面向可驗證的云化服務技術(shù)特征表達方法研究

張岱 洪偉 程棟 張澤鑫

（中國電子科技集團公司電子科學研究院 北京市 100041）

隨著云計算、邊緣計算等技術(shù)發(fā)展與運用，SOA和微服務兩種業(yè)界內(nèi)的主流服務架構(gòu)也隨之被賦予了新的涵義，即“云化服務”，具有注冊發(fā)布、發(fā)現(xiàn)尋址、跨域調(diào)度、服務配置、全域監(jiān)控、服務調(diào)用、服務抗毀接替等特征。

隨著該技術(shù)的廣泛運用，如何促進采用了云化服務技術(shù)的系統(tǒng)間有效互聯(lián)互通，如何驗證該技術(shù)核心要求有效落地，均成為難題。為解決上述問題，既需要提出可量化、可度量的云化服務的技術(shù)特征，又需要采用一致性測試方法進行驗證。借鑒美軍聯(lián)合互操作性測試認證工作，采用需求分析、能力模型設計、技術(shù)參考模型、技術(shù)特征描述四個步驟，提出云化服務技術(shù)特征，類似于網(wǎng)絡就緒關(guān)鍵性能參數(shù)(Net Ready Key Performance Parameter, NR KPP)[1]，并對符合性進行了驗證。

1 云化服務概念提出

云化服務還屬于一個較新的概念，對比了國內(nèi)外很多相關(guān)的服務、云計算、云服務等概念提出云化服務的概念。其中，服務的定義為“通過規(guī)范化的描述來表征、對外提供訪問地址、并可被重復使用的業(yè)務功能單元”[2]，主要特征包括松耦合、位置透明、可在異構(gòu)平臺間復用和便于測試與并行開發(fā)等四個方面；云計算（cloud computing）定義為“一種通過網(wǎng)絡將可伸縮、彈性的共享物理和虛擬資源池以按需自服務的方式供應和管理的模式，資源包括服務器、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡、軟件、應用和存儲設備等” 云服務（cloud service）定義為“通過云計算已定義的接口提供的一種或多種能力”[3]。綜合分析后，提出云化服務是指基于云計算和邊緣計算形成的服務架構(gòu)，以及通過接口提供的能力。

2 云化服務能力模型研究

云化服務能力模型是技術(shù)特征研究的重要基礎(chǔ)，應基于云化服務的應用需求分析形成。目前研究了大量典型的應用場景，從信息系統(tǒng)對云化服務提出的能力需求、到跨云的多層次服務運用，再到新舊系統(tǒng)云化改造需求，最終研究建立了可發(fā)現(xiàn)、可調(diào)用、可調(diào)度、可管控、可改造的云化服務能力需求模型，如圖1所示。

可發(fā)現(xiàn)主要提供不同場景或應用模型下的服務注冊、服務發(fā)現(xiàn)能力，支持服務按需接入；可調(diào)用旨在注冊發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上為信息服務提供按需調(diào)用的能力；可調(diào)度旨在提供有效的服務彈性擴展能力[4]；可管控重點提供服務高可用能力；可改造采用虛框表示，核心是支撐遺留系統(tǒng)遷移升級。

3 云化服務技術(shù)參考模型研究

技術(shù)參考模型是為信息系統(tǒng)在技術(shù)層面提供的公共概念、領(lǐng)域?qū)嶓w、層次關(guān)系和接口關(guān)系，是描述信息系統(tǒng)的服務、數(shù)據(jù)、接口等要素的基礎(chǔ)，是確定信息系統(tǒng)技術(shù)框架和標準體系框架的重要依據(jù)。

圖1：云化服務能力需求模型

圖2：云化服務技術(shù)參考模型

圖3：技術(shù)特征描述模版

圖4：統(tǒng)一服務元數(shù)據(jù)描述技術(shù)特征

為支撐云化服務的可發(fā)現(xiàn)、可調(diào)用、可調(diào)度、可管控、可改造能力，結(jié)合云化服務技術(shù)和標準所關(guān)注的技術(shù)要素，云化服務技術(shù)參考模型如圖2所示。

云化服務技術(shù)參考模型自下而上，包括虛擬化、異構(gòu)資源統(tǒng)一管理與編排、服務開發(fā)構(gòu)建、服務治理和服務監(jiān)控運維等功能和對應的技術(shù)。從能力對應方面，容器、輕量虛擬化、虛擬機等異構(gòu)資源的統(tǒng)一管理與編排是支撐資源可調(diào)度的重要技術(shù)；服務注冊、服務發(fā)現(xiàn)、服務接口契約、服務跨域協(xié)同、異構(gòu)服務互聯(lián)等是支持服務可發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵；服務監(jiān)控運維、持續(xù)開發(fā)集成等是服務可管控的關(guān)鍵。

4 云化技術(shù)特征表達方法研究

基于對能力模型和技術(shù)參考模型的研究，一般將技術(shù)特征分為兩個層次進行表征：

（1）技術(shù)本身的特征，包括功能、性能、接口、安全等方面，某些特征應有可量化的特點；

（2）基于技術(shù)各類特征形成的綜合性能力。

4.1 技術(shù)特征表達方法

4.1.1 技術(shù)本身的特征表達方法

技術(shù)本身的特征應細化至功能和性能的具體指標要求。對功能的描述根據(jù)功能分解原則，確定功能分級的層次，依據(jù)信息活動模型和參考資料，提出功能的層次、輸入、輸出、解釋、支持信息活動、支持系統(tǒng)、關(guān)鍵參數(shù)、參考來源等描述要求，并形成統(tǒng)一的功能描述模板；對性能的描述應提出可量化的性能度量指標。對于核心的重要接口，應明確其信息流向、接口類型、接口請求定義、請求參數(shù)、返回值等。圖3按照上述思路，給出技術(shù)特征描述的模版，進而支撐驗證工作。

圖5：全域服務注冊

4.1.2 能力表達方法

基于技術(shù)各類特征形成的綜合性能力主要通過場景下能力特征表述，如按需接入、動態(tài)發(fā)現(xiàn)等能力，是通過場景下體現(xiàn)出來的能力特征，需要通過聯(lián)試環(huán)境，設定驗證步驟進行驗證。一般采用圖和文字的方式，表示關(guān)鍵要素連接關(guān)系和綜合形成的能力特征。

4.2 云化服務技術(shù)特征描述示例

基于上述研究的表達方法，可基于云化服務能力模型和技術(shù)參考模型，如表1所示，逐一按照模版進行描述，這里以全域服務注冊為例。

表1：云化服務能力需求和技術(shù)特征

4.2.1 全域服務注冊技術(shù)特征描述示例

以統(tǒng)一服務元數(shù)據(jù)描述為例，技術(shù)特征描述如圖4所示。

4.2.2 全域服務注冊能力描述示例

全域服務注冊如圖5所示，每個節(jié)點都是服務的提供者和使用者，具備服務發(fā)現(xiàn)和服務自注冊能力。提供服務及服務實例描述功能，提供服務實例的主動注冊功能、服務資源的全網(wǎng)統(tǒng)一注冊管理。

5 試驗驗證

為了證明表達方法的有效性，對技術(shù)特征符合性進行驗證，主要從技術(shù)特征級和能力級兩個層級開展驗證。技術(shù)特征級的符合性驗證采用“工具級動態(tài)驗證+審查”為主要方式，以及一致性測試方法[5]，能力級的符合性驗證采用集成試驗方式，具有了互操作驗證的雛形。

5.1 全域服務注冊技術(shù)特征級驗證

以統(tǒng)一服務元數(shù)據(jù)驗證為例，采用XSD的標準符合性檢測方法對服務元數(shù)據(jù)格式和內(nèi)容進行符合性驗證，驗證服務名稱、服務IP、服務訪問端口、服務分組、服務類型、服務描述等是否正確。

5.2 全域服務注冊能力級驗證

以有中心服務驗證端節(jié)點隨遇接入能力驗證為例，驗證端節(jié)點隨遇接入能力，驗證方法及流程包括：

（1）服務發(fā)現(xiàn)：端節(jié)點搜索附近可用的云服務節(jié)點，當邊緣服務中心移動到端節(jié)點附近時，端節(jié)點發(fā)現(xiàn)該中心；

（2）接入請求：端節(jié)點利用網(wǎng)絡傳輸服務完成動態(tài)地址分配，獲取服務地址后，向中心請求接入；

（3）服務注冊：中心為端節(jié)點分配地址等標識，注冊端節(jié)點信息；

（4）服務調(diào)用：端節(jié)點查詢并調(diào)用中心提供的云服務。

（5）服務退出：動態(tài)退出，邊緣服務中心釋放資源。

6 結(jié)論

本文嘗試性提出了云化服務的概念內(nèi)涵，并為了能夠給出技術(shù)特征表達方法，從需求分析-能力需求模型-技術(shù)參考模型逐步深入研究，并給出全域服務注冊能力下的技術(shù)特征描述示例和驗證方法，以證明該方法的有效性。目前，從可驗證角度分析，該方法能夠較好指導后續(xù)驗證工作。