基于Hyper-V虛擬化技術實現故障轉移

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

關鍵詞：故障轉移集群;Hyper-V;風廓線雷達;平均故障修復時間

西安咸陽國際機場邊界層風廓線雷達CFL-03是一種脈沖多普勒晴空探測雷達，能夠以較高的時間分辨率和空間分辨率連續(xù)、實時的探測距地面60～3 000 m或更高高度范圍內邊界層大氣的水平風和垂直風的風速和風向，以及大氣折射率結構常數Cn2等氣象要素隨高度的分布。此套風廓線雷達系統還配置一個無線電聲學探空系統(RASS)，能夠探測距地面60～1 500 m高度范圍內的大氣虛溫。

在民航氣象領域，風廓線雷達因其時空分辨率高、可連續(xù)值守的特點，是一種十分重要的探測手段。因此，保障風廓線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來，通過創(chuàng)建的虛擬機模擬底層硬件服務和功能，使各層的變動更加靈活。它能在一臺計算機上運行多個操作系統，就好像同時運

行多臺計算機一樣。

Hyper-V是一個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(zhí)行保護功能，每臺計算機的狀態(tài)不會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或者一組進程上。而其它大部分不那么重要的核心功能則作為單獨的進程在用戶模式下運行，這樣一來其它核心功能模塊都只依賴微內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，易于維護和移植。由于微內核不依賴于固定的文件系統，所以用戶可以隨意地選擇支持的文件系統，不需要的模塊因為不會加載到內存中，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的高速內存總線架構。來自虛擬機的硬件請求(顯卡、鼠標、磁盤、網絡)經過虛擬服務客戶端通過VMbus總線發(fā)送到父分區(qū)的虛擬服務提供程序(Virtu al Senrice Provider，簡稱VSP)，VSP調用對應的設備驅動，直接訪問硬件。Hyper-V能夠直接使用英特爾的虛擬化技術(IntelVT技術)或者 AMD的虛擬化技術(AMDV技術)，而且對內存和硬盤等資源也可以實現類似直接調用的操作，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器群集(MSCS)的改進版，可協同工作以增強應用程序和服務的可用性。MSCS要求管理員不僅要了解群集本身，還需要精通存儲技術以及群集服務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。故障轉移集群管理是一個MMC控制臺，新界面分為3個窗格，提供了所選擇的集群配置部分的詳細信息以及可執(zhí)行的操作，使管理員使用更加方便。

2)改進的配置過程。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以正確的順序聯機。

3)嵌入了驗證過程。在Windows Server 2008中，群集設置和配置已通過新的驗證向導進行了簡化，此向導使用戶可以確認系統、存儲和網絡配置是否適用于群集。

4)增強的數據存儲性能和穩(wěn)定性。故障轉移群集與存儲區(qū)域網絡或直接連接存儲通信時，將使用破壞性最小的命令，從而SCSI總線重置較少，磁盤從不會處于未受保護狀態(tài)，這意味著降低了卷損壞的風險。故障轉移群集還支持用于磁盤發(fā)現和恢復的改進方法。

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

3 計算機系統組成

CFL-03風廓線雷達系統中有多臺不同用途的計算機組成計算機網絡，主要包括主、備服務器，信號處理計算機，監(jiān)控維護終端，用戶顯示終端等。

主、備服務器作為風廓線雷達系統主機，采用雙機熱備份工作模式，配置磁盤陣列，是數據處理軟件、產品及數據WEB服務器、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，通過服務管理器在角色欄中安裝Hyper-V，此過程需要重啟系統。Hyper-V安裝完成后，打開Hyper-V管理器開始配置虛擬機。新建虛擬機、指定名稱、位置分配內存和配置網絡如下圖2所示，連接虛擬硬盤、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，在服務管理器中功能欄中進行故障轉移集群安裝。如圖4所示。

實現故障轉移功能需要進行以下幾個步驟：

1)啟用群集共享卷。如若未啟用共享卷，同一時間只能有一個節(jié)點訪問一個磁盤陣列。

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

2)配置仲裁盤。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(jié)點之間通信有問題時，則群集必須停止運行。相關故障包括節(jié)點的故障，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(jié)點和磁盤多數，接著選擇仲裁磁盤的存儲卷，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Hvper-V管理器，右鍵單擊先前步驟配置好的服務器，選擇Htyper-V配置，檢查虛擬磁盤路徑、虛擬機路徑是否設為共享卷的映射路徑。

4)配置高可用。

打開故障轉移集群管理器，定位到服務和應用項，點擊右側配置服務和應用程序，彈出對話框，點下一步，選擇服務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，點下一步，完成虛擬機的高可用配置。

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

6 結論

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

當前民航事業(yè)處于高速發(fā)展時期，保障航空安全是民航人永恒的追求。風廓線雷達對于航空風切變的預報有著重要的指導作用，利用Hyper-V虛擬化技術實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。