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2 O l 0年 8月 第二届 电测仪表学术发展方向主题研讨暨 第一届智能化先进测量 系统学术研讨会议论文集 Au g 2 O 1 0 虚拟化技术及其在电力行业中的应用研究 姜炜超 ， 向兵， 陈国章， 陆春艳， 严洪翔 ( 国电南瑞科技股份有限公 司， 南京 2 1 0 0 6 1 ) 摘要： 当前各网省公司服务器和应用系统的部署方式存在问题， 导致资源利用率低， 成本高、 难以管理、 数据安 全存在隐患、 工作方式不够灵活等问题。 文章阐述了虚拟化技术的概念、 分类以及优势。 在应用层角度评估了多 种虚拟化技术的基础上 ，提出了结合服务器虚拟化技术和桌面虚拟化技术应用于网省公司的服务器和应用系 统部署方案， 对方案的架构、 优势等方面进行了具体阐述。 关键词： 虚拟化； 电力行业； 服务器整合； 服务器虚拟化； 桌面虚拟化 中图分类号 ： T M7 9 6 文献标识码： B 文章编号 ： 1 0 0 1 1 3 9 0 ( 2 0 1 0) 8 A - - 0 0 7 2 0 5 Vi r t u a l i z a t i o n Te c h n o l o g y a n d I t s Ap p l i c a t i o n Re s e a r c h i n El e c t r i c a l S e c t o r J I ANG We i c h a o ， XI ANG B i n g ， CHE N Gu o z h a n g ， L U C h u n - y a n ， YAN Ho n g - x i a n g ( N A R I T e c h n o l o g y D e v e l o p m e n t C o ， L t d ， N a n j i n g 2 1 0 0 6 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： O w i n g t o t h e mi s h a p o f c u r r e n t d e p l o y me n t o f s t a t e gri d s s e r v e r s a n d a p p l i e d s y s t e ms ，w e t a k e p o o r a d v a n t a g e o f o u r g r i d s o u r c e s ， p a y h i s h c o s t f o r the s e p r o b l e ms ， a t the s a me t i me the p r o b l e ms r e n d e r a s i n d i ff i c u l t o f ma n a g e me n t a n d b ri n g a b o u t b i d d e n d a n g e r i n s e c u rit y ，i n fle x i b l e w o r k i n g way e t c T h e p a p e r e l ab o r a t e s i n t h e c o n c e p t ，a s s o r t me n t ，a n d b e n e fi t o f v i r t u a l i z a t i o n t e c h n o l o g i e s We e v a l u a t e s e v e r a l v i r t u ali z a t i o n t e c h n o l o g i e s o n a p p l i c a ti o n l e v e l ， a t e c h n o l o g y c o mb i n i n g d e s k t o p v i r t u ali z a t i o n w i th s e r v e r v i r t u ali z a fi o n e mp l o y e d i n d e p l o y me n t o f s e r v e r s a n d s y s t e m i s p rop o s e d ， als o ， w e c o n c l u d e the a r c h i t e c t u r e a n d a d v a n t age o f thi s s c h e me Ke y wo r d s ：v i r t u a l i z a t i o n ， e l e c t 6c a l s e c t o r ， s e r v e r i n t e g r a t i o n ， s e r v e r v i r t u a l i z a t i o n ， d e s k t o p v i rt u ali z a t i o n O引 言 随着信息化建设的不断深入， 各网省公司运行的 应用 系统 日益增 长， 以某 网省公 司为例 ， 其机房内物 理服务器约3 O 余台， 承担着电子邮件、 人事信息、 信息 网站、 会计合算等日常办公流程的运作， 同时还部署 了营销系统、 用电采集系统、 线损统计系统、 关口计量 系统等各种业务应用系统。由于智能电网概念的入 主，相信未来更多的应用系统会被引入电力行业， 随 之而来的就是适配硬件资源的急剧增加， 同时运维的 成本肯定也是空前的庞大。另外，由于3 G 时代的到 来， 现代化的步伐引领电力行业也迈人第三代网络的 潮流中， 而国家电网公司提出的“ 绿色节能、 提高效 率 、 创造更大价值” 的 口号则给各网省公司提出了新 的挑战。 目前传统部署存在的问题包括： ( 1 ) 资源成本较高。由于各业务系统在前期投入 使用时强调专机专用，故各个系统基本上都单独部 署 ， 而涉及营销业务的系统更是配置主、 备2 台甚至多 7 2 台服务器 ， 这就导致服务器数量相当庞大。 ( 2 ) 效率太低。 各系统独立部署于不同平台， 有的 业务平台对服务器资源利用率非常高，有的正好相 反，仅有很少部分的业务平台根据时间段的不同， 有 规律的、 合理的使用系统资源。从服务器运作效率分 析显见， 系统资源分配不平衡， 宝贵的资源得不到合 理的分配和利用， 若与其物理配置相比， 更显不匹配， 运转效率低。 ( 3 ) 数据安全隐患。由于网省公司各台客户端主 机都安装了各种应用系统， 因此很多数据被存储在客 户端， 一旦出现网络漏洞或被木马侵袭， 那么数据丢 失或被修改将是不可避免， 对于电力行业来说 ， 这无 疑是一场灾难。 ( 4 ) 管理成本太高。 随着网络技术的进步， 更多的 蠕虫等网络病毒时刻肆虐着I n t e r n e t ，而按照目前的 部署方式每台服务器和客户端都需要各省公司信息 科人员亲自维护， 包括打补丁、 杀病毒、 重装系统等， 工作量相当庞大 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4 7卷第 5 3 6 A期 2 0 1 0年 8月 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s u r e me n t I n s t r u me nt at i o n Vo 1 4 7 No 5 3 6 A Au g 2 01 0 ( 5 ) 灵活性不够 。目前各网省公司的办公方式都 是大楼办公一体化 ， 而随着3 C 时代 的到来 ， 移动办公 ( 任何时问、 地点访问 日常办公系统或业务应用系统 ) 是必然趋势 ， 目前网省公司的网络部署 尚不支持 。 如何才能有效提高服务器硬件资源利用率、 降低 总体拥有成本 、 简化管理 、 加强数据管理、 加快应用部 署以及支持下一代网络呢? 结合 目前各网省公司的现状 ， 文章认为 ， 选择合 适的虚拟化技术， 可以很好的解决上述问题。 1 虚拟化技术 1 1 虚拟化的概念 虚拟化是一个广义 的术语【 ” ， 在I T 领域通 常指将 一 台计算机的软件环境划分成多个单独的分区， 各个 分区分别可以按照用户的需求模拟出一台完整计算 机的技术。 虚拟化的目标是实现把有 限的I T 资源通过 中间层次按照某种方式进行重组 ， 以实现资源利用效 率最大化。 1 2 虚拟化技术的分类 从技术角度看 ， 虚拟化技术可以分为 ： ( 1 ) 硬件仿真虚拟化 这种方法 的过程是在宿主系统上生成一个硬件 V M， 通过该V M把用户所需要的硬件以独立运作的形 式完全模拟仿真出来。 ( 2 ) 全虚拟化2 全虚拟化通过建立一个抽象层虚拟机 在宿主操 作系统和底层硬件之间进行协调。 该虚拟机可以模拟 出多个完整虚拟硬件平 台，在每个模拟出的平 台上 ， 用户可以安装不 同类型的操作系统虚拟机。 ( 3 j 部分虚拟化 3 J 部分虚拟化也称为超虚拟化 ， 它与全虚拟化有很 多类似的地方。为 了减轻宿主机 的负担 ， 部分虚拟化 技术通过修改客户操作系统与体系的部分内核模块， 以替代不可虚拟的某些X 8 6 特权指令， 使其与V M M 层 协同工作 ， 从而提升虚拟机性能。 ( 4 ) 操作系统虚拟化 4 1 操作系统虚拟化看似类似硬件仿真虚拟化， 但本 质上它以原公用操作系统为样本， 复制出多个系统镜 像。 操作系统虚拟化技术不存在独立的V M M， 从而使 得性能较高。 从应用角度看 ， 主要包括两大类 ： ( 1 ) 服务器应用虚拟化嘲 基于硬件虚拟化和操作系统虚拟化 ， 服务器虚拟 化技术实现了服务器的单 台多用化 ， 即在一台物理服 务器上虚拟出多个服务器实例， 每个实例可以安装不 同的应用 ， 从而提高服务器 的使用率 。 ( 2 ) 桌面虚拟化 桌面虚拟化是近几年企业和机构的研究热点 ， 也 是虚拟化技术未来的重点发展方向。 目前 ， 桌 面虚拟 化 的主流实现方式有全瘦客户端和半瘦客户端两种 方式。 全瘦客户端方式 中，用户不再拥有独立 的物理 P C，而是在性能强大的物理服务器上通过硬件虚拟 层虚拟出多个虚拟机供不同用户使用。 用户仅需要在 使用的时候登陆上服务器 ， 然后会被系统服务器分配 到用户个体定制化需求的桌面 ； 相 比而言 ， 半瘦客户 端方式则要求用户有独立的物理P C ，同时必须安装 操作系统，当然在客户端不需要安装任何应用程序。 用户需要操作时， 向服务器发送请求 ， 服务器端打包 桌面发送到客户端 ， 用户就可以操作本地桌面。两种 方式 ， 本 质上是一样 的 ， 所操作的进程都运行在服务 器端， 但是给用户的体验有所区别， 两种技术结合使 用是必然趋势。 此外 ， 应用层面 的虚拟化技术还包括 ： 存储 虚拟 化、 网络虚拟化、 C P U 虚拟化、 文件虚拟化等， 限于篇 幅， 本文不做介绍。 2 虚拟化技术在电力行业中的应用方案 当前 ， 各网省公司后 台服务器数量庞大 ， 而且冗 余量非常大， 经评估采用服务器虚拟化技术对服务器 资源进行整合 ， 可以节省约8 5 的服务器数量， 带来 的好处包括 ： 服务器资源的节省、 主服务器运行效率 的提高以及系统的快速部署等。 此种技术已被广大I T 企业所接受 ， 而 目前 电力行业 还是空 白， 因此引入服 务器虚拟化技术来整合优化资源刻不容缓 。 服务器虚拟化重点在于节能和提高效率 ， 如果要 实现管理方便 ， 操作灵活 ， 数据安全甚至移动办公 ， 那 么必须要引入新的技术， 桌面虚拟化技术就是其中一 种。作为虚拟化技术的个应用分支， 桌面虚拟化技 术其本质和服务器虚拟化一样： 把物理资源和操作系 统抽象虚拟 ， 消除它们与用户的紧耦合。服务器虚拟 化技术和桌面虚拟化技术在实现技术上完全不冲突 ， 可以很好的协同工作， 目 前很多研究机构和企业正在 重点研究两者的结合。文章在这个大环境下， 根据现 场部署 ， 在分析服务器虚拟化和桌面虚拟化的优缺点 的基础上 ， 提出了一套结合两种虚拟化技术应用于电 力行业的方案 。 2 。 1 方案 的模 型 整体网络图如图1 所示。 ( 1 )数据 库层 ，包括 了各 种数 据库 ，可 以是 一 7 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年 8月 第二届电测仪表学术发展 方向主题研讨暨 第一届智能化先进测量系统学术研讨会议论文集 A u g 2 0 1 0 图1网络框 架图 Fi g 1 Ne t wo r k a r c h i t e c t u r e O r a c l e 、 D B 2 S y b a s e S q l S e r v e r c ( 2 ) 服务层， 服务器1 5 均采用1 6 插槽的刀片服务 器， 比如H p 的c 7 系列。每台刀片服务器安装2 4 个刀 片， 且分别安装配置安装V M Wa r e 和X D E N T O P 。 服务器1 ： 虚拟Wi n d o w s 实例共3 个 ， 分别运行财务 预算系统、 物资管理系统、 生产管理系统。 服务器2 ：虚拟Wi n d o w s 实例共3 个 ，包括考核系 统、 培训系统、 考试系统。 服务器3 ：虚拟Wi n d o w s 实例共3 个 ，包括邮件系 统， O A 系统、 个人信息查询系统。 服务器4 ： 虚拟U n i x 实例共2 个 ， 包括 营销管理系 统 ， 用电采集系统。 服务器5 ： 虚拟U n i x 实例共2 个 ， 包括关 口计量系 统， 线损统计系统。 服务器1 5 分另 有一台热备服务器 ( 物理配置和 主服务器一致) ， 做为负载均衡使用。 其 中服务器3 ， 由 于 日常人员操作较多， 故配备2 台热备服务器。 另外配备两台备份服务器 1 2 ， 如果 1 5 服务器 出 故障时其热备服务器负载压力过大， 则迅速的将虚拟 实例切换到备份服务器上运行 ， 保证负载均衡和业务 的连续性。 服务器的具体结构图如图2 所示 。 - 7 4 虚 拟 管 理 层 ：采 用 V M War e S e r v e r 提 供 的 V MS e r v e r j 行各服务虚拟实例的管理和维护 。 虚拟桌面管理层： 采用X D E N T O P 软件。 其中每个 虚拟桌面对应一个用户。 客户端通信接口： 主要负责和半瘦客户端客户交 互数据信息。 ( 3 ) 代理层 ， 虚拟代理服务器， 包括4 个模块 。 认证中心： 引人了3 A 认证机制， 包括认证、 授权、 计费。 服务端代理： 接受各种用户的任何时间任何地点 的发送请求。 网络监控中心： 主要负责实时监控各服务器的运 行状况和负载率。 调度中心： 主要是负责把用户定位到对应的服务 端， 同时根据各服务器的负载率， 进行用户的重定位 切换。 另外，为虚拟代理服务器配备一台备份服务器， 一 旦 出现故障 ， 立刻切换 ， 保证代理服务不中断。 ( 4 ) 客户层， 从用户设备类别看， 用户可以是笔记 本、 台式机或P D A， 甚至未来的智能手机， 从设备性能 看可以是全瘦客户端，即终端没有安装操作系统， 或 者是半瘦客户端， 即终端安装了操作系统， 但是没有 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4 7卷第 5 3 6 A期 2 0 1 0年 8月 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s u r e m e nt I n s t r u m e ntatio n VO I I 4 7 No 5 3 6 A Aug 2 01 0 图2服务器结构 Fi g 2 S e r v e r s t r uc t ur e 部署其他应用程序。 2 2流程 实例 现在以省公司用户访 问用 电采集系统为例详 细 描述一下整个框架的运作流程 。 场景 ： 客户端普通 台式机 ， 安装 了操作系统 ， 为半 瘦客户端， 操作 目 标是对用电采集系统进行数据手工 召测 。 ( 1 ) 首先， 客户通过代理客户端把用户名和密码 以及其信息传送到服务端代理。 ( 2 ) 服务端代理接受请求， 把用户 ， 密码， I P 地址 等信息传送给认证中心进行用户授权确认。 认证服务 器审核后 ， 给调度 中心发送一个令牌 ( 一个I D 标识和 时间戳 ) 。 ( 3 ) 调度中心接受令牌， 并识别访问的业务类别， 然后从网络监控中心获取服务器负载工作情况， 接着 把令牌打包， 发送给对应业务服务器， 并把客户定向 到因业务服务器的通信接 口。 ( 4 ) 业务服务器的客户端通信接口收到通知后， 识别请求任务， 发送移动桌面给客户端。 ( 5 ) 客户端接收移动桌面 ， 然后进入用 电采集系 统页面进行手工召测数据 。 ( 6 ) 服务端的客户端通信接口收到用户的操作请 求， 由用电采集系统后台进程对终端召测数据。 ( 7 ) 数据召测完毕保存 到数据库 ， 同时用 电采集 系统后 台进程发送成功消息给客户端通信接 口。 ( 8 ) 客户端通信接口 把成功信 传给客户端桌面。 2 3 方案的优势 文章提出的虚拟化应用方案使得各 网省公司在 拥有成本、 资源利用率、 管理强度、 数据安全性、 快速 部署、 灵活性等方面有了质的提高， 主要表现在： ( 1 ) 摒弃了“ 一应用一服务器” 效率底下的模式， 而是使得一台服务器运行多应用，真正的做到了高 效 、 低耗 ， 大大减少 了主服务器的数量 ， 节 约量 约为 8 5 。 ( 2 ) 对于主服务器的利用率大大提高 ， 经测试各 主服务器的C P U 利用率基本达到了7 0 左右。 ( 3 ) 对于节省出的服务器， 进行循环再利用， 作为 桌面虚拟化的热备服务器或备份服务器。 真正的响应 了“ 节能、 不浪费” 的口号。 ( 4 ) 保证了数据的安全 。客户端因为不必安装任 何应用程序 ， 所以不再存储数据和业务文档等， 这样 即使笔记本或台式机被盗，数据也不会受到任何影 响。 ( 5 ) 高效管理， 运维成本降低。 信息科管理人员只 需要对后 台镜像统一打一次补丁和查杀病毒 ， 所有用 户下次使用的桌面就是最新的状态； 至于新程序的安 装使用， 也只需要在服务端一次部署， 所有用户就均 可使用。 另外， 由于采用虚拟化桌面， 因此管理人员可 以管理所有的桌面实例， 运维成本大大下降。 ( 6 ) 减少投资成本。 客户端可以采用全瘦客户端， 投资成本比传统P C 降低一半，同时延长现有所有设 备的使用寿命。全瘦客户端的功率接近传统P C 的六 分之一 ，使用X e n D e s k t o p 可 以减少 近8 0 的电量消 耗 ， 这也引入了“ 绿色I r I 的概念 ， 保证了电脑产 生的 电子垃圾大大减少 ， 符合低碳标志。 ( 7 ) 破除了大楼工作一体化模式 ， 提高 了灵活性。 7 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年 8月 第二届 电测仪表学术发展方向主题研讨暨 第一届智能化先进测量系统学术研讨会议论文集 Au g 2 0 1 0 即使用户在异地，也可轻松访问属于 自己的桌面 ， 而 用户如果在途中需要处理工作邮件或操作业务， 更是 只需通过3 G 网络连接到代理服务端 ，接下来就是用 户的工作时刻。 ( 8 ) 提高了整个系统的兼容性， 同时可以更快的 部署全新应用系统。 新系统的上线不影响老系统的运 行 ， 老系统可以单独运行在一个虚拟实例上 ， 和新系 统之间完全隔离。即使引入全新的智能系统， 也不必 购买新的服务器以及相关机架、 电能等设备 ， 而是只 需在当前的服务器中， 虚拟 出一个实例 ， 直接部署即 可 。 ( 9 ) 提高了容灾能力 ， 一旦系统出现问题 ， 系统的 恢复、 业务连续性迁移不再是重启或重新部署 ， 而是 简单的文件复制。 3 结束语 虚拟化技术是2 1 世纪计算机技术的一个重点研 究领域， 它通过各个层面的虚拟化， 达到了用户与硬 件以及操作系统的耦合脱离。目前 ， 服务器虚拟化技 术已经在很多企业被采用 ， 而电力行业还未引入该技 术， 桌面虚拟化则是未来I T 发展的必然趋势， 两者本 质上都是把资源抽象化、 虚拟化， 从而实现资源的合 理使用， 更让用户有好的体验， 因此目前很多企业和 研究机构在研究虚拟化技术的道路上把融合两种技 术作为一个公关项。文章结合 目前网省公司的现状 ， 在充分调研的基础上， 提出了把两种虚拟化技术融合 引入电力行业的方案。 文章在成稿时， 此方案在一台服务器上做了简单 的测试 ， 测试结果也体现了方案 的优势。因此下一步 的研究重点 ， 就是把该方案投入到多台服务器上进行 大规模测试 ， 把测试后 的实验数据整理归档 ， 然后从 经济、 效率、 安全、 灵活等多个方面优化本方案。 参 考 文 献 【 l 】 C A t t a n a s i o ， P Ma r k e n s t e i n ， R J P h i l l i P s P e n e t r a t i n g a n O p e r a t i n g S y s t e m： a S t u d y o f V M1 3 7 0 I n t e g r i ty 叨 I B M S y s t e ms J o u rna l 1 5( 1 ) ： 1 o 2 1 1 6， 1 9 7 6 【 2 】 P Ma g n u s s o n ， S i m i e s A F u l l S y s t e m S i m u l a ti o n P l a tf o r m L 玎 I E E E C o mP u t e r 3 5 ， ( 2 ) 2 0 0 2 【 3 P B a r h a m， B D r a g o v i c ， KF r a s e r , S Ha n d ， T H a r r i s ， A Ho , R N e u g e b a u e r y ， 1 P r a t t a n d AWa r e l d X e n a n d t h e A r t o f V i r t u a l i z a t i o n【 z 】 S O S P 0 3 A C M 2 oo 3 4 1 G A R T N E R 创新与梦想： 虚拟化技术白皮书 E B O L 2 0 0 3 【 5 】 姚晔， 宋诗瑶 虚拟化技术一计算机应用新宠 L 玎 电脑知识与技术， 2 0 1 0 ， 6 ( 5 ) ： 4 2 8 7 - 4 2 8 8 作者简介 ： 姜炜超( 1 9 8 1 一 ) ， 男， 硕士研究生， 从事网格数据库， 用电采集系统研 究 。E r r l a j l ： c j u c k y j i a n g 1 6 3 c o m 向兵( 1 9 7 5 一 ) ，男 ，工程 师 ，从 事用 电采 集系 统研究 E m a i l ： x i g b n a r i t e e h c n 陈国章( 1 9 8 4 一 ) ， 男， 硕士研究生， 从事复杂网络以及图论技术的研究。 Ema i l ： c h e n 0 3 01 1 2 1 6 3 c o rn 陆春艳( 1 9 8 5 一 ) ， 女， 硕士研究生， 从事数据库 ， 用电采集系统研究。 Ema i l ： l uc h u n y a nl 1 t 1 6 3 c o m 严洪翔( 1 9 7 0 - ) ， 男， 本科， 从事用电采集系统研究。 收稿 日期 ： 2 0 1 0 - 0 7 1 2 ( 王宏博编发) ( 上接第 6 5页 ) 备的参数设定进行调整，通过减小R ，r U 的采样倍率， 将R T U 的采样整体降低 ， R T u的采样误差调整 至一 0 0 9 附近 ， 另一方面为 了提高D C S 的采样精度并减少 采样延时拆除了D C S 测点输入信号隔离器。 通过设备 参数优化和回路优化， 自动发电控制( A G C ) 调节品质 得到 了明显提升。 设想D C S 和R T U 采用通讯方式进行数据交换， 从 根本上实现数据同源 ， 消除量值传输的误差。 参 考 文 献 【 1 】华北 区域发 电厂辅助服务及并 网运行 管理实施细则 ( 试行 ) 【 Z 】 ， - 7 6- 2 U U 9 Hu a b e i a r e a p o we r p l a n t a u x i l i a r y s e r v i c e s a nd t l l e d e t a i l e d r u l e s f o r t h e i mp l e me n t a ti o n of t h e p a r a l l e l o p e r a ti o n m a n a g e m e n t( f o r tr i a l imp l e m e n ta t i o n ) Z 】 ，2 0 0 9 作者简介： 段海超( 1 9 7 8 一 ) ， 男， 工程师， 从事继电保护和自动设备检修管理工作。 Ema i l ： d h e d z 9 61 s i n a c o m 仝亚峰( 1 9 6 8 一 ) ， 男， 高级工程师， 从事发电厂检修设备管理工作。 张伟( 1 9 8 3 一 ) ， 男， 助理工程师， 从事电气二次设备检修工作。 贾宪武( 1 9 8 4 一 ) ， 男， 助理工程师， 从事电气二次设备检修工作。 收稿 日期 ： 2 0 1 0 - 0 7 - 0 1 ( 王宏博编发) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m