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  編者語：虛擬化應用到工業(yè)控制當中可以有效保證工控主機的高可用性，提高計算機的工作效率。本文介紹工控主機虛擬化技術的特點，詳細介紹了如何將虛擬化技術應用于工控機。

   當今虛擬化技術已經(jīng)滲透到社會關鍵行業(yè)核心計算業(yè)務中，虛擬化的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)的單一計算機架構，虛擬化的高可用性和快速遷移特性有效保證了關鍵系統(tǒng)的計算機業(yè)務連續(xù)，有效降低了由計算機故障導致的業(yè)務中斷，將損失降到最低。虛擬化應用到工業(yè)控制當中可以有效保證工控主機的高可用性，降低由于工控主機損壞導致的業(yè)務中斷，CPU的虛擬化技術可以單CPU模擬多CPU并行，允許一個平臺同時運行多個操作系統(tǒng)，并且應用程序都可以在相互獨立的空間內運行而互不影響，從而顯著提高計算機的工作效率。

　　1 工控主機虛擬化技術特點

   工控主機的虛擬化技術是一種硬件方案，支持虛擬技術的CPU帶有特別優(yōu)化過的指令集來控制虛擬過程，通過特殊的指令集，虛擬機會很容易提高性能，虛擬化技術可提供基于芯片的功能，借助兼容VMM軟件能夠改進純軟件解決方案。由于虛擬化硬件可提供全新的架構，支持操作系統(tǒng)直接在上面運行，從而無需進行二進制轉換，減少了相關的性能開銷，極大簡化了VMM設計，進而使VMM能夠接通用標準進行編寫、性能更加強大。

   工控主機的虛擬化基礎架構具有在任意虛擬化平臺之間遷移虛擬機、快照、在資源池中的備用主機上自動重新啟動以及VMotion等高級功能特性，因而在它創(chuàng)建的環(huán)境中，遇到停機時最多不過就是簡單的重新啟動而已。對于防止應用程序或硬件發(fā)生故障的連續(xù)可用性解決方案來說，工控主機HA對運行在虛擬機中的應用程序提供了易于使用、經(jīng)濟高效的保護。當需要不中斷應用程序的連續(xù)可用性解決方案時，使用比通常情況下常規(guī)故障切換群集所需的少的多的服務器，就可以實現(xiàn)駐留在不同物理硬件平臺上的虛擬機間的N＋1群集。

虛擬機的原理：寄居架構和裸金屬架構

　　2 工控機現(xiàn)場工作特有要求

   工控機是專門為工業(yè)現(xiàn)場而設計的計算機，工業(yè)現(xiàn)場一般具有強烈的震動，灰塵特別多，另有很高的電磁場力干擾等特點，且一般工廠均是連續(xù)作業(yè)即一年中一般沒有休息，在惡劣條件下影響工控主機效能的不單單是其使用壽命，對于關鍵性業(yè)務來講確保業(yè)務的穩(wěn)定性和連續(xù)性顯得格外重要，使用虛擬化架構主要在于虛擬化的操作系統(tǒng)僅僅是以文件形式存在，包括內存的鏡像等，在發(fā)生災難情況下可以做到零毫秒快速無縫切換，所以在關鍵業(yè)務應用場所保障了業(yè)務的連續(xù)可靠。

   調查統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，百分之八十以上工控機事故都是由于操作系統(tǒng)不穩(wěn)定造成，影響系統(tǒng)穩(wěn)定的因素有很多包括電磁干擾等間接因素，如何保證主機系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠成為防范的重點，充分利用虛擬化技術可以有效的保證操作系統(tǒng)的穩(wěn)定，工控機當中部署的是裸金屬架構的企業(yè)版虛擬化架構，之上再部署操作系統(tǒng)和控制應用程序，通過翻譯對接確保底層應用的穩(wěn)定性。

　　3 虛擬化技術如何應用于工控機

   通過虛擬化應用，可以讓不同的操作系統(tǒng)在同一臺控制主機上同時運行，如UNIX LINUX WINDOWS等眾多操作系統(tǒng)，實現(xiàn)以往不可能實現(xiàn)的多宿主架構，在工控應用當中，可以滿足多種業(yè)務系統(tǒng)的需要。快照功能在虛擬化環(huán)境中支持每卷創(chuàng)建多個快照拷貝，并將這些時間點拷貝分配給其他虛擬機。這樣用戶只需創(chuàng)建生產(chǎn)數(shù)據(jù)的快照拷貝并分配給專門用作測試的虛擬機，就能夠創(chuàng)建出功能強大的測試環(huán)境了。一旦用戶建立了虛擬服務器環(huán)境，用戶就能夠快速創(chuàng)建虛擬測試服務器。測試人員不僅能夠在幾秒鐘內分配獲得真實的“實時”數(shù)據(jù)，還能在整個測試過程中進行數(shù)據(jù)快照。

   由于在虛擬環(huán)境中添加和刪除虛擬機及應用非常方便，因此，環(huán)境的動態(tài)性很強。換言之，虛擬機總在被創(chuàng)建、使用，然后進行再分配或刪除。這帶來了巨大的靈活性。不過，在這種高度動態(tài)化的環(huán)境中，必須確保以與虛擬服務器相同的簡化方式來提供和再分配存儲容量。存儲虛擬化有助于實現(xiàn)這種靈活性。

實現(xiàn)效果

   如果虛擬環(huán)境中有數(shù)百臺虛擬機，不僅可能增加備份成本，而且還會大幅提高復雜性。利用快照功能，我們不必在每個虛擬機上都安裝備份代理。我們可就每臺虛擬服務器創(chuàng)建快照拷貝，然后再將這些快照拷貝分配給專門用作備份服務器的虛擬機，以此進行備份。這樣 ，唯一需要安裝備份軟件的虛擬機就是備份服務器了。在處理數(shù)百個虛擬服務器時，這樣做有助于大幅降低備份許可證的成本，通過快照功能有效提高工控機的穩(wěn)定性。