基于Ansible自動(dòng)化運(yùn)維的信息系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)技術(shù)分析

王寶安,余 會(huì)

(棗莊職業(yè)學(xué)院,山東 棗莊 277800)

0 引言

當(dāng)前,我國(guó)大部分企業(yè)信息化系統(tǒng)主要采用傳統(tǒng)的Windows系統(tǒng)和Linus服務(wù)系統(tǒng),但是隨著企業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,企業(yè)信息系統(tǒng)運(yùn)維難度不斷提升,僅僅通過(guò)管理人員依靠人工模式對(duì)信息系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)維管理,難以滿(mǎn)足企業(yè)不斷增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求,且信息系統(tǒng)大部分為批量化處理需求,比如批量命令運(yùn)行、批量系統(tǒng)配置等,這些都會(huì)增加運(yùn)維管理難度。因此,有必要設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一種基于Ansible的自動(dòng)化運(yùn)維系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)信息系統(tǒng)故障的自動(dòng)化預(yù)測(cè)。

1 Ansible概述

1.1 Ansible基本框架

Ansible是一種包括多個(gè)模塊而構(gòu)成的框架,Ansible自身不具有執(zhí)行能力和部署能力,Ansible的各個(gè)模塊執(zhí)行能力和部署能力決定其能夠面向服務(wù)器集群,具有批量系統(tǒng)配置、批量程序設(shè)置以及批量運(yùn)行命令等功能。Ansible是設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單的自動(dòng)化運(yùn)維工具,具有開(kāi)源性不斷迭代的特點(diǎn),支持多節(jié)點(diǎn)發(fā)布任務(wù),且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化執(zhí)行[1]。Ansible工具能夠跨平臺(tái)自動(dòng)化運(yùn)維,主要包含軟件自動(dòng)化部署、自動(dòng)化配置、自動(dòng)化管控以及系統(tǒng)熱升級(jí)等功能,其主要模塊包括Command模塊、Shell模塊、Cron模塊、Yum模塊以及Serbice模塊等,且Ansible功能模塊在不斷增加。在Ansible迭代升級(jí)的背景下,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)者逐漸加入了許多新的模塊,使其功能更加豐富。Ansible的主要架構(gòu)包括:(1)連接插件Connection Plugines。這一插件主要功能為實(shí)現(xiàn)被監(jiān)控端的通信。(2)主機(jī)目錄Bost Inventory。這一插件主要功能為制定操作主機(jī),配置文件中定義需要監(jiān)控的主機(jī)。(3)Service模塊、Corn功能模塊等。(4)能夠通過(guò)插件實(shí)現(xiàn)對(duì)日志的記錄。(5)劇本Playbook。Playbook在執(zhí)行多個(gè)任務(wù)時(shí),能夠?qū)崿F(xiàn)在一個(gè)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行多個(gè)任務(wù)。

1.2 Ansible運(yùn)行流程

Ansible和Ansible—Platbook的運(yùn)行流程為:Use →Playbook→Ansible→Play1/CustcmModles、Play2/CoreModels、Play3/Plugins→HostInventory→SSH Kerberos LDAP → Hosts/Networking。運(yùn)行流程如圖1所示。

圖1 運(yùn)行流程

在用戶(hù)啟動(dòng)Ansible或Ansible—Playbooks時(shí),用戶(hù)能夠在服務(wù)器顯示終端輸入Ansible的Ad—Hoc命令集,比如-V,--VERBOSE為需要輸出更為詳細(xì)的執(zhí)行命令;-m NAME,--module-name=NAME表示指定執(zhí)行使用的模塊。Ansible中常見(jiàn)的命令集較多,需要用戶(hù)熟練掌握相關(guān)命令。在輸入命令集后,Ansible會(huì)按照實(shí)現(xiàn)編碼完成的規(guī)則將Playbooks進(jìn)行逐一拆解,之后按照命令集將play轉(zhuǎn)化為Ansible可以識(shí)別的任務(wù)命令,使得任務(wù)命令稱(chēng)為T(mén)ask;Task的實(shí)現(xiàn)取決于Ansible模塊和插件;不同的模塊與不同的插件在任務(wù)執(zhí)行過(guò)程時(shí)具有不同功能;按照Invertory中的定義主機(jī)列表,利用SSH將任務(wù)集和臨時(shí)命令文件傳輸?shù)竭h(yuǎn)程客戶(hù)端中執(zhí)行,執(zhí)行結(jié)果能夠自動(dòng)化返回;在結(jié)果能夠永久存儲(chǔ)的情況下,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)保存命令。如果為臨時(shí)性結(jié)果,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將制定后的臨時(shí)文件刪除[2]。

2 基于Ansible自動(dòng)化運(yùn)維的信息系統(tǒng)搭建分析

因?yàn)锳nsible具有較多的命令,用戶(hù)使用難度較大,需要用戶(hù)熟練地掌握Ansible各種命令形式。為了提高系統(tǒng)運(yùn)行管理效率,需要對(duì)Ansible進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),按照需求開(kāi)發(fā)基于Ansible的新自動(dòng)化運(yùn)維系統(tǒng),從而降低Ansible運(yùn)維系統(tǒng)運(yùn)行難度。Hosts為不具有擴(kuò)展名的系統(tǒng)文件,通過(guò)對(duì)Hosts的管理和分組,對(duì)其進(jìn)行合理配置;Hosts狀態(tài)能夠反映出Ansible的服務(wù)器種類(lèi)、服務(wù)器數(shù)量以及服務(wù)器協(xié)議等多種信息;在應(yīng)用Ansible時(shí)能夠同時(shí)操作一個(gè)分組中的多個(gè)Hosts主機(jī),小組之間利用文件配置構(gòu)成連接;為了完成對(duì)Hosts主機(jī)的批量運(yùn)行命令操作,需要在Hosts主機(jī)中安裝通信軟件,通常情況下Windows系統(tǒng)安裝Winrm軟件;Linus系統(tǒng)安裝SSH軟件;在確定運(yùn)行后,系統(tǒng)會(huì)將腳本傳輸?shù)紿osts的目錄中,之后自動(dòng)運(yùn)行腳本;在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試的過(guò)程中,能夠明確Hosts的腳本是否運(yùn)行成功。在腳本運(yùn)行成功的情況下,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)返回Success,說(shuō)明該系統(tǒng)通過(guò)測(cè)試。在對(duì)Hosts進(jìn)行分組管理時(shí),能夠?qū)osts的類(lèi)別進(jìn)行添加或刪除操作,腳本能夠體現(xiàn)出Hosts的運(yùn)行情況[3]。

3 基于Ansible自動(dòng)運(yùn)維信息系統(tǒng)的故障預(yù)測(cè)技術(shù)分析

本文以電力企業(yè)的信息化系統(tǒng)建設(shè)為例,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一種能夠應(yīng)用于電力企業(yè)系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)的系統(tǒng)。

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析

因?yàn)殡娏ζ髽I(yè)內(nèi)部電力設(shè)備較多,比如變壓器、發(fā)動(dòng)機(jī)以及壓縮機(jī)等,不同品牌的電力設(shè)備的參數(shù)、使用時(shí)間、型號(hào)等都可以作為系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)需要電力企業(yè)結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行管理,同時(shí)需要電力企業(yè)通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)器將數(shù)據(jù)進(jìn)行同步處理,使得數(shù)據(jù)能夠統(tǒng)一存儲(chǔ)到調(diào)度中心,之后實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化的數(shù)據(jù)管理與分析。電力企業(yè)的設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù),且數(shù)據(jù)較為復(fù)雜,更新速度較快,對(duì)于系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間要求較高。以Ansible為基礎(chǔ)的自動(dòng)化運(yùn)維信息細(xì)化系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也是過(guò)程數(shù)據(jù)的重要組成部分,能夠體現(xiàn)批量操作的時(shí)間、操作頻率、操作類(lèi)別以及作用等,數(shù)據(jù)具有極高的使用價(jià)值,能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的故障預(yù)測(cè)提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持[4]。

3.2 基于Ansible的故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

為了全面提高對(duì)電力系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性,需要提高Ansible自動(dòng)化運(yùn)維信息系統(tǒng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性,所以需要結(jié)合電力系統(tǒng)的實(shí)際情況開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)相應(yīng)的子系統(tǒng),使其能夠滿(mǎn)足電力系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)需求。

本次所開(kāi)發(fā)的Ansible故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括主站系統(tǒng)和子站系統(tǒng),具有明顯的功能差異。子站系統(tǒng)主要功能是對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的初次采集,并將所采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街髡鞠到y(tǒng)中;主站系統(tǒng)在獲取對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)后,會(huì)自動(dòng)運(yùn)行數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)篩選、數(shù)據(jù)分列以及數(shù)據(jù)排序等功能操作,通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析,則能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)故障進(jìn)行預(yù)測(cè),將其輸送到Ansible自動(dòng)化運(yùn)維信息系統(tǒng)中。以某電力企業(yè)主要應(yīng)用的Scada/EMSD電網(wǎng)自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)為例,該調(diào)度系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)調(diào)度大量的電力網(wǎng)絡(luò)信息,以Scada/EMSD電網(wǎng)自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)為基礎(chǔ),能夠確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,提高電網(wǎng)調(diào)度合理性,是電力企業(yè)系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量的重要保障。在Scada/EMSD電網(wǎng)自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)中,本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了防火墻防護(hù)系統(tǒng),將子系統(tǒng)配置在安全監(jiān)控區(qū)域內(nèi),系統(tǒng)數(shù)據(jù)具有實(shí)時(shí)傳輸功能。該系統(tǒng)能夠有效拒絕所有監(jiān)控和組網(wǎng)操作,從而提高系統(tǒng)運(yùn)行安全性。本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)以Windows操作系統(tǒng)為子系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境。該操作系統(tǒng)較為穩(wěn)定,能夠有效抵御病毒和網(wǎng)絡(luò)攻擊[5]。為了提高系統(tǒng)安全性,本設(shè)計(jì)增加密碼系統(tǒng),密碼包括0~9數(shù)字、小寫(xiě)字母、大寫(xiě)字母以及特殊字符,共計(jì)94個(gè)字符組成素材庫(kù),密碼長(zhǎng)度需要設(shè)置在8~16位范圍內(nèi)。設(shè)置密碼能夠提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

3.3 系統(tǒng)預(yù)測(cè)流程分析

本設(shè)計(jì)基于Ansible的電力系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)包括一個(gè)主站模塊和多個(gè)子站模塊,子站模塊能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和初次分析,利用查詢(xún)與流通功能將分析后的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞到主站模塊;主站模塊與子站模塊之間采用TCP/IP通信協(xié)議,同時(shí)配備了備用的電話撥號(hào)傳輸方式,能夠避免出現(xiàn)通信故障;主站在接收經(jīng)過(guò)子站模塊初次分析的數(shù)據(jù)后,需要完成對(duì)電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的二次分析和處理,并將無(wú)關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗;采用帶有IntelSGX功能的配置管理模塊,分別對(duì)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)進(jìn)行測(cè)試,根據(jù)測(cè)試結(jié)果可以看出,帶有IntelSGX功能的配置管理模塊不同操作的預(yù)測(cè)平均時(shí)間能夠減少0.186~0.232 s,占據(jù)總體耗時(shí)約5%~14%左右,能夠降低系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間,從而提高預(yù)測(cè)效率;數(shù)據(jù)在預(yù)處理區(qū)間,利用數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)清洗以及數(shù)據(jù)監(jiān)控功能,則能夠?qū)崿F(xiàn)全面化的數(shù)據(jù)預(yù)處理目標(biāo);在數(shù)據(jù)抽取與數(shù)據(jù)抽取任務(wù)完成后,運(yùn)行基于Ansible的自動(dòng)化運(yùn)維故障預(yù)測(cè)系統(tǒng),在自動(dòng)化運(yùn)行故障系統(tǒng)所接收數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常變化時(shí),需要分析數(shù)據(jù)異常的具體原因,并對(duì)異常的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)處理,同時(shí)需要通過(guò)監(jiān)控功能開(kāi)展后續(xù)的數(shù)據(jù)預(yù)處理任務(wù);針對(duì)發(fā)生故障頻率較高的模塊,企業(yè)需要將故障的具體原因進(jìn)行全面記錄,從而能夠形成穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫(kù),將其轉(zhuǎn)化為Ansible故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行腳本;在將腳本加入信息化故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)后,Ansible信息系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)不斷豐富,從而能夠降低故障預(yù)測(cè)錯(cuò)誤率,提升故障預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性;通過(guò)對(duì)故障的預(yù)測(cè)與分析,能夠有效縮短電力系統(tǒng)故障識(shí)別、診斷以及處理時(shí)間,且故障處理改變?yōu)樘崆邦A(yù)測(cè),能夠在電力系統(tǒng)故障發(fā)生前準(zhǔn)確掌握,不僅能夠降低系統(tǒng)故障運(yùn)行維護(hù)難度,同時(shí)能夠更為科學(xué)地處理Ansible系統(tǒng)故障[6]。此外,在測(cè)試過(guò)程中,運(yùn)行服務(wù)器密碼自動(dòng)生成程序,可將其設(shè)定為8位、10位、12位、14位以及16位密碼各運(yùn)行50次,對(duì)生成密碼所需的算法平均運(yùn)輸次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。根據(jù)測(cè)試結(jié)果可以看出,8~16位的密碼算法平均生成次數(shù)未定在1.3左右,說(shuō)明密碼生成所需算法的次數(shù)基本相同,能夠有效保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行安全。

基于Ansible自動(dòng)化運(yùn)維的信息系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)技術(shù)在電力企業(yè)信息系統(tǒng)管理中能夠發(fā)揮出良好的運(yùn)行效果。在后期運(yùn)行過(guò)程中,經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)積累所轉(zhuǎn)化的腳本,能夠豐富Ansible故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)量,從而提升故障預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性,相比于傳統(tǒng)的電力企業(yè)故障預(yù)測(cè)模式而言,能夠做到提前發(fā)現(xiàn)、提前診斷以及提前處理,從而能夠?yàn)殡娏ζ髽I(yè)信息化系統(tǒng)建設(shè)提供良好的支持。

4 基于Ansible自動(dòng)化運(yùn)維的信息系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)技術(shù)評(píng)價(jià)

通過(guò)上文的分析,將基于Ansible自動(dòng)化運(yùn)維的信息系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于電力企業(yè)中,能夠準(zhǔn)確、高效地識(shí)別出電力企業(yè)信息系統(tǒng)運(yùn)行存在的多項(xiàng)故障問(wèn)題,具有良好的效果。當(dāng)前,部分企業(yè)在信息化系統(tǒng)故障管理方面,依然處于較為落后的狀態(tài),只能通過(guò)人工管理模式對(duì)其進(jìn)行管控。這種故障管理模式較為被動(dòng),基本是在故障問(wèn)題發(fā)生后才能識(shí)別,從而會(huì)對(duì)信息化系統(tǒng)運(yùn)行造成很大影響。為此,研究人員需要采用科學(xué)的自動(dòng)化故障預(yù)測(cè)技術(shù),構(gòu)建基于Ansible的自動(dòng)化故障預(yù)測(cè)技術(shù),將故障處理時(shí)間提前到故障發(fā)生前,從而能夠在故障發(fā)生前對(duì)其進(jìn)行控制與處理,降低故障發(fā)生率。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,本文全面闡述Ansible的基本架構(gòu)以及運(yùn)行流程,并對(duì)Ansible自動(dòng)化運(yùn)維系統(tǒng)搭建方式進(jìn)行分析,同時(shí)以電力企業(yè)為例設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)基于Ansible自動(dòng)運(yùn)維的故障預(yù)測(cè)技術(shù),在實(shí)踐應(yīng)用中取得良好效果,希望能夠?qū)ξ覈?guó)企業(yè)現(xiàn)代化信息系統(tǒng)建設(shè)起到一定的借鑒和幫助作用,不斷提高信息化系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。