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摘要：高速公路监控中心由于集中了高速公路营运管理方面的多个应用系统，里面安装部署了大量的各种服务器。随着营运管理的需求不断增加，还有更多的服务器安装部署进来。然而监控中心机房在空间、供电、通风、消防等方面的资源的固定的，不能随便增加。更重要的是，很多应用系统并不需要独立的服务器去支撑。以上两方面的原因，造成了监控中心机房在负载以及性能优化方面面临极大的压力。本文探讨了高速公路监控中心机房服务器架设优化的几个技术方面的方案。
关键词：高速公路；监控中心机房；服务器
目前，我国高速公路机电系统一般由三大基础系统组成：通信系统，收费系统以及监控系统。这三个系统的设备以及应用总节点都在路段监控中心机房。监控中心机房成了整个高速公路营运管理的核心。高速公路监控中心由于集中了高速公路营运管理方面的多个应用系统，里面安装部署了大量的各种服务器。随着营运管理的需求不断增加，还有更多的服务器安装部署进来，造成高速公路不断的扩容升级。然而监控中心机房在空间、供电、通风、消防等方面的资源的固定的，不能随便增加。更重要的是，很多应用系统并不需要独立的服务器去支撑，往往造成服务器资源的极大浪费。以上两方面的原因，造成了监控中心机房在负载以及性能优化方面面临极大的压力，很有必要对监控中心服务器部署架构进行优化，以实现应用优化、节约资源、节能减排以及便于维护的目的。
一、现状分析
以XX高速公路为例，监控中心机房部署了多个系统的多台服务器。有些服务器工作载荷很小，用户访问量需求也不大，性能要求不是太高；而有些服务器却负担着较大的用户访问量，性能需求较高。为了有效整合资源，释放机柜空间，实现用户访问负载均衡，在不增加新服务器的情况下需要对多个服务器部署方式进行优化。
目前监控中心机房服务器部署现状见下表：
表一 XX高速公路监控中心服务器统计表
XX高速公路监控中心服务器统计表
序号名称品牌型号配置负载备注
1紧急电话服务器IBM System X3650处理器：Xeon E5405 2GHz 1颗，内存：2GB DDR2，硬盘：SAS 146.8G 1个低Linux程序，只连接机电内网
2流媒体服务器HP ProLiant DL380 G6处理器：Xeon E5504 2GHz 1颗，内存：4GB DDR3，硬盘：SAS 146G 3个高需要连接机电内网及中国电信10M光纤专线
3事件检测服务器HP ProLiant DL380 G7处理器：Xeon E5640 2.66GHz 1颗，内存：6GB DDR3，硬盘：SAS 300G 4个高需要连接机电内网、交通集团、办公网、联通专线
4管理服务器IBM System X3650 M3处理器：Xeon X5647 1颗，内存：8GB DDR3，硬盘：SAS 300G 1个低只连接机电内网
5防病毒服务器IBM System X3650 M2处理器：Xeon E5504 1颗，内存：4GB DDR2，硬盘：SAS 300G 1个低只连接机电内网及办公网
6防火墙\IPD管理服务器IBM System X3650 M2处理器：Xeon E5504 1颗，内存：4GB DDR2，硬盘：SAS 146.8G 2个低Linux程序，对防火墙及IPD设定进行管理
7监控服务器HP ProLiant DL580 G7处理器：6核Xeon E7 1颗，内存：6GB DDR2，硬盘：SAS 300G 3个高只连接机电内网
8高清卡口服务器DELL R510处理器：Xeon E5506 2颗，内存：16GB DDR2，硬盘：SAS 300G 2个高需要连接机电内网、交通集团、办公网、联通专线
二、技术方案
优化整合的原则是先考虑专用性和数据安全等级，然后是兼容性。采用集群冗余技术以及负载均衡技术对服务器系统进行优化。
集群冗余技术原理
图一故障迁移示意图
集群是一组相互独立的、通过高速网络互联的计算机，它们构成了一个组，并以单一系统的模式加以管理。一个客户与集群相互作用时，集群像是一个独立的服务器。集群配置是用于提高可用性和可缩放性。集群技术使系统在故障发生时仍可以继续工作，将系统停运时间减到最小。集群系统在提高系统的可靠性的同时，也大大减小了故障损失。
当集群中的一个系统发生故障时，集群软件迅速做出反应，将该系统的任务分配到集群中其它正在工作的系统上执行。考虑到计算机硬件和软件的易错性，高可用性集群的主要目的是为了使集群的整体服务尽可能可用。如果高可用性集群中的主节点发生了故障，那么这段时间内将由次节点代替它。次节点通常是主节点的镜像。当它代替主节点时，它可以完全接管其身份，因此使系统环境对于用户是一致的。
高可用性集群使服务器系统的运行速度和响应速度尽可能快。它们经常利用在多台机器上运行的冗余节点和服务，用来相互跟踪。如果某个节点失败，它的替补者将在几秒钟或更短时间内接管它的职责。因此，对于用户而言，集群永远不会停机。
负载均衡技术原理
负载均衡（又称为负载分担），英文名称为Load Balance，其意思就是将负载（工作任务）进行平衡、分摊到多个操作单元上进行执行，例如Web服务器、FTP服务器、企业关键应用服务器和其它关键任务服务器等，从而共同完成工作任务。
负载均衡可分为硬件负载均衡设备解决方案和负载均衡软件解决方案两种。前者投资大，适用于大规模系统应用，后者性价比高，适用于小型系统。目前较为成熟可靠的负载均衡软件有PRIMECLUSTER（PCL）SIS。
PRIMECLUSTER（PCL）SIS是一个功能强大的基于软件的负载均衡产品，提供可扩展的容错网络服务。SIS帮助用户建立一个可扩展的、可靠的并易于管理的服务器集群，提供了在Linux、Solaris、Windows环境下实现负载均衡（Load Balance）的高效、可靠和高性价比的方案。
PCL-SIS集群中的节点可通过一至多个虚拟IP（VIP）地址来访问，在用户面前就好象是一个网络服务器。
PCL-SIS节点可以包括Linux、Solaris或Windows，它们共享不同服务的负载。有了SIS，用户可配置每项服务的负载共享，还可运用多种负载均衡算法对特殊应用及站点需求进行细调。
PCL-SIS删除了单一故障点并确保以下可用性：
?如果任一SIS节点或服务出现故障，SIS会对故障节点周围的请求进行调度；
?任一出现故障的SIS模块会得到适度修复；
?曾启动过SIS的故障节点重启之后将无缝加入集群，从而恢复最大性能。
?通过将出局包从NIC路由至功能节点，SIS可恢复NIC故障。
SIS具有以下特色：
?为所有外部用户提供单一IP目标地址
?易于添加节点和服务
?基于每个端口的TCP和UDP服务配置
?多种可用的负载均衡算法
?无缝处理节点故障、服务故障和组件故障
?灵活的备份节点管理
本项目采用软件负载均衡解决方案。
服务器负载的评价方式
目前京珠北监控中心的众多服务器的负载情况可用以下三种方式进行评定：
1）事务请求频率：对于管理型服务器，它的事务请求频率相对较低；对于应用处理型服务器，它的事务请求相对较高。
2）网络流量：网络流量高的服务器负载相对较高。对于进行视频处理的服务器，其网络流量是最高的（视频事件服务器、流媒体服务器和高清卡口服务器）。
3）运算任务：对于业务交叉程度较高的系统，其运算任务相对较高。例如监控服务器，既需要采集大量设备数据，也需要复杂的分析运算，其运算任务相对较重。这一点可以通过服务器CPU及内存资源的占用进行评估。
本项目将对各服务器的实时流量进行检测，对服务器CPU及内存资源的占用进行情况评估评估，从而得到服务器负载曲线表。从而制定优化计划。
由于高清卡口服务器（表一第8项）在专用性和数据安全等级上面较高，所以不做改动，保持原有独立性。事件检测服务器（表一第3项）由于要实时分析摄像枪传送过来的图像，工作负载也是比较高，所以建议保留原有独立性。紧急电话服务器及防火墙\IPD管理服务器（表一第1、6项）由于都是需要Linux操作系统，所以可以合并为一台机器进行部署。管理服务器以及监控服务器（表一第4、7项）可以合并进行服务器集群部署，提高系统的可靠性。防病毒服务器、以及媒体服务器（表一第2、5项）需要支撑大客户访问量所以建议扩充为三台服务器进行负载均衡。可以用三台服务器同时部署流媒体服务软件，然后增加一套负载均衡软件PRIMECLUSTER（PCL）SIS。通过系统设置将视频分发的服务分别部署在不同的服务器上，以此达到访问负载均衡的目的。这样的改动需要对原有浏览客户端软件进行重新设置，将不同的视频源参数（IP地址和端口）进行重新设置。
合并后的情况见下表：
表二XX高速公路监控中心服务器优化后统计表
XX高速公路监控中心服务器优化后统计表
序号名称品牌型号配置负载备注
1紧急电话服务器、防火墙\IPD管理服务器IBM System X3650处理器：Xeon E5405 2GHz 1颗，内存：2GB DDR2，硬盘：SAS 146.8G 1个低Linux程序，只连接机电内网
2流媒体服务器、防病毒服务器IBM System X3650 M3处理器：Xeon X5647 1颗，内存：8GB DDR3，硬盘：SAS 300G 1个高需要连接机电内网及中国电信10M光纤专线。三台服务器进行分布式的负载均衡优化。
IBM System X3650 M2处理器：Xeon E5504 1颗，内存：4GB DDR2，硬盘：SAS 300G 1个
IBM System X3650 M2处理器：Xeon E5504 1颗，内存：4GB DDR2，硬盘：SAS 146.8G 2个
3事件检测服务器HP ProLiant DL380 G7处理器：Xeon E5640 2.66GHz 1颗，内存：6GB DDR3，硬盘：SAS 300G 4个高需要连接机电内网、交通集团、办公网、联通专线
4管理服务器、监控服务器（视频管理服务器）HP ProLiant DL380 G6处理器：Xeon E5504 2GHz 1颗，内存：4GB DDR3，硬盘：SAS 146G 3个较高只连接机电内网。未来的视频管理软件可以部署在监控服务器上。两台服务器做集群，提高系统可靠性。
HP ProLiant DL580 G7处理器：6核Xeon E7 1颗，内存：6GB DDR2，硬盘：SAS 300G 3个
5高清卡口服务器DELL R510处理器：Xeon E5506 2颗，内存：16GB DDR2，硬盘：SAS 300G 2个高需要连接机电内网、交通集团、办公网、联通专线
图二流媒体服务器部署
将不同的硬盘录像机或其他视频源分别链接到不同流媒体服务器进行分发。
软件移植方式
1）防火墙\IPD管理服务器中的应用软件以及数据库管理软件移植到紧急电话服务器上。
2）将两台HP G6/G7服务器从新安装windows 2008 服务器软件，并安装集群软件使之成为服务器集群。然后将管理服务器、监控服务器（视频管理服务器）同时部署在两台服务器上面，而且同时连接到同一个IPSAN存储器上。
3）将三台IBM M2/M3服务器安装windows 2008 服务器软件，并同时部署流媒体服务软件和防病毒服务器、，只是在三台服务器上配置不同的流媒体访问数据。然后从新设定流媒体浏览客户端的地址设置。
4）需要对各交换机进行路由以及映端口射设置。
结语
该项目实施后，经过实际测试监控中心机房实现了能耗下降25.3%，剩余空间扩充了2各机柜，网络负荷降低了18.7%，维护成本降低了30%左右。实践证明，对监控中心服务器进行重新优化架构设计将能有效实现降低能耗，优化资源配置，降低维护成本等目的。
参考文献：
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[5]任永杰，单海涛.KVM虚拟化技术：实战与原理解析，2013.10
论文作者:钟建斌
论文发表刊物:《基层建设》2015年16期供稿
论文发表时间:2015/12/8
标签：服务器论文; 集群论文; 节点论文; 机电论文; 系统论文; 处理器论文; 负载均衡论文; 《基层建设》2015年16期供稿论文;