VMWare服务器虚拟化在LTCC数字化车间中的应用*

贺霄琛，韩栋梁，李少飞

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西 太原 030024)

1 背景

LTCC(LowTemperatureCo-fired Ceramic)，低温共烧陶瓷技术，LTCC基板高频性能表现优越、易实现无源器件集成，在航天航空、军事通信等领域具有广泛的应用前景[1]。LTCC基板制造属于典型的离散型制造模式，工艺复杂、对设备的可靠性要求高。为保证工艺参数的稳定性和产品性能的一致性，引入SIMATICWinCC平台实施SCADA系统实现自动控制和生产数据采集。同时，采用SIMATICIT平台实施MES系统，通过与现有科研管理信息化平台系统和PDM系统的数据集成，实现LTCC基板制造过程的数字化管控。

然而，传统的物理服务器部署模式难以满足大型应用系统对软硬件性能和可靠性的要求，存在单点故障及故障恢复时间长等缺点，而服务器虚拟化技术可以很好的弥补这一短板。本文主要阐述VMWare服务器虚拟化在LTCC数字化车间中的应用。

2 LTCC数字化车间介绍

2.1 数字化车间架构图

以现有信息系统为基础，引入SCADA和MES系统，构建LTCC基板制造数字化车间的整体架构如图1所示。

图1 数字化车间架构图

系统分为:设备层、SCADA控制层、MES执行层、科研管理信息化平台、PDM共5层。其中:

1) 生产设备层：包括LTCC生产过程中的工艺设备、AOI检测、传输线与缓存库等。

2) SCADA控制层：完成生产线的自动化控制，将MES系统的指令下传至工艺设备，同时将设备状态、过程参数等相关数据上传至MES系统进行可视化管理。

3) MES执行层：完成生产计划排程、生产执行管理、生产跟踪/追溯、质量管理及设备管理等，对SCADA系统上传的数据分析处理。

4) 科研管理信息化平台:实现对人员信息、项目合同、项目计划、原料库及产成品库等进行管理。

5) PDM系统：完成图纸审批流程管理、数据版本管理以及产品BOM管理等。

2.2 数字化车间网络结构

数字化车间应用系统所需服务器主要有：SCADA数据库服务器、SCADA应用服务器、MES数据库服务器、SIMATIC PORTAL服务器、SIT服务器。原有的科研信息化管理平台服务器、PDM应用服务器和PDM存档服务器。

其网络拓扑结构如图2所示。

图2 数字化车间网络拓扑结构图

工业控制网络采用专用工业交换机实现相关设备之间以及与SCADA系统之间的互联互通。以太网主要用于MES系统和计算机终端之间的网络通讯。

2.3 服务器推荐配置

SIMATIC平台服务器推荐配置清单如表1。

2.4 传统部署方式的弊端

现有的部署模式为典型的业务驱动型，这种方式有着以下几个突出的问题：

1) 设备采购是基于业务峰值估算硬件配置，而绝大部分业务平稳运行时间内，硬件设备利用率不高，如CPU、内存等资源利用率很多情况只有10%～20%。

2) 单一设备的可靠性差，系统的容灾备份能力有限，导致系统稳定性和可用性低，如都配备为双机，则成本高且资源冗余厉害。

3) 业务连续性保障差、数据可靠性弱，有限的主动宕机时间不足以完成系统维护工作。例如，SIMATIC平台要求硬件系统故障平均响应时间小于30 min，平均故障修复时间小于4 h。经测试，一旦服务器出现故障，硬件维护时间从几个小时到几天不等，对生产造成重大的损失。

2.5 服务器虚拟化概念及产品选择

服务器虚拟化是指将服务器物理资源抽象为逻辑资源池，可以将一台服务器划分为多台相互隔离的虚拟服务器，可以提高资源利用率、整合优化资源配置，同时提升管理效率[3]。目前市场上主流的服务器虚拟化产品有：VMWarevSphere、Microsoft Hyper-V和CitrixXenServer。相关调研数据显示，3种技术对比如表2所示。

本文拟采用VMWare vSphere平台来搭建LTCC数字化车间的系统环境。

表1 服务器推荐配置清单

表2 主流服务器虚拟化技术对比

3 VMWare vSphere平台设计

3.1 VMWare vSphere介绍

使用VMWare vSphere虚拟化软件在物理设备的基础上搭建了一层“中间件”，对服务器物理资源进行抽象,可以把物理服务器虚拟成多个并行工作的虚拟服务器，且可以像物理服务器一样提供服务。

图3 VMWare vSphere架构示意图

VMWare vSphere主要功能组件简介：

1) VMWare vSphere ESXi。ESXi是服务器虚拟化的基本功能组件，直接安装在为虚拟机提供资源的物理服务器上，将物理服务器上的处理器、内存、存储和网络资源抽象到虚拟机中。

2) VMWare vCenter Server。vCenter Server是平台的控制管理中心，统一管理ESXi主机和主机上负载的所有虚拟机，实现了资源可视化、集中管理。同时，vCenter Server支持DRS(Distributed Resource Scheduler)，以根据业务优先级为应用程序提供正确的资源，从而让应用程序可以根据需要压缩或增长。此外，vCenter Server还支持Vmotion，可以在不中断使用的情况下，在线迁移虚拟机，有效地避免了因为服务器宕机造成的损失，保证系统服务的连续性和完整性。

3.2 VMWare vSphere平台部署步骤

3.2.1 安装配置ESXi主机

新采购4台联想3650M5服务器，其配置为十核CPU*2，内存128GB，硬盘900GB*4，400GB SSD，作为底层ESXi主机，对其逐一安装ESXi，配置许可、网络和存储等。

3.2.2 安装配置vCenter Server

vCenter Server以Data Center为单位管理机房内所有计算机，将多台ESXi主机整合为Cluster集群，集群设置打开VMWare HA、VMWare DRS、VMWare Vmotion等功能。可在Web Client中对vCenter Server进行管理。通过集群快速的进行虚拟机添加和删除，查看分配到集群下的虚拟机配置、状态、资源占用情况等。

3.2.3 建立新虚拟服务器

登录Web Client，为新虚拟机系统安装镜像，进行资源配置。如操作系统相同，可使用模板功能快速地进行克隆。

3.2.4 迁移已有的应用系统

使用vCenterConverter工具可以方便地迁移Windows应用，绝大部分应用可以不停机在线直接转化为虚拟机，如迁移数据库服务则需要保证数据完整性，需采用离线克隆方式进行。在迁移服务器时应掌握好资源配置，以免由于资源不足导致转化失败，同时，转化完成后暂时保留之前的服务器，以免出错后无法恢复。

部署完成后，登陆Web Client对虚拟服务器的管理效果图如图4。

图4 vCenterWeb Client管理界面

3.3 网络拓扑图

平台部署后，网络结构图如图5。

图5 平台部署后网络结构图

4 应用效果分析

通过服务器虚拟化技术的应用，除新建的LTCC数字化车间的应用部署在Vmware vSphere平台上，原有的主要应用系统也完成了迁移。实现了我单位硬件资源的共享，同时显著地提高了管理效率，提高了系统的稳定性和可靠性。主要表现在以下几个方面：

1) Vmware vSphere平台，有效地降低了运维成本。如有新应用上线，只需要在管理平台选择合适的ESXi主机分配资源，新增虚拟服务器即可。极大地减少了管理人员的工作量，提高了管理效率。

2) 显著地提高了资源的利用率。以前服务器CPU、内存、磁盘等资源大量闲置，经过服务器虚拟化后，资源的利用率可以达到50%～70%。

3) 业务稳定性可靠性提高。以前服务器宕机会造成服务停止，人工排查错误又会浪费大量的时间，虚拟化平台可以在服务器出现故障时，自动迁移至其他服务器，仅需十几分钟。有效地保证了业务连续，尤其是提高了重要生产业务系统的可靠性。

5 结束语

本文以Vmware服务器虚拟化为主题，重点阐述了利用vSphere平台降低运维成本、提高资源利用率、保障业务可靠性和减少管理工作量等，取得了非常显著的效果。下一步还要继续研究vSphere配置优化，将其他业务迁移到该平台中等相关内容，以满足本单位对网络平台各种需求。

[1] 杨邦朝,胡永达.LTCC技术的现状和发展[J].电子元件与材料,2014(11):5-9.

[2] 李少飞.基于MES和SCADA系统的LTCC基板数字化制造车间设计[J].山西电子技术,2017(2):59-62.

[3] 何禹,胡宇鸿.虚拟化技术在校园网数据中心[J].电子科技大学学报,2007.

[4] 杨华,王和,高福兵.基于服务器虚拟化技术构建教学实践平台[J]．四川兵工学报，2011(3):108-110.

[5] 王春海.VMWare虚拟化与云计算应用案例详解[M].北京：中国铁道出版社,2017.

[6] Danielle Ruest,Nelson Ruest.虚拟化技术指南[M].北京：机械工业出版社,2011.