什么是虚拟化
众所周知，虚拟化是云技术的基础，通过将计算机的各种实体资源予以抽象、转换后体现为可分割、组合的多个计算机资源环境，从而脱离了架设形式、地理的限制和硬件资源的束缚，无论是IaaS（基础设施即服务）、PaaS（平台即服务）还是SaaS（软件即服务），作为对于存储、服务器和网络等物理资源的管理，虚拟化技术不可或缺。
虚拟化的收益
虚拟化需要IT相关专业的技术背景，对于物理硬件和网络环境的要求十分严苛，例如服务器级别的处理器、内存和硬盘存储等和普通台式机的配置存在较大差异，如果没有较为充足的人才储备和经济预算，则很难实现和发挥虚拟化的优势。
虚拟化技术的优点有：
01
降低管理成本
虚拟可通过以下途径提高工作人员的效率：减少必须进行管理的物理资源的数量；隐藏物理资源的部分复杂性；通过实现自动化的中央管理来简化公共管理任务；实现负载管理自动化。
02
提高使用灵活性
通过虚拟可实现动态的资源部署和重配置，满足不断变化的业务需求。
03
提高安全性
虚拟可实现较简单的共享机制无法实现的隔离和划分，这些特性可实现对数据和服务进行可控和安全的访问。
04
更高的可用性
虚拟可在不影响用户的情况下对物理资源进行删除、升级或改变。
05
更高的可扩展性
根据不同的产品，资源分区和汇聚可支持实现比个体物理资源小得多或大得多的虚拟资源，这意味着您可以在不改变物理资源配置的情况下进行规模调整。
06
互操作性和投资保护
虚拟资源可提供底层物理资源无法提供的与各种接口和协议的兼容性。
07
改进资源供应
与个体物理资源单位相比，虚拟能够以更小的单位进行资源分配。与物理资源相比，虚拟资源因其不存在硬件和操作系统方面的问题而能够在出现崩溃后更快地恢复。
很多客户一直在纠结于WinCC的虚拟化相比较传统方案是否能够节省费用以谋求利益最大化，这其实是个仁者见仁、智者见智的问题。仅仅关注整体费用不利于虚拟化技术的发展，虚拟化带来的运营、管理和维护的革新与便捷才是最重要的。
虚拟化在自动化领域的两种应用场景
自动化领域的两种常用的虚拟化技术为寄居架构或者宿主型虚拟化（计算机在操作系统上安装虚拟软件）和裸金属架构（虚拟化软件直接安装在硬件上）。
分别举例如下：
1.
寄居架构下的示例：
场景：工程师站虚拟化
硬件：普通台式电脑或笔记本电脑
在自动化项目开发中，常遇到这样的问题：现场实际部署的WinCC项目从V7.0到V7.5，涉及多个版本，工程师可能都要维护修改。重复安装和卸载，再加上WinCC版本跨度太大的话，搞不好还得重装系统，耗时耗力。
工程师常用的办法是在PC硬件上安装Windows操作系统，再安装VMware Workstation Player/Pro这样的虚拟机软件，在虚拟机软件里运行所需的虚拟机文件（如：Windows 10 + WinCC V7.5开发版软件）。这种方式经常受限于PC的硬件资源，无法同时启动多个虚拟机。
2
裸金属架构的示例
场景：服务器虚拟化
硬件：专业级别服务器
简而言之，服务器虚拟化就是将以前多台硬件服务器要干的事情全部整合到一台超强的硬件服务器中，常用于数据中心。
服务器虚拟化带来的收益显而易见：
节省物理空间，降低硬件投资和电力成本
显著降低管理服务器的工作负荷和时间。以文件方式部署/备份/恢复一台虚拟机可比一台物理机要快的多，可以在几秒内克隆或者部署新的虚拟服务器
企业数据变得更加可靠安全，系统之间更易隔离，虚拟化服务器可以实现在多个服务器上面运行一个应用程序，这也就意味着，当一台服务器出现故障或者被攻击，在另外一台服务器上面可以继续运行相同的应用程序，最大减少了服务器中断的可能性
这种应用，在计算机服务器硬件上不需要Windows这样的宿主操作系统，只需要一个虚拟化管理软件（如：VMware的ESXi和微软的Hyper-V；这等同于替换了场景A中的Windows操作系统 + VMware Workstation Player/Pro），直接管理硬件资源。在此基础上同时部署和运行多个虚拟机文件（包括Windows Server系统+ WinCC运行版软件）。
对一个如下图所示的较为复杂的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。
可以在上述场景中采用虚拟化方式，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。
WinCC的常规应用可能涉及到硬件加密狗（WinCC亚洲版）和西门子的通信卡（WinCC与S7-400H通信），这就要求虚拟机系统能有硬件直通能力（也称硬件透传，指PassThrough或DirectPath IO，即虚拟机可以直接控制和操作物理服务器的I/O设备，一个I/O设备仅用于一个虚拟机），在VMware ESXi环境下，能顾更好地支持上述功能。
虚拟化部署的三个步骤
虚拟化部署的过程分为服务器安装、管理机配置和客户机连接三个步骤：
在物理硬件服务器上安装VMware ESXi
在管理机上通过ESXi或vSphere的Web客户端远程创建和配置服务器上的虚拟机, 如：为虚拟机分配存储空间，新建或导入虚拟机，安装操作系统，安装WinCC软件，配置硬件直通。
在客户机上远程控制和操作服务器上的虚拟机。建议在工作站操作系统上使用RDP，在服务器操作系统上使用VNC
在ESXi上部署虚拟机有多种方法，除了参考在VMware Workstation Player/Pro中新建虚拟机，还可以将现有的虚拟机直接上载或作为模板上载到ESXi，也可以通过工具将现有的物理机转换为虚拟机上载到ESXi，这样可以提高虚拟机的部署效率。
如果使用WinCC的自动安装模式，可以实现无人值守的批量安装操作，加快WinCC的部署效率，主要流程是：
记录安装过程，记录过程与实际安装过程相同，但并不真正执行安装，而只是将选择的安装数据包及用户配置记录保存到 ini 配置文件当中。
通过命令行方式执行安装，整个过程完全按照记录文件中记录的需求自动完成安装，在该过程当中无需人为参与。
另外，如果有多个ESXi物理服务器，可用vCenter Server进行统一管理。
对于数量庞大或是部署在不同区域的ESXi主机，需要使用多个vCenter Server协作管理，实现划分VLAN、设置vMotion、定义HA(High Availability)和FT(Fault Tolerance)等高级功能。
总结
从2011年开始，WinCC V7.0 SP2开始支持虚拟化，到如今已经走过了10个年头，作为一个阶段的纪念，我们对WinCC的虚拟化做了一些总结，将分作四期在西门子1847学习平台发布，包含以下的内容：
介绍虚拟化技术的概念和WinCC的虚拟化架构
以VMware ESXi为例，介绍虚拟化的具体配置过程
以VMware ESXi为例，介绍WinCC相关特殊硬件的配置和vCenter Server的部署
以VMware相关工具为例，介绍WinCC虚拟机部署的常规操作和总结
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