更加平稳的运行，提高了济南分中心的信息管理水平和信息化工作质量。通过服务器虚拟化技术，降低了服务器管理维护的工作量，整合了服务器资源，节约了能源，同时减少了服务器的采购数量，具有较高的经济效益和社会效益［14］。

［1］冯建.黄河水利信息化的发展和研究［J］.河南科技，2014（20）.

［2］尹炜靖，万定生，关兴中，等.基于云计算的水文数据共享平台的应用研究［J］.信息技术，2013（08）.

［3］陈新国，欧阳骏，操文建，等.服务器虚拟化在水文行业中的应用实践［J］.电脑知识与技术，2014（27）.

［4］史国勋，张洁.水文信息化建设现状和策略初探［J］.城市建设理论研究（电子版），2015（20）.

［5］SL 330-2011.水情信息编码［S］.

［6］SL 323-2011.实时雨水情数据库表结构与标识符标准［S］.

［7］SL 247-2012.水文资料整编规范［S］.

［8］任昱，李青荣.基于VMware vSphere虚拟化资源管理平台研究［J］.计算机应用与软件，2012（05）.

［9］杨旭，彭一明，刑承杰，等.基于VMware vSphere5虚拟机的备份系统实现［J］.华东师范大学学报（自然科学版），2015（S1）.

［10］孙辰军.虚拟服务器技术在服务器管理中的研究与应用［J］.电力信息化，2010，8（01）.

［11］张魁.基于VMware vSphere的虚拟机管理平台设计与实现［D］.苏州大学，2013.

［12］赵刚.基于VMware vSphere的虚拟化架构的研究与实现［D］.中国地质大学（北京），2013.

［13］王欣.VMware软件虚拟化研究及应用［J］.数据通信，2013（06）.

［14］杜治国.水文信息化在现代水文工作中的重要作用［J］.信息化建设，2016（04）.

TP39

A

1008-1305（2017）01-0027-03

DO I:10.3969/j.issn.1008-1305.2017.01.009

2016-07-15

万 鹏（1979年—），女，高级工程师。