制造和物联网的虚拟化harting

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1、制造和物联网的虚拟化KarstenWalther博士和JanRegtmeier博士集成化工业为车间带来了更多的信息技术和软件。虚拟化能够实现很大的经济和技术效益，因此过去十年中已经成为了服务器群组和云的标准。另一方面，虚拟机显著增加了间接成本，这一因素阻碍了虚拟机在生产环境常用的嵌入式系统中的应用。在新研发中，Linux容器能够提供在小型计算机和嵌入式系统上使用的虚拟化方法。与完全虚拟机不同的是，容器不模拟硬件，并且与使用标准Linux技术的基础系统共享单一内核。此外，容器将应用封装在沙盒内。这种方法可以让所有应用乃至所有传感器或执行器在容器内实现虚拟化，并获得自身的IP地址。虚拟化

2、应用A应用B应用C二进制文件/库文件二进制文件/库文件二进制文件/库文件虚拟化已成为服务器和云基础架构中的一部分。其可实现的诸多技术与经济优势，包括：客机操作系统客机操作系统客机操作系统最大限度减少所需采购和维护的服务器数量。可扩展性良好资源共享简单方便系统管理程序系统和应用可实现具有更高可靠性和安全性的主操作系统沙盒化基础架构在大多数情况下，通过在基础操作系统上运行管理各图1：利用虚拟机（VMs）实现的传统虚拟化个虚拟机的管理程序来实现整个操作系统的虚拟化（参见图1）。每个虚拟机内均包含可用于运行单个应用程物联网-集成化工业序的完整操作系统。集成化工业的目标是将IT世界与生产整合在

3、一起。但迄今为止虚拟化尚未被纳入生产的考虑因素。物联网和集成化工业正在将越来越多的软件引入生产环境。将虚拟化引入小型计算机和嵌入式系统，以获得和其这种方法也存在某些缺点，其中包括：他IT系相同的优势，如：简化管理、提高硬件资源使用效率、以及通过生产系统沙盒化提高安全性，这将每个虚拟机内均包含必须进行管理、补丁和维是一个自然的过程。护的操作系统。遗憾的是，传统虚拟化所增加的间接成本对于制造环操作系统的CPU间接成本和内存使用较大。境所使用的嵌入式系统而言是不可接受的。这些缺点至今一直阻碍了嵌入式系统对虚拟化的广泛采纳。浩亭IT软件开发有限公司MarienwerderStr.2,3233

4、9Espelkamp,Germanywww.harting-mica.com

5、mica-support@HARTING.com制造和物联网的虚拟化KarstenWalther博士和JanRegtmeier博士利用Linux容器实现轻量级虚拟化就最基本的层面而言，容器就是一个包含应用程序、库以及运行所需文件的文件系统。Linux容器（LXC）不使用虚拟机，但使用所谓的容器。每个容器并不包含完整的操作系统，而是仅包含运行特定虚拟环境所需的内容：代码、运行引擎、库、系统工具、及应用程序。所有容器均共享单一内核——虽然处于隔离生产环境虚拟化保护的内存空间中。（图2）浩亭IICMICA（模块化

6、工业计算架构）是首个可在生产制造用嵌入式系统上实现虚拟化的系统。（图3）利用精简基础操作系统上层的Linux容器，能够在无需传统虚拟化间接成本的情况下实现现场设备的虚拟化。应用A应用B应用C二进制文件/库文件二进制文件/库文件二进制文件/库文件每个应用程序均以沙盒模式在其容器内运行，容器内亦包含所有必要的库文件和设备驱动程序。这样可完全消除包依赖关系或不兼容性。容器之间均采用基于IP的通信，容器管理这种方式可为应用程序之间提供简单安全的应用程序接口主机操作系统（API）。基础架构图2：利用LXC容器实现轻量级虚拟化容器可将应用程序置入沙盒并与操作系统隔离，且不存在传统虚拟化的缺点。容

7、器不存在硬件仿真层，但拥有其自身的进程。进程在独立的内核命名空间内运行。由Cgroups对资源进行管理，因此每个容器均可分配必要的资源。实际上，容器架构可提供与BSD-jails和LinuxVServer类似的chroot环境。但在易用性方面比chroot超出很多，同时比完整虚拟机简化很多。这种小规模虚拟化能够让容器几乎瞬时启动，且可让进程速度与裸机接近。容器使用的基本技术已经出现数年，但始终较为复杂，难以用于长时间运行。但从2013年开始随着云技术的迅速图3：MICA–紧凑型设备的虚拟化。兴起以及后续虚拟机数量的指数级增长，已经让容器成为IT的主流，并在可用性方面获得了大幅提升。浩

8、亭IT软件开发有限公司MarienwerderStr.2,32339Espelkamp,Germanywww.harting-mica.com

9、mica-support@HARTING.comVirtuali制造和物联网的虚拟化zationforManufacturingandIoTKarKarstenWaltherstenWalther,博士和PhDandJanRegtmeierJanRegtmei博士er,PhDRAMI4.0–MICA上的集成化工业层