王奇成

（廣州鐵路（集團）公司 信息技術所，廣州 510088）

虛擬化技術在鐵路信息系統(tǒng)運維中的應用研究

王奇成

（廣州鐵路（集團）公司 信息技術所，廣州 510088）

信息系統(tǒng)運維中主要有3個問題：系統(tǒng)持續(xù)可用、資源均衡使用和維護簡便。傳統(tǒng)應對方法存在資源閑置或不夠用、資源不能靈活調配、系統(tǒng)維護不便的問題。應用虛擬機技術，能有效解決這些問題，在實際工作中利用4個節(jié)點運行多個高可用應用，充分驗證其有效性。

信息系統(tǒng)；運維；高可用；IT資源；IT服務；虛擬化

隨著鐵路的快速發(fā)展，信息系統(tǒng)全面建設完成后，都進入了運行維護階段。運維階段的工作，因為歷史沿革的原因，一直沒有什么大的改變，現在面對業(yè)務形勢的快速發(fā)展變化，需要改變理念和思路，引入新的方法和技術平臺，來應對日益沉重的運維壓力。

1 信息系統(tǒng)運維主要問題及傳統(tǒng)應對方法

信息系統(tǒng)運行維護中最主要的問題有 3 個：（1）保證 IT 服務持續(xù)可用，持續(xù)在線，應用系統(tǒng)不間斷運行；（2）IT 資源包括存儲、網絡帶寬、服務器等得到均衡使用；（3）對系統(tǒng)進行更新維護盡可能簡便。有關這3個問題的傳統(tǒng)應對方法及其弊端闡述如下。

1.1 服務持續(xù)在線

保證 IT 服務持續(xù)在線的基本思路是對各種資源都設計出多路冗余的結構，能相互備份，消除單點故障，提高可靠性。在實際應用中，機房電源、空調、網絡、存儲、主機等環(huán)節(jié)都采用至少雙路以上設計。

機房的雙路設計稱作災備。網絡、存儲的雙路設計體系，提供了故障轉移和負載均衡的雙重功效，存儲網絡類似于通信網絡。

雙路主機稱為雙機群集，首先提供了故障轉移功能，即一臺服務器故障，自動切換到另外一臺，但切換需要時間，應用還是會離線。如果讓兩臺服務器同時在線一起分擔負載，當一臺故障時由另外一臺全部承擔負載，服務器系統(tǒng)就不會因一路資源故障而離線，大大提高可用性。

IT 資源采用雙路以上結構，投資需要翻倍。為保證服務在一段時期內持續(xù)在線，還要考慮如何應對未來的需求擴展，有兩種基本策略：（1）預估未來業(yè)務需求擴展空間，預留資源，這種方式導致前期資源閑置；（2）緊跟需求變化動態(tài)擴展資源，在實際中，拘于立項申請、預算審批、工程招投標、產品訂購、安裝配置調試等各環(huán)節(jié)的流程，這種方式效果很不理想。所以在實際工作中，為了最大限度追求系統(tǒng)的高可用，往往碰到資源閑置或者不夠用的問題。

1.2 資源均衡使用

各種 IT 資源均衡使用的問題，既體現在同一個應用內，也體現在不同應用間，包括兩方面要求：資源使用的忙閑程度盡可能做到多點均衡；出現不均衡時或者按照特定的業(yè)務需求可以靈活調配。

資源使用的忙閑均衡，使得資源負荷減輕，故障率自然下降，使用壽命延長，IT 基礎架構的整體可靠性提高，更好地發(fā)揮了所有資源的整體效能。資源的靈活調配，對于這類應用，需要在高峰期借用其它應用的資源來緩解壓力，在平日把富余的資源共享出去給別的應用使用。

這種跨應用的資源均衡是傳統(tǒng) IT 基礎架構很難做到的，原因在于傳統(tǒng)基礎架構規(guī)劃很多環(huán)節(jié)停滯在靜態(tài)思維模式，新形勢下開展工作一般沿用原有思路，很少啟用或者滲透動態(tài)、變化的理念，要在這種過于僵硬的傳統(tǒng)架構下實現跨應用資源均衡，工作太過復雜，會產生巨大的運維風險和負擔。

1.3 系統(tǒng)維護簡便

運維中常見的幾類場景：應用升級、服務器修理、網絡架構調整、機房搬遷。使用傳統(tǒng)處理方式效果都不理想，不僅經常導致業(yè)務系統(tǒng)中斷運行，而且維護工作變得繁瑣、被動。

1.4 傳統(tǒng)應對方法的弊端

面對 IT 運維這 3個方面的問題，傳統(tǒng)應對機制已顯得捉襟見肘，它的根本原因在于傳統(tǒng) IT 架構不夠靈活，很難跟上業(yè)務變化。

如果在業(yè)務需求和底層基礎架構之間構筑一個中間層，就能夠使 IT 資源的使用靈活性大大加強，即由傳統(tǒng)的數據庫服務器、客戶端兩層結構擴展成數據庫、應用服務器、客戶端3層結構。構筑這個中間層，業(yè)界稱做虛擬化。

2 虛擬化技術解決方案

2.1 虛擬化概念

虛擬化是指計算機系統(tǒng)運行在虛擬基礎上而并非真實物理硬件上。在計算機硬件或操作系統(tǒng)上插入一個精簡的軟件層，虛擬機訪問物理硬件經過該軟件層。多個虛擬機同時運行在單臺物理機上，共享硬件資源。借助虛擬化，可降低資金成本，發(fā)揮資源高可用性和性能，提高業(yè)務連續(xù)性，加快桌面部署，減少技術支持負荷。虛擬化讓基礎架構更好地適應業(yè)務變化，讓 IT 運營更有效率。

2.2 服務持續(xù)在線

因虛擬化技術的存在，可以方便地對 IT 物理資源進行切割分塊、重組，搭配出更多的虛擬資源，形成更多有雙路以上冗余設計的系統(tǒng)。在某些系統(tǒng)出現故障時，即時投入另外資源，回歸雙路架構模式，持續(xù)保證服務的高可用。

2.3 資源均衡使用

使用虛擬化技術，很容易做到資源的均衡使用和靈活調配。例如服務器虛擬化，多臺虛擬機在一般設置下，就可以輕松共享存儲空間、整機內存和計算資源。共享存儲空間如果也做了虛擬化，很容易讓訪問數據的 IO處理物理分散到多臺存儲、多個RAID 組上。

2.4 系統(tǒng)維護方便

有了虛擬化技術，系統(tǒng)維護可以做到更便捷。

（1）對于應用系統(tǒng)升級，利用虛擬機快照保存一個升級前的可用狀態(tài)，出現升級失敗時可以快速復原回退。利用導出功能，可以快速建立一個用作備份的舊系統(tǒng)。（2）對于物理服務器修理，切換虛擬機到另外服務器上后就可以停機修理。切換支持實時遷移，切換的瞬間也不會中斷業(yè)務系統(tǒng)。（3）對于網絡架構調整，基于DNS的域名訪問機制，切換虛擬機到另外網絡上，更新域名服務器中記錄，利用組策略實時分發(fā)到客戶端，然后再進行施工。（4）對于機房搬遷，先在新機房部署適當數量的服務器，分批把虛擬機遷移到新機房，然后輕松搬遷物理設備。

總之，由于 IT 基礎架構的靈活性，就不再需要用戶部門太多關注和參與基礎架構的調整，包括資源的維修，省卻了很多業(yè)務協調、溝通，不僅大大提高服務品質，而且也能避免部門之間配合不暢帶來的問題，減少出錯幾率。

當 IT 基礎架構中全方位引入虛擬化體系后，靈活性大大增強，但整體的技術管理工作變得復雜很多，如果還是依照原有手工作業(yè)模式，風險極大，這時一定要借助專業(yè)的虛擬化管理平臺來輔助管理，并全面加強人員的素質培訓，才能讓整體工作簡化。

3 應用案例

在實際項目建設和系統(tǒng)運維中的一個案例，可以驗證以上觀點。這是由 4 臺 IBM 3850 x6 服務器組建的兩個 Windows Server 2012 群集，每群集兩節(jié)點，每個節(jié)點可以連接到兩臺存儲共 4 個 RAID 組，運行了 SQL Server 2012， Oracle11gR2，AD 域控制器，SharePoint Server 2013 平臺，System Center 2012 平臺等應用，每個應用都實現了高可用，4臺服務器實現了負載均衡。

3.1 存儲分配及群集架構

在兩臺存儲上創(chuàng)建了 4 個 RAID 組，命名為：DS1H、DS2H、DS1K、DS2K。

總共劃分 10個存儲空間，分配給 4個節(jié)點，提供相關應用，如表1所示。

表1 存儲空間及節(jié)點

其中節(jié)點 1、節(jié)點 3組成群集，節(jié)點 1上為主運行 SQLServer2012，跟節(jié)點 3 上 SQLServer組成AlwaysOn 高可用組，主節(jié)點分配多一些存儲空間，容納數據倉庫平臺，該平臺是試驗性，舍棄了高可用特性；節(jié)點 3上為主運行虛擬機組 1，包括以下虛擬機，如表2所示。

節(jié)點 2、節(jié)點 4組成群集，節(jié)點 2上為主運行Oracle11g，跟節(jié)點 4 上的 Oracle 組成普通 Windows群集；節(jié)點 4上為主運行虛擬機組 2，包括以下虛擬機，如表3所示。

對于AD域，由于在兩個群集上都有域控制器，4個節(jié)點只要有一個節(jié)點工作，AD域都可以訪問，它擁有最高級別的可用性。

其它虛擬機都運行在共享存儲上，單節(jié)點故障，虛擬機自動切換到另外節(jié)點繼續(xù)運行。

表2 節(jié)點1和節(jié)點3上的服務器名稱、所屬應用及角色

表3 節(jié)點2和節(jié)點4上的服務器名稱、所屬應用及角色

3.2 群集共享卷和虛擬機遷移方式

虛擬機要在群集節(jié)點間實現高可用，需把虛擬機建立在群集節(jié)點都能訪問的群集共享卷（CSV）上。在群集共享卷技術出現之前，存儲管理員必須在共享式存儲上針對每個虛擬機提供 LUN，通過使用 CSV，所有群集節(jié)點都可以訪問共享存儲，每次新建虛擬機時不再需要提供新的 LUN。群集共享卷極大地簡化了存儲管理。

虛擬機在群集節(jié)點間做故障轉移或切換，分為快速遷移（QuickMigration）和實時遷移（LiveMigration）兩種方式?？焖龠w移是先把節(jié)點1的內存數據保存下來，然后通過網絡傳遞到節(jié)點2后再把內存數據給還原出來，在此過程中虛擬機的網絡連接會中斷，中斷時間隨虛擬機內存大小及網絡速度從幾秒到幾分鐘不等。而實時遷移是在遷移虛擬機時，原來由節(jié)點1讀取群集共享卷，改為由節(jié)點2來讀取，同時節(jié)點 1上內存數據通過網絡傳送到節(jié)點 2。整個遷移過程中只有當節(jié)點2接替節(jié)點1讀取群集共享卷時才會出現非常短暫的服務中斷，中斷時間僅在毫秒級別，用戶基本體驗不到。

3.3 創(chuàng)建群集角色

在 Windows Server 2012 操作系統(tǒng)下利用故障轉移群集管理器創(chuàng)建一個群集角色，在高可用性向導界面中選擇虛擬機類型，然后選擇虛擬機，即每一臺虛擬機將作為一個群集角色出現在列表中。在故障轉移群集管理器中就可以對虛擬機進行手工遷移以測試高可用，當在單臺物理服務器有計劃停機或者出現故障突然宕機時，這種遷移會自動發(fā)生。

3.4 應用效果

數據庫服務和應用服務兩大類應用都取得了高可用，其中很多應用服務器部署在虛擬機上，均具備高可用能力。在應用服務器中，作為最高等級的域控制器部署在兩個群集上總共4臺物理服務器上，只要其中任意一臺在線就能確保域的可用。兩個群集總共4臺物理服務器上運行多個應用，資源效率得到了充分均衡的使用。在進行服務器軟硬件配置時，經常重啟服務器，重啟過程中所有應用都不會中斷。作為應用服務器的虛擬機，在節(jié)點間遷移方便。進行負載架構調整時，省時省力。

4 結束語

虛擬化技術是云計算技術的基礎與核心，當容納眾多信息系統(tǒng)的數據中心尚未按照云計算理念全面更新改造完成時，逐步引入虛擬化技術到 IT 系統(tǒng)建設和運維工作中，是解決目前信息系統(tǒng)運維中常見問題的有效法寶。

[1] 廣小明，胡 杰，陳 龍，等 .虛擬化技術原理與實現 [M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[2] Stephen R.Smoot，Nam K.Tan. 私有云計算：整合、虛擬化和面向服務的基礎設施 [M].潘 怡，譯 .北京：機械工業(yè)出版社，2013.

[3] 王春海 . Microsoft虛擬化與云計算應用案例詳解 [M].北京：中國鐵道出版社，2013.

責任編輯 方 圓

Virtualization technology in operation and maintenance of Railway Information System

WANG Qicheng
( Institute of Information Technology, Guangzhou Railway (Group) Corporation, Guangzhou 510088, China )

There were three problems in operation and maintenance of Information System, such as the system continuously available, balanced use of resources, easy maintenance. The traditional methods were with the problems of idle resources idle or shortage of resources, not f l exible deployment of resources, system maintenance inconvenience. These problems could be effectively solved by application of virtual technology. Four nods were used to run several high available application in practical work. The effectiveness was fully proved.

Information System; operation and maintenance; high availability; IT resource; IT service; virtualization

U29∶TP39

：A

1005-8451（2015）03-0039-04

2014-05-15

王奇成，高級工程師。