基于Hyper-V虚拟化技术实现故障转移

摘要：航空气象要素对飞行安全的影响越来越大，气象探测设备的重要性也越来越高。成阳国际机场配备了风廓线雷达，能够为航空飞行提供机场上空的风速风向和温度。基于保障风廓线雷达正常运行的目的，通过Hyper-V虚拟化技术和故障转移集群的方法，结合人为干预设备的试验，实现了风廓线雷达系统的故障转移功能，平均故障修复时间提高了95%。

关键词：故障转移集群;Hyper-V;风廓线雷达;平均故障修复时间

西安咸阳国际机场边界层风廓线雷达CFL-03是一种脉冲多普勒晴空探测雷达，能够以较高的时间分辨率和空间分辨率连续、实时的探测距地面60～3 000 m或更高高度范围内边界层大气的水平风和垂直风的风速和风向，以及大气折射率结构常数Cn2等气象要素随高度的分布。此套风廓线雷达系统还配置一个无线电声学探空系统(RASS)，能够探测距地面60～1 500 m高度范围内的大气虚温。

在民航气象领域，风廓线雷达因其时空分辨率高、可连续值守的特点，是一种十分重要的探测手段。因此，保障风廓线雷达正常运行显得十分重要。

1 Hyper-V虚拟化

虚拟化应用是利用软件将不同层面划分开来，通过创建的虚拟机模拟底层硬件服务和功能，使各层的变动更加灵活。它能在一台计算机上运行多个操作系统，就好像同时运

行多台计算机一样。

Hyper-V是一个位于硬件和操作系统之间的软件层，可以用于对Windows和非Windows操作系统进行虚拟化。Hyper-V基于虚拟机管理器的虚拟化平台，整合了操作系统，允许动态地添加物理和虚拟资源。Hyper-V中的虚拟机可以被理解为完全独立的计算机，借助数据执行保护功能，每台计算机的状态不会影响其它虚拟机或主机。

Hyper-V采用微内核化管理程序的体系结构，兼顾了安全性和性能的要求。在微内核化的设计中，内核中最常用的功能被精心挑选，设计运行在内核模式的一个或者一组进程上。而其它大部分不那么重要的核心功能则作为单独的进程在用户模式下运行，这样一来其它核心功能模块都只依赖微内核模块或者其它模块，并不直接依赖硬件。这种模式增加了灵活性，易于维护和移植。由于微内核不依赖于固定的文件系统，所以用户可以随意地选择支持的文件系统，不需要的模块因为不会加载到内存中，所以对于内存的使用也更为有效，适合于建立分布式操作系统和面向对象的操作系统。

Hyper-V采用基于VMbus的高速内存总线架构。来自虚拟机的硬件请求(显卡、鼠标、磁盘、网络)经过虚拟服务客户端通过VMbus总线发送到父分区的虚拟服务提供程序(Virtu al Senrice Provider，简称VSP)，VSP调用对应的设备驱动，直接访问硬件。Hyper-V能够直接使用英特尔的虚拟化技术(IntelVT技术)或者 AMD的虚拟化技术(AMDV技术)，而且对内存和硬盘等资源也可以实现类似直接调用的操作，所以Hvper-V虚拟机的性能很高，几乎可以接近物理计算机的性能。

2 故障转移集群

故障转移群集是服务器群集(MSCS)的改进版，可协同工作以增强应用程序和服务的可用性。MSCS要求管理员不仅要了解群集本身，还需要精通存储技术以及群集服务与各种存储解决方案交互的方式，而且难于设置和维护。故障转移群集简化了群集并且增加了一些新的功能，提高群集的安全性和稳定性。

1)全新的管理界面。故障转移集群管理是一个MMC控制台，新界面分为3个窗格，提供了所选择的集群配置部分的详细信息以及可执行的操作，使管理员使用更加方便。

2)改进的配置过程。许多配置、重新配置和维护群集的操作都有向导，有了这些向导的帮助，管理员不必再担心资源是否已配置正确或者它们是否会以正确的顺序联机。

3)嵌入了验证过程。在Windows Server 2008中，群集设置和配置已通过新的验证向导进行了简化，此向导使用户可以确认系统、存储和网络配置是否适用于群集。

4)增强的数据存储性能和稳定性。故障转移群集与存储区域网络或直接连接存储通信时，将使用破坏性最小的命令，从而SCSI总线重置较少，磁盘从不会处于未受保护状态，这意味着降低了卷损坏的风险。故障转移群集还支持用于磁盘发现和恢复的改进方法。

5)增强的安全功能。故障转移群集包含多个新的安全增强功能，其中最重要的是不再需要群集服务帐户。

3 计算机系统组成

CFL-03风廓线雷达系统中有多台不同用途的计算机组成计算机网络，主要包括主、备服务器，信号处理计算机，监控维护终端，用户显示终端等。

主、备服务器作为风廓线雷达系统主机，采用双机热备份工作模式，配置磁盘阵列，是数据处理软件、产品及数据WEB服务器、控制管理工具等软件的运行平台，是接收、处理和发布气象探测数据的核心设备。

系统环境的配置如表1所示。

4 Hyper-V管理

将NODE1、NODE2安装完全相同的Windows Server 2008R2操作系统后，通过服务管理器在角色栏中安装Hyper-V，此过程需要重启系统。Hyper-V安装完成后，打开Hyper-V管理器开始配置虚拟机。新建虚拟机、指定名称、位置分配内存和配置网络如下图2所示，连接虚拟硬盘、安装选项和摘要如图3所示。

5 故障转移集群管理

完成Hyper-V安装后，在服务管理器中功能栏中进行故障转移集群安装。如图4所示。

实现故障转移功能需要进行以下几个步骤：

1)启用群集共享卷。如若未启用共享卷，同一时间只能有一个节点访问一个磁盘阵列。

打开故障转移集群管理器，在配置栏内选择启用群集共享卷，在弹出的对话框选择同意即可。集群共享存储目录为C：\ClusterStroage\Volumel。

2)配置仲裁盘。故障转移群集中的仲裁配置确定群集允许的故障数。如果出现更多故障或群集节点之间通信有问题时，则群集必须停止运行。相关故障包括节点的故障，有些情况下还包括见证磁盘(包含群集配置的副本)或见证文件共享的故障。

打开故障转移集群管理器，右键单击集群，选择更多操作——配置集群仲裁设置，然后选择节点和磁盘多数，接着选择仲裁磁盘的存储卷，最后显示配置集群仲裁设置完成。

3)Hyper-V虚拟机的设置。确认需要配置故障转移的虚拟机存储都放置到集群共享卷C：\ClusterStroage\Volumel上。

打开Hvper-V管理器，右键单击先前步骤配置好的服务器，选择Htyper-V配置，检查虚拟磁盘路径、虚拟机路径是否设为共享卷的映射路径。

4)配置高可用。

打开故障转移集群管理器，定位到服务和应用项，点击右侧配置服务和应用程序，弹出对话框，点下一步，选择服务或应用程序中选择虚拟机，下一步勾选需要配置高可用的虚拟机，点下一步，完成虚拟机的高可用配置。

通过上述几个步骤的介绍，就可以实现故障转移功能了。故障转移功能的具体操作是打开故障转移集群管理器，选择正在服务的虚拟机，在右侧菜单栏内选择将虚拟机快速迁移到另一节点。其中特别注意的是不要选择将虚拟机实时迁移到另一节点。

6 结论

此套故障转移功能系统设计优良，在实际运行过程中无论人为切换还是设备发生故障时，系统转移时间均在30 s以内，有效的保证了设备的正常运行，实现了系统的热备份功能。

当前民航事业处于高速发展时期，保障航空安全是民航人永恒的追求。风廓线雷达对于航空风切变的预报有着重要的指导作用，利用Hyper-V虚拟化技术实现故障转移功能对于保障设备正常运行起到很好的作用，这种设计方式也能够在其他设备系统中推广应用。