基于Fire 開(kāi)源庫(kù)的MNSS 命令行重構(gòu)方法設(shè)計(jì)與應(yīng)用

郝亞平

（常州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 常州213000）

MNSS 平臺(tái)是基于開(kāi)源軟件的虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，旨在利用瀏覽器實(shí)現(xiàn)在線虛擬仿真實(shí)驗(yàn)[1]。MNSS 綜合利用云計(jì)算、虛擬化、linux bridge 等技術(shù)[2]，同時(shí)整合了眾多優(yōu)秀的開(kāi)源底層軟件作為基礎(chǔ)，構(gòu)建了一個(gè)以云計(jì)算技術(shù)為基礎(chǔ)的“高性能、集中式、開(kāi)放性”兼具的創(chuàng)新型在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。可以很好的應(yīng)用于教學(xué)、科研、實(shí)踐等方面[3-4]。

MNSS 平臺(tái)主要由一臺(tái)管理機(jī)服務(wù)器、一臺(tái)原型機(jī)服務(wù)器與執(zhí)行機(jī)服務(wù)器群構(gòu)成，并且在平臺(tái)中集成了眾多的開(kāi)源底層軟件。由于其系統(tǒng)架構(gòu)龐大，導(dǎo)致管理、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)較為復(fù)雜，因而如何提升平臺(tái)的可維護(hù)性、可拓展性與安全性變得尤為重要[5]。目前，平臺(tái)的運(yùn)營(yíng)和管理比較零散，缺乏統(tǒng)一的平臺(tái)架構(gòu)。

為了解決以上的問(wèn)題，我們以Python 開(kāi)源庫(kù)Fire 為基礎(chǔ)，將系統(tǒng)底層中的命令行以功能進(jìn)行統(tǒng)一分類(lèi)，并進(jìn)行二次封裝，采用命名加參數(shù)的形式進(jìn)行調(diào)用，該架構(gòu)不僅可以使命令行更加安全的運(yùn)行，并且在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，提高開(kāi)發(fā)人員的二次開(kāi)發(fā)效率，增加平臺(tái)的可維護(hù)性與可拓展性。

1 Fire 的基本使用方法與實(shí)現(xiàn)原理

Fire 是谷歌團(tuán)隊(duì)開(kāi)源的Python 庫(kù)，用于將Python 代碼自動(dòng)轉(zhuǎn)換為代碼行（CLI），開(kāi)發(fā)者不需要定義參數(shù)，設(shè)置幫助信息，也不需要編寫(xiě)具體執(zhí)行代碼的main 函數(shù)。相反，開(kāi)發(fā)者只需從main 模塊調(diào)用“Fire”函數(shù)，其余工作全部交由Python Fire 來(lái)完成。

Fire 的實(shí)現(xiàn)原理如圖1 所示，采用Fire 編寫(xiě)命令行中的參數(shù)順序和代碼內(nèi)部對(duì)象的樹(shù)狀層次結(jié)構(gòu)是直接對(duì)應(yīng)的關(guān)系。如果fire 不帶參數(shù)暴露了當(dāng)前的模塊，那么第一個(gè)參數(shù)就應(yīng)該是這個(gè)模塊內(nèi)部的函數(shù)名、類(lèi)名或者是變量名。如果第一個(gè)參數(shù)是函數(shù)，那么接下來(lái)的參數(shù)就是函數(shù)的參數(shù)。如果第一個(gè)參數(shù)是類(lèi)，那么接下來(lái)的參數(shù)可以用這個(gè)類(lèi)實(shí)例內(nèi)部的方法或者字段。如果第一個(gè)參數(shù)是變量名，后面沒(méi)有參數(shù)的話(huà)，就直接顯示這個(gè)變量。如果后面還有參數(shù)，那么就把這個(gè)變量看成一個(gè)對(duì)象，然后繼續(xù)使用后續(xù)參數(shù)來(lái)深入解析這個(gè)對(duì)象。由于Fire 可以使開(kāi)發(fā)人員專(zhuān)注于方法本身，而不需要考慮如何轉(zhuǎn)變?yōu)槊?，非常?shí)用，因此我們采用Fire 將MNSS 平臺(tái)的運(yùn)營(yíng)、管理、開(kāi)發(fā)等工作轉(zhuǎn)化為命令行，實(shí)現(xiàn)底層代碼和上層顯示的隔離。

在Python 里面所有的變量都是對(duì)象，包括普通的整數(shù)、字符串、浮點(diǎn)數(shù)、布爾值等。理論上可以一直將對(duì)象結(jié)構(gòu)遞歸下去，形成一個(gè)復(fù)雜的鏈?zhǔn)秸{(diào)用。

2 基于Fire 的MNSS 命令行重構(gòu)方法設(shè)計(jì)

MNSS 采用集群式服務(wù)器設(shè)計(jì)，并集成了眾多開(kāi)源底層軟件，為了保障系統(tǒng)底層命令行的運(yùn)行安全，提升系統(tǒng)可維護(hù)性和可拓展性，我們以Python 開(kāi)源庫(kù)Fire 為基礎(chǔ)，重新設(shè)計(jì)了一套針對(duì)MNSS 平臺(tái)的命令集。

圖1 Fire 原理圖

2.1 MNSS 平臺(tái)框架

MNSS 平臺(tái)在物理架構(gòu)上主要由一臺(tái)管理機(jī)服務(wù)器、一臺(tái)原型機(jī)服務(wù)器與若干執(zhí)行機(jī)服務(wù)器群組成，如圖2 所示：

圖2 MNSS 架構(gòu)圖

管理機(jī)服務(wù)器：主要實(shí)現(xiàn)用戶(hù)管理、資源管理、執(zhí)行機(jī)管理和運(yùn)維管理。

原型機(jī)服務(wù)器：為執(zhí)行機(jī)的運(yùn)行提供共性資源，如實(shí)驗(yàn)拓?fù)?、視頻教程、用戶(hù)數(shù)據(jù)、虛擬元器件等等。

執(zhí)行機(jī)服務(wù)器集群：執(zhí)行機(jī)服務(wù)器集群主要由若干執(zhí)行機(jī)組成，執(zhí)行機(jī)掛載原型機(jī)服務(wù)器中的資源。執(zhí)行機(jī)為用戶(hù)仿真提供計(jì)算資源、內(nèi)存資源、存儲(chǔ)資源等必要的資源，在用戶(hù)登錄期間，每個(gè)用戶(hù)與一臺(tái)執(zhí)行機(jī)動(dòng)態(tài)綁定，當(dāng)用戶(hù)退出后，執(zhí)行機(jī)資源將動(dòng)態(tài)釋放。通過(guò)不斷增加執(zhí)行機(jī)的數(shù)量，可以滿(mǎn)足MNSS的共同在線用戶(hù)數(shù)量。每個(gè)執(zhí)行機(jī)的資源都是可以靈活調(diào)配的，管理員可以通過(guò)增加執(zhí)行機(jī)的CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)等資源，為每個(gè)用戶(hù)動(dòng)態(tài)配置所需的資源。

2.2 重構(gòu)方法設(shè)計(jì)

我們以Fire 為設(shè)計(jì)思路，將MNSS 底層的命令行按照功能進(jìn)行統(tǒng)一分類(lèi)。其重構(gòu)包括以下步驟：第一步，由于目前MNSS底層軟件中，有大量以Python 語(yǔ)言為基礎(chǔ)的軟件，我們可以將此類(lèi)軟件接口直接使用Fire 進(jìn)行重寫(xiě)，按照其功能，在調(diào)用時(shí)統(tǒng)一分類(lèi)；第二步，將MNSS 平臺(tái)對(duì)于底層命令行的調(diào)用按照功能進(jìn)行統(tǒng)一分類(lèi)，包含之前對(duì)于Python 的命令行調(diào)用，并二次封裝；第三步，按照功能對(duì)二次封裝的接口進(jìn)行統(tǒng)一分類(lèi)命名，并按照Fire 的原理，命名層次結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)。

我們統(tǒng)一將封裝后命令行以mnss 作為一級(jí)名稱(chēng)，以系統(tǒng)模塊作為二級(jí)名稱(chēng)，以功能作為三級(jí)名稱(chēng)，以具體實(shí)現(xiàn)作為四級(jí)名稱(chēng)，中間以空格分隔。具體模塊分類(lèi)如圖3 所示。

圖3 命名模塊結(jié)構(gòu)圖

我們以基礎(chǔ)組件模塊為例，其命名結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 基礎(chǔ)模塊命名結(jié)構(gòu)圖

3 重構(gòu)應(yīng)用

我們以用戶(hù)登錄MNSS 后，對(duì)執(zhí)行機(jī)服務(wù)器的性能優(yōu)化為例進(jìn)行命令行的重構(gòu)。MNSS 平臺(tái)在每個(gè)用戶(hù)登錄執(zhí)行機(jī)的時(shí)候，為避免某些進(jìn)程重復(fù)開(kāi)啟或某些應(yīng)用的內(nèi)存需要進(jìn)行清理，在登錄代碼中，我們加入了進(jìn)程清理與內(nèi)存釋放的代碼，代碼如下：

我們將此段代碼進(jìn)行二次封裝到統(tǒng)一命令行運(yùn)行類(lèi)中，按照功能命名為：mnss performance login_operation clean，封裝后的代碼如下：

重構(gòu)完成后，我們可以看到，對(duì)于開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，不僅提高了代碼可讀性，而且，在后續(xù)開(kāi)發(fā)中，如若添加或修改性能優(yōu)化命令行時(shí)，只需要在統(tǒng)一命令行運(yùn)行類(lèi)中，將對(duì)應(yīng)命名的方法進(jìn)行修改就可以完成，對(duì)于復(fù)用性比較高的命令行來(lái)說(shuō)，此架構(gòu)可以大大提高開(kāi)發(fā)效率，并且由于統(tǒng)一分類(lèi)，可以大大提升平臺(tái)的可維護(hù)性和可拓展性。

4 結(jié)論

本文以Python 開(kāi)源庫(kù)Fire 為設(shè)計(jì)思路，重新設(shè)計(jì)了一套MNSS 平臺(tái)底層中命令行的設(shè)計(jì)架構(gòu)。該架構(gòu)不僅將MNSS 底層中的Python 命令行使用Fire 進(jìn)行優(yōu)化，更采用Fire 的設(shè)計(jì)思路，將MNSS 底層命令行按功能統(tǒng)一分類(lèi)，并進(jìn)行二次封裝，采用命名加參數(shù)的方式進(jìn)行調(diào)用，使命令行更加安全的運(yùn)行，并且在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，可以提高開(kāi)發(fā)人員的二次開(kāi)發(fā)效率，提升平臺(tái)的可維護(hù)性與可拓展性。