一种基于工业私有云的虚拟机管理系统的制作方法

1.本发明涉及工业生产私有云环境的安全保护领域，保证生产现场安全，稳定，可靠的连续生产；具体地，涉及一种基于工业私有云的虚拟机管理系统。


背景技术：

2.工控机经常会在环境比较恶劣的环境下运行，对数据的安全性要求也更高，所以工控机通常会进行加固、防尘、防潮、防腐蚀、防辐射等特殊设计，但由于每台机器以及每套生产系统都需要有一台或者多台工控机作为上位机，与生产设备及其他中央控制系统进行通信，于是会出现工控机对操作系统依赖性较大，目前已经出现大量工控机无法升级改造，工控机故障会严重影响生产系统正常运行，甚至造成停产；其次占地面积大、安装成本高等也是问题。如果某台工控机出现故障，需要维修人员花费很长时间进行软件部署，甚至某些行业需要全副武装并进行洁净才可进行维修，而且，由于工控机数量多，维护成本和能源成本都很高，并且随着微软对window xp以及windows 7系统不在支持，已出现很多工厂因为工控机故障进而会影响工厂的生产的问题。并且，当工控机由于长时间工作，非常容易出现老化的情况，当工控机老化后，需要对老化的工控机进行更换，而新购置的工控机又没办法安装现场的应用软件，这样就会造成很高的软件升级成本；此时还需要大量的人工成本及设备成本。
3.随着硬件技术的发展，虚拟机技术被广泛应用在工业生产现场中。它通过将固定的、有限的工控机资源虚拟化为可配置的、可控的、易管理的虚拟计算机资源，并集成到一台或多台虚拟机服务器内，也解决了工厂内部需要在每台生产设备上安装工控机的技术问题，进一步解决了工控机对操作系统的依赖，占地面积大、安装成本高的技术问题。但如果当所述虚拟机服务器出现故障时，那么集成在所述虚拟机服务器内部的虚拟机将全部停止运行，这将为工业现场带来不可估量的损失。如何为虚拟机服务器提供高可用性冗余系统，是一个亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于工业私有云的虚拟机管理系统。
5.根据本发明提供的一种基于工业私有云的虚拟机管理系统，包括：客户端、位于工业生产现场的虚拟机服务器、现场设备的plc控制设备，以及实现所述客户端与虚拟机服务器连接的第一交换器，和实现所述虚拟机服务器与所述plc设备连接的第二交换器，所述客户端用于发送控制所述现场设备的控制指令及接收并显示所述现场设备的实时数据，所述虚拟机服务器用于为各个所述现场设备的plc控制系统以及scada控制系统创建对应的虚拟机，包括：接收与所述现场设备的plc控制设备对应的虚拟机创建请求，所述创建请求中携带有创建所述虚拟机所需的配置信息；获取所述请求中携带的配置信息，根据所述配置信息在所述虚拟机服务器内部的第一宿主机内部创建对应于plc控制系统以及scada控制
系统的第一虚拟机，以及，在第二宿主机内部创建对应于plc控制系统以及scada控制系统的第一备用虚拟机；在所述第一宿主机出现故障时，由所述第二宿主机内的第一备用虚拟机接管所述第一宿主机内部的所述第一虚拟机的运行，以及，在所述第一宿主机内部的某一所述第一虚拟机的负载持续超过阈值时，所述虚拟机服务器针对所述负载持续超过阈值的所述第一虚拟机，自动创建配置资源更多的第二虚拟机，并由所述第二虚拟机接管所述负载持续超过阈值的第一虚拟机，所述第二虚拟机的运行在正常负载范围内。
6.优选的，所述虚拟机服务器内部还安装有存储设备，所述存储设备内部存储有运行所述第一虚拟机的第一配置文件，所述第一宿主机内部的第一虚拟机或所述第二宿主机内部的第一备用虚拟机均能够实时读取并更新所述第一配置文件，所述在所述第一宿主机出现故障时，由所述第二宿主机内的第一备用虚拟机接管所述第一宿主机内部的所述第一述虚拟机的运行，包括：在所述第一宿主机出现故障时，所述虚拟机服务器启动所述第二宿主机内部的第一备用虚拟机，所述第一备用虚拟机实时从所述存储设备中读取所述第一配置文件，并实时使用所述第一备用虚拟机产生的数据更新所述第一配置文件。
7.优选的，所述在所述第一宿机内部的某一所述第一虚拟机的负载持续超过阈值时，所述虚拟机服务器针对所述负载持续超过阈值的所述第一虚拟机，自动创建配置资源更多的第二虚拟机，并由所述第二虚拟机接管所述负载持续超过阈值的第一虚拟机的运行，所述第二虚拟机的运行在正常负载范围内，包括：在所述第一宿主机内创建配置资源更多的第二虚拟机，所述虚拟机服务器关闭所述负载持续超过阈值的第一虚拟机的运行，同时启动所述第二虚拟机，所述第二虚拟实时读取并更新所述存储设备内部的第一配置文件，以接管所述负载持续超过阈值的第一虚拟机的运行。
8.优选的，所述在所述第一宿机内部的某一所述第一虚拟机的负载持续超过阈值时，所述虚拟机服务器针对所述负载持续超过阈值的所述第一虚拟机，自动创建配置资源更多的第二虚拟机，并由所述第二虚拟机接管所述负载持续超过阈值的第一虚拟机，所述第二虚拟机运行在正常负载范围内，包括：为所述第二宿主机内部对应于所述负载持续超过阈值的虚拟机的所述第一备用虚拟机分配更多的资源，将所述第一备用虚拟机改造为资源更多的第二虚拟机；根据所述负载的情况，为所述第二虚拟机分配的资源能够满足所述负载对资源的要求，所述第二虚拟机实时读取并更新所述存储设备内部的第一配置文件，接管所述负载持续超过阈值的第一虚拟机。
9.优选的，在所述将所述第一备用虚拟机改造为资源更多的第二虚拟机，接管所述负载持续超过阈值的第一虚拟机后，执行如下步骤：所述虚拟机服务器为所述第一宿主机内的出现负载持续超过阈值的第一虚拟机配置更多的资源；重新启动所述第一宿主机内所述资源更多的第一虚拟机，由第一宿主机内部的第一虚拟机接管所述第二宿主机内第二虚拟机的运行；使所述第二虚拟机停止运行，将所述第二宿主机设置为待机状态。
10.优选的，在所述第一宿主机内部的某一第一虚拟机出现故障时，由所述第二宿主机内与所述出现故障的第一虚拟机对应的第一备用虚拟机实时读取并更新所述存储设备内部的所述第一配置文件，并根据所述第一配置文件提供的信息，接管所述出现故障的所述第一虚拟机。
11.优选的，所述在所述第一宿主机内部的某一第一虚拟机出现障时，由第二宿主机内与第一宿主机内部出现故障的虚拟机对应的所述第一备用虚拟机实时读取并更新所述
存储设备内部的所述第一配置文件，并根据配置文件提供的信息，接管出现故障的所述第一虚拟机的步骤之后，执行如下步骤：在第一宿主机内部创建与第二宿主机内部的第一备用虚拟机对应的第二备用虚拟机，第二备用虚拟机创建完毕后，由所述虚拟机服务器使所述第二备用虚拟机接管所述第一备份虚拟机运行，并使所述第一备用虚拟机停止运行，将所述第二宿主机设置为待机状态。
12.优选的，所述虚拟机管理系统还包括：外部接入电源及内部备用电池组，当所述外部接入电源断电或故障时，由内部备用电池组继续为所述虚拟机管理系统供电。
13.优选的，所述虚拟机服务器还用于为所述虚拟机管理系统创建网络环境。
14.优选的，所述为所述虚拟机管理系统创建网络环境，包括：用于使所述虚拟机服务器与所述客户端和所述plc控制设备之间既通信又隔离的外部网络；用于使所述虚拟机服务器与所述宿主机之间通信的内部网络；用于使所述存储设备之间与所述第一虚拟机、第一备用虚拟机及所述虚拟机服务器通信的专用网络，其中，所述专用网络不限于星型网络，工业双网，工业环网。
15.与现有的虚拟机管理系统相比，本技术提供的虚拟机管理系统中包含的虚拟机服务器中包含第一宿主与第二宿主机，在第一宿主机出现故障时，可以由第二宿主机接管所述第一宿主机的运行。从而避免了因第一宿主机出现故障而导致所述虚拟机管理系统不能正常运行的情况发生，提高了虚拟机管理系统的稳定性。且在本技术虚拟机服务器内部的虚拟机出现负载持续超过阈值时，本技术可以为所述负载持续超过阈值的虚拟机配置更多的资源，从而使虚拟机有足够的资源继续运行，因此，通过上述方案进一步的提高了所述虚拟机管理系统的高可用性，提高了用户的体验度。
附图说明
16.为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
17.图1为本发明实施例的虚拟机管理系统的示意图。
18.图2为本发明第二实施例的虚拟机管理系统的网络环境的示意图
具体实施方式
19.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
20.本技术提供的实施例可以应用于工业现场的生产场景。请参照图1，其为本发明实施例的工业现场虚拟机管理系统的示意图，如图1所示，所述虚拟机服务器103通过第一交换器102与客户端101(包括图1中的客户端101-1、客户端101-2、
…
和客户端101-n)连接。所述虚拟机服务器103通过第二交换器109与现场设备的plc控制设备110(包括图1中的plc控制设备110-1、plc控制设备110-2、
…
和plc控制设备110-n)连接。所述虚拟机服务器103内部设置有包含虚拟机的第一宿主机104-1与第二宿主机104-2，所述第一宿主机104-1内部的第一虚拟机105(包括图1中的第一虚拟机105-1、第一虚拟机105-2、
…
和第一虚拟机105-n)与所述plc控制设备110以及所述客户端101存在一一对应关系，所述第二宿主机104-2内部的第一备用虚拟机106(包括图1中的第一备用虚拟机106-1、第一备用虚拟机106-2、
…
和
第一备用虚拟机106-n)与所述第一宿主机104-1内部的第一虚拟机105为一一对应关系。所述虚拟机服务器内部还设置有存储设备107，所述存储设备107内部存储有运行所述第一虚拟机105的第一配置文件(包括图1中的第一配置文件108-1、第一配置文件108-2、
…
和第一配置文件108-n)，所述第一配置文件108存储有运行所述第一虚拟机105的数据，以及，还存储着所述plc控制系统发送来的现场设备(未图示)的生产数据。需要说明的是，所述现场设备的plc控制设备110中的plc控制系统控制着现场设备的运行，而现场设备的plc控制系统的控制指令由虚拟机服务器103内部的与所述plc控制设备110相对应的第一虚拟机105发送。因此，在需要采用本技术的虚拟机管理系统中的虚拟机105替换工业现场的工控机时，则需要在所述第一宿主机104-1内部创建与现场plc控制系统以及工业现场的工控scada(supervisory control and data acquisition，数据采集及监视)控制系统相对应的第一虚拟机105，其中，工控scada控制系统负责监视plc控制系统内部的数据，当plc控制系统生成新的数据时，由所述虚拟机服务器内部与所述plc控制系统相对应的工控scada控制系统采集所述数据，并将所述数据存储到与所述第一虚拟机105相对应的第一配置文件内部，于是，所述客户端101根据现场的生产需要向所述虚拟机服务器103发送对应于现场工控机的第一虚拟机105创建请求，所述请求中携带有创建所述第一虚拟机105所需要的配置信息，所述配置信息与现场工控机的配置相对应，所述虚拟机服务器103根据所述第一虚拟机105创建请求，在第一宿主机104-1内部创建与所述现场工控机相对应的第一虚拟机105，在所述第一虚拟机105创建完成后，由虚拟机服务器103内部的第一虚拟机105替代工业现场的工控机。具体的，由工作人员通过客户端101向第一虚拟机105发送生产指令。然后，由所述第一虚拟机105根据所述生产指令，向现场设备的plc控制设备110发送控制指令。其后，由所述现场设备的plc控制设备110控制着现场设备的生产。在生产过程中，所述现场设备的plc控制设备110实时向所述虚拟机服务器103发送现场设备的生产数据，所述虚拟机服务器103将接收到的所述生产数据存储到所述存储设备107内部的第一配置文件108内部，同时由所述第一虚拟机105读取所述第一配置文件108内部的数据，再由所述第一虚拟机105实时对所述数据进行分析与处理，并根据分析结果生成控制指令与生产状态显示数据，然后由所述第一虚拟机105将所述控制指令与所述生产状态显示数据存储至所述存储设备107内部的第一配置文件108内部，再由所述虚拟机服务器103读取第一配置文件108内部的所述控制指令并发送给现场设备的plc控制设备110，进而控制现场生产设备的生产，以及由所述虚拟机服务器103读取所述第一配置文件108内部的所述生产状态显示数据并发送给所述客户端，由所述客户端101实时对生产设备的生产过程进行显示，从而操作人员可以根据客户端101对现场的生产设备的生产过程进行监控。
21.在本实施例中，所述虚拟机服务器103还用于在所述第二宿主机104-2内创建与第一宿主机104-1内部第一虚拟机105配置一致且存在一一对应关系的第一备用虚拟机106，并为所述第一备用虚拟机106和所述存储设备107建立连接。基于此，当所述虚拟机服务器监测到第一宿主机104-1出现故障时，由所述虚拟机服务器103启动所述第二宿主机104-2，进而由所述第二宿主机104-2内部的第一备用虚拟机106接管所述第一宿主机104-1内部所述第一虚拟机105的运行。具体的，由所述第一备用虚拟机106读取所述存储设备内部的第一配置文件108的数据，然后，由所述第一备用虚拟机106根据所述存储设备内部的第一配置文件108存储的数据，生成发送给所述plc控制设备的控制指令，以及生成发送供所述客
户端展示给工作人员的生产状态显示数据。通过上述方式可以实现所述第一备用虚拟机106直接接管所述第一宿主机104-1内部的第一虚拟机105运行，进而实现了当虚拟机服务器103内部的第一宿主机104-1出现故障时，由第二宿主机104-2内的第一备用虚拟机106接管第一宿主机104-1内部的第一虚拟机105读取所述第一配置文件108内的数据，并由所述第一备用虚拟机106根据所述第一配置文件108的数据向所述现场设备的plc控制设备110发送控制指令。从而避免了因第一宿主机104-1出现故障而导致对现场设备不能继续控制的情况出现，提高了所述虚拟机服务器103的可用性。且上述过程不会对现场设备以及现场设备的plc控制设备110造成任何影响，从而使现场设备的运行更加稳定。
22.在本技术实施例中，所述虚拟机服务器103还可以用于监测所述虚拟机服务器103内部第一虚拟机105的负载情况，当监测到所述第一虚拟机105的负载持续超过预设的阈值时，表明所述负载持续超过阈值的第一虚拟机105的资源不够了，此时，所述虚拟机服务器103根据所述负载持续超过阈值的第一虚拟机105，自动创建资源更多的第二虚拟机接管所述负载持续超过阈值的第一虚拟机105。其具体实现方式包括：在所述第一宿主机104-1内创建配置资源更多的第二虚拟机，由所述第二虚拟机接管所述负载持续超过阈值的第一虚拟机105的运行，进而通过所述第二虚拟机继续对所述负载持续超过阈值的第一虚拟机105对应的plc控制设备发送控制指令，并由所述虚拟机服务器103将第一宿主机104-1内部的所述负载持续超过阈值的第一虚拟机105删除以释放资源。
23.在本技术实施例中还有另外一种实施方式，具体为：在所述虚拟机服务器103监测到第一宿主机104-1内部的第一虚拟机105的负载持续超过阈值时，为在所述第二宿主机104-2内部且与所述负载持续超过阈值的第一虚拟机105相对应的第一备用虚拟机106分配更多的资源，将第一备用虚拟机106改造为资源更多的第二虚拟机以接管所述负载持续超过阈值的第一虚拟机105的运行，进而通过所述第二虚拟机继续对所述负载持续超过阈值的第一虚拟机105对应的plc控制设备发送控制指令。同时，由所述虚拟机服务器控制第一宿主机104-1内部的所述负载持续超过阈值的第一虚拟机105停止运行，进一步的，由所述虚拟机服务器103为所述第一宿主机104-1内的出现负载持续超过阈值的第一虚拟机105重新配置更多的资源，在此基础上，由所述虚拟机服务器启动第一宿主机104-1内所述被重新配置更多资源的第一虚拟虚拟机105，再由所述第一宿主机104-1内部的所述与所述第二宿主机104-2对应的第一虚拟机105接管所述第二宿主机104-2内第二虚拟机的运行，并使所述第二虚拟机停止运行，将所述第二宿主机104-2设置为待机状态。使所述虚拟机服务器103内部的第二宿主机104-2处于待机状态，在解决了因虚拟机负载超过阈值导致虚拟机不能继续向plc控制设备发送控制指令问题的同时，还实现了使所述虚拟机服务器内部只有一台宿主机运行，进而实现了如下降低虚拟机服务器103的功耗效果。
24.在本技术实施例中，当所述第一宿主机104-1内部的某一第一虚拟机105出现故障时，由第二宿主机104-2内与所述第一宿主机104-1内出现故障的第一虚拟机105对应的第一备用虚拟机106接管所述出现故障的虚拟机继续运行。现在由于服务器内部的第一宿主机104-1和第二宿主机104-2都在运行，为减小所述虚拟机服务器103的功耗，执行以下步骤：由所述虚拟机服务器103删除第一宿主机104-1内的出现故障的第一虚拟机105，再通过所述虚拟机服务器在所述第一宿主机104-1内部创建与第二宿主机104-2内部的第一备用虚拟机106对应的第二备份虚拟机；在第二备份虚拟机创建完毕后，由所述虚拟机服务器
103使所述第二备份虚拟机接管第一备用虚拟机106运行，并使第一备用虚拟机106停止运行，将所述第二宿主机104-2设置为待机状态。进而使所述虚拟机服务器内部的一个宿主机处于运行状态，减小了虚拟机服务器103的功耗。
25.本技术实施例的虚拟机服务器103还可以为所述虚拟机管理系统创建网络环境，所述虚拟机管理系统的网络环境如图2所示，所述网络环境包括：使所述虚拟机服务器103与所述客户端101和所述plc控制设备110之间通信的外部网络，使所述虚拟机服务器103与所述第一宿主机104-1和第二宿主机104-2之间通信的内部网络，使所述第一虚拟机105、第一备用虚拟机106和所述虚拟机服务器与所述存储设备107之间通信的专用网络。所述外部网络可以是工场内部的局域网，也可以是能与外部进行通信的公共网络，当所述外部网络采用所述公共网络时，为保证数据的安全性，为所述外部网络添加防火墙以防止数据的泄漏。当所述外部网络为工场内部的局域网时，工场的生产数据只在工场内部的网络中进行传输，从根本上解决了数据的安全性。所述内部网络采用的是工场内部的局域网，使所述客户端101不能通过所述外部网络与所述虚拟机服务器103内部的第一宿主机104-1、第二宿主机104-2及第一虚拟机105和第一备用虚拟机106以及所述存储设备107进行通信，也并不能通过所述外部网络访问所述虚拟机服务器103内部的第一宿主机104-1、第二宿主机104-2和第一虚拟机105和第一备用虚拟机106以及存储设备的数据，进而保证了所述宿主机与所述虚拟机数据的安全性。并且，本技术在根据创建请求创建第一虚拟机105时，采用的是虚拟机服务器103创建的内部网络，所述内部网络是只能使所述虚拟机服务器103与所述虚拟机以及第一宿主机104-1、第二宿主机104-2之间进行通信的网络，以及，在本技术中所述虚拟机服务器103、所述第一虚拟机105以及第一备用虚拟机106读取所述存储设备107内部的数据采用的是虚拟机服务器103创建的专用网络，所述专用网络是只能使所述存储设备之间与所述第一虚拟机、第一备用虚拟机及所述虚拟机服务器通信的专用网络，进而保证了所述现场数据安全性。具体的，所述专用网络不限于星型网络，工业双网，工业环网。在上述创建所述第一虚拟机105以及将所述第一虚拟机105的数据迁移至第一备用虚拟机106的过程中，数据都是在虚拟机服务器103内部传输，且之间并没有重叠，因此，保证了数据的安全性与稳定性。
26.可选的，在所述虚拟机管理系统的虚拟机服务器内部还配置有外部接入电源和内部第一备用电池组，当所述外部接入电源出现断电情况或发生故障时，由所述内部第一备用电池组继续为所述虚拟机管理系统供电以使所述虚拟机管理系统继续提供服务，提高了所述虚拟机管理系统的可用性，进而提高了用户的体验度。
27.本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。