規(guī)則引擎下的自動(dòng)運(yùn)維虛擬器件建模分析

關(guān)兆雄, 皇甫漢聰

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 佛山供電局， 佛山 528000)

0 引言

云計(jì)算的出現(xiàn)讓人們對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識(shí)發(fā)生了顯著的變化。人們通常習(xí)慣把數(shù)據(jù)存放在電腦當(dāng)中，并主觀認(rèn)為能夠保障數(shù)據(jù)安全。但電腦并不是完全安全的系統(tǒng)，在加上云計(jì)算技術(shù)的出現(xiàn)，讓很多數(shù)據(jù)都放在了肉眼不可見的“云”中。例如我們熟知的“百度云盤”，就有效地利用了這項(xiàng)技術(shù)。對(duì)于虛擬化技術(shù)的管理，也需要在程序、配置上面展開優(yōu)化，來解決存在的諸多問題。

1 虛擬器件的模型構(gòu)建

虛擬器件實(shí)際上是安裝了操作系統(tǒng)、業(yè)務(wù)軟件等功能的軟件棧，它包含了系統(tǒng)所需要的虛擬資源，一般以.ova為后綴的壓縮包格式發(fā)布，即OVF包，它也是目前虛擬器件的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，將虛擬器件定義為3種不同格式，不同的解決方案都可以用一個(gè)OVF文件來進(jìn)行描述[1]。其文件構(gòu)成主要包含以下幾個(gè)方面。如表1所示。

表1 OVF文件類型

2 自動(dòng)運(yùn)維功能要求

自動(dòng)運(yùn)維模塊是基于引擎技術(shù)而出現(xiàn)的功能模塊，包括不同的組件，例如圖1所示。

圖1 自動(dòng)運(yùn)維模塊構(gòu)成

2.1 監(jiān)視器

監(jiān)視器的作用是負(fù)責(zé)收集虛擬器件運(yùn)行過程中存在的狀態(tài)信息，并將數(shù)據(jù)結(jié)果存儲(chǔ)至事實(shí)庫當(dāng)中[2]。它的信息來源主要源于兩個(gè)方面，一是虛擬化平臺(tái)內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài)信息，主要為監(jiān)視器提供接收接口；二是外部狀態(tài)信息，對(duì)整個(gè)虛擬器件進(jìn)行監(jiān)控，獲取通用信息[3]。例如CPU占用比例、內(nèi)存情況、硬盤空間與硬盤讀寫速率等，都可以成為監(jiān)視器監(jiān)視的重要內(nèi)容。

2.2 決策器

在自動(dòng)運(yùn)維模塊當(dāng)中，決策器是最關(guān)鍵的組件之一，推理設(shè)備通過對(duì)知識(shí)庫與事實(shí)庫的匹配，產(chǎn)生有效的運(yùn)維序列，然后表示為虛擬器件中的對(duì)象，獲取參數(shù)列表，然后決策元來根據(jù)策略信息與器件的運(yùn)行狀態(tài)，匹配合理的行動(dòng)序列，再交給執(zhí)行系統(tǒng)完成需要進(jìn)行的運(yùn)維工作[4]。一般情況下，有兩種行為控制模式。首先是內(nèi)部行為控制，即對(duì)操作系統(tǒng)與軟件的運(yùn)行管理，以虛擬器件的接口調(diào)用作為參照；然后是外部行為控制，即在虛擬器件的運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)所占用的物力資源進(jìn)行管理與快照，并對(duì)景象進(jìn)行保存，防止系統(tǒng)損壞時(shí)無法恢復(fù)[5]。

2.3 知識(shí)庫

知識(shí)庫是虛擬器件自動(dòng)運(yùn)維的基礎(chǔ)，也是不可或缺的組件。同時(shí)它也是虛擬器件運(yùn)維方式的一種體現(xiàn)，由狀態(tài)池、策略集組成。狀態(tài)池中包含了虛擬器件的狀態(tài)信息與物理機(jī)地址等，同時(shí)還包括了硬件運(yùn)行環(huán)境的相關(guān)要求與軟件運(yùn)行環(huán)境的要求。此外，這些信息通常在讀取描述文件后寫入[6]。而策略集中則存儲(chǔ)了策略信息，包括公共策略信息與私有策略信息，前者來源于公共桂策，可以適用于所有虛擬器件，進(jìn)行公共行為判定；后者則是來源于封裝規(guī)則集，最終可生成策略集合。

2.4 事實(shí)庫

事實(shí)庫可以存儲(chǔ)虛擬器件上的所有狀態(tài)數(shù)據(jù)，然后通過推理機(jī)來獲取數(shù)據(jù)，并與已有的知識(shí)進(jìn)行分類和比較，產(chǎn)生維護(hù)動(dòng)作集。例如圖2所示。

圖2 事實(shí)庫數(shù)據(jù)處理方式

事實(shí)庫的數(shù)據(jù)來源如圖所示，是監(jiān)視器所監(jiān)視的數(shù)據(jù)，并由事實(shí)庫轉(zhuǎn)移至推理機(jī)，推理機(jī)在獲取數(shù)據(jù)后再展開分析與討論[7]。

2.5 推理機(jī)

推理機(jī)是自動(dòng)運(yùn)維模塊的最重要內(nèi)容，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的推理與分析，讓運(yùn)維動(dòng)作的計(jì)算結(jié)果更加精確。本次研究中也對(duì)推理機(jī)的算法進(jìn)行了分析，讓數(shù)據(jù)定義成為不同的數(shù)據(jù)類型，不僅可以將一些無關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩除，讓同類型的事實(shí)對(duì)象進(jìn)入匹配網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，也可以高效地滿足網(wǎng)絡(luò)篩選數(shù)據(jù)的相關(guān)要求。

3 自動(dòng)運(yùn)維虛擬器件建模方案

自動(dòng)運(yùn)維虛擬器件建模工作可以通過虛擬化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，采用B/S架構(gòu)來進(jìn)行，無論是一般用戶還是管理員都可以直接通過瀏覽器進(jìn)行訪問和管理，并對(duì)資源進(jìn)行有效整合，在資源池上建立虛擬化平臺(tái)，給用戶提供虛擬資源的容器[8]。在這種管理模式下資源可以得到有效的分配，虛擬化平臺(tái)的穩(wěn)定性也能得到顯著提升，滿足不同的業(yè)務(wù)需求與安全級(jí)別下多種訪問模式的要求。通常情況下管理服務(wù)器與客戶端物理主機(jī)之間存在著密切的聯(lián)系，管理服務(wù)器主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)資源的管理與規(guī)劃，而物理主機(jī)則用于提供相關(guān)資源[9]。數(shù)據(jù)中心可以包含不同的資源池，滿足不同的服務(wù)要求，也可以在不同的物理主機(jī)內(nèi)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)遷移，但不跨越資源池，保障業(yè)務(wù)之間相互獨(dú)立[10]。

虛擬機(jī)的管理則包括資源分配、監(jiān)控、備份等各項(xiàng)工作，不僅可以負(fù)責(zé)虛擬機(jī)系統(tǒng)的啟動(dòng)與停止，還能進(jìn)行多種類型的狀態(tài)添加與移除操作。無論是在本地還是在一地，虛擬機(jī)的管理都支持不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，也可以實(shí)現(xiàn)在本次操作異地設(shè)備，配置管理也能通過網(wǎng)絡(luò)接口來實(shí)現(xiàn)，以創(chuàng)建虛擬網(wǎng)絡(luò)的方式讓虛擬機(jī)操作宿主機(jī)網(wǎng)絡(luò)，在合理的防火墻制度下實(shí)現(xiàn)[11]。

3.1 運(yùn)維方案的數(shù)據(jù)規(guī)劃

監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可以采用五元組來表示，不同屬性代表的是不同數(shù)據(jù)的名稱與值，包括數(shù)據(jù)類型與數(shù)據(jù)來源。虛擬器件當(dāng)中，感應(yīng)器通過接口獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后以字串形式發(fā)送個(gè)監(jiān)視器，此時(shí)監(jiān)視器可以判斷數(shù)據(jù)來源，然后在數(shù)據(jù)上附加上一定的信息，以便于在未來生成數(shù)據(jù)實(shí)例時(shí)進(jìn)行使用[12]。由于各個(gè)數(shù)據(jù)之間需要進(jìn)行匹配分析，針對(duì)不同的數(shù)據(jù)類型也需要定義不同的事實(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。如果規(guī)則引擎進(jìn)行了匹配分析，那么會(huì)被默認(rèn)為“false”，即數(shù)據(jù)已經(jīng)被使用。另外還可以通過一致性設(shè)計(jì)模式讓內(nèi)部域暴露成員屬性，通過自身機(jī)制來了解事實(shí)類數(shù)據(jù)。

3.2 規(guī)則管理

規(guī)則文件的性質(zhì)是一個(gè)可編輯的文本，并可以滿足自動(dòng)運(yùn)維的業(yè)務(wù)要求，表現(xiàn)出虛擬器件的業(yè)務(wù)功能。通常情況下虛擬器件的廠商在開發(fā)業(yè)務(wù)軟件的過程中會(huì)結(jié)合實(shí)際的運(yùn)維需求來對(duì)軟件進(jìn)行規(guī)劃，滿足在不同環(huán)境下對(duì)于虛擬器件運(yùn)維的需求。不同的器件會(huì)包含不同的規(guī)則文件，不同的規(guī)則文件可以視作一個(gè)運(yùn)維單位。此時(shí)，規(guī)則文件的特征會(huì)結(jié)合其屬性、條件與結(jié)果來判斷，來明確規(guī)則執(zhí)行的時(shí)機(jī)[13]。一個(gè)條件即對(duì)一個(gè)事實(shí)的添加限制，也表明可監(jiān)控的數(shù)據(jù)需要滿足的條件，約束是規(guī)則引擎匹配算法的單位，可以將條件內(nèi)的屬性進(jìn)行管理與規(guī)劃，并將約束的結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)所有約束能滿足規(guī)則要求時(shí)，證明條件滿足。研究中還可以引入復(fù)雜事件處理，將事實(shí)進(jìn)行定義，讓規(guī)則的功能更加全面，例如對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析、對(duì)規(guī)則次數(shù)的限制等[14]。

3.3 rete算法

目前在規(guī)則引擎技術(shù)之下，rete算法是目前的“業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)”，一些引擎接口標(biāo)準(zhǔn)也是以rete為基礎(chǔ)而制定的。這種算法包含兩個(gè)部分，即運(yùn)行執(zhí)行部分與規(guī)則部分。規(guī)則部分即形成一個(gè)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行匹配，然后讓事實(shí)數(shù)據(jù)通過匹配傳播進(jìn)行過濾，讓符合條件的事實(shí)得到保留。研究過程中也將事實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行了檢查，將不符合要求的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，讓網(wǎng)絡(luò)中需要的數(shù)據(jù)類型進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中[15]。目前rete網(wǎng)絡(luò)有多種節(jié)點(diǎn)類型，而事實(shí)庫中一旦有新的事實(shí)對(duì)象插入，那么匹配后的狀態(tài)也會(huì)得以保存，這樣一來等下一個(gè)事實(shí)對(duì)象插入時(shí)，只需要對(duì)新的事實(shí)對(duì)象進(jìn)行管理和檢查，減少了大量的重復(fù)計(jì)算。此外，rete算法還可以共享不同規(guī)則網(wǎng)絡(luò)中的共同部分，即節(jié)點(diǎn)相同時(shí)，不同規(guī)則的網(wǎng)絡(luò)可以共享相同規(guī)則的節(jié)點(diǎn)，減少內(nèi)存中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，提升系統(tǒng)的匹配性能。但這種方式也需要注意一點(diǎn)，即事實(shí)對(duì)象變化頻率較快時(shí)，采用rete算法的工作效率并不突出。

3.4 運(yùn)維流程管理

運(yùn)維流程管理方案如圖3所示。

圖3 自動(dòng)運(yùn)維

虛擬器件自動(dòng)運(yùn)維管理可以對(duì)運(yùn)維對(duì)象進(jìn)行有效監(jiān)控，然后在獲取狀態(tài)數(shù)據(jù)后進(jìn)行反饋。如圖所示，虛擬器件的狀態(tài)屬性可以通過監(jiān)視器來進(jìn)行管理，可以根據(jù)器件狀態(tài)池的參數(shù)來獲取運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的數(shù)據(jù)，并將其作為規(guī)則引擎的事實(shí)數(shù)據(jù)存入事實(shí)庫當(dāng)中，此時(shí)規(guī)則引擎可以對(duì)知識(shí)庫進(jìn)行查詢匹配，將相關(guān)的信息發(fā)送給效應(yīng)器與決策器，結(jié)合參數(shù)數(shù)據(jù)來執(zhí)行相關(guān)的工作，引起操作對(duì)象運(yùn)行狀態(tài)的變化，再讓新的狀態(tài)進(jìn)入事實(shí)庫進(jìn)行處理分析，實(shí)現(xiàn)“循環(huán)”，并最終實(shí)現(xiàn)虛擬器件的自動(dòng)運(yùn)維[16]。

3.5 規(guī)則解析

規(guī)則引擎采用的是代碼形式的規(guī)則文件，便于相關(guān)運(yùn)維人員進(jìn)行管理和修改。但考慮到實(shí)際的工作需求，如何對(duì)規(guī)則進(jìn)行解析，并在編輯界面中進(jìn)行管理，成為了主要的研究內(nèi)容。通常情況下不同的規(guī)則可以添加不同的條件，條件與條件之間也可以建立聯(lián)系，編輯器在運(yùn)行過程中可以賭氣描述文件，并將選項(xiàng)進(jìn)行展示，如果用戶需要這些文件，便可以對(duì)這些文件進(jìn)行編輯與保存，例如在創(chuàng)建新虛擬器件時(shí)，就可以根據(jù)器件運(yùn)維要求進(jìn)行編輯。

4 總結(jié)

作為云計(jì)算技術(shù)的核心組成部分，如何提升虛擬化平臺(tái)的工作效率，推動(dòng)虛擬化產(chǎn)品的開發(fā)與規(guī)劃，對(duì)云計(jì)算技術(shù)的普及具有顯著的現(xiàn)實(shí)意義。傳統(tǒng)虛擬化技術(shù)的效率問題也讓虛擬器件技術(shù)隨之產(chǎn)生，具有顯著的優(yōu)勢。本文針對(duì)虛擬器件的模型，對(duì)系統(tǒng)和管理平臺(tái)進(jìn)行了針對(duì)性分析，在虛擬化平臺(tái)中融入規(guī)則引擎技術(shù)，對(duì)各個(gè)層次的不同對(duì)象進(jìn)行了自動(dòng)運(yùn)維管控，減少了系統(tǒng)問題的產(chǎn)生。在未來的工作中，還需要對(duì)測試環(huán)境進(jìn)行完善，力圖在一些更復(fù)雜的環(huán)境下展開測試，為企業(yè)的數(shù)據(jù)管理等工作提供技術(shù)支持，并實(shí)現(xiàn)出業(yè)務(wù)軟件外所有運(yùn)維對(duì)象的有效管控，提升操作系統(tǒng)的質(zhì)量。