三網(wǎng)融合環(huán)境下企業(yè)私有云PaaS平臺構(gòu)建研究

倪禮豪++葉海鵬

摘要：研究了三網(wǎng)融合發(fā)展的背景下，云計算對行業(yè)、企業(yè)信息化建設(shè)的支撐作用，提出了行業(yè)、企業(yè)建設(shè)私有云，采用OpenStack作為IaaS層的后端，選擇Cloud Foundry構(gòu)建PaaS層的解決方案，經(jīng)過實驗驗證，該方案有較好的性能表現(xiàn)，且穩(wěn)定可靠。

關(guān)鍵詞：三網(wǎng)融合；云計算；私有云；IaaS；Cloud Foundry；PaaS

中圖分類號：TP311

文獻標識碼：A

DOI： 10.3969/j.issn.1003-6970.2015.08.011

0 引言

有文獻指出：電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)在向?qū)拵щ娦啪W(wǎng)、數(shù)字電視網(wǎng)、下一代互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過程中，它們的功能、業(yè)務(wù)范圍、資源共享等方面呈現(xiàn)出趨向于一致的特性，通常把這個發(fā)展的過程稱為三網(wǎng)融合^[1-2]。三網(wǎng)融合發(fā)展將打破各運營商之間的技術(shù)壁壘，通過資源整合極大的實現(xiàn)資源共享，對于企業(yè)而言，大幅提高了信息化基礎(chǔ)建設(shè)的產(chǎn)出投入比，在這個技術(shù)背景下，云計算^[3-4]，互聯(lián)網(wǎng)+應(yīng)運而生并獲得長足發(fā)展的契機。

行業(yè)、企業(yè)信息化的需求經(jīng)歷了web空間租用、主機或者VPS托管、自建服務(wù)器等歷程，隨著物聯(lián)網(wǎng)、移動設(shè)備的發(fā)展，應(yīng)用普及，各類數(shù)據(jù)呈爆炸的態(tài)勢擴展，新的業(yè)務(wù)需求也不斷被提出。在智慧城市建設(shè)的大幕下，面向“三農(nóng)”信息化建設(shè)、智慧教育、智慧醫(yī)療、智慧社區(qū)、智慧交通等正在深入的發(fā)展^[5]。

在云計算環(huán)境中主要有公有云、私有云和混合云三種模式，公有云方面，國際上的服務(wù)提供商主要有Google、Microsoft、IBM、Amazon等^[6]，國內(nèi)的典型代表有百度云、阿里云等。對于國內(nèi)很多行業(yè)、企業(yè)需要構(gòu)建私有云的原因在于：

（1）行業(yè)、企業(yè)的傳統(tǒng)IT架構(gòu)參與建設(shè)的廠商多，企業(yè)里各部門一般有辦公系統(tǒng)、人力資源管理系統(tǒng)、客戶關(guān)系管理系統(tǒng)、財務(wù)管理系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)各自獨立，數(shù)據(jù)重復(fù)、分散、不一致性問題嚴重。

（2）由于傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)彈性擴展差、擴容難，可復(fù)用性不高，難以滿足用戶個性化需求。

（3）企業(yè)信息化基礎(chǔ)設(shè)施部署周期長，各業(yè)務(wù)軟件定制開發(fā)慢、接口復(fù)雜等原因?qū)е铝藢嵤┩茝V難，使得整體的建設(shè)周期長。

（4）企業(yè)信息化投入產(chǎn)出比低。

（5）外部技術(shù)因素和政策環(huán)境的驅(qū)使，主要體現(xiàn)在云計算技術(shù)和解決方案的成熟，國家政策的支持等。

1 云計算及體系架構(gòu)

云計算的體系架構(gòu)共分為物理資源層、基礎(chǔ)設(shè)備服務(wù)層（Infrastructure as a Service， IaaS）、平臺即服務(wù)層（Platform as a Service，PaaS）和軟件即服務(wù)層（Software as aService，SaaS）這四層，云計算架構(gòu)如圖1所示^[7]。硬件基礎(chǔ)層主要包括服務(wù)器、存儲設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。基礎(chǔ)設(shè)施層主要包括虛擬化計算、虛擬化存儲、虛擬化網(wǎng)絡(luò)，可選擇OpenStack作為IaaS層的后端軟件，向平臺層提供接口。平臺即服務(wù)PaaS層的前端包括IaaS層的適配器，PaaS層之上的基礎(chǔ)平臺主要包括應(yīng)用開發(fā)平臺、數(shù)據(jù)庫平臺、服務(wù)集成平臺、應(yīng)用運行平臺、應(yīng)用中間件平臺和流程服務(wù)平臺。在PaaS的后端，通常還包括企業(yè)內(nèi)公共服務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)組件。在軟件層，即SaaS平臺，主要是業(yè)務(wù)軟件，比如客戶關(guān)系管理系統(tǒng)，辦公系統(tǒng)，企業(yè)資源管理系統(tǒng)等。云計算關(guān)鍵技術(shù)涉及虛擬化技術(shù)、數(shù)據(jù)分布存儲技術(shù)、數(shù)據(jù)管理技術(shù)、安全技術(shù)和編程模型等^[8]。

2 PaaS及Cloud Foundry方案

文獻[7]指出，國內(nèi)外當前在云計算領(lǐng)域的研究中，多偏重于IaaS和SaaS的研究，涉及PaaS的研究很少，本文主要研究基于Cloud Foundry的企業(yè)私有云平臺即服務(wù)PaaS構(gòu)建。

傳統(tǒng)的信息化應(yīng)用突出表現(xiàn)的問題有：

（1）彈性伸縮架構(gòu)差，傳統(tǒng)的系統(tǒng)的計算能力的標的是按照系統(tǒng)需求的最大峰值設(shè)定的，且留有一定的冗余，這表現(xiàn)出資源規(guī)劃和實際使用不同步；隨著信息化程度的加深，業(yè)務(wù)量持續(xù)增長，而系統(tǒng)服務(wù)能力不能同步增長，即業(yè)務(wù)系統(tǒng)計算能力不能滿足業(yè)務(wù)增長的需求。

（2）運維方面，傳統(tǒng)信息系統(tǒng)部署安裝，需要專門的實施工程師，對用戶的響應(yīng)不及時，日常運維復(fù)雜繁重，故障恢復(fù)慢。

（3）計費方面，傳統(tǒng)的資源專屬于某個應(yīng)用，存在計費困難，即使是IaaS也只能做到按分配的資源計費，卻做不到按實際應(yīng)用情況計費。

PaaS解決方案要重點解決上述問題，在PaaS解決方案方面有基于廠商驅(qū)動的開源PaaS，典型的代表有Cloud Foundry、OpenShift、Stackato等，基于標準的開源PaaS，典型的代表有Cloudify等。Cloud Foundry可以部署到OpenStack、AWS、vSphere、vCloud Air和vCloud Director中^[9]。

Cloud Foundry能很好的解決上述問題。

對于問題（1）通過vSphere虛擬機技術(shù)，應(yīng)用層的DEA Pool和WardenContainer+App，數(shù)據(jù)庫層的服務(wù)節(jié)點實現(xiàn)資源的切分；在應(yīng)用層通過Nginx+Router+Session sticky+DEA Pool實現(xiàn)資源整合。

對于問題（2），Cloud Foundry通過提供安裝部署工具，使安裝部署更方便，用戶可自助完成，實現(xiàn)部署的自動化和智能化。

對于問題（3），Cloud Foundry采用多租戶^[10]架構(gòu)實現(xiàn)了資源切分和隔離，計費的層次可以分為用戶界面的使用次數(shù)，后臺服務(wù)調(diào)用次數(shù)，基礎(chǔ)服務(wù)能力的計量，這樣，計費更加合理，實現(xiàn)了基于消費的計費。

3 OpenStack上使用BOSH部署Cloud Foundry

在OpenStack上部署Cloud Foundry可以通過BOSH進行，BOSH是部署Cloud Foundry到分布式節(jié)點的工具，這可以大大簡化部署過程，共分為3步。BOSH的整體架構(gòu)如圖2所示。

從圖2可以看出，BOSH的體系架構(gòu)與Cloud Foundry相似，在外殼部分，CLI負責接受用戶輸入，是指令人口，相當于虛擬機的控制臺；Director相當于虛擬機的控制器，接收CLI傳來的命令，執(zhí)行并返回結(jié)果，Director并管理內(nèi)核中所有的虛擬機；DB相當于CCDB，存儲著系統(tǒng)的一些數(shù)據(jù)；Blobstore相當于存儲系統(tǒng)或者文件系統(tǒng)，存儲著程序包、用戶的作業(yè)任務(wù)以及未解壓的程序包等；MessageBus相當于NATS，是消息總線。Healteh Monitor相當于Health Manager，負責監(jiān)控系統(tǒng)運行狀況，接收每個虛擬機通過客戶端傳回的數(shù)據(jù)。在這些組件中，其中最重要的有云控制器組件、NATS組件、路由組件、運行監(jiān)測組件和DEA組件。

構(gòu)建Cloud Foundry步驟如下：

（1）創(chuàng)建及配置inception VM，inception VM用于創(chuàng)建一個自定義的micro bosh stemcell，存儲了micro bosh的registry，bosh cli和各release之間的交互日志文件，并運行跟蹤openstack組件

（2）配置部署micro bosh，需要先在inception VM中配置micro_bosh.yml并制作自定義的openstack-bosh-micro-ste mcell。

（3）使用bosh配置部署Cloud Foundry。

4 結(jié)語

本文研究了三網(wǎng)融合背景下，以面向“三農(nóng)”信息化建設(shè)和教育行業(yè)信息化建設(shè)為研究對象，根據(jù)新的信息化應(yīng)用特點，提出了構(gòu)建行業(yè)、企業(yè)私有云的解決方案。研究了云計算的體系結(jié)構(gòu)，并選擇OpenStack作為IaaS層的后端，選擇Cloud Foundry構(gòu)建PaaS層，在部署實施過程中選擇第三方組件BOSH，在實驗環(huán)境，開發(fā)部署了關(guān)于教育領(lǐng)域和“三農(nóng)”領(lǐng)域的SaaS軟件，該方案有較好的系統(tǒng)性能，且穩(wěn)定可靠。

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