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  編者語：虛擬化應(yīng)用到工業(yè)控制當(dāng)中可以有效保證工控主機(jī)的高可用性，提高計(jì)算機(jī)的工作效率。本文介紹工控主機(jī)虛擬化技術(shù)的特點(diǎn)，詳細(xì)介紹了如何將虛擬化技術(shù)應(yīng)用于工控機(jī)。

   當(dāng)今虛擬化技術(shù)已經(jīng)滲透到社會(huì)關(guān)鍵行業(yè)核心計(jì)算業(yè)務(wù)中，虛擬化的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)的單一計(jì)算機(jī)架構(gòu)，虛擬化的高可用性和快速遷移特性有效保證了關(guān)鍵系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)業(yè)務(wù)連續(xù)，有效降低了由計(jì)算機(jī)故障導(dǎo)致的業(yè)務(wù)中斷，將損失降到最低。虛擬化應(yīng)用到工業(yè)控制當(dāng)中可以有效保證工控主機(jī)的高可用性，降低由于工控主機(jī)損壞導(dǎo)致的業(yè)務(wù)中斷，CPU的虛擬化技術(shù)可以單CPU模擬多CPU并行，允許一個(gè)平臺(tái)同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，并且應(yīng)用程序都可以在相互獨(dú)立的空間內(nèi)運(yùn)行而互不影響，從而顯著提高計(jì)算機(jī)的工作效率。

　　1 工控主機(jī)虛擬化技術(shù)特點(diǎn)

   工控主機(jī)的虛擬化技術(shù)是一種硬件方案，支持虛擬技術(shù)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(jī)會(huì)很容易提高性能，虛擬化技術(shù)可提供基于芯片的功能，借助兼容VMM軟件能夠改進(jìn)純軟件解決方案。由于虛擬化硬件可提供全新的架構(gòu)，支持操作系統(tǒng)直接在上面運(yùn)行，從而無需進(jìn)行二進(jìn)制轉(zhuǎn)換，減少了相關(guān)的性能開銷，極大簡化了VMM設(shè)計(jì)，進(jìn)而使VMM能夠接通用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編寫、性能更加強(qiáng)大。

   工控主機(jī)的虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)具有在任意虛擬化平臺(tái)之間遷移虛擬機(jī)、快照、在資源池中的備用主機(jī)上自動(dòng)重新啟動(dòng)以及VMotion等高級(jí)功能特性，因而在它創(chuàng)建的環(huán)境中，遇到停機(jī)時(shí)最多不過就是簡單的重新啟動(dòng)而已。對(duì)于防止應(yīng)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(jī)HA對(duì)運(yùn)行在虛擬機(jī)中的應(yīng)用程序提供了易于使用、經(jīng)濟(jì)高效的保護(hù)。當(dāng)需要不中斷應(yīng)用程序的連續(xù)可用性解決方案時(shí)，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(wù)器，就可以實(shí)現(xiàn)駐留在不同物理硬件平臺(tái)上的虛擬機(jī)間的N＋1群集。

虛擬機(jī)的原理：寄居架構(gòu)和裸金屬架構(gòu)

　　2 工控機(jī)現(xiàn)場工作特有要求

   工控機(jī)是專門為工業(yè)現(xiàn)場而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，工業(yè)現(xiàn)場一般具有強(qiáng)烈的震動(dòng)，灰塵特別多，另有很高的電磁場力干擾等特點(diǎn)，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(jī)效能的不單單是其使用壽命，對(duì)于關(guān)鍵性業(yè)務(wù)來講確保業(yè)務(wù)的穩(wěn)定性和連續(xù)性顯得格外重要，使用虛擬化架構(gòu)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(nèi)存的鏡像等，在發(fā)生災(zāi)難情況下可以做到零毫秒快速無縫切換，所以在關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用場所保障了業(yè)務(wù)的連續(xù)可靠。

   調(diào)查統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，百分之八十以上工控機(jī)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(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠成為防范的重點(diǎn)，充分利用虛擬化技術(shù)可以有效的保證操作系統(tǒng)的穩(wěn)定，工控機(jī)當(dāng)中部署的是裸金屬架構(gòu)的企業(yè)版虛擬化架構(gòu)，之上再部署操作系統(tǒng)和控制應(yīng)用程序，通過翻譯對(duì)接確保底層應(yīng)用的穩(wěn)定性。

　　3 虛擬化技術(shù)如何應(yīng)用于工控機(jī)

   通過虛擬化應(yīng)用，可以讓不同的操作系統(tǒng)在同一臺(tái)控制主機(jī)上同時(shí)運(yùn)行，如UNIX LINUX WINDOWS等眾多操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)以往不可能實(shí)現(xiàn)的多宿主架構(gòu)，在工控應(yīng)用當(dāng)中，可以滿足多種業(yè)務(wù)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(gè)快照拷貝，并將這些時(shí)間點(diǎn)拷貝分配給其他虛擬機(jī)。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(cè)試的虛擬機(jī)，就能夠創(chuàng)建出功能強(qiáng)大的測(cè)試環(huán)境了。一旦用戶建立了虛擬服務(wù)器環(huán)境，用戶就能夠快速創(chuàng)建虛擬測(cè)試服務(wù)器。測(cè)試人員不僅能夠在幾秒鐘內(nèi)分配獲得真實(shí)的“實(shí)時(shí)”數(shù)據(jù)，還能在整個(gè)測(cè)試過程中進(jìn)行數(shù)據(jù)快照。

   由于在虛擬環(huán)境中添加和刪除虛擬機(jī)及應(yīng)用非常方便，因此，環(huán)境的動(dòng)態(tài)性很強(qiáng)。換言之，虛擬機(jī)總在被創(chuàng)建、使用，然后進(jìn)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(dòng)態(tài)化的環(huán)境中，必須確保以與虛擬服務(wù)器相同的簡化方式來提供和再分配存儲(chǔ)容量。存儲(chǔ)虛擬化有助于實(shí)現(xiàn)這種靈活性。

實(shí)現(xiàn)效果

   如果虛擬環(huán)境中有數(shù)百臺(tái)虛擬機(jī)，不僅可能增加備份成本，而且還會(huì)大幅提高復(fù)雜性。利用快照功能，我們不必在每個(gè)虛擬機(jī)上都安裝備份代理。我們可就每臺(tái)虛擬服務(wù)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(wù)器的虛擬機(jī)，以此進(jìn)行備份。這樣 ，唯一需要安裝備份軟件的虛擬機(jī)就是備份服務(wù)器了。在處理數(shù)百個(gè)虛擬服務(wù)器時(shí)，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(jī)的穩(wěn)定性。