三網(wǎng)融合環(huán)境下企業(yè)私有云PaaS平臺(tái)構(gòu)建研究

倪禮豪++葉海鵬

摘要：研究了三網(wǎng)融合發(fā)展的背景下，云計(jì)算對(duì)行業(yè)、企業(yè)信息化建設(shè)的支撐作用，提出了行業(yè)、企業(yè)建設(shè)私有云，采用OpenStack作為IaaS層的后端，選擇Cloud Foundry構(gòu)建PaaS層的解決方案，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該方案有較好的性能表現(xiàn)，且穩(wěn)定可靠。

關(guān)鍵詞：三網(wǎng)融合；云計(jì)算；私有云；IaaS；Cloud Foundry；PaaS

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI： 10.3969/j.issn.1003-6970.2015.08.011

0 引言

有文獻(xiàn)指出：電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)在向?qū)拵щ娦啪W(wǎng)、數(shù)字電視網(wǎng)、下一代互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過(guò)程中，它們的功能、業(yè)務(wù)范圍、資源共享等方面呈現(xiàn)出趨向于一致的特性，通常把這個(gè)發(fā)展的過(guò)程稱(chēng)為三網(wǎng)融合^[1-2]。三網(wǎng)融合發(fā)展將打破各運(yùn)營(yíng)商之間的技術(shù)壁壘，通過(guò)資源整合極大的實(shí)現(xiàn)資源共享，對(duì)于企業(yè)而言，大幅提高了信息化基礎(chǔ)建設(shè)的產(chǎn)出投入比，在這個(gè)技術(shù)背景下，云計(jì)算^[3-4]，互聯(lián)網(wǎng)+應(yīng)運(yùn)而生并獲得長(zhǎng)足發(fā)展的契機(jī)。

行業(yè)、企業(yè)信息化的需求經(jīng)歷了web空間租用、主機(jī)或者VPS托管、自建服務(wù)器等歷程，隨著物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)設(shè)備的發(fā)展，應(yīng)用普及，各類(lèi)數(shù)據(jù)呈爆炸的態(tài)勢(shì)擴(kuò)展，新的業(yè)務(wù)需求也不斷被提出。在智慧城市建設(shè)的大幕下，面向“三農(nóng)”信息化建設(shè)、智慧教育、智慧醫(yī)療、智慧社區(qū)、智慧交通等正在深入的發(fā)展^[5]。

在云計(jì)算環(huán)境中主要有公有云、私有云和混合云三種模式，公有云方面，國(guó)際上的服務(wù)提供商主要有Google、Microsoft、IBM、Amazon等^[6]，國(guó)內(nèi)的典型代表有百度云、阿里云等。對(duì)于國(guó)內(nèi)很多行業(yè)、企業(yè)需要構(gòu)建私有云的原因在于：

（1）行業(yè)、企業(yè)的傳統(tǒng)IT架構(gòu)參與建設(shè)的廠(chǎng)商多，企業(yè)里各部門(mén)一般有辦公系統(tǒng)、人力資源管理系統(tǒng)、客戶(hù)關(guān)系管理系統(tǒng)、財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)各自獨(dú)立，數(shù)據(jù)重復(fù)、分散、不一致性問(wèn)題嚴(yán)重。

（2）由于傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)彈性擴(kuò)展差、擴(kuò)容難，可復(fù)用性不高，難以滿(mǎn)足用戶(hù)個(gè)性化需求。

（3）企業(yè)信息化基礎(chǔ)設(shè)施部署周期長(zhǎng)，各業(yè)務(wù)軟件定制開(kāi)發(fā)慢、接口復(fù)雜等原因?qū)е铝藢?shí)施推廣難，使得整體的建設(shè)周期長(zhǎng)。

（4）企業(yè)信息化投入產(chǎn)出比低。

（5）外部技術(shù)因素和政策環(huán)境的驅(qū)使，主要體現(xiàn)在云計(jì)算技術(shù)和解決方案的成熟，國(guó)家政策的支持等。

1 云計(jì)算及體系架構(gòu)

云計(jì)算的體系架構(gòu)共分為物理資源層、基礎(chǔ)設(shè)備服務(wù)層（Infrastructure as a Service， IaaS）、平臺(tái)即服務(wù)層（Platform as a Service，PaaS）和軟件即服務(wù)層（Software as aService，SaaS）這四層，云計(jì)算架構(gòu)如圖1所示^[7]。硬件基礎(chǔ)層主要包括服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備?；A(chǔ)設(shè)施層主要包括虛擬化計(jì)算、虛擬化存儲(chǔ)、虛擬化網(wǎng)絡(luò)，可選擇OpenStack作為IaaS層的后端軟件，向平臺(tái)層提供接口。平臺(tái)即服務(wù)PaaS層的前端包括IaaS層的適配器，PaaS層之上的基礎(chǔ)平臺(tái)主要包括應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)、服務(wù)集成平臺(tái)、應(yīng)用運(yùn)行平臺(tái)、應(yīng)用中間件平臺(tái)和流程服務(wù)平臺(tái)。在PaaS的后端，通常還包括企業(yè)內(nèi)公共服務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)組件。在軟件層，即SaaS平臺(tái)，主要是業(yè)務(wù)軟件，比如客戶(hù)關(guān)系管理系統(tǒng)，辦公系統(tǒng)，企業(yè)資源管理系統(tǒng)等。云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)涉及虛擬化技術(shù)、數(shù)據(jù)分布存儲(chǔ)技術(shù)、數(shù)據(jù)管理技術(shù)、安全技術(shù)和編程模型等^[8]。

2 PaaS及Cloud Foundry方案

文獻(xiàn)[7]指出，國(guó)內(nèi)外當(dāng)前在云計(jì)算領(lǐng)域的研究中，多偏重于IaaS和SaaS的研究，涉及PaaS的研究很少，本文主要研究基于Cloud Foundry的企業(yè)私有云平臺(tái)即服務(wù)PaaS構(gòu)建。

傳統(tǒng)的信息化應(yīng)用突出表現(xiàn)的問(wèn)題有：

（1）彈性伸縮架構(gòu)差，傳統(tǒng)的系統(tǒng)的計(jì)算能力的標(biāo)的是按照系統(tǒng)需求的最大峰值設(shè)定的，且留有一定的冗余，這表現(xiàn)出資源規(guī)劃和實(shí)際使用不同步；隨著信息化程度的加深，業(yè)務(wù)量持續(xù)增長(zhǎng)，而系統(tǒng)服務(wù)能力不能同步增長(zhǎng)，即業(yè)務(wù)系統(tǒng)計(jì)算能力不能滿(mǎn)足業(yè)務(wù)增長(zhǎng)的需求。

（2）運(yùn)維方面，傳統(tǒng)信息系統(tǒng)部署安裝，需要專(zhuān)門(mén)的實(shí)施工程師，對(duì)用戶(hù)的響應(yīng)不及時(shí)，日常運(yùn)維復(fù)雜繁重，故障恢復(fù)慢。

（3）計(jì)費(fèi)方面，傳統(tǒng)的資源專(zhuān)屬于某個(gè)應(yīng)用，存在計(jì)費(fèi)困難，即使是IaaS也只能做到按分配的資源計(jì)費(fèi)，卻做不到按實(shí)際應(yīng)用情況計(jì)費(fèi)。

PaaS解決方案要重點(diǎn)解決上述問(wèn)題，在PaaS解決方案方面有基于廠(chǎng)商驅(qū)動(dòng)的開(kāi)源PaaS，典型的代表有Cloud Foundry、OpenShift、Stackato等，基于標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)源PaaS，典型的代表有Cloudify等。Cloud Foundry可以部署到OpenStack、AWS、vSphere、vCloud Air和vCloud Director中^[9]。

Cloud Foundry能很好的解決上述問(wèn)題。

對(duì)于問(wèn)題（1）通過(guò)vSphere虛擬機(jī)技術(shù)，應(yīng)用層的DEA Pool和WardenContainer+App，數(shù)據(jù)庫(kù)層的服務(wù)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)資源的切分；在應(yīng)用層通過(guò)Nginx+Router+Session sticky+DEA Pool實(shí)現(xiàn)資源整合。

對(duì)于問(wèn)題（2），Cloud Foundry通過(guò)提供安裝部署工具，使安裝部署更方便，用戶(hù)可自助完成，實(shí)現(xiàn)部署的自動(dòng)化和智能化。

對(duì)于問(wèn)題（3），Cloud Foundry采用多租戶(hù)^[10]架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了資源切分和隔離，計(jì)費(fèi)的層次可以分為用戶(hù)界面的使用次數(shù)，后臺(tái)服務(wù)調(diào)用次數(shù)，基礎(chǔ)服務(wù)能力的計(jì)量，這樣，計(jì)費(fèi)更加合理，實(shí)現(xiàn)了基于消費(fèi)的計(jì)費(fèi)。

3 OpenStack上使用BOSH部署Cloud Foundry

在OpenStack上部署Cloud Foundry可以通過(guò)BOSH進(jìn)行，BOSH是部署Cloud Foundry到分布式節(jié)點(diǎn)的工具，這可以大大簡(jiǎn)化部署過(guò)程，共分為3步。BOSH的整體架構(gòu)如圖2所示。

從圖2可以看出，BOSH的體系架構(gòu)與Cloud Foundry相似，在外殼部分，CLI負(fù)責(zé)接受用戶(hù)輸入，是指令人口，相當(dāng)于虛擬機(jī)的控制臺(tái)；Director相當(dāng)于虛擬機(jī)的控制器，接收CLI傳來(lái)的命令，執(zhí)行并返回結(jié)果，Director并管理內(nèi)核中所有的虛擬機(jī)；DB相當(dāng)于CCDB，存儲(chǔ)著系統(tǒng)的一些數(shù)據(jù)；Blobstore相當(dāng)于存儲(chǔ)系統(tǒng)或者文件系統(tǒng)，存儲(chǔ)著程序包、用戶(hù)的作業(yè)任務(wù)以及未解壓的程序包等；MessageBus相當(dāng)于NATS，是消息總線(xiàn)。Healteh Monitor相當(dāng)于Health Manager，負(fù)責(zé)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀況，接收每個(gè)虛擬機(jī)通過(guò)客戶(hù)端傳回的數(shù)據(jù)。在這些組件中，其中最重要的有云控制器組件、NATS組件、路由組件、運(yùn)行監(jiān)測(cè)組件和DEA組件。

構(gòu)建Cloud Foundry步驟如下：

（1）創(chuàng)建及配置inception VM，inception VM用于創(chuàng)建一個(gè)自定義的micro bosh stemcell，存儲(chǔ)了micro bosh的registry，bosh cli和各release之間的交互日志文件，并運(yùn)行跟蹤openstack組件

（2）配置部署micro bosh，需要先在inception VM中配置micro_bosh.yml并制作自定義的openstack-bosh-micro-ste mcell。

（3）使用bosh配置部署Cloud Foundry。

4 結(jié)語(yǔ)

本文研究了三網(wǎng)融合背景下，以面向“三農(nóng)”信息化建設(shè)和教育行業(yè)信息化建設(shè)為研究對(duì)象，根據(jù)新的信息化應(yīng)用特點(diǎn)，提出了構(gòu)建行業(yè)、企業(yè)私有云的解決方案。研究了云計(jì)算的體系結(jié)構(gòu)，并選擇OpenStack作為IaaS層的后端，選擇Cloud Foundry構(gòu)建PaaS層，在部署實(shí)施過(guò)程中選擇第三方組件BOSH，在實(shí)驗(yàn)環(huán)境，開(kāi)發(fā)部署了關(guān)于教育領(lǐng)域和“三農(nóng)”領(lǐng)域的SaaS軟件，該方案有較好的系統(tǒng)性能，且穩(wěn)定可靠。

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