基于虛擬云計算架構的GIS服務資源彈性調度應用研究

朱 劍

(廣西壯族自治區國土資源信息中心，廣西南寧530028)

一、引 言

隨著政府和社會對地理空間信息資源的大力開發和地理信息系統平臺的廣泛利用，基于服務形式提供的空間數據資源的訪問量不斷增大，傳統的以單機或物理實體服務器上普通集群技術構建起來的GIS服務平臺已經不能適應對業務類型和數據類型請求快速變化的需要。當前主要遇到如下問題：

1)用戶數量或用戶訪問頻率突然增加，使得超負荷的服務請求推向后端單機服務器/服務器群，從而導致服務器端計算資源不足，進而停止響應或響應變慢，用戶應用體驗受阻或影響工作。

2)因設計之初沒有預料到的資源需求環境而盲目擴大或減小以服務器和存儲為主的計算資源的投入，導致預算失真，進而影響項目的實際效能發揮和造成巨大的資金浪費或缺口。

上述兩種情況都將導致技術人員必須停止GIS服務，重新搭建滿足需求的環境，如添加新的服務器或更換性能更好的服務器，以及伴隨而來的重新配置系統環境、遷移數據、重新發布地圖服務等操作。這樣就使得GIS服務不得不停止，直至新的環境搭建完成，嚴重影響了服務的連續性。

本文探討的是將虛擬云計算技術和GIS服務資源彈性調度技術相結合并應用于GIS服務部署工作中，以解決上述不足。系統部署的實例環境以某省國土資源廳“國土資源遙感監測‘一張圖’數據服務系統”的實際需求進行探討。

二、相關技術簡述

1.虛擬云計算架構

虛擬云計算架構在本文中指采用虛擬化軟件技術將物理服務器、網絡和存儲設備整合為無差別、可按需調用的虛擬化計算、存儲和通信資源，提供基礎設施即服務(infrastructure as a service，IaaS)的云計算應用類型。整個虛擬資源的調用，可以通過資源管理中心和調用管理中心API接口，人工或自動化分配，如生成虛擬服務器和生成虛擬存儲磁盤等。其特點在于使得云計算的規?？梢愿鶕脩舻氖褂靡幠Ｗ兓瑒討B伸縮，具有高度的擴展性，可以在同一個云計算環境下支撐不同的應用運行。用戶部署服務時，無需關心每一個應用的物理環境平臺。

本文的研究對象采用VMware vSphere 5虛擬化平臺產品。

2.GIS服務資源彈性調度

在Esri的 ArcGISfor Server 10.1中提出了GIS服務資源彈性調度的概念和相應的部署技術。該技術將所有的GIS Server以P2P技術進行集群互聯，以Server Site群集的形式統一對外提供GIS服務。Server Site群組中不再以SOC和SOM服務器來劃分管理服務器和集群節點服務器，而是無差別地提供管理服務。當GIS的請求資源增加或減少，或是出現服務器單點故障時，ArcGIS Server中的Site Manage服務器就通過Cloud Builder on VMware組件訪問VMware vSphere的VCenter API，通過預置好的GISServer模板，啟動或關閉虛擬服務器，并將其作為一個GISServer節點加入或退出提供GIS服務的Server Site群集。這樣即使某一個GISServer節點意外宕掉，也不會導致整個地圖服務的停止運行。同樣，當需要增加一個GISServer節點時，以plug-in方式插入一個節點，為服務提高負載能力。這種松散的、熱插拔的架構是構建云GIS應用的基石。在邏輯上，這n個GISServers節點組織為一個Site站點。整個邏輯關系可簡單概括為：以Site為架構單位;Cluster為GIS服務的邏輯單位;GISServer為實際處理單位;GISInstance實例為每個GIS功能的處理容器。體系架構如圖1所示。

圖1 GIS資源彈性調度環境體系架構示意圖

三、技術應用實例

1.系統架構

某省國土資源廳“國土資源遙感監測‘一張圖’數據服務系統”的整體架構如圖2所示。

圖2 系統架構圖

1)基礎設施層?；A設施層由物理服務器、集中存儲設備、網絡設備等硬件設備構成。通過虛擬化技術封裝成可提供資源池化，可形成邏輯存儲磁盤、邏輯虛擬化服務器，并可根據需求調用的云計算架構，供上層使用。

2)資源池化層。使用虛擬服務器安裝部署GIS服務的實例，并加入具體的Site-GISServer服務集群(Cluster)，使用Esri Cloud Builder on VMware管理用于GIS服務實例的ArcGIS服務實例鏡像，用于彈性調度時自動生成和關閉，同時對資源的使用情況進行監控。

3)數據資源池。使用資源池化層提供的服務器資源和存儲資源承載的各類影像、矢量、屬性、業務等數據，如土地利用變更調查數據、土地利用規劃數據、礦業權數據、地質災害易發區和隱患點數據等。

4)服務平臺層。ArcGIS Server通過Site集群發布的各類型GIS數據服務。

5)系統應用層。通過發布的GIS服務搭建的各類上層系統應用。

2.主要配置過程簡介

(1)創建Site站點架構

在VMware的虛擬服務器上安裝完成ArcGIS for Server 10.1，并選擇New Site操作創建一個新的Site站點，用于一個新的ArcGISServer環境，在創建新的站點過程中配置 Directories和 Configuration Store路徑及Site用戶信息。然后在其他的服務器上安裝Server，并添加到Site站點中，使之成為Siteful的GISServer節點，否則就為孤立的節點，不屬于架構之內。每個可用(runnable)的GIS Server所需的一系列數據都被保存到Site相關屬性里，如所屬的集群信息、服務信息、服務所依賴的數據信息、目錄信息，以及日志信息等，GIS Server也是基于這些信息才能提供具體服務的。一個具體的應用GIS環境只有一個 Site站點。最后，安裝好 ArcGIS for Server 10.1，并將編輯好Site屬性的虛擬服務器保存成一個VM的虛擬服務器鏡像文件，用于資源的彈性調度管理。

(2)搭建服務集群(Cluster)

安裝好Site后，默認會生成一個“default”的集群，單個Site里面的多個可用的GIS Server可以創建多個集群。集群是具體服務的承載容器，某一個地圖服務必須用其中一個集群來發布，但一個集群可以發布多個服務。

(3)利用ArcGISServer管理服務對池化的資源彈性調度管理

當GIS資源出現緊缺時，則開始利用ArcGIS Server管理服務對池化的資源進行彈性調度管理，下面以向服務中的Site增加GIS Server為例進行說明。首先通過VMware的vCenter工具啟動一個虛擬服務器鏡像;然后在其中打開ArcGISServer Manager。

ArcGISServer 10.1提供了一個Admin API和Web Adaptor工具，用于通過Web方式管理Site和其他服務資源。站點的管理地址是http：∥＜server name＞ ：6080/arcgis/manager，點擊加入一個現存的站點，站點的加入也是通過服務形式發布的，地址是 http：∥ ＜ server name＞ ：6080/，如果有密碼則輸入站點密碼;接下來選擇需要加入的服務集群;最后關閉頁面即可完成資源的增加。

3.實例試驗效果

整個虛擬化云計算環境下的GIS資源彈性調度的部署目的，就是當并發量增加時，平臺首先判斷GISServers機器的物理處理能力是否飽和。如果不飽和，增加現有GISServer機器中的實例進程數，使其達到飽和狀態;隨著GIS Sever性能達到飽和狀態，平臺將自動啟動新的GIS Server，并將新的機器運算資源加入到GIS服務邏輯單位中;如再飽和，則繼續擴展，直至搭建完成滿足用戶需求的環境，如圖3所示。

圖3 GISServer系統地圖服務狀態

如圖4 所示，此時僅有一臺 GISServer(10.2.1.184)正在啟用，其ArcSOC.exe*32進程數已經達到較高值133。從圖3的GISServer系統地圖服務狀態中可以了解到，此時DLTB的地圖服務的運行實例已經達到29個，說明此時用戶并發訪問量較大。

圖4 GISServer的進程狀態

此時“一張圖”的云計算架構就會啟動第二臺GISServer用來保障運算資源的充足，如圖5所示。

圖5 云計算平臺啟動新的GISServer情況

由圖5可知，此時已有10.2.1.184、10.2.1.185兩臺機器啟動，用來提供運算資源，同時在任務管理器中可以查看到兩臺服務器的ArcSOC.exe*32由原來的單臺133的進程數分配成兩臺分別為96和94個進程的GIS Sever服務器，從而獲得更優的運算性能。反之，如并發量減少，現有的資源已經滿足需求，平臺將自動移除GISServer機器，通過這些動態的調整，以實現最合理的資源利用，而這些資源的調整都不會停止服務端的服務。

四、結束語

采用基于虛擬云計算架構的GIS服務資源彈性調度技術來部署地理空間信息服務應用，能夠在不大規模改動計算資源的基礎上，交替平滑地調整面向用戶的GIS應用，來對應不同的實際生產應用情況。且對于用戶來說，完全是感受不到的，無論用戶使用多復雜，都能獲得流程的體驗。該技術對于政府、企業等大型不間斷GIS服務的提供機構具有重要的意義，因而具有良好的應用前景，值得進一步推廣和研究。

［1］Esri公司.Deploying an ArcGIS Server Site on VMware［EB/OL］.［2013-03-11］.http：∥resources.arcgis.com/en/help/main/10.1/index.html#∥0154000005z8000000.

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