鐵路開發(fā)測試云管理平臺設(shè)計

馮鳳娟，張 彥，司 群

（1.北京交通大學(xué) 軟件學(xué)院，北京 100044；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081）

隨著網(wǎng)絡(luò)在政治、軍事、經(jīng)濟、生活等各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們的工作、學(xué)習(xí)和生活方式也隨之變化。然而，在信息資源共享的同時也帶來了信息安全問題。計算機信息安全已經(jīng)成為涉及國家戰(zhàn)略和國計民生的重要問題，信息安全的重要性已經(jīng)提升到國家戰(zhàn)略層面。

中國國家鐵路集團有限公司（簡稱：國鐵集團）、各鐵路局集團有限公司（簡稱：鐵路局）為了滿足各自業(yè)務(wù)發(fā)展和需要，分別開發(fā)了12306互聯(lián)網(wǎng)售票系統(tǒng)、鐵路列車調(diào)度管理系統(tǒng)、鐵路列車調(diào)度指揮系統(tǒng)、鐵路列車調(diào)度控制系統(tǒng)等許多不同的信息系統(tǒng)。為了保證各個系統(tǒng)的信息安全，防止系統(tǒng)被黑客攻擊、系統(tǒng)信息的泄露給國家和個人造成損失，所有的系統(tǒng)在上線前都必須經(jīng)過嚴格的安全檢測[1]。

目前，國鐵集團尚沒有統(tǒng)一的開發(fā)與測試云管理平臺，無法對測試流程和進度進行管控，也無法對各個系統(tǒng)的測試數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，或幫助開發(fā)人員進行自助測試，造成鐵路全網(wǎng)的開發(fā)與測試環(huán)節(jié)沒有形成閉環(huán)，資源利用率低，不能實現(xiàn)資源共享，以及開發(fā)、測試與部署的統(tǒng)一和規(guī)范。

綜上，開發(fā)一個既能支持開發(fā)人員，又能支持測試人員和管理人員的，集開發(fā)、測試和管理為一體的鐵路開發(fā)測試云管理平臺具有十分重要的意義。

1 需求分析

本文從不同角度進行鐵路開發(fā)測試云管理平臺的需求分析[1]。

1.1 用戶需求分析

（1）從國鐵集團和各鐵路局的管理角度，平臺需要實現(xiàn)按不同維度進行統(tǒng)計分析的功能。

（2）從開發(fā)單位的項目規(guī)范角度，平臺需要實現(xiàn)鐵路統(tǒng)建項目和鐵路局自建項目的項目開發(fā)、部署測試、驗收測試、上線部署、安全測試、項目歸檔6個步驟的全流程協(xié)同管理，實現(xiàn)開發(fā)與測試環(huán)節(jié)的有效閉合，規(guī)范項目的開發(fā)測試流程。

（3）從測評機構(gòu)的測試角度，平臺需要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全等級保護測試、風(fēng)險評估、安全檢查、源代碼安全檢查等安全測試的流程管理、測試數(shù)據(jù)管理，以及測評報告的編制。

1.2 功能需求分析

（1）從資源利用和知識固化角度，平臺需要實現(xiàn)知識庫管理、Docker容器資源和測試工具資源的申請、審核、分配、監(jiān)控和回收管理。

（2）從漏洞與補丁管理角度，平臺需要跟鐵路漏洞消除和控制管理系統(tǒng)實現(xiàn)信息共享和對接，實現(xiàn)漏洞信息上報、管理、消控，以及對應(yīng)補丁的下載和驗證。

（3）從代碼管理與版本控制角度，平臺需要實現(xiàn)代碼上傳、拉取等代碼的托管功能以及版本控制功能。

（4）從系統(tǒng)管理角度，平臺需要實現(xiàn)用戶管理、權(quán)限和角色管理。

（5）從系統(tǒng)服務(wù)支撐角度，平臺需要實現(xiàn)微服務(wù)治理功能，為基準環(huán)境上的所有微服務(wù)提供服務(wù)注冊、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)監(jiān)控和日志管理功能。

（6）從離線測試環(huán)境搭建與部署角度，平臺需要提供一個仿線上環(huán)境的線下測試環(huán)境，減少由于線上、線下環(huán)境不統(tǒng)一造成的部署問題。

2 平臺設(shè)計

平臺設(shè)計主要包含平臺總體架構(gòu)、技術(shù)架構(gòu)、功能架構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計。

2.1 總體架構(gòu)

鐵路開發(fā)測試云管理平臺根據(jù)功能可以分為5個建設(shè)系統(tǒng)：全流程協(xié)同管理系統(tǒng)，源代碼管理系統(tǒng)，離線測試環(huán)境，線上部署區(qū)域及安全測試系統(tǒng)[1]。圖1為該平臺的總體架構(gòu)。

（1）全流程協(xié)同管理系統(tǒng)

在鐵路開發(fā)測試云管理平臺上創(chuàng)建一個項目時，需要進行項目開發(fā)、部署測試、驗收測試、上線部署、安全測試、項目歸檔6個步驟。該系統(tǒng)專注于研發(fā)這6個步驟工作流的整合和統(tǒng)一，支持不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)聯(lián)動和整合。

（2）源代碼管理系統(tǒng)

所有項目代碼的統(tǒng)一存儲點，實現(xiàn)代碼管理、版本管理、倉庫管理及持續(xù)集成。

（3）離線測試環(huán)境

離線測試環(huán)境具有完整的云平臺管理能力，提供Docker容器的申請、分配、監(jiān)控和回收等資源管理功能。允許研發(fā)人員申請資源部署待測系統(tǒng)，并進行功能和性能測試。離線測試環(huán)境為部署的待測系統(tǒng)提供應(yīng)用防火墻、負載均衡等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境管理功能，同時，提供服務(wù)注冊、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、報警等微服務(wù)管理功能。

（4）線上部署區(qū)域

線上（生產(chǎn)）環(huán)境，包括云環(huán)境和物理環(huán)境，與離線測試環(huán)境實現(xiàn)物理隔離，與離線開發(fā)測試系統(tǒng)保持統(tǒng)一規(guī)范。

（5）安全測試系統(tǒng)

對線上部署區(qū)域和離線測試環(huán)境中的系統(tǒng)進行網(wǎng)絡(luò)安全等級保護測試、風(fēng)險評估、安全檢查、源代碼安全檢查等安全測試，具備測試準備、方案編制、現(xiàn)場測試、報告編制4個階段的測試流程管理、測試數(shù)據(jù)管理、測評報告編制等功能。該系統(tǒng)還具備測試工具的申請、分配、調(diào)用、回收管理、知識庫管理功能，測試信息的多維度統(tǒng)計分析功能。同時，還可實現(xiàn)對安全測試過程中發(fā)現(xiàn)的漏洞的上傳，以及對應(yīng)補丁的下載和驗證。

圖1 平臺總體架構(gòu)

2.2 技術(shù)架構(gòu)

平臺技術(shù)架構(gòu)如圖2所示，包括數(shù)據(jù)存儲層、數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯層、控制層、表現(xiàn)層5層架構(gòu)，同時，包含服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)、系統(tǒng)授權(quán)認證、消息中間件、基準測試環(huán)境等輔助技術(shù)[1-3]。

圖2 平臺技術(shù)架構(gòu)

（1）表現(xiàn)層

該層主要使用Vue、TypeScript、Stylus等技術(shù)。Vue是一套漸進式的Web框架，通過虛擬DOM算法實現(xiàn)數(shù)據(jù)和頁面的雙向綁定，完成高效的數(shù)據(jù)展示和更新。TypeScript是JavaScript的超集，可以進行類型安全的前端編譯，增加代碼的可讀性和可維護性。Stylus是一種編譯成CSS的語言，可以實現(xiàn)復(fù)用和函數(shù)功能，方便各個組件使用。

（2）控制層

該層使用SpringBoot技術(shù)，其配置簡單，使得開發(fā)者可以將更多的精力放在業(yè)務(wù)開發(fā)上，而不是在框架配置上。

（3）業(yè)務(wù)邏輯層

該層使用Spring技術(shù)，方便業(yè)務(wù)解耦。Spring的低侵入性設(shè)計，對代碼污染較低，且可以方便集成Logback、Mybatis等其他框架。同時，Spring AOP支持將一些通用的任務(wù)進行集中式的管理，便于代碼的復(fù)用。

（4）數(shù)據(jù)訪問層

該層使用Mybatis、Redis API、OSS API等技術(shù)。Mybatis是一個對象關(guān)系映射框架，它將業(yè)務(wù)邏輯對象與數(shù)據(jù)庫中存儲的對象形成映射關(guān)系，使編寫SQL語句更加方便靈活；Redis API在項目中主要使用的是RedisTemplate，為程序員提供多種操作Redis的API；OSS API用于項目中的對象存儲，提供不同的上傳文件的API，同時也提供API的下載鏈接。

（5）數(shù)據(jù)存儲層

該層主要對項目產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化的對象數(shù)據(jù)、緩存數(shù)據(jù)進行存儲。為加快查詢速度，該層使用Redis緩存技術(shù)緩存關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

（6）服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)

平臺使用ZooKeeper+Dubbo技術(shù)。Dubbo負責(zé)提供系統(tǒng)內(nèi)部不同模塊間的RPC接口，使模塊間的調(diào)用更加透明、高效；ZooKeeper為服務(wù)提供者進行注冊服務(wù)，暴露接口，供服務(wù)消費者發(fā)現(xiàn)服務(wù)，并完成調(diào)用。

（7）系統(tǒng)認證授權(quán)

平臺使用的OAuth 2.0技術(shù)是用于REST/APIs的代理授權(quán)框架。該技術(shù)基于令牌進行授權(quán)，在無需暴露用戶密碼的情況下，使應(yīng)用能獲取對用戶數(shù)據(jù)的有限訪問權(quán)限，保證不同權(quán)限的角色可以訪問到不同的接口。

（8）消息中間件

平臺使用RocketMQ，通過消息隊列，以基于訂閱和消費的方式實現(xiàn)異步處理功能，從而提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。該技術(shù)支持順序性消費，保證FIFO原則，并且基于長輪詢+pull消費消息方式來保證實時性，提供豐富的拉取模式，支持10億級別的消息堆積。

（9）基準環(huán)境

平臺使用Docker+Kubernetes的方式搭建的一套仿線上離線測試環(huán)境。Docker有利于持續(xù)部署與測試，形成可復(fù)用的鏡像，提高效率。它與底層共享操作系統(tǒng)，性能更加優(yōu)良，負載更低，具有較高的資源利用率與隔離性，保證應(yīng)用間不會相互影響[4-5]；Kubernetes是一個開源系統(tǒng)，用于自動化、容器化應(yīng)用程序的部署、擴展和管理，有助于管理Docker容器[6]。

2.3 功能架構(gòu)

鐵路開發(fā)測試云管理平臺主要由全流程協(xié)同管理系統(tǒng)、源代碼管理系統(tǒng)、離線測試環(huán)境、安全測試系統(tǒng)4部分組成,系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖3所示[1]。

（1）全流程協(xié)同管理系統(tǒng)主要由項目開發(fā)上線6個步驟的流程管理、外部服務(wù)調(diào)用、數(shù)據(jù)統(tǒng)計3部分組成。

（2）源代碼管理系統(tǒng)主要提供代碼的托管功能與版本控制，方便離線測試環(huán)境及時拉取部署代碼。本文使用GitLab搭建源代碼管理系統(tǒng)。

圖3 平臺功能架構(gòu)

（3）離線測試環(huán)境又稱為基準環(huán)境，是在線下環(huán)境維護的仿線上的環(huán)境，用戶可以在該環(huán)境中申請Docker容器，進行項目部署和測試，減少由于線上、線下環(huán)境不統(tǒng)一造成的不必要的錯誤和異常。

（4）安全測試系統(tǒng)主要提供網(wǎng)絡(luò)安全等級保護測試、安全檢查、風(fēng)險評估等安全測試的流程管理[2,7-8]；實現(xiàn)知識庫管理，提供相應(yīng)的模板信息，提高測試人員的工作效率，促進測試流程規(guī)范化；實現(xiàn)對漏洞與補丁的管理；實現(xiàn)不同維度的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2.4 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

平臺采取“一級部署”的架構(gòu)方式，將所有服務(wù)器統(tǒng)一部署在國鐵集團數(shù)據(jù)中心內(nèi)部服務(wù)網(wǎng)的測試接入?yún)^(qū)中。平臺的通信網(wǎng)絡(luò)安全、邊界安全納入數(shù)據(jù)中心管轄范疇內(nèi)。國鐵集團、鐵路局、開發(fā)單位、測評機構(gòu)4類終端用戶通過內(nèi)部服務(wù)網(wǎng)或VPN服務(wù)器訪問本平臺并開展業(yè)務(wù)。通過平臺上部署的堡壘機和防火墻進行邊界防護檢測，連接到核心交換機后可以進入開發(fā)測試云管理平臺，通過鑒權(quán)服務(wù)器進行身份和權(quán)限的鑒定，保證開發(fā)測試云管理平臺的安全性。研發(fā)人員、測試人員通過開發(fā)測試云管理平臺的全流程協(xié)同管理系統(tǒng)，根據(jù)項目研發(fā)生命周期的步驟，自動觸發(fā)和調(diào)用源代碼管理系統(tǒng)、離線測試環(huán)境、安全測試系統(tǒng)。鐵路開發(fā)測試云管理平臺網(wǎng)絡(luò)拓撲架構(gòu)如圖4所示[1-2]。

3 平臺設(shè)計方案效益分析

本文依據(jù)平臺的設(shè)計方案，開發(fā)了鐵路開發(fā)測試云管理平臺的原型系統(tǒng)。該平臺的建設(shè)將大幅提高國鐵集團信息系統(tǒng)的信息安全管理能力。平臺效益主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）規(guī)范安全測試管理流程。將測試人員的經(jīng)驗轉(zhuǎn)換成知識，通過模板庫和知識庫簡化各類人員的使用，提高測評機構(gòu)的安全測試效率。

（2）提高資源利用率。規(guī)范鐵路開發(fā)、測試與部署的流程，形成開發(fā)、測試、部署各個環(huán)節(jié)的有效閉合和統(tǒng)一管控，保證開發(fā)測試與生產(chǎn)環(huán)境的統(tǒng)一，減少由于線上、線下環(huán)境不統(tǒng)一造成的錯誤。

（3）提高開發(fā)測試效率。提供Docker容器資源、測試工具等資源的統(tǒng)一管理，規(guī)范化資源申請、審核、分配、監(jiān)控和回收的流程，實現(xiàn)資源的整合與共享。

4 結(jié)束語

鐵路信息安全關(guān)系到鐵路的安全穩(wěn)定運行，對我國鐵路事業(yè)的發(fā)展，乃至我國國民經(jīng)濟的發(fā)展都有著非常重要的意義。因此，必須加大力度完善鐵路信息安全檢測，使得信息安全和鐵路發(fā)展相匹配。通過鐵路開發(fā)測試云管理平臺的建設(shè)，可以規(guī)范信息安全測試管理流程，提高資源的利用率，實現(xiàn)開發(fā)、測試、部署各個環(huán)節(jié)的有效閉合和統(tǒng)一管控。

圖4 平臺網(wǎng)絡(luò)拓撲架構(gòu)