三網融合環境下企業私有云PaaS平臺構建研究

倪禮豪++葉海鵬

摘要：研究了三網融合發展的背景下，云計算對行業、企業信息化建設的支撐作用，提出了行業、企業建設私有云，采用OpenStack作為IaaS層的后端，選擇Cloud Foundry構建PaaS層的解決方案，經過實驗驗證，該方案有較好的性能表現，且穩定可靠。

關鍵詞：三網融合；云計算；私有云；IaaS；Cloud Foundry；PaaS

中圖分類號：TP311

文獻標識碼：A

DOI： 10.3969/j.issn.1003-6970.2015.08.011

0 引言

有文獻指出：電信網、廣播電視網、互聯網在向寬帶電信網、數字電視網、下一代互聯網發展的過程中，它們的功能、業務范圍、資源共享等方面呈現出趨向于一致的特性，通常把這個發展的過程稱為三網融合^[1-2]。三網融合發展將打破各運營商之間的技術壁壘，通過資源整合極大的實現資源共享，對于企業而言，大幅提高了信息化基礎建設的產出投入比，在這個技術背景下，云計算^[3-4]，互聯網+應運而生并獲得長足發展的契機。

行業、企業信息化的需求經歷了web空間租用、主機或者VPS托管、自建服務器等歷程，隨著物聯網、移動設備的發展，應用普及，各類數據呈爆炸的態勢擴展，新的業務需求也不斷被提出。在智慧城市建設的大幕下，面向“三農”信息化建設、智慧教育、智慧醫療、智慧社區、智慧交通等正在深入的發展^[5]。

在云計算環境中主要有公有云、私有云和混合云三種模式，公有云方面，國際上的服務提供商主要有Google、Microsoft、IBM、Amazon等^[6]，國內的典型代表有百度云、阿里云等。對于國內很多行業、企業需要構建私有云的原因在于：

（1）行業、企業的傳統IT架構參與建設的廠商多，企業里各部門一般有辦公系統、人力資源管理系統、客戶關系管理系統、財務管理系統等，這些系統各自獨立，數據重復、分散、不一致性問題嚴重。

（2）由于傳統的信息系統彈性擴展差、擴容難，可復用性不高，難以滿足用戶個性化需求。

（3）企業信息化基礎設施部署周期長，各業務軟件定制開發慢、接口復雜等原因導致了實施推廣難，使得整體的建設周期長。

（4）企業信息化投入產出比低。

（5）外部技術因素和政策環境的驅使，主要體現在云計算技術和解決方案的成熟，國家政策的支持等。

1 云計算及體系架構

云計算的體系架構共分為物理資源層、基礎設備服務層（Infrastructure as a Service， IaaS）、平臺即服務層（Platform as a Service，PaaS）和軟件即服務層（Software as aService，SaaS）這四層，云計算架構如圖1所示^[7]。硬件基礎層主要包括服務器、存儲設備和網絡設備。基礎設施層主要包括虛擬化計算、虛擬化存儲、虛擬化網絡，可選擇OpenStack作為IaaS層的后端軟件，向平臺層提供接口。平臺即服務PaaS層的前端包括IaaS層的適配器，PaaS層之上的基礎平臺主要包括應用開發平臺、數據庫平臺、服務集成平臺、應用運行平臺、應用中間件平臺和流程服務平臺。在PaaS的后端，通常還包括企業內公共服務和互聯網公共服務組件。在軟件層，即SaaS平臺，主要是業務軟件，比如客戶關系管理系統，辦公系統，企業資源管理系統等。云計算關鍵技術涉及虛擬化技術、數據分布存儲技術、數據管理技術、安全技術和編程模型等^[8]。

2 PaaS及Cloud Foundry方案

文獻[7]指出，國內外當前在云計算領域的研究中，多偏重于IaaS和SaaS的研究，涉及PaaS的研究很少，本文主要研究基于Cloud Foundry的企業私有云平臺即服務PaaS構建。

傳統的信息化應用突出表現的問題有：

（1）彈性伸縮架構差，傳統的系統的計算能力的標的是按照系統需求的最大峰值設定的，且留有一定的冗余，這表現出資源規劃和實際使用不同步；隨著信息化程度的加深，業務量持續增長，而系統服務能力不能同步增長，即業務系統計算能力不能滿足業務增長的需求。

（2）運維方面，傳統信息系統部署安裝，需要專門的實施工程師，對用戶的響應不及時，日常運維復雜繁重，故障恢復慢。

（3）計費方面，傳統的資源專屬于某個應用，存在計費困難，即使是IaaS也只能做到按分配的資源計費，卻做不到按實際應用情況計費。

PaaS解決方案要重點解決上述問題，在PaaS解決方案方面有基于廠商驅動的開源PaaS，典型的代表有Cloud Foundry、OpenShift、Stackato等，基于標準的開源PaaS，典型的代表有Cloudify等。Cloud Foundry可以部署到OpenStack、AWS、vSphere、vCloud Air和vCloud Director中^[9]。

Cloud Foundry能很好的解決上述問題。

對于問題（1）通過vSphere虛擬機技術，應用層的DEA Pool和WardenContainer+App，數據庫層的服務節點實現資源的切分；在應用層通過Nginx+Router+Session sticky+DEA Pool實現資源整合。

對于問題（2），Cloud Foundry通過提供安裝部署工具，使安裝部署更方便，用戶可自助完成，實現部署的自動化和智能化。

對于問題（3），Cloud Foundry采用多租戶^[10]架構實現了資源切分和隔離，計費的層次可以分為用戶界面的使用次數，后臺服務調用次數，基礎服務能力的計量，這樣，計費更加合理，實現了基于消費的計費。

3 OpenStack上使用BOSH部署Cloud Foundry

在OpenStack上部署Cloud Foundry可以通過BOSH進行，BOSH是部署Cloud Foundry到分布式節點的工具，這可以大大簡化部署過程，共分為3步。BOSH的整體架構如圖2所示。

從圖2可以看出，BOSH的體系架構與Cloud Foundry相似，在外殼部分，CLI負責接受用戶輸入，是指令人口，相當于虛擬機的控制臺；Director相當于虛擬機的控制器，接收CLI傳來的命令，執行并返回結果，Director并管理內核中所有的虛擬機；DB相當于CCDB，存儲著系統的一些數據；Blobstore相當于存儲系統或者文件系統，存儲著程序包、用戶的作業任務以及未解壓的程序包等；MessageBus相當于NATS，是消息總線。Healteh Monitor相當于Health Manager，負責監控系統運行狀況，接收每個虛擬機通過客戶端傳回的數據。在這些組件中，其中最重要的有云控制器組件、NATS組件、路由組件、運行監測組件和DEA組件。

構建Cloud Foundry步驟如下：

（1）創建及配置inception VM，inception VM用于創建一個自定義的micro bosh stemcell，存儲了micro bosh的registry，bosh cli和各release之間的交互日志文件，并運行跟蹤openstack組件

（2）配置部署micro bosh，需要先在inception VM中配置micro_bosh.yml并制作自定義的openstack-bosh-micro-ste mcell。

（3）使用bosh配置部署Cloud Foundry。

4 結語

本文研究了三網融合背景下，以面向“三農”信息化建設和教育行業信息化建設為研究對象，根據新的信息化應用特點，提出了構建行業、企業私有云的解決方案。研究了云計算的體系結構，并選擇OpenStack作為IaaS層的后端，選擇Cloud Foundry構建PaaS層，在部署實施過程中選擇第三方組件BOSH，在實驗環境，開發部署了關于教育領域和“三農”領域的SaaS軟件，該方案有較好的系統性能，且穩定可靠。

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