王建宇，楊志平，張建平

（天津大港油田勘探開(kāi)發(fā)研究院 天津 300280）

虛擬化在石油行業(yè)的應(yīng)用和展望

王建宇，楊志平，張建平

（天津大港油田勘探開(kāi)發(fā)研究院 天津 300280）

本文分析總結(jié)了石油企業(yè)實(shí)施虛擬機(jī)技術(shù)的成果，這些成果證明虛擬化技術(shù)可有效縮減IT系統(tǒng)規(guī)模，通過(guò)服務(wù)器和存儲(chǔ)的整合降低空間與能耗需求，提高計(jì)算資源的利用率，實(shí)現(xiàn)資源動(dòng)態(tài)部署，提升整體管理效率，降低了整體采購(gòu)和運(yùn)維成本，提升了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

虛擬化；IT架構(gòu)；服務(wù)器效率；投資成本

1 前言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，面對(duì)經(jīng)濟(jì)全球化和社會(huì)信息化的挑戰(zhàn)，能源企業(yè)也不得不把信息化作為技術(shù)創(chuàng)新、管理創(chuàng)新的重要手段，以信息化改造傳統(tǒng)經(jīng)營(yíng)模式，提高企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)能力。

石油行業(yè)是一個(gè)跨學(xué)科、多專業(yè)相互配合的技術(shù)密集型行業(yè)，從上游到下游的產(chǎn)業(yè)鏈中主要包括了勘探、開(kāi)采、儲(chǔ)運(yùn)、煉油和銷售等環(huán)節(jié)。信息化一直伴隨著這個(gè)行業(yè)的發(fā)展，并發(fā)揮了巨大作用。信息化實(shí)施的程度和實(shí)施的成效，在很大的程度上影響著石油行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。

2 應(yīng)用現(xiàn)狀

石油行業(yè)是計(jì)算機(jī)技術(shù)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用最早的領(lǐng)域之一，也是應(yīng)用最深入、最普及的領(lǐng)域。早從1980年代，我國(guó)就有多個(gè)油田引入高性能計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)多年的投資建設(shè)，如今的石油企業(yè)擁有了包括大中型計(jì)算機(jī)服務(wù)器、PC集群、專業(yè)計(jì)算機(jī)工作站在內(nèi)的眾多設(shè)備資源，形成了包括地震數(shù)據(jù)處理和解釋、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理和解釋、油氣藏?cái)?shù)值模擬、油氣藏生產(chǎn)分析和三維地質(zhì)建模在內(nèi)的綜合應(yīng)用能力。

近年來(lái)，信息技術(shù)在石油行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到了更加廣泛的應(yīng)用，先后建立起了“企業(yè)資源管理系統(tǒng)（ERP）”、“辦公自動(dòng)化系統(tǒng)”、“合同管理系統(tǒng)”、“人力資源管理系統(tǒng)”、“電子郵件系統(tǒng)”、“企業(yè)信息門戶”等一系列業(yè)務(wù)管理與IT服務(wù)系統(tǒng)，在集成和深化應(yīng)用、信息安全、信息系統(tǒng)運(yùn)維、IT治理等方面都做了大量工作，對(duì)提升業(yè)務(wù)效率、優(yōu)化辦公流程發(fā)揮了重要作用，成效顯著。但在取得成績(jī)的同時(shí)，仍然存在很多問(wèn)題，隨著內(nèi)部信息系統(tǒng)日益龐大，服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備越來(lái)越多，企業(yè)數(shù)據(jù)中心的空間趨于緊張，并且服務(wù)器利用率不高，使得應(yīng)用成本高昂，系統(tǒng)資源配置也不夠靈活，現(xiàn)有IT架構(gòu)已經(jīng)難以支撐未來(lái)業(yè)務(wù)的發(fā)展。

油氣行業(yè)面臨的4大IT應(yīng)用瓶頸如下。

·計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源利用率偏低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前很多企業(yè)服務(wù)器使用率僅10%～30%，大量資源處于閑置狀態(tài)。

· 新系統(tǒng)部署及運(yùn)行效率不足。

· 數(shù)據(jù)安全與系統(tǒng)管理難度較大。

· 能耗激增，機(jī)房空間不足。

3 虛擬化的實(shí)施和效果

如何解決這些制約石油行業(yè)信息化建設(shè)的IT問(wèn)題，將服務(wù)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)資源整合為一體，最大限度提高資源利用率，有效降低運(yùn)維成本?“虛擬化”技術(shù)的出現(xiàn)，讓我們找到了突破的方向。

虛擬化的概念早已有之，在計(jì)算機(jī)誕生的時(shí)候通過(guò)虛擬化提高系統(tǒng)效率的想法就已經(jīng)被提及。那時(shí)由于系統(tǒng)的價(jià)格很高，又受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件限制，并未流行起來(lái)。如今隨著硬件價(jià)格下降和應(yīng)用模式的變化，讓虛擬化找到了新的應(yīng)用領(lǐng)域，也賦予了其更廣泛的內(nèi)涵。

虛擬化技術(shù)是將多個(gè)物理設(shè)備看成一個(gè)統(tǒng)一的資源池，利用池內(nèi)資源制造出多個(gè)虛擬系統(tǒng)，包括虛擬服務(wù)器、虛擬網(wǎng)絡(luò)交換、虛擬存儲(chǔ)。虛擬化是一種經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的軟件技術(shù)，它改變了一臺(tái)設(shè)備僅僅運(yùn)行單個(gè)操作系統(tǒng)和單個(gè)應(yīng)用程序的模式。

實(shí)際上，虛擬化技術(shù)的初衷就是為了實(shí)現(xiàn)更高的設(shè)備利用率，使用戶能夠盡可能地利用系統(tǒng)資源。也就是說(shuō)，如果你能夠在一臺(tái)物理服務(wù)器上虛擬多個(gè)系統(tǒng)，每臺(tái)虛擬出來(lái)的服務(wù)器可以單獨(dú)運(yùn)行自己的操作系統(tǒng)而互不干擾，就能夠以少數(shù)幾臺(tái)計(jì)算機(jī)完成所有工作，有效解決了多應(yīng)用系統(tǒng)共存的難題，簡(jiǎn)化服務(wù)器管理，提高服務(wù)器利用率以及網(wǎng)絡(luò)靈活性和可靠性。這顯然能夠節(jié)省耗電、空間、冷卻和管理開(kāi)支，降低TCO（總擁有成本），提高資源的利用率和系統(tǒng)的可用性、靈活性。

只有服務(wù)器虛擬化是不夠的，前端服務(wù)器的大規(guī)模虛擬化，必將對(duì)后端存儲(chǔ)設(shè)備的帶寬、存儲(chǔ)容量和保護(hù)能力提出更高的要求。石油行業(yè)數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)很快，每三到五年數(shù)據(jù)就要增加一個(gè)量級(jí)，而且采用的大多是異構(gòu)平臺(tái)，存儲(chǔ)管理困難，存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)是解決這些問(wèn)題的好辦法。存儲(chǔ)虛擬化，最通俗的理解就是對(duì)存儲(chǔ)硬件資源進(jìn)行抽象化表現(xiàn)。對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，虛擬化的存儲(chǔ)資源就像是一個(gè)巨大的“存儲(chǔ)池”，用戶不會(huì)看到具體的磁盤、磁帶，也不必關(guān)心自己的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)哪一條路徑通往哪一個(gè)具體的存儲(chǔ)設(shè)備。存儲(chǔ)虛擬化減少了物理存儲(chǔ)設(shè)備的配置和管理任務(wù)，降低了存儲(chǔ)管理復(fù)雜性和存儲(chǔ)成本。

虛擬化是一個(gè)高度依賴網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算結(jié)構(gòu)，這就意味著網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)必須與服務(wù)器、存儲(chǔ)以及桌面系統(tǒng)一起進(jìn)步，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)虛擬化。過(guò)去，網(wǎng)絡(luò)只不過(guò)是連通眾多硬件設(shè)備的管道，而現(xiàn)在，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)變成了新的基礎(chǔ)設(shè)施。將多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行整合，虛擬化成一臺(tái)邏輯設(shè)備，使得傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中離散的安全控制點(diǎn)被整合進(jìn)來(lái)，進(jìn)一步強(qiáng)化并簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提升了網(wǎng)絡(luò)可用性。最終結(jié)果是：所有的存儲(chǔ)、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)資源都將被虛擬為一個(gè)資源池。

目前市場(chǎng)上主要有VMware、微軟和思杰（Citrix）三家大公司提供的全系列虛擬化解決方案。那么，究竟應(yīng)該選擇哪種虛擬化軟件呢？根據(jù)客戶對(duì)應(yīng)用的要求，對(duì)不同的等級(jí)和不同的服務(wù)，可采取不同的解決方案。比如，中小企業(yè)有虛擬化需求，推薦微軟的產(chǎn)品，至于數(shù)據(jù)中心則傾向于VMware的軟件。

鑒于虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，石油行業(yè)表現(xiàn)出了對(duì)虛擬化技術(shù)的渴求，很多石油企業(yè)都在積極實(shí)施虛擬化方案。舉例，某油田公司數(shù)據(jù)中心實(shí)施虛擬化技術(shù)部署，原有60多臺(tái)物理服務(wù)器，分別支持辦公自動(dòng)化、財(cái)務(wù)管理、企業(yè)信息門戶、業(yè)務(wù)管理、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)管理與應(yīng)用等幾十個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的考慮和技術(shù)比較，通過(guò)并采用VMware虛擬化方案，將十幾臺(tái)服務(wù)器構(gòu)成了一個(gè)Server Farm，部署Virtual Infrastructure 3進(jìn)行存儲(chǔ)虛擬化，通過(guò)ESX Server將處理器、內(nèi)存、存儲(chǔ)器和資源虛擬化為多個(gè)虛擬機(jī)，配置ESX Server基于IP的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡，同時(shí)ESX擁有強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)遷移功能，避免了復(fù)雜的權(quán)限分配問(wèn)題、設(shè)置問(wèn)題，將所建立的虛擬機(jī)都存儲(chǔ)在虛擬化的SAN上，其中包括了SQL server、文件服務(wù)器、打印服務(wù)器、VPN服務(wù)器。通過(guò) Virtual Center對(duì)ESX虛擬機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一管理控制，在十幾臺(tái)服務(wù)器之間自由遷移虛擬機(jī)，以實(shí)現(xiàn)資源調(diào)配的需要，從而實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化。通過(guò)P2V工具Converter快速將物理機(jī)上的應(yīng)用遷移到虛擬機(jī)上面，極大地縮短了遷移時(shí)間，降低了管理成本，提高了服務(wù)水平。按照方案規(guī)劃，采用的是先簡(jiǎn)單應(yīng)用再到關(guān)鍵應(yīng)用的步驟順序，實(shí)施中從未造成內(nèi)部業(yè)務(wù)的中斷，業(yè)務(wù)部門也絲毫沒(méi)有感覺(jué)到有任何體驗(yàn)上的差別。

在此次的解決方案中，油田公司數(shù)據(jù)中心并沒(méi)有采購(gòu)新的服務(wù)器系統(tǒng)，僅選用了原有的十幾臺(tái)性能較好的物理服務(wù)器，就完成了以往60臺(tái)物理服務(wù)器所承擔(dān)的任務(wù)。通過(guò)逐步P2V轉(zhuǎn)換的方式，將舊系統(tǒng)遷移到了虛擬機(jī)環(huán)境中，部署完成之后的事實(shí)證明，虛擬化實(shí)施有效解決了成本、安全和性能等三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。成本：實(shí)現(xiàn)了IT系統(tǒng)的精簡(jiǎn)，降低40%軟件硬件成本，降低70%～80%運(yùn)維成本，節(jié)省35%～75%總體擁有成本，減少了數(shù)據(jù)中心所需要的服務(wù)器數(shù)量，大幅度提升了資源利用率和數(shù)據(jù)中心的空間利用率。安全：消除了單點(diǎn)故障，災(zāi)難得到快速恢復(fù)，支持文件級(jí)在線和離線備份，支持零宕機(jī)硬件維護(hù)。性能：服務(wù)器利用率從10%～20%提升到60%～80%，現(xiàn)在能夠非?？焖俚貪M足勘探開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)部門的資源需求，部署一個(gè)新服務(wù)時(shí)間從小時(shí)級(jí)提升到分鐘級(jí)，重建時(shí)間從20～40 h提升到15～30 min。同時(shí)，通過(guò)虛擬化部署的方式，也能夠?qū)Ψ峙涑鋈サ馁Y源進(jìn)行更好的監(jiān)控，收回資源和再分配資源，都變得非常方便，大大提升了數(shù)據(jù)中心服務(wù)器資源分配的靈活性。

4 結(jié)束語(yǔ)

從上面可以看出，在石油行業(yè)實(shí)施虛擬機(jī)技術(shù)，通過(guò)服務(wù)器和存儲(chǔ)的整合降低空間與能耗需求，提高了計(jì)算資源的利用率，實(shí)現(xiàn)了資源動(dòng)態(tài)部署，提升了整體管理效率，降低了整體采購(gòu)和運(yùn)維成本，縮減了IT系統(tǒng)規(guī)模，同時(shí)也保證了行業(yè)主營(yíng)業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

信息技術(shù)的應(yīng)用和管理對(duì)于提高石油行業(yè)勘探開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)應(yīng)用、經(jīng)營(yíng)管理水平具有重要意義，但信息化所有一切都是圍繞主營(yíng)業(yè)務(wù)，技術(shù)只是推動(dòng)業(yè)務(wù)，不能本末倒置。時(shí)下，虛擬化技術(shù)正在席卷石油行業(yè)各種規(guī)模的數(shù)據(jù)中心。但并不是所有的應(yīng)用都適合做虛擬化，也并不是所有的系統(tǒng)都應(yīng)該做集成，對(duì)目前的服務(wù)器虛擬化來(lái)說(shuō)，主要還是對(duì)x86系統(tǒng)的虛擬化。這些因素在實(shí)施具體虛擬化方案時(shí)都是需要考慮的。

隨著虛擬化進(jìn)程的深入，技術(shù)條件的成熟，用戶需求的推動(dòng)，云計(jì)算也在不知不覺(jué)中到來(lái)，虛擬化技術(shù)將是云計(jì)算平臺(tái)的完美搭檔，為云計(jì)算提供了很好的底層技術(shù)平臺(tái)。

2010-07-17）