多租戶模式在大型分布式企業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵問題研究

萬旭川+李凱豐+杜佳

摘 要

多租戶軟件模式以單實(shí)例支持多租戶的功能需求，對大型分布式企業(yè)的信息化建設(shè)具有重要意義。但不同租戶業(yè)務(wù)需求上以及權(quán)限管理上的差異導(dǎo)致實(shí)際建設(shè)中產(chǎn)生了大量的定制化需求。本文根據(jù)多租戶模式的特點(diǎn)，探討了多租戶軟件應(yīng)用層定制的實(shí)現(xiàn)方式，研究了可擴(kuò)展的訪問授權(quán)模型在多租戶軟件中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】多租戶系統(tǒng)軟件即服務(wù)面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)訪問控制

大型分布式企業(yè)是指規(guī)模龐大，各子系統(tǒng)/部門在地理上分散且各相互間協(xié)作密切的企業(yè)。在傳統(tǒng)的企業(yè)信息化進(jìn)程中，由于地域、業(yè)務(wù)、職能、經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不同，各子系統(tǒng)往往獨(dú)立建設(shè)信息系統(tǒng)，加上缺乏整體的統(tǒng)籌規(guī)劃，往往導(dǎo)致系統(tǒng)間接口不一致，系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)等問題頻現(xiàn)，企業(yè)整體信息化建設(shè)效益低。網(wǎng)絡(luò)以及信息技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是近年來SaaS的興起為大型分布式企業(yè)的信息化建設(shè)提供了新的思路。

軟件即服務(wù)（Software-as-a-service，簡稱SaaS）以多租戶模式為核心理念，以單實(shí)例支持多個(gè)租戶的功能需求，具有維護(hù)方便、價(jià)格適中等特點(diǎn)。分布式企業(yè)內(nèi)部各子系統(tǒng)/部門均可以看做一個(gè)租戶，多租戶軟件能夠很好的滿足其共性軟件需求，采用SaaS模式能夠顯著降低信息化建設(shè)成本和運(yùn)維成本，同時(shí)保證數(shù)據(jù)接口的一致性。

SaaS系統(tǒng)通常適用于多數(shù)用戶的通用需求，這是由其多租戶共享相同的應(yīng)用層結(jié)構(gòu)決定的。但從實(shí)際應(yīng)用的角度來看，各租戶的業(yè)務(wù)邏輯往往具有一定的差異，因此SaaS系統(tǒng)需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行一定程度的定制。是否能夠通過租戶的配置和二次開發(fā)來滿足其個(gè)性化的業(yè)務(wù)需求是決定SaaS能否在企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用的重要因素。對多租戶模式下的企業(yè)應(yīng)用進(jìn)行定制相較傳統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)來說更加復(fù)雜，一方面需要保障系統(tǒng)的共享性，另一方面需要滿足業(yè)務(wù)邏輯的可定制性。此外，多租戶共享同一應(yīng)用實(shí)例的特點(diǎn)決定了多租戶應(yīng)用的定制不能因?yàn)槟骋粋€(gè)租戶需要進(jìn)行定制而重新部署應(yīng)用程序。因此，應(yīng)用層業(yè)務(wù)流程可配置性是分布式企業(yè)應(yīng)用多租戶模式軟件的關(guān)鍵需求之一。

另外，大型分布式企業(yè)內(nèi)部各子系統(tǒng)功能相對獨(dú)立，因此需要保證SaaS應(yīng)用滿足各子系統(tǒng)的獨(dú)立性要求，同時(shí)需要適應(yīng)各子系統(tǒng)/部門內(nèi)部不同的組織結(jié)構(gòu)和管理要求。因此安全可靠可靈活配置的系統(tǒng)權(quán)限管理方案是多租戶軟件部署能否取得成功的另一個(gè)重要因素。

本文將根據(jù)多租戶模式系統(tǒng)的特點(diǎn)，討論大型分布式企業(yè)內(nèi)部多租戶軟件應(yīng)用的體系架構(gòu)和管理架構(gòu)。

1 基于SOA的軟件架構(gòu)

面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)SOA（Service-Oriented Architecture，SOA）可以根據(jù)需求通過網(wǎng)絡(luò)對松散耦合的粗粒度應(yīng)用組件進(jìn)行分布式部署、組合和使用，SOA支持將業(yè)務(wù)分解為一系列相互關(guān)聯(lián)的服務(wù)或任務(wù)，通過對服務(wù)進(jìn)行組合編排，完成特定的業(yè)務(wù)流程，因此能夠快速適應(yīng)不同的客觀條件和需求。這種特性正是大型分布式企業(yè)部署多租戶應(yīng)用所需要的，所以基于SOA的體系結(jié)構(gòu)作為多租戶應(yīng)用的基礎(chǔ)架構(gòu)是非常理想的。

實(shí)現(xiàn)SOA業(yè)務(wù)流程定義關(guān)鍵技術(shù)之一是業(yè)務(wù)流程執(zhí)行語言（Business Process Execution Language，BPEL）。BPEL只定義業(yè)務(wù)流程相關(guān)的邏輯，具體的功能由它所調(diào)用的服務(wù)來實(shí)現(xiàn)，BPEL通過調(diào)用Web 服務(wù)描述服務(wù)之間的交互與協(xié)作，對外則提供流程服務(wù)，從而將商業(yè)流程與軟件流程對應(yīng)起來。

在多租戶應(yīng)用的系統(tǒng)環(huán)境中，不同的企業(yè)內(nèi)部子系統(tǒng)/部門將發(fā)起獨(dú)立的流程實(shí)例。在BPEL流程的執(zhí)行環(huán)境中，使用同一個(gè)流程模板可以生成多個(gè)BPEL流程實(shí)例，同時(shí)BPEL所調(diào)用的服務(wù)并不會保留實(shí)例信息。為了保證將消息傳遞到正確的流程實(shí)例，需要建立消息與流程實(shí)例的映射關(guān)系。各租戶應(yīng)用可將一組業(yè)務(wù)屬性定義為關(guān)聯(lián)集合，關(guān)聯(lián)集合中必須映射到唯一的一個(gè)BPEL流程實(shí)例，BPEL運(yùn)行環(huán)境將消息路由到與該關(guān)聯(lián)集合相匹配的流程實(shí)例。對于流程中不同的接口，可以定義不同的關(guān)聯(lián)集合以靈活地適應(yīng)不同的SaaS業(yè)務(wù)需求。

在構(gòu)建多租戶應(yīng)用的過程中，可以抽取業(yè)務(wù)流程中共性的邏輯形成模式以便流程建模時(shí)進(jìn)行重用。我們通過BPEL定義結(jié)構(gòu)化活動組件來描述基本流程模式，在此基礎(chǔ)上，用多個(gè)基本模式的組合來描述復(fù)雜的流程模式。結(jié)合多租戶軟件應(yīng)用層的需求和特點(diǎn)，建立了多租戶軟件應(yīng)用層定制化模型，如圖1所示。

該模型從邏輯上主要分為三部分：

（1）服務(wù)模塊：封裝具體的細(xì)粒度的業(yè)務(wù)邏輯，實(shí)現(xiàn)具體的業(yè)務(wù)功能。通用邏輯模塊為所有子系統(tǒng)用戶提供共性業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)，擴(kuò)展邏輯模塊負(fù)責(zé)各子系統(tǒng)用戶個(gè)性化定制的業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)。

（2）流程定義模塊：通過BPEL設(shè)計(jì)工具，調(diào)用Web Service定義和編排業(yè)務(wù)流程，BPEL服務(wù)器負(fù)責(zé)運(yùn)行流程實(shí)例并調(diào)用相應(yīng)的服務(wù)。

（3）用戶接口模塊：為子系統(tǒng)用戶或管理人員提供簡便的流程定義接口，將子系統(tǒng)用戶對業(yè)務(wù)的描述轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的BPEL流程描述.

在多租戶軟件應(yīng)用層定制化模型中，將各子系統(tǒng)用戶自定義的業(yè)務(wù)流程和通用的業(yè)務(wù)流程轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行的BPEL流程，隨后通過BPEL實(shí)例的運(yùn)行，調(diào)用最終的Web Service實(shí)現(xiàn)具體的功能。

2 可擴(kuò)展的訪問控制管理結(jié)構(gòu)

由于多租戶應(yīng)用的定制化特點(diǎn)，企業(yè)內(nèi)各子系統(tǒng)/部門需要擁有不同的權(quán)限集合，此外，各系統(tǒng)各部們的組織架構(gòu)和管理方式也不盡相同，子系統(tǒng)內(nèi)部對人員的授權(quán)策略上也是不同的。因此多租戶應(yīng)用的訪問控制策略首先要實(shí)現(xiàn)為每個(gè)租戶分配適合的權(quán)限集，還需要為租戶制定靈活的授權(quán)機(jī)制，保證各子系統(tǒng)/部門能夠?qū)嵤┮?guī)范化的管理。

擴(kuò)展的角色管理模型（Administrative RBAC，ARBAC97）的基本思想是利用RBAC模型本身來進(jìn)行RBAC模型的管理，包括用戶角色管理、權(quán)限角色管理、角色層次關(guān)系管理、限制管理等幾個(gè)部分。endprint

ARBAC97模型為企業(yè)提供了分層的管理職能分配解決方案。對于多租戶應(yīng)用，ARBAC97模型同樣能夠完成權(quán)限管理的層次劃分任務(wù)。

多租戶應(yīng)用中，不同子系統(tǒng)/部門擁有不同的訪問控制策略，因此，多租戶訪問控制模型的表述不同于傳統(tǒng)的RBAC模型的訪問控制模型，本文引入符號Ti，用以表示ID為i的企業(yè)內(nèi)部子系統(tǒng)/部門，在此基礎(chǔ)上給出了多租戶訪問控制模型的形式化定義（N為自然數(shù)集，U代表員工集，R代表角色集，P代表權(quán)限集，RS代表資源集）：

（1）定義1： TRTR （（Ti，Rj）TR，iN，jN）

表示從部門集到角色集的一對多映射，即角色Rj屬于部門Ti。

（2）定義2： UTU×T （（Ui，Tj）∈UT，i∈N，j∈N）

表示從用戶集到部門集的多對一映射，即用戶Ui屬于部門Ti。

（3）定義3： TPU×P （（Ti，Pj）∈TP，i∈N，j∈N）

表示從部門集到權(quán)限集的多對多映射，即部門Ti擁有權(quán)限Pj。

（4）定義4 ：URUT×TR （（（Ui，Tj），（Tj，Rk））∈UR，（Ui，Tj）∈UT，（Tj，Rk）∈TR，i∈N，j∈N，k∈N）

表示從用戶集到角色集的多對多映射，即部門Tj的員工Ui擁有角色Rk。

（5）定義5： RPR×TP （（Ri，（Tj，Pk））∈PR，Ri∈R，（Tj，Pk）∈TP，i∈N，j∈N，k∈N）

表示從角色集到權(quán)限集的多對多映射，即角色Ri擁有權(quán)限Pk。

根據(jù)如上的定義，一個(gè)完整的多租戶訪問控制模型如圖2所示。

在多租戶體系中，通過角色間接地映射到租戶所擁有的權(quán)限集合上，從而實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)服務(wù)的訪問。

企業(yè)內(nèi)部各子系統(tǒng)擁有獨(dú)立的角色集合，由超級管理員進(jìn)行資源定義和權(quán)限定義，租戶級超級管理員僅能夠完成本系統(tǒng)內(nèi)部的授權(quán)和角色定義，從而實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的獨(dú)立性，且保證整個(gè)企業(yè)的權(quán)限管理可以靈活拓展。

3 總結(jié)

多租戶模式對于大型分布式企業(yè)的信息化建設(shè)具有重要的指導(dǎo)意義，靈活可定制的流程架構(gòu)以及管理架構(gòu)是構(gòu)建多租戶應(yīng)用的關(guān)鍵因素。本文通過分析研究，探討了通過BPEL構(gòu)建了多租戶軟件應(yīng)用層定制化模型的方案并在ARBAC的基礎(chǔ)上列出了多租戶模式下訪問控制模型的形式化定義。

參考文獻(xiàn)

[1]Ahmed Elfatatry，Paul Layzell.Software As A Service：A Negotiation Perspective[C].Proceedings of the 26th Annual International Computer Software and Applications Conference，2002 IEEE：501-506.

[2]Dan Ma.The Business Model of “Software-As-A-Service”[C].2007 IEEE International Conference on Services Computing，SCC2007：701-702.

[3]Pasley，James.How BPEL and SOA are changing web services development[J].IEEE Internet Computing，Volume 9，Issue 3，May/June 2005：60-67.

[4]夏魯寧，荊繼武.一種基于層次命名空間的RBAC管理模型[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2007，44（12）：2020-2027.

作者簡介

萬旭川（1975-），男，陜西省寶雞市人?，F(xiàn)為西安航天動力技術(shù)研究所所長助理，信息中心主任。

李凱豐（1986-），男，河南省平頂山市人?，F(xiàn)就職于西安航天動力技術(shù)研究所信息中心。

杜佳（1986-），女，河南省安陽市人?，F(xiàn)就職于西安航天動力技術(shù)研究所信息中心。

作者單位

西安航天動力技術(shù)研究所 陜西省西安市 710071endprint

ARBAC97模型為企業(yè)提供了分層的管理職能分配解決方案。對于多租戶應(yīng)用，ARBAC97模型同樣能夠完成權(quán)限管理的層次劃分任務(wù)。

多租戶應(yīng)用中，不同子系統(tǒng)/部門擁有不同的訪問控制策略，因此，多租戶訪問控制模型的表述不同于傳統(tǒng)的RBAC模型的訪問控制模型，本文引入符號Ti，用以表示ID為i的企業(yè)內(nèi)部子系統(tǒng)/部門，在此基礎(chǔ)上給出了多租戶訪問控制模型的形式化定義（N為自然數(shù)集，U代表員工集，R代表角色集，P代表權(quán)限集，RS代表資源集）：

（1）定義1： TRTR （（Ti，Rj）TR，iN，jN）

表示從部門集到角色集的一對多映射，即角色Rj屬于部門Ti。

（2）定義2： UTU×T （（Ui，Tj）∈UT，i∈N，j∈N）

表示從用戶集到部門集的多對一映射，即用戶Ui屬于部門Ti。

（3）定義3： TPU×P （（Ti，Pj）∈TP，i∈N，j∈N）

表示從部門集到權(quán)限集的多對多映射，即部門Ti擁有權(quán)限Pj。

（4）定義4 ：URUT×TR （（（Ui，Tj），（Tj，Rk））∈UR，（Ui，Tj）∈UT，（Tj，Rk）∈TR，i∈N，j∈N，k∈N）

表示從用戶集到角色集的多對多映射，即部門Tj的員工Ui擁有角色Rk。

（5）定義5： RPR×TP （（Ri，（Tj，Pk））∈PR，Ri∈R，（Tj，Pk）∈TP，i∈N，j∈N，k∈N）

表示從角色集到權(quán)限集的多對多映射，即角色Ri擁有權(quán)限Pk。

根據(jù)如上的定義，一個(gè)完整的多租戶訪問控制模型如圖2所示。

在多租戶體系中，通過角色間接地映射到租戶所擁有的權(quán)限集合上，從而實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)服務(wù)的訪問。

企業(yè)內(nèi)部各子系統(tǒng)擁有獨(dú)立的角色集合，由超級管理員進(jìn)行資源定義和權(quán)限定義，租戶級超級管理員僅能夠完成本系統(tǒng)內(nèi)部的授權(quán)和角色定義，從而實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的獨(dú)立性，且保證整個(gè)企業(yè)的權(quán)限管理可以靈活拓展。

3 總結(jié)

多租戶模式對于大型分布式企業(yè)的信息化建設(shè)具有重要的指導(dǎo)意義，靈活可定制的流程架構(gòu)以及管理架構(gòu)是構(gòu)建多租戶應(yīng)用的關(guān)鍵因素。本文通過分析研究，探討了通過BPEL構(gòu)建了多租戶軟件應(yīng)用層定制化模型的方案并在ARBAC的基礎(chǔ)上列出了多租戶模式下訪問控制模型的形式化定義。

參考文獻(xiàn)

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[4]夏魯寧，荊繼武.一種基于層次命名空間的RBAC管理模型[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2007，44（12）：2020-2027.

作者簡介

萬旭川（1975-），男，陜西省寶雞市人?，F(xiàn)為西安航天動力技術(shù)研究所所長助理，信息中心主任。

李凱豐（1986-），男，河南省平頂山市人?，F(xiàn)就職于西安航天動力技術(shù)研究所信息中心。

杜佳（1986-），女，河南省安陽市人。現(xiàn)就職于西安航天動力技術(shù)研究所信息中心。

作者單位

西安航天動力技術(shù)研究所 陜西省西安市 710071endprint

ARBAC97模型為企業(yè)提供了分層的管理職能分配解決方案。對于多租戶應(yīng)用，ARBAC97模型同樣能夠完成權(quán)限管理的層次劃分任務(wù)。

多租戶應(yīng)用中，不同子系統(tǒng)/部門擁有不同的訪問控制策略，因此，多租戶訪問控制模型的表述不同于傳統(tǒng)的RBAC模型的訪問控制模型，本文引入符號Ti，用以表示ID為i的企業(yè)內(nèi)部子系統(tǒng)/部門，在此基礎(chǔ)上給出了多租戶訪問控制模型的形式化定義（N為自然數(shù)集，U代表員工集，R代表角色集，P代表權(quán)限集，RS代表資源集）：

（1）定義1： TRTR （（Ti，Rj）TR，iN，jN）

表示從部門集到角色集的一對多映射，即角色Rj屬于部門Ti。

（2）定義2： UTU×T （（Ui，Tj）∈UT，i∈N，j∈N）

表示從用戶集到部門集的多對一映射，即用戶Ui屬于部門Ti。

（3）定義3： TPU×P （（Ti，Pj）∈TP，i∈N，j∈N）

表示從部門集到權(quán)限集的多對多映射，即部門Ti擁有權(quán)限Pj。

（4）定義4 ：URUT×TR （（（Ui，Tj），（Tj，Rk））∈UR，（Ui，Tj）∈UT，（Tj，Rk）∈TR，i∈N，j∈N，k∈N）

表示從用戶集到角色集的多對多映射，即部門Tj的員工Ui擁有角色Rk。

（5）定義5： RPR×TP （（Ri，（Tj，Pk））∈PR，Ri∈R，（Tj，Pk）∈TP，i∈N，j∈N，k∈N）

表示從角色集到權(quán)限集的多對多映射，即角色Ri擁有權(quán)限Pk。

根據(jù)如上的定義，一個(gè)完整的多租戶訪問控制模型如圖2所示。

在多租戶體系中，通過角色間接地映射到租戶所擁有的權(quán)限集合上，從而實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)服務(wù)的訪問。

企業(yè)內(nèi)部各子系統(tǒng)擁有獨(dú)立的角色集合，由超級管理員進(jìn)行資源定義和權(quán)限定義，租戶級超級管理員僅能夠完成本系統(tǒng)內(nèi)部的授權(quán)和角色定義，從而實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的獨(dú)立性，且保證整個(gè)企業(yè)的權(quán)限管理可以靈活拓展。

3 總結(jié)

多租戶模式對于大型分布式企業(yè)的信息化建設(shè)具有重要的指導(dǎo)意義，靈活可定制的流程架構(gòu)以及管理架構(gòu)是構(gòu)建多租戶應(yīng)用的關(guān)鍵因素。本文通過分析研究，探討了通過BPEL構(gòu)建了多租戶軟件應(yīng)用層定制化模型的方案并在ARBAC的基礎(chǔ)上列出了多租戶模式下訪問控制模型的形式化定義。

參考文獻(xiàn)

[1]Ahmed Elfatatry，Paul Layzell.Software As A Service：A Negotiation Perspective[C].Proceedings of the 26th Annual International Computer Software and Applications Conference，2002 IEEE：501-506.

[2]Dan Ma.The Business Model of “Software-As-A-Service”[C].2007 IEEE International Conference on Services Computing，SCC2007：701-702.

[3]Pasley，James.How BPEL and SOA are changing web services development[J].IEEE Internet Computing，Volume 9，Issue 3，May/June 2005：60-67.

[4]夏魯寧，荊繼武.一種基于層次命名空間的RBAC管理模型[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2007，44（12）：2020-2027.

作者簡介

萬旭川（1975-），男，陜西省寶雞市人。現(xiàn)為西安航天動力技術(shù)研究所所長助理，信息中心主任。

李凱豐（1986-），男，河南省平頂山市人。現(xiàn)就職于西安航天動力技術(shù)研究所信息中心。

杜佳（1986-），女，河南省安陽市人?，F(xiàn)就職于西安航天動力技術(shù)研究所信息中心。

作者單位

西安航天動力技術(shù)研究所 陜西省西安市 710071endprint