基于Ubuntu的Unix服務(wù)器管理系統(tǒng)開發(fā)

吳宗鍵

（中國民航珠海進(jìn)近管制中心，廣東 珠海 519015）

0 引言

Unix操作系統(tǒng)因?yàn)槠錁O高的可靠性、網(wǎng)絡(luò)功能和數(shù)據(jù)庫支持功能等特性[1]，目前已經(jīng)成為世界最主流的服務(wù)器操作系統(tǒng)。在空管系統(tǒng)中，空中交通管制自動化設(shè)備服務(wù)器也均采用Unix系統(tǒng)。隨著航班流量的日益增長，服務(wù)器處理數(shù)據(jù)量與日俱增，加上設(shè)備老化等因素，服務(wù)器由于資源占用過高導(dǎo)致的故障頻繁發(fā)生，因此，對Unix服務(wù)器的運(yùn)行資源進(jìn)行監(jiān)控管理就顯得十分必要。

目前空管設(shè)備軟件廠家提供的監(jiān)控系統(tǒng)偏重于對軟件狀態(tài)的監(jiān)控管理，而對服務(wù)器硬件資源較少涉及。商業(yè)的Unix服務(wù)器管理軟件又無法保證安全性，而且不切合空管系統(tǒng)的實(shí)際需求。因此，本文開發(fā)了一套適用于空管系統(tǒng)的 Unix服務(wù)器管理系統(tǒng)，對服務(wù)器的運(yùn)行資源進(jìn)行監(jiān)控管理，輔助設(shè)備保障人員保障Unix服務(wù)器的正常運(yùn)行。

1 系統(tǒng)需求分析

結(jié)合筆者單位空管設(shè)備 Unix服務(wù)器的運(yùn)行狀況，以及設(shè)備維護(hù)人員的需求，本文所開發(fā)的Unix服務(wù)器管理系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能如下：

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)控服務(wù)器資源占用[2]，包括內(nèi)存占用、CPU占用、硬盤占用、swap緩沖區(qū)占用、網(wǎng)絡(luò)端口占用等，并在占用超過告警閾值時(shí)產(chǎn)生告警。

（2）Unix服務(wù)器監(jiān)控對象和告警閾值可實(shí)現(xiàn)自定義添加、刪除和修改。

（3）可查詢Unix服務(wù)器歷史告警日志、歷史資源占用數(shù)據(jù)，并可選擇起止時(shí)間段繪制歷史曲線。

（4）具備遠(yuǎn)程控制Unix服務(wù)器進(jìn)行關(guān)機(jī)、重啟和kill進(jìn)程的功能。

（5）具備簡潔鮮明的人機(jī)界面，為用戶提供便捷友善的操作體驗(yàn)。

2 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境和架構(gòu)

本文所開發(fā)的 Unix服務(wù)器管理系統(tǒng)的核心功能是實(shí)時(shí)監(jiān)控Unix服務(wù)器的資源占用狀況，因此和Unix服務(wù)器建立快速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)交互尤為重要。筆者嘗試過在windows操作系統(tǒng)下獲取Unix服務(wù)器數(shù)據(jù)，延時(shí)很大且穩(wěn)定性較差。因此，筆者選用Unix分支的Ubuntu[3-5]操作系統(tǒng)作為開發(fā)平臺，可移植性很強(qiáng)的 Python[6]作為開發(fā)語言，用 pyqt4[7-8]完成圖形界面設(shè)計(jì)，用 mysql數(shù)據(jù)庫[9]進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。系統(tǒng)層次架構(gòu)如圖1所示。

3 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

圖1 系統(tǒng)層次架構(gòu)圖Fig.1 System hierarchy diagram

系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)方式，主要后臺功能模塊分為服務(wù)器數(shù)據(jù)獲取及顯示模塊、告警模塊、配置模塊、日志查詢模塊和遠(yuǎn)程維護(hù)模塊。前臺主界面分為服務(wù)器資源占用狀態(tài)顯示和告警信息顯示、維護(hù)菜單三個(gè)部分。系統(tǒng)模塊關(guān)系如圖2所示。服務(wù)器資源監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、告警日志、系統(tǒng)操作日志均保存在 mysql數(shù)據(jù)庫中。服務(wù)器資源占用狀態(tài)包括CPU占用率、內(nèi)存占用率、硬盤占用率、SWAP緩沖空間占用、網(wǎng)絡(luò)端口狀態(tài)、進(jìn)程資源占用狀態(tài)。維護(hù)菜單包括監(jiān)控配置、系統(tǒng)日志查詢、歷史數(shù)據(jù)查詢、歷史曲線繪制和遠(yuǎn)程維護(hù)菜單。

圖2 系統(tǒng)模塊關(guān)系圖Fig.2 System module relation diagram

4 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

上文描述了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)架構(gòu)和模塊關(guān)系，下面進(jìn)一步對關(guān)鍵功能模塊的實(shí)現(xiàn)方法加以說明。

4.1 服務(wù)器資源占用數(shù)據(jù)獲取

圖3給出了Unix服務(wù)器資源占用數(shù)據(jù)獲取的流程。用戶在開始服務(wù)器監(jiān)控之前，需要設(shè)置服務(wù)器的IP地址、遠(yuǎn)程登錄用戶名、登錄密碼、以及標(biāo)識符。當(dāng)開啟監(jiān)控功能之后，系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫中取出以上數(shù)據(jù)，按照IP地址建立telnet連接[10-11]，連接成功后輸入用戶名和密碼，將登錄后的標(biāo)識符與設(shè)定標(biāo)識符進(jìn)行對比，對比一致后進(jìn)入數(shù)據(jù)獲取步驟，定時(shí)向Unix服務(wù)器發(fā)送資源監(jiān)控指令，獲取回顯，然后將監(jiān)控結(jié)果發(fā)送給狀態(tài)顯示模塊和告警模塊處理，并存入數(shù)據(jù)庫。

圖3 服務(wù)器資源占用數(shù)據(jù)獲取流程Fig.3 The process of get data from server

本系統(tǒng)獲取的服務(wù)器數(shù)據(jù)包括：內(nèi)存占用率、CPU占用率、硬盤占用率、SWAP緩沖區(qū)占用、網(wǎng)絡(luò)端口收發(fā)狀態(tài)、進(jìn)程資源占用狀態(tài)。以監(jiān)控對象為Unix分支Solaris5.8操作系統(tǒng)的服務(wù)器為例，不同資源的監(jiān)控指令見表1所示。

表1 Unix服務(wù)器資源監(jiān)控指令Tab.1 Unix server resource monitoring instruction

4.2 服務(wù)器資源告警

服務(wù)器資源告警模塊對數(shù)據(jù)獲取模塊獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，并產(chǎn)生告警。用戶在設(shè)置監(jiān)控對象后，系統(tǒng)會將默認(rèn)告警閾值保存在數(shù)據(jù)庫中，用戶可隨時(shí)配置為自定義閾值。如表2所示，內(nèi)存、CPU、硬盤占用、單個(gè)進(jìn)程 cpu和內(nèi)存占用的告警產(chǎn)生，都是通過計(jì)算百分比占用率，并和告警閾值比較后產(chǎn)生。Swap緩沖區(qū)占用則直接比較實(shí)際數(shù)值與告警閾值的大小。網(wǎng)絡(luò)端口狀態(tài)告警計(jì)算則比較特殊，通過netstat指令[12]獲取到的各個(gè)網(wǎng)口的累積發(fā)送和接收數(shù)據(jù)量是持續(xù)增長的數(shù)值，無法和固定閾值比較來產(chǎn)生告警。因此系統(tǒng)采用累積發(fā)送數(shù)據(jù)增長率和接收數(shù)據(jù)增長率的穩(wěn)定度來判斷網(wǎng)口狀態(tài)。以一個(gè)網(wǎng)口為例，netstat指令觀察到的當(dāng)前接收數(shù)據(jù)量為rx，系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫取當(dāng)前時(shí)間往前的20組數(shù)據(jù)，依次為 rx1，rx2….rx20，然后依次取差值rx2-rx1，rx3-rx2…rx20-rx19，一共19個(gè)數(shù)據(jù)增長量，最后計(jì)算這19個(gè)數(shù)據(jù)的方差[13-14]，即可反映出增長率的穩(wěn)定程度。將方差與告警閾值做對比，大于閾值則產(chǎn)生告警。經(jīng)多次測試，在網(wǎng)口數(shù)據(jù)量急劇增大、急劇減少、通信中斷的情況下都可以產(chǎn)生有效告警。

表2 資源告警判斷機(jī)制Tab.2 Resource alarm judgment mechanism

4.3 服務(wù)器歷史曲線繪制

系統(tǒng)為方便用戶直觀的觀察到服務(wù)器運(yùn)行狀態(tài)的變化過程，提供了歷史曲線繪制功能。用戶點(diǎn)擊菜單后，選擇起止時(shí)間、監(jiān)控對象和項(xiàng)目，系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫中查詢出滿足條件的數(shù)據(jù)，按照時(shí)間排序，然后將開始時(shí)間作為 x軸的起點(diǎn)，截止時(shí)間作為 x軸的終點(diǎn)，該段時(shí)間內(nèi)的最大值取 1.1倍作為 y軸的最高點(diǎn)，最小值的0.9倍作為y軸的零點(diǎn)，進(jìn)而每一條數(shù)據(jù)的（時(shí)間，數(shù)值）確定一個(gè)點(diǎn)，最后將這些點(diǎn)連線生成歷史曲線。如圖4所示。

4.4 服務(wù)器遠(yuǎn)程維護(hù)

考慮到實(shí)際應(yīng)用中unix服務(wù)器位置可能比較分散，為方便運(yùn)維人員進(jìn)行管理，本系統(tǒng)提供了簡單的遠(yuǎn)程維護(hù)功能[15-16]，包括遠(yuǎn)程關(guān)機(jī)、遠(yuǎn)程重啟、遠(yuǎn)程殺進(jìn)程。因?yàn)閁nix操作系統(tǒng)只有root用戶才有關(guān)機(jī)和重啟的權(quán)限，所以必須在用戶設(shè)置了超級用戶 root的登錄密碼并驗(yàn)證通過后方可執(zhí)行這些功能。表3給出了這幾項(xiàng)遠(yuǎn)程維護(hù)功能的執(zhí)行流程和指令，其中遠(yuǎn)程關(guān)機(jī)和遠(yuǎn)程重啟在下拉菜單中選擇服務(wù)器后可一鍵操作，而遠(yuǎn)程殺進(jìn)程在選擇服務(wù)器后還需選擇待殺的進(jìn)程方可執(zhí)行。

圖4 服務(wù)器歷史曲線繪制流程Fig.4 The process of history curve drawing

表3 遠(yuǎn)程維護(hù)功能執(zhí)行流程Tab.3 The process of remote maintenance

5 結(jié)論

Unix操作系統(tǒng)在服務(wù)器上的應(yīng)用非常廣泛，如何利用Unix系統(tǒng)的特點(diǎn)對服務(wù)器進(jìn)行管理和優(yōu)化[17-18]是一個(gè)長遠(yuǎn)且深入的課題。筆者從自己的一點(diǎn)淺薄工作經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，基于Ubuntu開發(fā)了一套以監(jiān)控Unix服務(wù)器資源占用為主要功能的管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)還有很多不完善之處，謹(jǐn)將開發(fā)思路在文中介紹，希望對有志于類似課題的廣大同行有所幫助和啟發(fā)。筆者經(jīng)驗(yàn)所限，難免有疏漏之處，歡迎廣大同行批評指正。

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