基于多租戶的石油鉆井公司系統(tǒng)架構(gòu)的研究

宮佩

摘要：SaaS以多租戶為主要特征，該文對SaaS模式下多租戶系統(tǒng)架構(gòu)及其數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了研究，以便于為石油公司提供更廣闊的思路。

關(guān)鍵詞：SaaS；多租戶；架構(gòu)；數(shù)據(jù)庫

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）30-0177-03

Study on the System Architecture of Drilling Companys under SaaS Model

GONG Pei

（School of Computer， Xian Shi you University， Xian 710065， China）

Abstract：SaaS takes multi-tenant as main characteristics，this paper is based on SaaS model to analysis the system architecture and the database about multi-tenant.

Key words：SaaS； multi_tenant； architecture； database

1 概述

埋藏在地下的石油資源，油田的勘探、開發(fā)、保存、儲運等工作繁瑣不堪，一線作業(yè)是鉆井企業(yè)的主要業(yè)務(wù)，作業(yè)隊經(jīng)常在野外工作，分布地域遼闊，作業(yè)現(xiàn)場情況復(fù)雜多變，地理環(huán)境和氣候條件以及設(shè)備故障等現(xiàn)場問題存在大量未知因素，而石油鉆井企業(yè)一般在野外工作，而對于軟件公司來說，不可能為每個企業(yè)量身定做一個數(shù)據(jù)庫，這樣不僅加大了了工作量，而且所需要的經(jīng)費也非常多[1]。軟件公司還需派遣工作人員去各個鉆井隊進(jìn)行后期維護(hù)，這樣是很不現(xiàn)實的，也沒有哪個公司能負(fù)擔(dān)起這個消費。而多租戶技術(shù)就可以針對這一現(xiàn)象設(shè)計出多租戶數(shù)據(jù)庫，供各個公司租賃，可對不同鉆井企業(yè)提供多樣化的低成本、高質(zhì)量的服務(wù)，本課題將引入多租戶技術(shù)。多租戶技術(shù)是通過研究并實現(xiàn)怎樣在用戶較多的情況下共用相同的系統(tǒng)或程序組件，且仍可保證各個用戶之間的數(shù)據(jù)隔離性的一種軟件架構(gòu)技術(shù)。

2 SaaS服務(wù)模式

SaaS（軟件即服務(wù)）是打破傳統(tǒng)軟件銷售模式的一種商業(yè)模式，它的特點是網(wǎng)絡(luò)交付和按照需要付費使用。在這種模式下，軟件供應(yīng)商（開發(fā)者、開發(fā)方）從軟件租用者處獲得長久連續(xù)的收入，當(dāng)然供應(yīng)商也需讓步，租戶不需要再支付維護(hù)軟件、升級版本以及購置硬件等方面的費用。更多的企業(yè)也是因為SaaS模式具有靈活性、可擴(kuò)展性和較高的成本效益，紛紛采用這種軟件（開發(fā)、交付）模式。

2.1 關(guān)于多租戶的概念

多租戶這一概念的提出是隨著SaaS應(yīng)用模式的快速發(fā)展，它是SaaS應(yīng)用的一個重要的應(yīng)用，即SaaS應(yīng)用必須能夠滿足多個或多種租戶的軟件需求，這樣一來SaaS供應(yīng)商們花費在軟件開發(fā)、硬件購置、培訓(xùn)、升級和維護(hù)等一系列上面的成本才能減少，從而可以投入最少的基礎(chǔ)設(shè)施成本取得最大的利潤。同樣，通過多租戶的可定制特性，客戶能夠按需付費使用軟件，并降低租戶的應(yīng)用門檻和風(fēng)險[2]。

多租戶作為SaaS服務(wù)中的一個重要技術(shù)，它的目標(biāo)是可以支持更多的客戶，SaaS服務(wù)提供商希望可以盡可能的為更多客戶提供服務(wù)，因此SaaS服務(wù)提供商就必須能夠盡可能的接受和處理客戶的請求。

2.2 SaaS模式的優(yōu)點

SaaS模式軟件能夠得到迅速的發(fā)展，除了科技的推動發(fā)展之外，還得益于軟件本身的優(yōu)勢。

具體來說優(yōu)點可概括如下：

1） 按需使用。用戶按照自己的需要向服務(wù)商購買自己所需要的服務(wù)，所支付的費用則是由他所購買的服務(wù)數(shù)量、使用時間來決定的，這樣一來就避免了資源和金錢的浪費。

2） 靈活使用。SaaS模式軟件的數(shù)據(jù)資料的存儲位置都是在虛擬的互聯(lián)網(wǎng)上，沒有相對應(yīng)的具體位置。只要租戶在可以聯(lián)網(wǎng)的情況下，隨時隨地可使用。

3） 無須維護(hù)。應(yīng)用軟件的主要運行都設(shè)置在服務(wù)器端口上，租戶如果在使用時遇到問題，通知服務(wù)商的工作人員去解決，不用租戶再浪費時間金錢去處理問題。

4） 精簡人員。服務(wù)提供商會有專人負(fù)責(zé)某一固定模塊，租戶不用再額外增加IT工作人員。

在SaaS服務(wù)模式中各個租戶所支付的服務(wù)和維護(hù)費用會隨著租戶規(guī)模的逐漸增多而減低[3]。因此SaaS這種解決方案已經(jīng)漸漸被更多的企業(yè)所接納。

3 SaaS模式體系架構(gòu)設(shè)計

鉆井生產(chǎn)作為石油勘探開發(fā)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，直接影響著油田的產(chǎn)能建設(shè)。鉆井企業(yè)的主要業(yè)務(wù)流程是人員與技術(shù)集中，包含技術(shù)、管理與經(jīng)濟(jì)等的系統(tǒng)工程，它的業(yè)務(wù)涉及面較廣，信息種類多，信息集成、處理起來較繁瑣[4]?，F(xiàn)在石油公司需要利用多租戶系統(tǒng)來提供相關(guān)思想?？紤]到可以更好地支持SaaS服務(wù)應(yīng)用這方面，本文選擇了分層設(shè)計的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)。

綜合考慮租戶的應(yīng)用需求和服務(wù)提供商的能力，本文主要實現(xiàn)具有可配置性的多租戶系統(tǒng)架構(gòu)，本文參考了固有的傳統(tǒng)模式應(yīng)用架構(gòu)，添加了配置管理層和數(shù)據(jù)模式選擇層[5]。配置管理層的功能主要是在多租戶單實例系統(tǒng)中能配置系統(tǒng)的使用這一任務(wù)，即為租戶推出了定制性的模塊且有一些應(yīng)用方面的配置，可以為企業(yè)提供特定需求的配置管理。由于不同的軟件供應(yīng)商會采取不一定會選取同種數(shù)據(jù)庫，因此增加了數(shù)據(jù)模式選擇層。盡量在單例系統(tǒng)中調(diào)節(jié)租戶選擇數(shù)據(jù)庫的數(shù)量，簡化功能。使系統(tǒng)可擴(kuò)展，代碼改動不多并減少耦合度[6]。SaaS服務(wù)應(yīng)用架構(gòu)如圖1所示。

圖1 SaaS體系架構(gòu)

在圖1的體系架構(gòu)中，和傳統(tǒng)模式的系統(tǒng)架構(gòu)對比起來，它的結(jié)構(gòu)是七層，本文為其添加配置管理層和數(shù)據(jù)模式選擇層。配置管理層是SaaS服務(wù)模式軟件應(yīng)用系統(tǒng)中比較特殊的層次，由于SaaS模式軟件面向多租戶的特性，當(dāng)租戶的使用需求產(chǎn)生變化的時候，服務(wù)商做不到滿足每個租戶的需求，所以SaaS服務(wù)模式系統(tǒng)架構(gòu)需要具備靈活性這一特點，不是服務(wù)商為每個租戶改動，而是租戶可以自行修改，從這些來看，這一層的功能主要是在系統(tǒng)中管理各個租戶的數(shù)據(jù)配置信息，為其提供功能上的定制和應(yīng)用的靈活配置性，以滿足用戶的一些特定需求[7]。

添加數(shù)據(jù)模式選擇層主要是由于不同的軟件服務(wù)提供商會選擇不同的數(shù)據(jù)庫，為了能使系統(tǒng)具備更強(qiáng)大的擴(kuò)展性能、代碼改動少并降低耦合度，可以操作多租戶單實例系統(tǒng)中租戶選擇數(shù)據(jù)庫的種類，并對面向接口模式和工廠模式相融合的方法有一個簡單的實例化[8]。

SaaS服務(wù)模式的應(yīng)用系統(tǒng)的配置性可以在添加了這兩層之后有了明顯的效果。

4 SaaS模式數(shù)據(jù)庫架構(gòu)設(shè)計

相比傳統(tǒng)軟件， 數(shù)據(jù)存儲時大部分是把數(shù)據(jù)庫放到客戶的服務(wù)器里，由客戶自己來進(jìn)行維護(hù)與管理，但是這種方式客戶會覺得有一些困擾[9]。多租戶性是SaaS服務(wù)模式應(yīng)用和傳統(tǒng)軟件明顯的不同，即多個租戶選擇同一個運行實例，他們之間的數(shù)據(jù)同時具備隔離性和共享性，所以SaaS服務(wù)模式需要考慮到在數(shù)據(jù)隔離與共享兩方面尋求一個平衡問題以及成本問題。

一般說來，在數(shù)據(jù)存儲方面有三種方案：1）獨立數(shù)據(jù)庫；2）共享數(shù)據(jù)庫但隔離數(shù)據(jù)架構(gòu)；3）共享數(shù)據(jù)庫且共享數(shù)據(jù)架構(gòu)。

4.1 獨立數(shù)據(jù)庫

獨立數(shù)據(jù)庫是把每個租戶的數(shù)據(jù)信息獨立存儲在各自的數(shù)據(jù)庫中，通過這種方案可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的隔離。每個租戶在物理上都會擁有屬于自己的一整套數(shù)據(jù)，且獨立存儲。

這種存放方式有著自己獨特的優(yōu)點，讓不同的租戶擁有自己的數(shù)據(jù)庫，對于后期數(shù)據(jù)模型的擴(kuò)展有一定的幫助，可以實現(xiàn)不同租戶的不同需求，出現(xiàn)問題的時候，租戶的數(shù)據(jù)恢復(fù)也相對簡單。但對于SaaS的應(yīng)用來說，這樣就增加了數(shù)據(jù)庫的安裝量，并且維護(hù)成本和購置成本會逐漸增大。

4.2 共享數(shù)據(jù)庫，隔離數(shù)據(jù)架構(gòu)

這種方案就是所有的租戶租用同一個數(shù)據(jù)庫，但租戶自己的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)是不同的，而且會存放在單獨的模式里。這樣一來，當(dāng)該SaaS服務(wù)系統(tǒng)首次被客戶所使用時，系統(tǒng)不僅創(chuàng)建了租戶環(huán)境，而且創(chuàng)建了一整套的默認(rèn)數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)，同時將租戶關(guān)聯(lián)到他自己的模式中。

這種方式的優(yōu)勢是與上種方式相比較得來的，一臺服務(wù)器可以通過共享數(shù)據(jù)這種方式來為更多的租戶提供服務(wù)，并且數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同，又有數(shù)據(jù)隔離，滿足那些對安全性有需求的租戶的訴求，有數(shù)據(jù)隔離，又不是全部隔離[7]。

4.3 共享數(shù)據(jù)庫，共享數(shù)據(jù)架構(gòu)

共享數(shù)據(jù)庫，共享數(shù)據(jù)架構(gòu)方案，也就是所有用戶共享相同的數(shù)據(jù)庫，相同的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)，存放在相同的錯模式中。在這種方案里，多個租戶的數(shù)據(jù)記錄可以放在同一個數(shù)據(jù)表里，用租戶ID來區(qū)分租戶之間的數(shù)據(jù)。

共享數(shù)據(jù)庫，共享數(shù)據(jù)架構(gòu)方案是一種共享程度最高，隔離級別最低的數(shù)據(jù)存儲方式。這種方案的硬件維護(hù)和購置成本是最低的，且數(shù)據(jù)庫可支持的租戶數(shù)量在每臺服務(wù)器是最多的。但是因為相同的數(shù)據(jù)庫被所有租戶共同使用的緣故，所以隔離性比較差，安全性也較低，為了保證所有租戶在系統(tǒng)異常不訪問到其他租戶信息，還必須考慮到安全方面的設(shè)定[10]。

4.4 三種方案的比較

上面提到的三種方案中，各自都有自己的優(yōu)缺點，各種商業(yè)形式和技術(shù)方面根據(jù)自己的特點來選擇適合自己的方案。

從上邊分析可以看出，方案一的隔離級別最高，共享級別最低。而方案三則與之相反。

獨立數(shù)據(jù)庫的特點是通過簡化數(shù)據(jù)模型來達(dá)到用戶需求，且數(shù)據(jù)恢復(fù)的手段也比較簡單。但是在成本方面為有所提高。相比較來說，第三種方案的成本最低，但是相同的數(shù)據(jù)庫會被不同的租戶租用，會需要提高安全性，保證租戶就算發(fā)生故障時，也看不到別人的信息[11]。

產(chǎn)品的定價策略和用戶對數(shù)據(jù)安全的需求將決定了租戶會選擇哪種SaaS服務(wù)模式。

5 結(jié)束語

本文針對石油公司復(fù)雜多變的具體情況，應(yīng)用軟件即服務(wù)思想為鉆井公司提供了一種更好處理數(shù)據(jù)的參考思路。文中探討了適用于SaaS系統(tǒng)的七層架構(gòu)和數(shù)據(jù)庫架構(gòu)設(shè)計方案的思想。SaaS相比與傳統(tǒng)軟件模式而言，可以降低中小型企業(yè)的資金投入和維護(hù)工作，進(jìn)而幫助石油公司更好地迎接全球化時代在信息化建設(shè)方面所面臨的效能、時間和成本挑戰(zhàn)。

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