陳惠鋒

管制綜合信息系統(tǒng)中的服務(wù)器虛擬化應(yīng)用

陳惠鋒

民航中南空中交通管理局通信網(wǎng)絡(luò)中心，廣東 廣州 510000

隨著民航事業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，航班量屢創(chuàng)新高，空管行業(yè)中的管制綜合信息系統(tǒng)的重要性日益凸顯，對(duì)信息系統(tǒng)的高可用性、應(yīng)急保障和運(yùn)維都提出了更高的要求。服務(wù)器虛擬化、高集成度的刀框服務(wù)器等應(yīng)用發(fā)展迎合了管制綜合信息系統(tǒng)高可用性和應(yīng)急保障的需求。在介紹服務(wù)器虛擬化技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)民航空管行業(yè)中管制綜合信息系統(tǒng)的虛擬化應(yīng)用進(jìn)行了探討。

管制綜合信息系統(tǒng)；服務(wù)器；虛擬化

隨著民航事業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，航班量屢創(chuàng)新高，空中交通管制壓力與日俱增。空管行業(yè)中對(duì)設(shè)備運(yùn)維的要求越來(lái)越高，對(duì)空管設(shè)備支持和保障提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。管制綜合信息系統(tǒng)是民航近幾年不斷強(qiáng)調(diào)的發(fā)展方向，在中南地區(qū)主用包括航班信息處理系統(tǒng)（FIPS）、航班協(xié)同放行決策系統(tǒng)（CDM）、塔臺(tái)運(yùn)行管理系統(tǒng)（TOMS）、航班信息發(fā)布系統(tǒng)、管制中心運(yùn)行管理系統(tǒng)（ATCOMS）等，應(yīng)用范圍遍及中南地區(qū)各地空管局、空管分局、空管站。隨著民航業(yè)的發(fā)展，空管事業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展階段。管制綜合信息系統(tǒng)在管制工作的作用越來(lái)越重要，管制員對(duì)這些信息系統(tǒng)的依賴性越來(lái)越強(qiáng)，相應(yīng)的對(duì)管制綜合信息系統(tǒng)的保障要求也越來(lái)越高。

傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)通常運(yùn)行在機(jī)架式硬件服務(wù)器上，存在業(yè)務(wù)量不均衡、服務(wù)器數(shù)量龐大、性能擴(kuò)容難度大、硬件運(yùn)維成本高、機(jī)房空間有限等問(wèn)題。面對(duì)空管信息系統(tǒng)層出不窮的新需求、新業(yè)務(wù)、新應(yīng)用，仍采用傳統(tǒng)新增硬件服務(wù)器的方式是不理想的。虛擬化技術(shù)的推廣應(yīng)用，可以整合硬件和網(wǎng)絡(luò)資源，可以避免一定程度的資源浪費(fèi)，降低運(yùn)維成本，也為系統(tǒng)資源提供了很強(qiáng)的擴(kuò)展性，同時(shí)還可以利用虛擬化管理工具實(shí)現(xiàn)多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)在物理服務(wù)器上的負(fù)載平衡、實(shí)時(shí)遷移等功能，具有高可用性的特性，并能實(shí)現(xiàn)多個(gè)虛擬機(jī)的集中管理，系統(tǒng)資源的統(tǒng)一監(jiān)控等，從而提高管制綜合信息系統(tǒng)的管理效率和可靠性。

1 幾種典型的虛擬化產(chǎn)品

從國(guó)際市場(chǎng)占用率來(lái)看，VMware（vSphere）、Microsoft（Hyper-V）和Citrix（XenServer）是目前在X86平臺(tái)上主流的虛擬化廠商，占據(jù)96%的市場(chǎng)份額，其中VMware的市場(chǎng)占用率是最高的。XenServer是基于Linux的產(chǎn)品，但能實(shí)現(xiàn)的功能不多；Hyper-V成本較低，甚至提供了免費(fèi)的版本，而且處于微軟的軟件架構(gòu)下，對(duì)于微軟的習(xí)慣用戶而言更容易上手；VMware的vSphere在三者的對(duì)比中是成本最高的，但在易用性和使用性能上也是勝于另外兩家，具備的功能也是最多最完善的，尤其在特性VMotion功能上，以零時(shí)間遷移虛擬機(jī)，在系統(tǒng)運(yùn)維上更顯便捷和優(yōu)勢(shì)。在管理工具方面，VMware管理工具相對(duì)Hyper-V的標(biāo)準(zhǔn)MMC界面，也會(huì)更加靈活和直觀。在實(shí)際工作中，我們主要采用VMware的虛擬化產(chǎn)品搭建虛擬化架構(gòu)[1]。

2 服務(wù)器虛擬化

虛擬化技術(shù)隱藏底層物理硬件，把服務(wù)器的物理資源抽象成邏輯資源，從而讓多個(gè)各自獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)可以透明地共享使用這些資源。在一臺(tái)服務(wù)器上可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)，每個(gè)虛擬機(jī)使用其中一份邏輯資源，虛擬成一臺(tái)邏輯意義上的服務(wù)器，而虛擬機(jī)之間相互獨(dú)立運(yùn)行各自不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。虛擬化技術(shù)允許多個(gè)操作系統(tǒng)和應(yīng)用共享同一套基礎(chǔ)物理硬件。

在實(shí)際應(yīng)用中，在物理上采用高集成度高性能的刀框服務(wù)器，再利用VMware虛擬化技術(shù)，可以為管制綜合信息系統(tǒng)提供硬件資源高度整合的平臺(tái)，并具備高可用性、高性能的特性。

中南空管采用主要的刀框服務(wù)器主要型號(hào)是DELL M1000e，最多可包含 16 個(gè)半高刀片（服務(wù)器模塊）、8 個(gè)全高刀片、8 個(gè)帶有四分之一高度刀片的封套，或可以將這三種刀片類型混裝，它同時(shí)提供了共享的電源、冷卻、網(wǎng)絡(luò)及各種互連和管理組件。設(shè)備之間的互聯(lián)集成在背板，背板上提供了一個(gè)隱藏的24口交換機(jī)，用于連接所有設(shè)備的管理網(wǎng)口。通俗地說(shuō)，只要一根網(wǎng)線連接到背板，就可以訪問(wèn)刀框內(nèi)的所有刀片服務(wù)器、交換機(jī)、CMC等，極大地減少了所需外部線纜的數(shù)量，可以大大降低由線纜連接故障帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

以中南CDM系統(tǒng)為例，我們?cè)?套互聯(lián)刀框服務(wù)器中各自配置了VMware虛擬化平臺(tái)，共配置了5臺(tái)虛擬服務(wù)器和2套存儲(chǔ)陣列，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了SQL server2012 AlwaysON群集。通常配置主、備服務(wù)器在其中一個(gè)刀框，應(yīng)急服務(wù)器在另一個(gè)刀框，通過(guò)SQL server2012 AlwaysON群集實(shí)施異地容災(zāi)，主用刀框存儲(chǔ)陣列的數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)每天定期復(fù)制到備用刀框。

VMware虛擬化平臺(tái)提供了很多高可用性的實(shí)用功能。其中VMware VMotion功能利用對(duì)物理機(jī)、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)連接的虛擬化，可以將正在運(yùn)行的整臺(tái)虛擬機(jī)從一臺(tái)物理刀片服務(wù)器實(shí)時(shí)遷移到另一臺(tái)物理刀片服務(wù)器中，其間不會(huì)對(duì)虛擬機(jī)上運(yùn)行的程序、應(yīng)用造成影響，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的無(wú)縫遷移；另一項(xiàng)很重要的功能是VMware HA，這項(xiàng)功能可實(shí)現(xiàn)當(dāng)其中一臺(tái)虛擬服務(wù)器發(fā)生宕機(jī)時(shí)，虛擬平臺(tái)會(huì)立刻在其他物理刀片服務(wù)器上重新將該虛擬服務(wù)器開啟，完成故障恢復(fù)。相比傳統(tǒng)模式下多達(dá)幾小時(shí)甚至幾天的物理服務(wù)器故障修復(fù)過(guò)程，虛擬服務(wù)器的故障遷移只需要短短幾分鐘，極大地縮短了設(shè)備修復(fù)時(shí)間。

3 服務(wù)器資源整合

管制綜合信息系統(tǒng)包含非常多的信息化系統(tǒng)。每個(gè)系統(tǒng)一般都會(huì)配備主、備數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器等，在傳統(tǒng)的架構(gòu)下每個(gè)服務(wù)器都會(huì)在一臺(tái)物理服務(wù)器上運(yùn)行，每新增一臺(tái)服務(wù)器就需要增加一臺(tái)物理服務(wù)器，即使有些服務(wù)器實(shí)際上只占用了一小部分的硬件資源。使用服務(wù)器虛擬化，將每臺(tái)物理服務(wù)器轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的虛擬服務(wù)器，就可以將這些服務(wù)器進(jìn)行整合，例如多個(gè)實(shí)際資源占用少的虛擬服務(wù)器可以運(yùn)行在一臺(tái)物理刀片服務(wù)器上，并利用VMware的DRS（分布式資源調(diào)度）功能，可以實(shí)現(xiàn)物理刀片服務(wù)器之間重新分發(fā)虛擬機(jī)來(lái)自動(dòng)分配額外的資源，例如將資源占用率太高的物理刀片服務(wù)器上的部分虛擬機(jī)使用VMotion在線遷移到負(fù)荷較小的物理刀片服務(wù)器上，達(dá)到物理刀片服務(wù)器之間負(fù)載平衡的效果。整個(gè)重新分配的過(guò)程不會(huì)對(duì)正在運(yùn)行的虛擬服務(wù)器上的業(yè)務(wù)造成影響，系統(tǒng)自動(dòng)操作執(zhí)行，用戶不會(huì)有感知。

虛擬服務(wù)器正式運(yùn)行后，當(dāng)有性能需求增加，在物理服務(wù)器資源充足的情況下，不需要另外購(gòu)置設(shè)備，只需利用VMware虛擬平臺(tái)管理工具對(duì)原虛擬服務(wù)器進(jìn)行虛擬資源擴(kuò)容，包括CPU、磁盤空間、內(nèi)存等都可以進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)有新系統(tǒng)的部署需求時(shí)，同樣不需重新購(gòu)置設(shè)備，可通過(guò)新建虛擬機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且可以利用虛擬機(jī)拷貝等進(jìn)行虛擬機(jī)創(chuàng)建及數(shù)據(jù)庫(kù)、中間件部署，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)快速部署上線。對(duì)于系統(tǒng)建設(shè)而言，這樣既經(jīng)濟(jì)又有效率。刀框服務(wù)器硬件資源的擴(kuò)容可通過(guò)增加刀片服務(wù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于每個(gè)刀片都是熱插拔的，因此刀框服務(wù)器可以輕松地進(jìn)行刀片替換、變更，將維護(hù)時(shí)間降到最低。

4 集中監(jiān)控，靈活管控

利用虛擬化平臺(tái)的整合作用，可以對(duì)虛擬平臺(tái)內(nèi)的服務(wù)器資源進(jìn)行系統(tǒng)、集中、統(tǒng)一、靈活的管理控制和維護(hù)。使用vSphere Client連接vCenter Server，通過(guò)vCenter Server可實(shí)現(xiàn)從單一控制點(diǎn)管理所有的物理機(jī)和虛擬機(jī)，提供詳細(xì)的虛擬機(jī)架構(gòu)信息，進(jìn)行大規(guī)模管理，可對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行新建、開關(guān)機(jī)、配置、遷移等管理操作[2]。

除了VMware自帶的管理工具，我們還結(jié)合第三方的監(jiān)控軟件如SolarWinds，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器、終端的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)、硬件狀態(tài)（包括風(fēng)扇狀態(tài)、溫度狀態(tài)、電源模塊狀態(tài)、磁盤狀態(tài)、內(nèi)存狀態(tài)、電池狀態(tài)、CPU溫度和狀態(tài)等等）、硬件性能（包括磁盤空間、CPU和內(nèi)存使用率）和服務(wù)器上運(yùn)行的管制業(yè)務(wù)程序相關(guān)的進(jìn)程、服務(wù)等的自動(dòng)檢查和告警功能。

綜上所述，服務(wù)器虛擬化在整合民航管制綜合信息系統(tǒng)硬件資源，優(yōu)化系統(tǒng)性能方面有著重要的意義。由于其優(yōu)良特性，該技術(shù)應(yīng)用方案已成為管制綜合信息系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的路線，并將發(fā)揮出更重要的作用。

[1]武佳寧. 基于VMware vSphere的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器虛擬化解決方案[J]. 微型電腦應(yīng)用，2016，32（9）：32-34.

[2]胡曉荷. 虛擬化時(shí)代即將來(lái)臨[J]. 信息安全和通信保密，2009（3）：14-17.

Server Virtualization Applications in Integrated Regulatory Information Systems

Chen Huifeng

Communication Network Center of Civil Aviation Central South Air Traffic Management Bureau, Guangdong Guangzhou 510000

With the steady development of civil aviation industry, the number of flights has reached new highs. The importance of the integrated information system in the air traffic control industry has become increasingly prominent, and higher requirements for information system high availability, emergency support and operation and maintenance have been put forward. Application developments such as server virtualization and highly integrated blade servers cater for the needs of high availability and emergency support for integrated information systems. On the basis of introducing the server virtualization technology, the virtualization application of the integrated information system in the civil aviation industry is discussed.

regulatory integrated information system; server; virtualization

TP368.5

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