WinCC虚拟化 1

文章摘要

本系列介绍WinCC的虚拟化架构、配置过程和注意事项，应用和配置过程，组态以及原理架构和实现步骤。

文章内容

虚拟化概念

顾名思义，虚拟化是指计算元件在虚拟的基础而不是在真实的基础上运行。

虚拟化是一种从逻辑角度来分配不同物理资源的方法:

将应用程序及下层组件从支持它们的硬件中抽象出来，并提供支持资源的逻辑化视图，是对物理实际的逻辑抽象
实现了软件和硬件分离，无需考虑后台具体的硬件实现，只需在虚拟层上运行操作系统和应用软件，和物理平台无关

在家用计算机的上安装常规软件属于非虚拟化，而在办公计算机上安装虚拟化软件就属于虚拟化应用了，典型的非虚拟化和虚拟化的物理架构如图1-1所示

图1-1

虚拟化实际上是软件和硬件虚拟化技术的结合，包括以下几个方面:

CPU虚拟化：单CPU模拟多CPU并行，允许一个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序可以在相互独立的空间内运行而互不影响，例如两大CPU供应商的IntelVT和AMD-V技术
服务器虚拟化：将一台物理服务器的资源抽象为逻辑资源，并虚拟成多台相互隔离的虚拟机，包括硬件辅助例如(Microsoft和VMware)和软件辅助(例如SUN和SWSoft)
存储虚拟化：将多个存储介质模块集中在一个存储池中集中管理，包括虚拟内存、RAID和SAN(Storage Area Network)
应用虚拟化：将客户机系统应用部署在专用服务器上，用户通过虚拟客户机界面操作，例如Citrix(Xen)的远程应用交付和接入
网络虚拟化：包括VPN和VLAN

1.2 服务器虚拟化架构

如何将分散的工作站资源整合到具有高性能的服务器当中?
采用专业而高效的方式整合硬件应用，这就是服务器虚拟化的主旨，如图1-2所示。

图1-2

工作站资源可以转化为虚拟机的形式，虚拟机包括操作系统和应用程序，如图1-3所示。

图1-3

使用虚拟机具有以下优点:

独立于硬件：虚拟机的运行环境与服务器硬件无直接关系(应用程序专属硬件除外)
可以移植：通过相应工具可以实现原物理机到虚拟机的转换
部署灵活：虚拟机以文件的形式，可以在不同的服务器之间灵活部署；

服务器虚拟化主要有以下两种架构:

完全虚拟化：在完全虚拟化架构中，操作系统处于隔离的环境中，不能访问专属硬件，如图1-4所示。
完全虚拟化需使用需宿主操作系统支持的虚拟机软件工作站版本，例如VMware Workstation Plaver/Pro和Oracle VM VirtualBox.
硬件辅助虚拟化：在硬件辅助虚拟化中，使用Hypervisor(虚拟化管理系统)作为服务器宿主系统，虚拟机通过标准驱动访问硬件，这需要I技术(lntelVT/AMD-V)的支持，如图1-5所示。

图1-4

图1-5

也就是说，在图1-5中的Hypervisor(虚拟化管理系统)代替了图1-4中的宿主操作系统和虚拟机软件(即Windows 10和VMware Workstation)。

硬件辅助虚拟化使用的虚拟机软件是无需宿主操作系统的服务器版本，例如VMware ESXi和Microsoft Hyper-V，二者的架构不同，如图1-6所示。

图1-6

在本文中，将以VMwareEsXi为例，介绍WinCC(亚洲版)的虚拟化应用。

1.3 有效利用服务器的硬件资源

在虚拟化的管理程序架构中，需要将物理资源以虚拟资源的方式分配给虚拟机，包括中央处理器、内存、网卡和硬盘等，如图1-7所示。

图1-7

除本地硬盘外，数据存储一般使用SAN(存储区域网络)和NAS(网络附加存储)的磁盘阵列，如图1-8所示。

图1-8

可以将物理网卡视作虚拟交换机，虚拟机的虚拟网卡视作虚拟交换机的端口，这样可以轻松实现虚拟机的跨物理服务器访问，如图1-9所示。

图1-9

2 虚拟化架构

在前面章节中介绍的两种虚拟化架构，除了原理和配置不同外，操作方式也有很大区别，如图2-1所示。

图2-1

对于完全虚拟化来说，也就是在常规的虚拟化应用来说，一般通过本机的显卡和显示器以及外设来直接操作虚拟机;而对于硬件辅助虚拟化而言，由于在服务器上同时开启了多个虚拟机，每个虚拟机可以应用于不同的场合，由不同的用户操作和控制，这样就需要在客户端通过多个RDP(远程桌面连接)或VNC(虚拟网络连接)连接到服务器来操作虚拟机。

完全虚拟化一般用于工程师站的调试，例如组态不同版本的WinCC项目，不需要同时开启多个虚拟机，如图2-2所示。

图2-2

而面对一个较为复杂的WinCC项目的网络架构，在终端总线上包括了冗余服务器、中央归档服务器、客户机以及连通站等多个组件，如图2-3所示。

图2-3

可以采用硬件辅助虚拟化的方式，即使用一台或少数几台高性能服务器实现上述终端总线上多个WinCC计算机的功能，如图2-4所示。

在图2-3中终端总线上的每一个WinCC计算机，都可以使用一个虚拟机与之对应，几乎所有WinCC的选件都可以使用虚拟机实现，如图2-5所示。

图2-5

对于运行多个虚拟机的物理服务器，必须满足若干条件，并且有一些限制，如图2-6所示。

图2-6

物理服务器一般需要四块网卡，分别用于WinCC的系统总线(与PLC通信的过程总线)、终端总线(物理服务器之间)以及办公网络(RDPNNC远程访问)和Hypervisor管理网络。

如果在WinCC的服务器和客户机上使用了Web相应选件或OPC服务器功能，则需要使用VNC或Terminal Server。

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