基于Hyper-V虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)故障轉(zhuǎn)移

摘要：航空氣象要素對(duì)飛行安全的影響越來越大，氣象探測(cè)設(shè)備的重要性也越來越高。成陽國際機(jī)場配備了風(fēng)廓線雷達(dá)，能夠?yàn)楹娇诊w行提供機(jī)場上空的風(fēng)速風(fēng)向和溫度?；诒Ｕ?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/風(fēng)廓線雷達(dá)">風(fēng)廓線雷達(dá)正常運(yùn)行的目的，通過Hyper-V虛擬化技術(shù)和故障轉(zhuǎn)移集群的方法，結(jié)合人為干預(yù)設(shè)備的試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)廓線雷達(dá)系統(tǒng)的故障轉(zhuǎn)移功能，平均故障修復(fù)時(shí)間提高了95%。

關(guān)鍵詞：故障轉(zhuǎn)移集群;Hyper-V;風(fēng)廓線雷達(dá);平均故障修復(fù)時(shí)間

西安咸陽國際機(jī)場邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)CFL-03是一種脈沖多普勒晴空探測(cè)雷達(dá)，能夠以較高的時(shí)間分辨率和空間分辨率連續(xù)、實(shí)時(shí)的探測(cè)距地面60～3 000 m或更高高度范圍內(nèi)邊界層大氣的水平風(fēng)和垂直風(fēng)的風(fēng)速和風(fēng)向，以及大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)Cn2等氣象要素隨高度的分布。此套風(fēng)廓線雷達(dá)系統(tǒng)還配置一個(gè)無線電聲學(xué)探空系統(tǒng)(RASS)，能夠探測(cè)距地面60～1 500 m高度范圍內(nèi)的大氣虛溫。

在民航氣象領(lǐng)域，風(fēng)廓線雷達(dá)因其時(shí)空分辨率高、可連續(xù)值守的特點(diǎn)，是一種十分重要的探測(cè)手段。因此，保障風(fēng)廓線雷達(dá)正常運(yùn)行顯得十分重要。

1 Hyper-V虛擬化

虛擬化應(yīng)用是利用軟件將不同層面劃分開來，通過創(chuàng)建的虛擬機(jī)模擬底層硬件服務(wù)和功能，使各層的變動(dòng)更加靈活。它能在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，就好像同時(shí)運(yùn)

行多臺(tái)計(jì)算機(jī)一樣。

Hyper-V是一個(gè)位于硬件和操作系統(tǒng)之間的軟件層，可以用于對(duì)Windows和非Windows操作系統(tǒng)進(jìn)行虛擬化。Hyper-V基于虛擬機(jī)管理器的虛擬化平臺(tái)，整合了操作系統(tǒng)，允許動(dòng)態(tài)地添加物理和虛擬資源。Hyper-V中的虛擬機(jī)可以被理解為完全獨(dú)立的計(jì)算機(jī)，借助數(shù)據(jù)執(zhí)行保護(hù)功能，每臺(tái)計(jì)算機(jī)的狀態(tài)不會(huì)影響其它虛擬機(jī)或主機(jī)。

Hyper-V采用微內(nèi)核化管理程序的體系結(jié)構(gòu)，兼顧了安全性和性能的要求。在微內(nèi)核化的設(shè)計(jì)中，內(nèi)核中最常用的功能被精心挑選，設(shè)計(jì)運(yùn)行在內(nèi)核模式的一個(gè)或者一組進(jìn)程上。而其它大部分不那么重要的核心功能則作為單獨(dú)的進(jìn)程在用戶模式下運(yùn)行，這樣一來其它核心功能模塊都只依賴微內(nèi)核模塊或者其它模塊，并不直接依賴硬件。這種模式增加了靈活性，易于維護(hù)和移植。由于微內(nèi)核不依賴于固定的文件系統(tǒng)，所以用戶可以隨意地選擇支持的文件系統(tǒng)，不需要的模塊因?yàn)椴粫?huì)加載到內(nèi)存中，所以對(duì)于內(nèi)存的使用也更為有效，適合于建立分布式操作系統(tǒng)和面向?qū)ο蟮牟僮飨到y(tǒng)。

Hyper-V采用基于VMbus的高速內(nèi)存總線架構(gòu)。來自虛擬機(jī)的硬件請(qǐng)求(顯卡、鼠標(biāo)、磁盤、網(wǎng)絡(luò))經(jīng)過虛擬服務(wù)客戶端通過VMbus總線發(fā)送到父分區(qū)的虛擬服務(wù)提供程序(Virtu al Senrice Provider，簡稱VSP)，VSP調(diào)用對(duì)應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)，直接訪問硬件。Hyper-V能夠直接使用英特爾的虛擬化技術(shù)(IntelVT技術(shù))或者 AMD的虛擬化技術(shù)(AMDV技術(shù))，而且對(duì)內(nèi)存和硬盤等資源也可以實(shí)現(xiàn)類似直接調(diào)用的操作，所以Hvper-V虛擬機(jī)的性能很高，幾乎可以接近物理計(jì)算機(jī)的性能。

2 故障轉(zhuǎn)移集群

故障轉(zhuǎn)移群集是服務(wù)器群集(MSCS)的改進(jìn)版，可協(xié)同工作以增強(qiáng)應(yīng)用程序和服務(wù)的可用性。MSCS要求管理員不僅要了解群集本身，還需要精通存儲(chǔ)技術(shù)以及群集服務(wù)與各種存儲(chǔ)解決方案交互的方式，而且難于設(shè)置和維護(hù)。故障轉(zhuǎn)移群集簡化了群集并且增加了一些新的功能，提高群集的安全性和穩(wěn)定性。

1)全新的管理界面。故障轉(zhuǎn)移集群管理是一個(gè)MMC控制臺(tái)，新界面分為3個(gè)窗格，提供了所選擇的集群配置部分的詳細(xì)信息以及可執(zhí)行的操作，使管理員使用更加方便。

2)改進(jìn)的配置過程。許多配置、重新配置和維護(hù)群集的操作都有向?qū)?，有了這些向?qū)У膸椭?，管理員不必再擔(dān)心資源是否已配置正確或者它們是否會(huì)以正確的順序聯(lián)機(jī)。

3)嵌入了驗(yàn)證過程。在Windows Server 2008中，群集設(shè)置和配置已通過新的驗(yàn)證向?qū)нM(jìn)行了簡化，此向?qū)褂脩艨梢源_認(rèn)系統(tǒng)、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)配置是否適用于群集。

4)增強(qiáng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)性能和穩(wěn)定性。故障轉(zhuǎn)移群集與存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)或直接連接存儲(chǔ)通信時(shí)，將使用破壞性最小的命令，從而SCSI總線重置較少，磁盤從不會(huì)處于未受保護(hù)狀態(tài)，這意味著降低了卷損壞的風(fēng)險(xiǎn)。故障轉(zhuǎn)移群集還支持用于磁盤發(fā)現(xiàn)和恢復(fù)的改進(jìn)方法。

5)增強(qiáng)的安全功能。故障轉(zhuǎn)移群集包含多個(gè)新的安全增強(qiáng)功能，其中最重要的是不再需要群集服務(wù)帳戶。

3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

CFL-03風(fēng)廓線雷達(dá)系統(tǒng)中有多臺(tái)不同用途的計(jì)算機(jī)組成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，主要包括主、備服務(wù)器，信號(hào)處理計(jì)算機(jī)，監(jiān)控維護(hù)終端，用戶顯示終端等。

主、備服務(wù)器作為風(fēng)廓線雷達(dá)系統(tǒng)主機(jī)，采用雙機(jī)熱備份工作模式，配置磁盤陣列，是數(shù)據(jù)處理軟件、產(chǎn)品及數(shù)據(jù)WEB服務(wù)器、控制管理工具等軟件的運(yùn)行平臺(tái)，是接收、處理和發(fā)布?xì)庀筇綔y(cè)數(shù)據(jù)的核心設(shè)備。

系統(tǒng)環(huán)境的配置如表1所示。

4 Hyper-V管理

將NODE1、NODE2安裝完全相同的Windows Server 2008R2操作系統(tǒng)后，通過服務(wù)管理器在角色欄中安裝Hyper-V，此過程需要重啟系統(tǒng)。Hyper-V安裝完成后，打開Hyper-V管理器開始配置虛擬機(jī)。新建虛擬機(jī)、指定名稱、位置分配內(nèi)存和配置網(wǎng)絡(luò)如下圖2所示，連接虛擬硬盤、安裝選項(xiàng)和摘要如圖3所示。

5 故障轉(zhuǎn)移集群管理

完成Hyper-V安裝后，在服務(wù)管理器中功能欄中進(jìn)行故障轉(zhuǎn)移集群安裝。如圖4所示。

實(shí)現(xiàn)故障轉(zhuǎn)移功能需要進(jìn)行以下幾個(gè)步驟：

1)啟用群集共享卷。如若未啟用共享卷，同一時(shí)間只能有一個(gè)節(jié)點(diǎn)訪問一個(gè)磁盤陣列。

打開故障轉(zhuǎn)移集群管理器，在配置欄內(nèi)選擇啟用群集共享卷，在彈出的對(duì)話框選擇同意即可。集群共享存儲(chǔ)目錄為C：ClusterStroageVolumel。

2)配置仲裁盤。故障轉(zhuǎn)移群集中的仲裁配置確定群集允許的故障數(shù)。如果出現(xiàn)更多故障或群集節(jié)點(diǎn)之間通信有問題時(shí)，則群集必須停止運(yùn)行。相關(guān)故障包括節(jié)點(diǎn)的故障，有些情況下還包括見證磁盤(包含群集配置的副本)或見證文件共享的故障。

打開故障轉(zhuǎn)移集群管理器，右鍵單擊集群，選擇更多操作——配置集群仲裁設(shè)置，然后選擇節(jié)點(diǎn)和磁盤多數(shù)，接著選擇仲裁磁盤的存儲(chǔ)卷，最后顯示配置集群仲裁設(shè)置完成。

3)Hyper-V虛擬機(jī)的設(shè)置。確認(rèn)需要配置故障轉(zhuǎn)移的虛擬機(jī)存儲(chǔ)都放置到集群共享卷C：ClusterStroageVolumel上。

打開Hvper-V管理器，右鍵單擊先前步驟配置好的服務(wù)器，選擇Htyper-V配置，檢查虛擬磁盤路徑、虛擬機(jī)路徑是否設(shè)為共享卷的映射路徑。

4)配置高可用。

打開故障轉(zhuǎn)移集群管理器，定位到服務(wù)和應(yīng)用項(xiàng)，點(diǎn)擊右側(cè)配置服務(wù)和應(yīng)用程序，彈出對(duì)話框，點(diǎn)下一步，選擇服務(wù)或應(yīng)用程序中選擇虛擬機(jī)，下一步勾選需要配置高可用的虛擬機(jī)，點(diǎn)下一步，完成虛擬機(jī)的高可用配置。

通過上述幾個(gè)步驟的介紹，就可以實(shí)現(xiàn)故障轉(zhuǎn)移功能了。故障轉(zhuǎn)移功能的具體操作是打開故障轉(zhuǎn)移集群管理器，選擇正在服務(wù)的虛擬機(jī)，在右側(cè)菜單欄內(nèi)選擇將虛擬機(jī)快速遷移到另一節(jié)點(diǎn)。其中特別注意的是不要選擇將虛擬機(jī)實(shí)時(shí)遷移到另一節(jié)點(diǎn)。

6 結(jié)論

此套故障轉(zhuǎn)移功能系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)良，在實(shí)際運(yùn)行過程中無論人為切換還是設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)移時(shí)間均在30 s以內(nèi)，有效的保證了設(shè)備的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的熱備份功能。

當(dāng)前民航事業(yè)處于高速發(fā)展時(shí)期，保障航空安全是民航人永恒的追求。風(fēng)廓線雷達(dá)對(duì)于航空風(fēng)切變的預(yù)報(bào)有著重要的指導(dǎo)作用，利用Hyper-V虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)故障轉(zhuǎn)移功能對(duì)于保障設(shè)備正常運(yùn)行起到很好的作用，這種設(shè)計(jì)方式也能夠在其他設(shè)備系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。