基于Hyper-V虛擬化技術(shù)實(shí)現故障轉移

摘要：航空氣象要素對飛行安全的影響越來(lái)越大，氣象探測設備的重要性也越來(lái)越高。成陽(yáng)國際機場(chǎng)配備了風(fēng)廓線(xiàn)雷達，能夠為航空飛行提供機場(chǎng)上空的風(fēng)速風(fēng)向和溫度?；诒Ｕ?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/風(fēng)廓線(xiàn)雷達">風(fēng)廓線(xiàn)雷達正常運行的目的，通過(guò)Hyper-V虛擬化技術(shù)和故障轉移集群的方法，結合人為干預設備的試驗，實(shí)現了風(fēng)廓線(xiàn)雷達系統的故障轉移功能，平均故障修復時(shí)間提高了95%。

關(guān)鍵詞：故障轉移集群;Hyper-V;風(fēng)廓線(xiàn)雷達;平均故障修復時(shí)間

西安咸陽(yáng)國際機場(chǎng)邊界層風(fēng)廓線(xiàn)雷達CFL-03是一種脈沖多普勒晴空探測雷達，能夠以較高的時(shí)間分辨率和空間分辨率連續、實(shí)時(shí)的探測距地面60～3 000 m或更高高度范圍內邊界層大氣的水平風(fēng)和垂直風(fēng)的風(fēng)速和風(fēng)向，以及大氣折射率結構常數Cn2等氣象要素隨高度的分布。此套風(fēng)廓線(xiàn)雷達系統還配置一個(gè)無(wú)線(xiàn)電聲學(xué)探空系統(RASS)，能夠探測距地面60～1 500 m高度范圍內的大氣虛溫。

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

1 Hyper-V虛擬化

虛擬化應用是利用軟件將不同層面劃分開(kāi)來(lái)，通過(guò)創(chuàng )建的虛擬機模擬底層硬件服務(wù)和功能，使各層的變動(dòng)更加靈活。它能在一臺計算機上運行多個(gè)操作系統，就好像同時(shí)運

行多臺計算機一樣。

Hyper-V是一個(gè)位于硬件和操作系統之間的軟件層，可以用于對Windows和非Windows操作系統進(jìn)行虛擬化。Hyper-V基于虛擬機管理器的虛擬化平臺，整合了操作系統，允許動(dòng)態(tài)地添加物理和虛擬資源。Hyper-V中的虛擬機可以被理解為完全獨立的計算機，借助數據執行保護功能，每臺計算機的狀態(tài)不會(huì )影響其它虛擬機或主機。

Hyper-V采用微內核化管理程序的體系結構，兼顧了安全性和性能的要求。在微內核化的設計中，內核中最常用的功能被精心挑選，設計運行在內核模式的一個(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的進(jìn)程在用戶(hù)模式下運行，這樣一來(lái)其它核心功能模塊都只依賴(lài)微內核模塊或者其它模塊，并不直接依賴(lài)硬件。這種模式增加了靈活性，易于維護和移植。由于微內核不依賴(lài)于固定的文件系統，所以用戶(hù)可以隨意地選擇支持的文件系統，不需要的模塊因為不會(huì )加載到內存中，所以對于內存的使用也更為有效，適合于建立分布式操作系統和面向對象的操作系統。

Hyper-V采用基于VMbus的高速內存總線(xiàn)架構。來(lái)自虛擬機的硬件請求(顯卡、鼠標、磁盤(pán)、網(wǎng)絡(luò ))經(jīng)過(guò)虛擬服務(wù)客戶(hù)端通過(guò)VMbus總線(xiàn)發(fā)送到父分區的虛擬服務(wù)提供程序(Virtu al Senrice Provider，簡(jiǎn)稱(chēng)VSP)，VSP調用對應的設備驅動(dòng)，直接訪(fǎng)問(wèn)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))，而且對內存和硬盤(pán)等資源也可以實(shí)現類(lèi)似直接調用的操作，所以Hvper-V虛擬機的性能很高，幾乎可以接近物理計算機的性能。

2 故障轉移集群

故障轉移群集是服務(wù)器群集(MSCS)的改進(jìn)版，可協(xié)同工作以增強應用程序和服務(wù)的可用性。MSCS要求管理員不僅要了解群集本身，還需要精通存儲技術(shù)以及群集服務(wù)與各種存儲解決方案交互的方式，而且難于設置和維護。故障轉移群集簡(jiǎn)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定性。

1)全新的管理界面。故障轉移集群管理是一個(gè)MMC控制臺，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信息以及可執行的操作，使管理員使用更加方便。

2)改進(jìn)的配置過(guò)程。許多配置、重新配置和維護群集的操作都有向導，有了這些向導的幫助，管理員不必再擔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。

3)嵌入了驗證過(guò)程。在Windows Server 2008中，群集設置和配置已通過(guò)新的驗證向導進(jìn)行了簡(jiǎn)化，此向導使用戶(hù)可以確認系統、存儲和網(wǎng)絡(luò )配置是否適用于群集。

4)增強的數據存儲性能和穩定性。故障轉移群集與存儲區域網(wǎng)絡(luò )或直接連接存儲通信時(shí)，將使用破壞性最小的命令，從而SCSI總線(xiàn)重置較少，磁盤(pán)從不會(huì )處于未受保護狀態(tài)，這意味著(zhù)降低了卷?yè)p壞的風(fēng)險。故障轉移群集還支持用于磁盤(pán)發(fā)現和恢復的改進(jìn)方法。

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

3 計算機系統組成

CFL-03風(fēng)廓線(xiàn)雷達系統中有多臺不同用途的計算機組成計算機網(wǎng)絡(luò )，主要包括主、備服務(wù)器，信號處理計算機，監控維護終端，用戶(hù)顯示終端等。

主、備服務(wù)器作為風(fēng)廓線(xiàn)雷達系統主機，采用雙機熱備份工作模式，配置磁盤(pán)陣列，是數據處理軟件、產(chǎn)品及數據WEB服務(wù)器、控制管理工具等軟件的運行平臺，是接收、處理和發(fā)布氣象探測數據的核心設備。

系統環(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操作系統后，通過(guò)服務(wù)管理器在角色欄中安裝Hyper-V，此過(guò)程需要重啟系統。Hyper-V安裝完成后，打開(kāi)Hyper-V管理器開(kāi)始配置虛擬機。新建虛擬機、指定名稱(chēng)、位置分配內存和配置網(wǎng)絡(luò )如下圖2所示，連接虛擬硬盤(pán)、安裝選項和摘要如圖3所示。

5 故障轉移集群管理

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

實(shí)現故障轉移功能需要進(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)節點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)磁盤(pán)陣列。

打開(kāi)故障轉移集群管理器，在配置欄內選擇啟用群集共享卷，在彈出的對話(huà)框選擇同意即可。集群共享存儲目錄為C：ClusterStroageVolumel。

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

打開(kāi)故障轉移集群管理器，右鍵單擊集群，選擇更多操作——配置集群仲裁設置，然后選擇節點(diǎn)和磁盤(pán)多數，接著(zhù)選擇仲裁磁盤(pán)的存儲卷，最后顯示配置集群仲裁設置完成。

3)Hyper-V虛擬機的設置。確認需要配置故障轉移的虛擬機存儲都放置到集群共享卷C：ClusterStroageVolumel上。

打開(kāi)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(pán)路徑、虛擬機路徑是否設為共享卷的映射路徑。

4)配置高可用。

打開(kāi)故障轉移集群管理器，定位到服務(wù)和應用項，點(diǎn)擊右側配置服務(wù)和應用程序，彈出對話(huà)框，點(diǎn)下一步，選擇服務(wù)或應用程序中選擇虛擬機，下一步勾選需要配置高可用的虛擬機，點(diǎn)下一步，完成虛擬機的高可用配置。

通過(guò)上述幾個(gè)步驟的介紹，就可以實(shí)現故障轉移功能了。故障轉移功能的具體操作是打開(kāi)故障轉移集群管理器，選擇正在服務(wù)的虛擬機，在右側菜單欄內選擇將虛擬機快速遷移到另一節點(diǎn)。其中特別注意的是不要選擇將虛擬機實(shí)時(shí)遷移到另一節點(diǎn)。

6 結論

此套故障轉移功能系統設計優(yōu)良，在實(shí)際運行過(guò)程中無(wú)論人為切換還是設備發(fā)生故障時(shí)，系統轉移時(shí)間均在30 s以?xún)?，有效的保證了設備的正常運行，實(shí)現了系統的熱備份功能。

當前民航事業(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(xiàn)雷達對于航空風(fēng)切變的預報有著(zhù)重要的指導作用，利用Hyper-V虛擬化技術(shù)實(shí)現故障轉移功能對于保障設備正常運行起到很好的作用，這種設計方式也能夠在其他設備系統中推廣應用。