1、Innovation Tour 2016WinCC 虚拟化应用Page 2Innovation Tour 2016WinCC 虚拟化应用 计算机虚拟化技术简介 虚拟化架构 虚拟化配置 虚拟化总结Page 3Innovation Tour 2016计算机虚拟化技术简介什么是虚拟化 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Hardwar
2、eVirtual MachineApp.Guest OSVirtualization-LayerVMVMVMHardwareApp.Host OS非虚拟化虚拟化Page 4Innovation Tour 2016计算机虚拟化技术简介什么是虚拟化 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 Intel VT和AMD-V 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 硬件辅助(Microsoft和VMware)和软件辅助(SUN和SWSoft) 存储虚拟化 将多个存储介质模块集中在一
3、个存储池中集中管理 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 Citrix的远程应用交付和接入 网络虚拟化 Microsoft的VPN和CISCO的VLANPage 5Innovation Tour 2016计算机虚拟化技术简介CPU虚拟化 区别于多任务和超线程技术 多任务是在一个操作系统内并行运行多个程序 超线程是单CPU模拟双CPU来平衡程序运行性能，协同工作，不能分离 对于VMM(Virtual Machine Monitor)的影响 传统的纯软件虚拟化解决方案存在很多限制 通过指令
4、集提高VMM性能，简化VMM设计，支持64位操作系统的虚拟机 完整的解决方案 CPU，主板芯片组，BIOS，操作系统和软件 Intel Core i3/i5/i7，Xeon，Itanium AMD Turion，Athlon，OpteronPage 6Innovation Tour 2016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？计算机虚拟化技术简介服务器虚拟化Page 7Innovation Tour 2016计算机虚拟化技术简介服务器虚拟化 Full VirtualizationApp.Host OSHardwareDriversHypervisorGuest OSDriver
5、sApp.Guest OSDriversApp.Virtual HardwareVMwareWorkstationApp.Host OSHardwareVM-MonitorVMVM配置原理实例操作系统处于隔离的环境中不能访问专属硬件Page 8Innovation Tour 2016计算机虚拟化技术简介服务器虚拟化 Para-Virtualization不直接访问硬件映射的接口实现快速访问需要Guest OS和Hypervisor相匹配适用于开放的操作系统ESXi / Hyper-VVA( Scripts )实例LinuxApp.HypervisorHardwareDriversGuest O
6、SDriversApp.Guest OSDriversApp.Virtual HardwareApp.HypervisorHardwareVMVMParaDriversParaDrivers配置原理ParaParaPage 9Innovation Tour 2016计算机虚拟化技术简介服务器虚拟化 HW-Assisted Virtualization通过标准驱动访问硬件基于硬件的标准化适应IT新技术(Intel VT/AMD-V)由Hypervisor提供VMDirectPathHypervisorHardwareDriversGuest OSDriversApp.Virtual Hardwa
7、reIntel VT / AMD-VESXi / Hyper-VVA( Scripts )App.HypervisorHardwareVMVM配置原理实例CPULinuxGuest OSDriversApp.Page 10Innovation Tour 2016计算机虚拟化技术简介服务器虚拟化 Hypervisor常规的虚拟机软件（无需宿主操作系统支持的服务器版本）指标Microsoft Hyper-V Server 2012 R2VMware ESXi Server 5.5授权免费免费安装容量2 GB350 MB底层OSWindows Server CoreLinux主机CPU320320主
8、机内存4 TB4 TB虚拟机CPU648虚拟机内存1 TB32 GB虚拟机数量(激活)1024512性能微内核，安全性和稳定性较高单内核，易被攻击硬件成本较低较高硬件兼容性VSP/VSC 兼容大量驱动程序开发专用驱动程序管理工具标准 MMC 界面灵活直观迁移在线迁移便捷的 vMotionPage 11Innovation Tour 2016计算机虚拟化技术简介有效利用硬件资源为虚拟机分配主机CPU为虚拟机分配主机内存为虚拟机分配主机硬盘为虚拟机分配主机网卡Page 12Innovation Tour 2016WinCC 虚拟化 计算机虚拟化技术简介 虚拟化架构 虚拟化配置 虚拟化总结Page
9、13Innovation Tour 2016虚拟化架构WinCC支持虚拟化SIMATIC WinCC V7.0 SP2 发布 2010-09Thin Clients支持虚拟化 操作客户机WinCC ServerPLCVirtualization Server2011-04支持虚拟环境Thin Clients支持虚拟化 操作服务器和客户机 PLCVirtualizationServer支持编程组态 -VMware Workstation-VMware Playerhttp:/ 14Innovation Tour 2016虚拟化架构虚拟化部署 操作方式 基于客户机的虚拟化(Full Virtual
10、ization)VMware Player VMware WorkstationApp.Host OSHardwareVM-MonitorVMVM原理VMwareWorkstation实例在本机通过显卡和显示器直接操作 基于服务器的虚拟化(HW-Assisted Virtualization)VMware ESXiMicrosoft Hyper-VRDP不直接操作，通过一个或多个 RDP 客户机操作App.HypervisorHardwareVMVM原理Intel-VT/AMD-VDriverESXi / Hyper-VVA( Scripts )实例WinCCOA(PVSS)LinuxPage
11、 15Innovation Tour 2016虚拟化架构虚拟化部署 基于客户机的虚拟化(Full Virtualization) WinCC 7.0 SP3 WinCC 7.2WinCC 7.3ES用于组态 VM Ware Workstation VM Ware Player 例如不同版本的WinCCPage 16Innovation Tour 2016虚拟化架构虚拟化部署 典型应用Page 17Innovation Tour 2016虚拟化架构虚拟化部署 典型配置配置Red. WinCC ServerWinCC ServerWinCC ESWebNavigatorTerminal Serve
12、r Connectivity StationWinCC ClientThin ClientRemote Client (VNC)Mobile, Web ClientvSphere ClientPage 18Innovation Tour 2016虚拟化架构虚拟化部署 必备条件和限制 条件 至少2个CPU/Core 独立网卡用于办公网络、终端总线和过程总线 可选网卡用于HyperVisor的直接管理 必须安装VMware Tools 最大占有75%的CPU负荷 硬件兼容性满足VMware和HyperV要求 SIMATIC IPC通过VMware认证限制 RDP仅用于无Web Navigator、
13、Data Monitor、OPC等服务运行的WinCC站(否则使用RealVnc或参考FAQ 78463889) 多点触控仅用于RDP和Windows 8(WinCC Client) 不支持多屏显卡 不支持WinCC虚拟机的暂停模式 不支持预分配虚拟磁盘Page 19Innovation Tour 2016WinCC 虚拟化 计算机虚拟化技术简介 虚拟化架构 虚拟化配置 虚拟化总结Page 20Innovation Tour 2016虚拟化配置配置流程Hyper-V/ESXiAdministratorEngineeringHyper-V ManagementvSphere ClientRDP/
14、VNCOffice 1Office 2Office 3中央管理和分散监控Corporate networkWinCC WinCC WinCC WinCC WinCC WinCCPage 21Innovation Tour 2016虚拟化配置硬件和软件环境 管理机 Windows 7 Ult SP1，Windows Server 2008 R2 Std SP1 vSphere Client 5.5，vSphere Server 5.5 客户机 Windows 8.1 Ult，Windows7 Pro SP1 Remote Desktop Connection，Real VNC 服务器： VMWa
15、re ESXi Server 5.5 Windows Server 2008 R2 Std SP1，Windows 7 Pro/Ult SP1 WinCC V7.2指标DELL Power Edge Server R820HP Compaq 8200 EliteCPUIntel Xeon E4603 V2 2.2GHz (4 Core) x 2Intel Core i5 2400 3.1GHz(4 Core)内存64G 1600MHz Dual Ranked26GB DDR3 1600MHz硬盘600G x 3 (RAID 5)500G网卡Broadcom 5720 QP Gigabit x
16、4Intel 82579LM Gigabit通信处理器xCP1623 / CP5621Page 22Innovation Tour 2016虚拟化配置CPU 虚拟化检测和设置 检测工具：SecurAble/EVEREST Hardware Virtualization BIOS VT-x VT-d(DirectPath)Page 23Innovation Tour 2016虚拟化配置服务器安装 ESXi Server 5.5Page 24Innovation Tour 2016 用户管理 密码复杂性 网络接口虚拟化配置服务器配置 ESXi Server 5.5Page 25Innovation
17、 Tour 2016 管理和配置服务器 用户登录 大小写敏感 证书认证虚拟化配置管理机配置 vSphere ClientPage 26Innovation Tour 2016虚拟化配置管理机配置 创建虚拟机Page 27Innovation Tour 2016虚拟化配置管理机配置 安装虚拟机 控制台模式(Console) 安装VM ToolsPage 28Innovation Tour 2016虚拟化配置客户机配置 RDP/VNC Windows 7: RDP Windows Server 2008 R2: RDP(Console)/VNC(RealVNC Server/Viewer)Page
18、 29Innovation Tour 2016 虚拟机直接访问主机的I/O设备(PCI) Intel VT-D/AMD-V IOMMU 非Hypervisor管理 网卡和显卡 一个I/O设备仅用于一台虚拟机 一台虚拟机支持两个I/O设备硬件直通 限制(非vKernel) Snapshot(快照) vMotion(迁移) 虚拟设备的热添加和热移除 暂停和恢复 记录和重放 HA/FT/DRS虚拟化配置硬件直通配置 DirectPathPage 30Innovation Tour 2016 SIMATIC NET V13 SP1虚拟化配置硬件直通配置 兼容硬件和软件Page 31Innovation
19、 Tour 2016虚拟化配置硬件直通配置 CP1623 IPage 32Innovation Tour 2016虚拟化配置硬件直通配置 CP1623 IIPage 33Innovation Tour 2016虚拟化配置WinCC和S7-400H/PN通信 (CP1623) I S7-400H/PN vSphere ClientWinCC Client Windows 7WinCC Server WS 2008WinCC ClientWindows 7RDP ClientRDP ClientWinCC Client Windows 7WinCC ClientWindows Hypervisor
20、 VMware ESXi 0Page 34Innovation Tour 2016虚拟化配置WinCC和S7-400H/PN通信 (CP1623) II Page 35Innovation Tour 2016虚拟化配置WinCC和S7-400H/PN通信 (CP1623) III 切换时间延时12秒Page 36Innovation Tour 2016虚拟化配置WinCC和S7-400H/PN通信 (IE General/虚拟网卡) I vSphere ClientWinCC ServerWS 2008WinCC Client Windows 7WinCC Server WS 2008WinC
21、C ClientWindows 7RDP ClientRDP ClientHypervisor VMware ESXi 1Hypervisor VMware ESXi 2RedundantS7-400H/PN Page 37Innovation Tour 2016虚拟化配置WinCC和S7-400H/PN通信 (IE General/虚拟网卡) II Page 38Innovation Tour 2016虚拟化配置WinCC和S7-400H/PN通信 (IE General/虚拟网卡) III 需要NET许可证 切换时间延时12秒Page 39Innovation Tour 2016虚拟化配置
22、USB 设备 ESXi支持主机USB接口 ESXi不支持热插拔Page 40Innovation Tour 2016虚拟化配置WinCC ASIA USB Dongle AnywhereUSB Remote I/O Concentrator Ethernet USBPage 41Innovation Tour 2016虚拟化配置迁移(vMotion) vCenter Server I 集中管理ESXi主机及其虚拟机 vSphere Client vSphere Web Client 基于域管理和数据库(SQL Server 2008 Express)Page 42Innovation Tour
23、 2016虚拟化配置迁移(vMotion) vCenter Server II Page 43Innovation Tour 2016虚拟化配置迁移(vMotion) 原理 计划内停机维护中，将虚拟机从一台主机移动到另一台主机 检测源主机和目标主机的状态和兼容性(包括专用于vMotion的GB和非路由网络) 复制虚拟机硬盘文件(非共享存储) 复制虚拟机(启动或暂停)内存状态 在目标主机上注册并接管虚拟机 在源主机上注销虚拟机Page 44Innovation Tour 2016虚拟化配置迁移(vMotion) VMkernal Page 45Innovation Tour 2016虚拟化配置迁
24、移(vMotion) 过程(无共享存储) Page 46Innovation Tour 2016虚拟化配置迁移(vMotion) 自动报警触发事件 Page 47Innovation Tour 2016WinCC 虚拟化应用 计算机虚拟化技术简介 虚拟化架构 虚拟化配置 虚拟化总结Page 48Innovation Tour 2016虚拟化总结硬件兼容性Page 49Innovation Tour 2016虚拟化总结软件兼容性 WinCC V7.2 Windows Server 2008 R2 Hyper-V VMware ESXi 5.0(ASIA Dongle直接用于主机，未发布USB H
25、UB) SIMATIC NET V8.2 VMware ESXi 5.0 CP1623/1628，CP5621/5623 WinCC V7.3 Windows Server 2012 R2 Hyper-V VMware ESXi 5.1(ASIA Dongle专用USB HUB) SIMATIC NET V12 VMware ESXi 5.1 CP1623/1628，CP5623/5624/5711Page 50Innovation Tour 2016虚拟化总结vMotion vs HA vs FTvSphere vCenter ServerShared StorageHA 物理主机宕机时，所
26、有虚拟机立即关闭。受影响的虚拟机在其它主机上自动重启 注意：存在数据丢失FT 在服务器宕机时，提供系虚拟机的连续可用性vMotionHA (High Availability)FT (Fault Tolerance)vMotion 在两台不同主机间移动 SANPage 51Innovation Tour 2016虚拟化总结HA(High Availability) 计划外宕机保护，将出现故障的主机中的虚拟机在其它主机上启动(510min.)Interval time = Start time(VM & App.) + Agent Heartbeat(15s) 基于群集 基于共享存储 专用于心跳
27、检测的网络(vKernel) WinCC不支持HA(High Availability)Page 52Innovation Tour 2016虚拟化总结FT(Fault Tolerance) 为源虚拟机创建主要和次要副本 主要副本处于活动状态，运行程序和服务 次要副本参照主要副本的输入，重演所有活动 Hypervisor检测主要副本心跳 主要副本所在主机宕机，心跳中断 次要副本立刻变为活动的主要副本 虚拟机服务不会中断 系统生成新的次要副本 WinCC不支持FT(Fault Tolerance)Page 53Innovation Tour 2016虚拟化总结优势 降低硬件成本更高效更安全稳定的
28、系统环境简单的移植更灵活非虚拟化虚拟化昂贵、高性能的硬件低成本的客户机，减少硬件需求 新设备 PDA，瘦客户机，防爆区域， 耗费时间的安装， Updates/Patches、.通过PC镜像部署受限于硬件 脱离硬件的独立虚拟机简便快速的基于中央管理的安装、更新、备份和恢复标准PC的诸多威胁 USB设备、磁盘设备、屏蔽瘦客户机威胁，虚拟机服务器的中央保护操作运行中更换硬件 RAID-HDD/SSD、内存客户机宕机 无过程连接替换/更换硬件 = 重新安装扩展新硬件/移植新系统 通过简单复制管理虚拟机AAAABCPage 54Innovation Tour 2016虚拟化总结收益和挑战显而易见的收益虚
29、拟机的中央管理提高网络安全通过整合物理服务器和客户机降低硬件成本扩展应用领域:瘦客户机解决方案 (现场级操作面板、移动 PDA)影响决策的因素 基于专用服务器硬件提高可用性灵活部署独立虚拟机总成本服务器硬件、虚拟化许可证、维护和管理搭建虚拟化架构需要专业培训虚拟化环境的专业背景知识必不可少Page 55Innovation Tour 2016虚拟化总结工业领域愿景 竞争对手 Rockwell: Virtual Image Templates Emerson: DeltaV Virtual Studio Honeywell: Experion Virtualization 应对：SIMATIC Virtualization Service PCS7 WinCC
