虚拟化技术在工控机中的应用

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    工控机

    虚拟化技术

  •   当今虚拟化技术已经渗透到社会关键行业核心计算业务中,虚拟化的出现改变了传统的单一计算机架构,虚拟化的高可用性和快速迁移特性有效保证了关键系统的计算机业务连续,有效降低了由计算机故障导致的业务中断,将损失降到最低。虚拟化应用到工业控制当中可以有效保证工控主机的高可用性,降低由于工控主机损坏导致的业务中断,CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多CPU并行,允许一个平台同时运行多个操作系统,并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响,从而显着提高计算机的工作效率。

      1、工控主机虚拟化技术特点

      工控主机的虚拟化技术是一种硬件方案,支持虚拟技术的CPU带有特别优化过的指令集来控制虚拟过程,通过特殊的指令集,虚拟机会很容易提高性能,虚拟化技术可提供基于芯片的功能,借助兼容VMM软件能够改进纯软件解决方案。由于虚拟化硬件可提供全新的架构,支持操作系统直接在上面运行,从而无需进行二进制转换,减少了相关的性能开销,极大简化了VMM设计,进而使VMM能够接通用标准进行编写、性能更加强大。

      工控主机的虚拟化基础架构具有在任意虚拟化平台之间迁移虚拟机、快照、在资源池中的备用主机上自动重新启动以及VMotion等高级功能特性,因而在它创建的环境中,遇到停机时最多不过就是简单的重新启动而已。对于防止应用程序或硬件发生故障的连续可用性解决方案来说,工控主机HA对运行在虚拟机中的应用程序提供了易于使用、经济高效的保护。当需要不中断应用程序的连续可用性解决方案时,使用比通常情况下常规故障切换群集所需的少的多的服务器,就可以实现驻留在不同物理硬件平台上的虚拟机间的N+1群集。

      2、工控机现场工作特有要求

      工控机是专门为工业现场而设计的计算机,工业现场一般具有强烈的震动,灰尘特别多,另有很高的电磁场力干扰等特点,且一般工厂均是连续作业即一年中一般没有休息,在恶劣条件下影响工控主机效能的不单单是其使用寿命,对于关键性业务来讲确保业务的稳定性和连续性显得格外重要,使用虚拟化架构主要在于虚拟化的操作系统仅仅是以文件形式存在,包括内存的镜像等,在发生灾难情况下可以做到零毫秒快速无缝切换,所以在关键业务应用场所保障了业务的连续可靠。

      调查统计发现,百分之八十以上工控机事故都是由于操作系统不稳定造成,影响系统稳定的因素有很多包括电磁干扰等间接因素,如何保证主机系统的稳定可靠成为防范的重点,充分利用虚拟化技术可以有效的保证操作系统的稳定,工控机当中部署的是裸金属架构的企业版虚拟化架构,之上再部署操作系统和控制应用程序,通过翻译对接确保底层应用的稳定性。

      3、虚拟化技术如何应用于工控机

      通过虚拟化应用,可以让不同的操作系统在同一台控制主机上同时运行,如UNIX LINUX WINDOWS等众多操作系统,实现以往不可能实现的多宿主架构,在工控应用当中,可以满足多种业务系统的需要。快照功能在虚拟化环境中支持每卷创建多个快照拷贝,并将这些时间点拷贝分配给其他虚拟机。这样用户只需创建生产数据的快照拷贝并分配给专门用作测试的虚拟机,就能够创建出功能强大的测试环境了。一旦用户建立了虚拟服务器环境,用户就能够快速创建虚拟测试服务器。测试人员不仅能够在几秒钟内分配获得真实的“实时”数据,还能在整个测试过程中进行数据快照。

      由于在虚拟环境中添加和删除虚拟机及应用非常方便,因此,环境的动态性很强。换言之,虚拟机总在被创建、使用,然后进行再分配或删除。这带来了巨大的灵活性。不过,在这种高度动态化的环境中,必须确保以与虚拟服务器相同的简化方式来提供和再分配存储容量。存储虚拟化有助于实现这种灵活性。

      如果虚拟环境中有数百台虚拟机,不仅可能增加备份成本,而且还会大幅提高复杂性。利用快照功能,我们不必在每个虚拟机上都安装备份代理。我们可就每台虚拟服务器创建快照拷贝,然后再将这些快照拷贝分配给专门用作备份服务器的虚拟机,以此进行备份。这样,唯一需要安装备份软件的虚拟机就是备份服务器了。在处理数百个虚拟服务器时,这样做有助于大幅降低备份许可证的成本,通过快照功能有效提高工控机的稳定性。

审核编辑(王静)

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