基于組播的云終端高效升級機制探析

嚴(yán)承++習(xí)慧丹

摘要：隨著大數(shù)據(jù)及云計算技術(shù)的不斷發(fā)展，云終端的使用越來越廣泛，在使用云終端的同時，人們對其操作和管理的方便性提出了更高的要求，特別是某些急需在短時間內(nèi)完成的升級操作。針對傳統(tǒng)HTTP方式和NFS方式升級面臨的問題，探討一種基于組播的云終端升級機制，實驗表明該方法可有效降低網(wǎng)絡(luò)帶寬及服務(wù)器的性能需求。

關(guān)鍵詞：HTTP；NFS；組播

中圖分類號：TP30 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）29-0038-03

Implementation Mechanism of Cloud Terminal Upgrade Based on Multicast

YAN Cheng， XI Hui-dan

（Department of Computer Science， Qiannan Normal College for Nationalities， Duyun 558000， China）

Abstract：With the continuous development of big data and cloud computing technology， the cloud terminal is more widely used； So while using cloud terminal put forward higher requirements for the operation and management of its convenience， especially in certain urgent need upgrade operation is completed in a short time； The paper analyzing the way the original HTTP， NFS way to upgrade cloud terminal ， and efficient technology upgrades conducted in-depth research， using a multicast mechanisms and technology to achieve efficient upgrade on cloud terminals.

Key words：HTTP； NFS； Multicast

隨著云計算技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，企業(yè)從安全、成本等方面考慮，其信息化建設(shè)中云終端的使用率越來越高，而為云終端提供高效的管理方式成為其大規(guī)模應(yīng)用的基本要求，特別是對終端操作系統(tǒng)鏡像升級成為迫切處理的問題之一。目前云終端升級操作主要有兩種技術(shù)機制：1）采用超文本傳輸協(xié)議（HTTP）；2）采用NFS[1]掛載方式升級。采用HTTP方式主要是在通過云終端網(wǎng)管服務(wù)器將存放鏡像升級文件的服務(wù)器地址設(shè)置在對應(yīng)的云終端，通過終端啟動時的判斷機制，確定終端是否需要升級，在升級過程中網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸方式是采用HTTP協(xié)議。采用NFS掛載方式則是網(wǎng)管服務(wù)器對NFS服務(wù)器地址、鏡像文件名稱目錄等數(shù)據(jù)下發(fā)到對應(yīng)終端，終端通過NFS掛載方式，從NFS服務(wù)器上獲取升級鏡像文件，然后再升級。但這兩種方式都有一個無法逃避的問題是存放鏡像文件的服務(wù)器與終端的帶寬以及服務(wù)器的性能，不論是采用HTTP或NFS掛載到服務(wù)器，每個終端都會與服務(wù)器建立連接，鏡像文件傳輸?shù)臅r候?qū)W(wǎng)絡(luò)帶寬的要求非常高，特別是當(dāng)終端數(shù)量比較多的時候，也有可能造成服務(wù)器異常，進而影響整體升級效率。

1 云終端組播方式升級機制研究與實現(xiàn)

1.1 組播技術(shù)機制

IP通信機制單播（unicast）是在需要通信的兩個主機之間直接進行數(shù)據(jù)包的傳送，廣播（broadcast）是一個發(fā)送數(shù)據(jù)包的主機給整個網(wǎng)絡(luò)中所有的其他主機都發(fā)送數(shù)據(jù)包，在數(shù)據(jù)傳輸過程中無論是采用單播還是組播的方式都有可能存在浪費帶寬的問題，為了有效處理單點對多點的數(shù)據(jù)包傳送，出現(xiàn)了IP組播[2]，其思想是在網(wǎng)絡(luò)中需要接收某個數(shù)據(jù)包的主機定義為一個組播組，發(fā)送數(shù)據(jù)包的源主機只需要確保數(shù)據(jù)包會發(fā)送到這個組播組地址，接下來整個組播組中的所有機器都會受到這個數(shù)據(jù)包，而組播組外的機器不會收到。在這種數(shù)據(jù)包發(fā)送方式中，假定一個組播組種有n臺機器，需要接收數(shù)據(jù)包的機器數(shù)為m，那么組播方式會比單播方式節(jié)省需要接收（m-1）次發(fā)送，同時比廣播方式節(jié)?。╪-1）次發(fā)送，對網(wǎng)絡(luò)來說是很大的降低了其帶寬要求，提高了網(wǎng)絡(luò)性能。同樣，在云終端升級方式中，如果采用組播方式進行升級，也會有效的降低網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求，節(jié)省服務(wù)器的資源，提高用戶的滿意度。

1.2 云終端組播升級實現(xiàn)機制

1.2.1 云終端升級系統(tǒng)架構(gòu)

云終端升級系統(tǒng)架構(gòu)主要由網(wǎng)管服務(wù)器、NFS/組播服務(wù)器、云終端[4，5]組成，網(wǎng)管服務(wù)器和NFS/組播服務(wù)器可部署在同一臺服務(wù)器，在網(wǎng)管服務(wù)器和NFS/組播服務(wù)器之間可以通信的情況下也可分開部署，如圖1所示。

1）網(wǎng)管服務(wù)器。通信模塊負(fù)責(zé)與組播服務(wù)器進行通信，包括傳遞組播參數(shù)，檢測組播服務(wù)狀態(tài)，關(guān)閉組播服務(wù)；Tr069模塊負(fù)責(zé)與云終端交互，包括網(wǎng)管服務(wù)器下發(fā)參數(shù)到終端，終端上報到網(wǎng)管信息的處理。

2） NFS/組播服務(wù)器。通信模塊負(fù)責(zé)與網(wǎng)管服務(wù)器進行交互，返回組播狀態(tài)；http模塊提供鏡像恢復(fù)的分區(qū)文件和組播端口信息文件等為終端下載，以便云終端獲取分區(qū)信息判斷該鏡像文件是否與終端的分區(qū)信息一致；組播模塊負(fù)責(zé)終端加入組播組，校驗組播數(shù)據(jù)，判斷終端是否超時丟棄，組播數(shù)據(jù)的發(fā)送。

3）云終端。Tr069模塊負(fù)責(zé)與網(wǎng)管進行交互，包括將網(wǎng)管下發(fā)的參數(shù)設(shè)置情況返回到網(wǎng)管服務(wù)器，上報鏡像文件分區(qū)信息是否與終端一致判斷結(jié)果、終端升級結(jié)果及終端狀態(tài)；組播模塊負(fù)責(zé)加入到網(wǎng)管服務(wù)器設(shè)置的組播組，接收組播數(shù)據(jù)。

1.2.2 云終端升級流程

網(wǎng)管服務(wù)器提取最新的系統(tǒng)鏡像版本，在網(wǎng)管服務(wù)器新建操作系統(tǒng)升級任務(wù)進行終端批量升級，在建任務(wù)時可選擇NFS或組播升級，并選擇需要升級的鏡像版本。若選擇NFS方式升級，則將NFS服務(wù)器及鏡像文件信息下發(fā)到終端，終端掛載到NFS服務(wù)器先復(fù)制鏡像分區(qū)信息，檢測分區(qū)信息是否滿足升級要求，若滿足則復(fù)制鏡像升級文件，完成升級。若選擇組播方式升級，需配置組播升級的參數(shù)，網(wǎng)管服務(wù)器將組播參數(shù)以及需要升級的鏡像文件信息發(fā)送到組播服務(wù)器，組播服務(wù)器根據(jù)組播參數(shù)啟動組播程序，若組播程序啟動，則組播服務(wù)器會發(fā)送消息到網(wǎng)管服務(wù)器，網(wǎng)管服務(wù)器再將組播參數(shù)信息和鏡像文件信息下發(fā)到終端，進行組播升級。

在組播升級之前，需在網(wǎng)管服務(wù)器選擇一臺系統(tǒng)配置好的或者新系統(tǒng)的終端，提取該終端的系統(tǒng)鏡像，將新的系統(tǒng)鏡像上傳到NFS服務(wù)器，并記錄到網(wǎng)管服務(wù)器。再開始組播升級。升級過程如下：將在網(wǎng)管服務(wù)器配置的組播參數(shù)及升級的鏡像文件信息同步到組播服務(wù)器；組播服務(wù)器接收到組播參數(shù)后，從鏡像文件目錄下獲取鏡像的分區(qū)數(shù)，根據(jù)分區(qū)數(shù)查找組播可用端口數(shù)，并新寫入該目錄下的端口信息文件；根據(jù)獲取的端口信息，啟動組播服務(wù)，同時將鏡像分區(qū)信息和組播使用端口的文件復(fù)制到HTTP服務(wù)下載的目錄下，返回網(wǎng)管服務(wù)器提示組播啟動服務(wù)成功；若網(wǎng)管服務(wù)器收到組播服務(wù)啟動成功消息，則將組播地址等參數(shù)及下載鏡像分區(qū)信息和端口信息的文件HTTP地址下發(fā)到云終端，否則結(jié)束本次升級；云終端收到消息后，先判斷組播服務(wù)器是否可連接，若可連接，則去下載鏡像分區(qū)信息和端口信息的文件，否則返回信息到網(wǎng)管，結(jié)束本次升級；下載到信息后，判斷鏡像的分區(qū)信息是否滿足當(dāng)前云終端的升級要求，若滿足，則云終端解析組播端口信息并記錄，重啟云終端進入升級系統(tǒng)，否則返回信息到網(wǎng)管，結(jié)束本次升級；終端接收到組播服務(wù)器發(fā)送的發(fā)現(xiàn)報文，加入組播組；組播服務(wù)器檢測組播開始發(fā)送數(shù)據(jù)的策略是否滿足，如果滿足策略，則開始發(fā)送數(shù)據(jù)，若在開始發(fā)送數(shù)據(jù)時，仍有終端因為網(wǎng)絡(luò)延時或組播策略的終端連接數(shù)超過了實際終端數(shù)等原因未加入到此輪組播中，則等待這輪組播數(shù)據(jù)升級完成后，組播服務(wù)器重啟組播服務(wù)，加入到下輪組播中，以此循環(huán)，直到所有正常進入升級系統(tǒng)的終端都完成升級；云終端接收到數(shù)據(jù)后，校驗數(shù)據(jù)正確與否，若數(shù)據(jù)校驗有誤，則重啟進入下一輪組播升級，否則直到升級成功；在組播發(fā)送數(shù)據(jù)的升級過程中，由于網(wǎng)絡(luò)原因或其他原因?qū)е履骋唤K端網(wǎng)絡(luò)不通，組播服務(wù)器會等待該終端直到超時丟棄該終端再繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，保證升級的完整性。

如圖2所示，組播升級的具體流程如下：

1）網(wǎng)管客戶端在任務(wù)管理中建立系統(tǒng)升級的任務(wù)；

2）網(wǎng)管服務(wù)端在調(diào)度任務(wù)時，若是組播升級的任務(wù)，則將組播升級參數(shù)傳遞到組播服務(wù)器。參數(shù)包括：升級文件、組播端口、組播地址、組播服務(wù)器網(wǎng)卡、雙工模式、傳輸速率限制、最小連接數(shù)、最小等待時間、最大等待時間、跳數(shù)、重發(fā)hello包間隔時間參數(shù)、發(fā)送多少個REQACK后丟棄接收機；

3）組播服務(wù)器接收組播參數(shù)，根據(jù)傳入的升級文件（實際是一個目錄）參數(shù)，到相應(yīng)文件目錄解析升級文件的分區(qū)信息，根據(jù)分區(qū)數(shù)檢測組播升級所需的端口號（把客戶端配置的組播端口參數(shù)作為起始值，進行檢測），并將檢測可用端口寫入組播升級文件夾下的端口文件*.port；

4）根據(jù)傳入的參數(shù)啟動組播服務(wù)，將啟動成功失敗的標(biāo)識返回到網(wǎng)管服務(wù)器，同時將升級文件的分區(qū)信息及端口文件復(fù)制到http服務(wù)器目錄；

5）若啟動組播服務(wù)失敗，則在網(wǎng)管服務(wù)器的任務(wù)調(diào)度處直接返回；

6）若啟動組播服務(wù)成功，進入系統(tǒng)升級任務(wù)的動作單元，將組播升級的參數(shù)信息下發(fā)到設(shè)備，下發(fā)參數(shù)包括：組播地址、跳數(shù)、http服務(wù)器地址及組播標(biāo)識等；

7）參數(shù)設(shè)置到終端失敗，則直接返回到網(wǎng)管服務(wù)器；若設(shè)置參數(shù)成功，終端發(fā)起http請求，下載分區(qū)信息及端口文件；

8）若分區(qū)信息與終端系統(tǒng)一致，則終端重啟進入終端升級小系統(tǒng)，加入組播組，接收組播數(shù)據(jù)；

9）升級成功、終端重啟進入wes系統(tǒng)、注冊到網(wǎng)管服務(wù)器。

2 實驗及結(jié)果分析

采用局域網(wǎng)內(nèi)部的測試環(huán)境對終端進行升級測試，在帶寬、以及服務(wù)器的性能、終端類型都一致的情況下進行測試，升級終端為10臺，云終端鏡像文件大小位2.53G，測試結(jié)果如圖3所示，縱坐標(biāo)為終端升級時間總長，橫坐標(biāo)為每次測試的終端升級數(shù)量。從圖3可以看出，由于HTTP、NFS都需要每個終端和升級服務(wù)器建立連接，兩者在單臺和多臺時的整體時間相差都不是很大，但是總體終端的升級時間還是和終端數(shù)目呈現(xiàn)一定的關(guān)系，在數(shù)量達(dá)到一定程度時候由于受到網(wǎng)絡(luò)帶寬、服務(wù)器連接數(shù)等方面的限制會出線性增長。 而采用組播的技術(shù)，不需要每個終端和升級服務(wù)器建立連接，只需要分發(fā)數(shù)據(jù)包到組播組，可以看出當(dāng)終端數(shù)量由單臺增長到10臺的過程中升級時長變化不大，組播升級有著非常高的效率，在終端數(shù)量在一定范圍內(nèi)變化的時候，升級的效率與其關(guān)系不大，如果延伸到現(xiàn)網(wǎng)云終端的管理環(huán)境，一般都是專線，帶寬和服務(wù)器性能都有保障的情況，其效果會更加明顯。另外，由于HTTP、NFS由于采用的是每個終端和升級服務(wù)器建立連接的方式，故類似與傳統(tǒng)的單播方式，其理論上分別需要（1，5，10）次數(shù)據(jù)的傳送機制，而在組播機制中，除去服務(wù)器性能等方面的影響，在理論上傳輸?shù)臅r間只與組播組中云終端的數(shù)量有關(guān)系，故其升級總時長大大低于HTTP和NFS升級方式。因為采用組播的技術(shù)，不需要每個終端和升級服務(wù)器建立連接，只需要分發(fā)數(shù)據(jù)包到組播組，所以當(dāng)終端數(shù)量由單臺增長到10臺的過程中升級時長變化不大，組播升級有著非常高的效率。

3 結(jié)束語

通過分析HTTP方式、NFS方式的云終端升級技術(shù)面對大批量終端升級的情況下存在效率不高的問題上，提出一種基于組播方式實現(xiàn)的技術(shù)機制，在終端升級效率上有顯著的提升。同時采用組播升級和NFS升級相結(jié)合實現(xiàn)來保證云終端升級功能的完整性，在組播升級中，網(wǎng)管服務(wù)器將組播參數(shù)及鏡像文件信息下發(fā)到終端后，終端先到組播服務(wù)器下載鏡像文件分區(qū)信息，若不滿足系統(tǒng)升級需要，則終端上報消息當(dāng)網(wǎng)管服務(wù)器，網(wǎng)管服務(wù)器記錄該終端不能升級的原因。若滿足升級需要，則終端重啟進入升級的系統(tǒng)，加入到組播組，若組播啟動發(fā)送數(shù)據(jù)的策略已滿足，則開始組播發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送完后，終端重啟進入正常的系統(tǒng)，完成升級。若再第一次組播策略已滿足并開始組播升級時，在該次需要升級的終端如果已啟動升級系統(tǒng)進入了升級界面，但沒有加入到這一次組播中，則等待組播服務(wù)器當(dāng)次組播數(shù)據(jù)發(fā)送完成，重啟組播服務(wù)程序，等待上一輪未加入的終端加入，并再次發(fā)送組播數(shù)據(jù)，以此一輪一輪的發(fā)送，保證終端升級完成。由于以上方案，通過組播對終端升級，實現(xiàn)了對云終端的遠(yuǎn)程快速升級，同時降低了對網(wǎng)絡(luò)高帶寬及服務(wù)器的高性能的需求。

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