OpenStack在新一代客票系統(tǒng)中的應用

戴琳琳，閻志遠，苗 凡，朱建軍

（中國鐵道科學研究院 電子計算技術研究所，北京 100081）

OpenStack在新一代客票系統(tǒng)中的應用

戴琳琳，閻志遠，苗 凡，朱建軍

（中國鐵道科學研究院 電子計算技術研究所，北京 100081）

介紹新一代客票系統(tǒng)采用OpenStack開源軟件搭建云計算平臺,實現(xiàn)客票系統(tǒng)資源統(tǒng)一部署、管理和維護的系統(tǒng)結構。

OpenStack；基礎設施及服務；云平臺

隨著互聯(lián)網(wǎng)售票、電話訂票、自助售票等多種形式的自助售票方式的發(fā)展，中國鐵路客票發(fā)售和預訂系統(tǒng)（簡稱：客票系統(tǒng)）的售票接入渠道和方式進一步多樣化，其承載量也呈數(shù)量級增長，漸漸出現(xiàn)以下矛盾：

（1）日益增長的客票軟件需求與資源擴展需求之間的矛盾

新一代客票系統(tǒng)涵蓋了新型互聯(lián)網(wǎng)售票、客票監(jiān)控、客票遠程培訓和測試平臺等新需求，相應地也對硬件資源提出了更高的要求，但是由于場地大小、供電鋪線、空調設置等限制，硬件資源不可能無條件擴展。適當利用現(xiàn)有商用云計算平臺，可以有效解決在短時間內(nèi)資源激增的問題。

（2）日益增長的硬件資源與硬件維護代價和高可靠性之間的矛盾

隨著硬件資源的增長，網(wǎng)絡和平臺結構日益復雜，對日常維護要求更高，同時軟件高可靠性所需的分節(jié)點分地區(qū)容災部署，進一步增加了維護難度。利用云計算平臺的計算節(jié)點同構特性，可有效簡化維護難度，虛擬化資源管理可以減低維護復雜度。

（3）復雜軟件結構與快速部署和高可伸縮性之間的矛盾

客票系統(tǒng)資源的需求具有規(guī)律性，在節(jié)假日售票高峰時，資源需求最為緊迫，而在非節(jié)假日，資源需求并不那么突出，如果按照高峰采購硬件，那么在非節(jié)假日勢必會有閑置資源。利用云平臺，將復雜軟件結構分解成可快速部署的計算節(jié)點，在高峰時，動態(tài)伸展，滿足應用需要；在非高峰時，可以部署其他應用，提高資源利用率。

因此打造新一代客票售票、監(jiān)控、培訓和測試云平臺，盤活全路客票系統(tǒng)硬件資源，靈活調配計算資源分配，提高系統(tǒng)資源利用率和系統(tǒng)可用率，對進一步提升客票系統(tǒng)的服務層次具有重要意義。

1 開源云平臺管理軟件

搭建新一代客票系統(tǒng)的云計算平臺要達到以下幾個目的：

（1）搭建的私有云平臺可以實現(xiàn)客票系統(tǒng)的快速擴展和業(yè)務伸縮。由于客票系統(tǒng)已經(jīng)建設了近20年，其系統(tǒng)結構和組成模塊都比較復雜，因此不可能完全移植到現(xiàn)有的云開發(fā)平臺上，云平臺搭建基于IaaS比較符合實際情況，然后將客票系統(tǒng)部署在其之上，利用它的虛擬化管理，提高系統(tǒng)性能、伸縮性和可靠性。

（2）搭建的私有云平臺可以實現(xiàn)全路資源動態(tài)調配。目前全路客票資源分布在各鐵路局，在維護水平和故障排查能力上各鐵路局參差不齊，各鐵路局重復購買和閑置硬件資源較多。為了更好地利用資源，搭建客票私有云平臺，當各鐵路局/各鐵路車站有資源使用需求，可以租借該云平臺資源，無需另外購買維護，實現(xiàn)了全路資源整合。

（3）搭建的私有云平臺還可以實現(xiàn)全路應用服務定制。通過租用私有云平臺的定制服務，可以減少各鐵路局重復開發(fā)成本，提高部署服務效率。

因此，選用基礎設施即服務（IaaS）云平臺的部署、管理和配置方案來搭建新一代客票系統(tǒng)云平臺。目前開源云平臺以其支持的服務器類型廣泛、產(chǎn)品不需要付費使用、由開源社區(qū)負責軟件的更新等特點，成為部署私有云的首選方案。業(yè)界主流的IaaS開源解決方案有CloudStack，Eucalyptus和OpenStack等產(chǎn)品，本文選用的OpenStack發(fā)展速度非常快，在中國社區(qū)生態(tài)環(huán)境良好。

2 OpenStack與新一代客票系統(tǒng)

2.1 OpenStack組成部分

（1）OpenStack Compute（Nova） 控制云計算架構（基礎架構服務的核心組件）。它是用 Python 編寫的，創(chuàng)建一個抽象層，讓 CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡適配器和硬盤驅動器等資源實現(xiàn)虛擬化，并具有提高利用率和自動化的功能。

（2）OpenStack Networking （Neutron/Quantum）提供了管理局域網(wǎng)的能力，具有適用于虛擬局域網(wǎng)（VLAN）、動態(tài)主機配置協(xié)議和 IPv6 的一些功能。用戶可以定義網(wǎng)絡、子網(wǎng)和路由器，以配置其內(nèi)部拓撲，然后向這些網(wǎng)絡分配 IP 地址和 VLAN。

（3）OpenStack Identity Management （Keystone）管理用戶目錄以及用戶訪問目錄。其目的是實現(xiàn)一個中央身份驗證機制。它本身沒有提供身份驗證，可以集成其他各種目錄服務，如 Pluggable Authentication Module、Lightweight Directory Access Protocol（LDAP） 或 OAuth。通過這些插件，它能夠實現(xiàn)多種形式的身份驗證，包括簡單的用戶名密碼憑據(jù)以及復雜的多因子系統(tǒng)。

（4）OpenStack Object Storage （Swift） 是一個分布式存儲系統(tǒng)，主要用于靜態(tài)數(shù)據(jù)，比如 VM 鏡像、備份和存檔。該軟件將文件和其他對象寫入可能分布在一個或多個數(shù)據(jù)中心內(nèi)的多個服務器上的一組磁盤驅動器，在整個集群內(nèi)確保數(shù)據(jù)復制和完整性。

（5）OpenStack Block Storage（Cinder）管理計算實例所使用的塊級存儲。塊存儲非常適用于有嚴格性能約束的場景，比如數(shù)據(jù)庫和文件系統(tǒng)。

（6）OpenStack Image Service（Glance）為 VM鏡像提供了支持。除了發(fā)現(xiàn)、注冊和激活鏡像服務之外，它還有鏡像機快照和備份功能。

2.2 新一代客票系統(tǒng)云計算平臺實現(xiàn)目標

（1）具有資源統(tǒng)一管理監(jiān)控界面，包括CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡、存儲、交換機、路由器、IP資源管理等。

（2）可以分配用戶資源，用戶可以根據(jù)需要裁減使用資源；

（3）可以根據(jù)需求動態(tài)增加/刪除資源；

（4）可以根據(jù)鏡像快速復制，創(chuàng)建資源；

（5）可以調整資源分配策略；

（6）可以靈活調整安全策略；

（7）可以根據(jù)資源使用時長/租用資源數(shù)量，進行實時計費；

（8）對于已有的使用其它虛擬化技術管理的資源可以做到平緩過渡，統(tǒng)一管理。

2.3 新一代客票系統(tǒng)云計算平臺系統(tǒng)結構

基于開源技術的云計算平臺的新一代客票系統(tǒng)架構如圖1所示，由以下4層組成。

（1）物理層。由各種物理設備組成，包含服務器、交換機、路由器、存儲等硬件設備。

（2）資源池層。通過現(xiàn)有的虛擬化管理軟件，如VMware、KVM等，將由物理設備抽象出來的各種資源組成資源池層，主要包括：計算資源、網(wǎng)絡資源和存儲資源。

（3）虛擬化層。通過OpenStack各組件將各種資源進行管理，實現(xiàn)計算虛擬化、網(wǎng)絡虛擬化和存儲虛擬化。

（4）統(tǒng)一門戶。平臺的管理模塊功能包括用戶管理、系統(tǒng)配置、日志管理、監(jiān)控管理、虛機管理、技術支持等。為管理員和用戶分別提供各自的門戶平臺，方便其使用。

圖1 OpenStack與新一代客票系統(tǒng)云計算平臺

3 結束語

OpenStack是一個開源的云計算管理平臺項目，由幾個主要的組件組合起來完成具體工作，支持幾乎所有類型的云環(huán)境，目標是提供實施簡單、可大規(guī)模擴展、豐富、標準統(tǒng)一的云計算管理平臺，通過各種互補的服務提供了IaaS的解決方案，每個服務提供API以進行集成。目前新一代客票系統(tǒng)基于開源技術的云計算平臺對該開源產(chǎn)品還處在探索和學習階段，在后續(xù)的研究過程中，將不斷加強學習和理解。

[1]懷進鵬，李 沁，胡春明. 基于虛擬機的虛擬計算環(huán)境研究與設計[J]. 軟件學報，2007，18（8）.

[2]盛憲鋒，及俊川，周小軍，等. 基于虛擬化技術的私有云APCS平臺設計[J]. 計算機工程，2012（8）.

責任編輯 方 圓

OpenStack in new generation Ticketing and Reservation System

DAI Linlin, YAN Zhiyuan, MIAO Fan, ZHU Jianjun
( Institute of Computing Technologies, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China )

This article introduced the application of OpenStack in new generation Ticketing and Reservation System to implement unif i ed deployment, management and maintenance of system resources.

OpenStack; infrastructure and services(IaaS); cloud platform

U293.22∶TP393.22

A

1005-8451（2015）11-0021-03

2015-04-10

中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃課題（J2014X002）。

戴琳琳，助理研究員；閻志遠，副研究員。