整合多模塊開源軟件的信息監控方案設計與實現*

左珍勇

(中國航空無線電電子研究所，上海 200000)

?

整合多模塊開源軟件的信息監控方案設計與實現*

左珍勇

(中國航空無線電電子研究所，上海 200000)

摘要：針對目前企業數據中心網絡與系統監控能力存在的不足，研究并分析了開源監控軟件Nagios與Cacti的工作原理，提出并設計了一種集成多模塊組件、整合Nagios與Cacti的網絡與系統的監控方案，通過利用主流的SNMP協議實現了在多種平臺上對企業網絡與系統多項運行指標圖形化的監控和告警，為企業數據中心提供了一個實時的資源與服務的監控平臺。通過實際的網絡環境運行分析與仿真，證明了方案的有效性。

關鍵詞：監控；多組件；Nagios；Cacti；SNMP協議；告警

0引言

隨著信息化技術的迅猛發展，以信息為導向、借助信息化手段創造的價值在企業的日常管理中不斷得到彰顯。而作為企業信息化的基礎設施及服務架構(IaaS)，其將IT基礎設施作為一種通用服務借助網絡對企業進行了開放，便捷了業務系統運行環境的構建。在該架構下，IaaS平臺的可靠性與穩定性是保證業務系統穩定運行的關鍵。一方面，由于企業IaaS平臺與互聯網是邏輯隔離的，其穩定性和可靠性受到來自互聯網的各類apt攻擊的影響[1]；另一方面，則來自與內部環境的影響，在現有條件下如何有效地對其進行管理和監控、保證其穩定性與可靠性成為當前企業內IT部門迫在眉睫的問題。

目前企業內IaaS資源通常包括網絡、服務器、存儲等相關硬件資源，云技術的出現把這些資源進行了整合，提高了資源的利用率。隨著企業不斷加大對信息化的投入力度，企業的私有云不斷膨脹，一些對企業私有云環境下的IaaS監控手段應運而生，主流的監控手段以開源軟件Nagios和Cacti為中心輔以外圍相關插件開發的監控系統[1-9]，以Nagios開發的監控系統可以有效監控企業數據中心網絡服務以及設備是否正常工作，其具備強大的報警功能，但在具體的配置以及圖形化顯示方面則相對不足；以Cacti開發的監控系統可以利用其自身具備的強大數據收集功能通過圖形化的方式展現設備的狀態，便于管理與操作，但其不具備報警功能。

本文對Nagios與Cacti的工作原理進行了分析，針對Nagios和Cacti在各自監控方面存在的優勢與不足設計了一套監控方案：通過整合Nagios和Cacti，并借助以NagiosQL為代表的外圍相關插件的開發，實現了對企業IaaS中網絡流量負載的圖形化顯示、網絡設備與系統服務狀態的監測、故障報警以及數據分析等功能，方便了企業網絡管理員的日常運維，提高了IaaS平臺的穩定性與可靠性。

1Nagios與cacti的工作原理分析

1.1Nagios概述

作為一款開源軟件，Nagios能有效監控兩種類型操作系統的主機：Linux與Windows，其可根據公司既有的網絡拓撲將應用系統以及IT基礎設施環境納入到監控范疇。當IT基礎設施或應用系統發生故障時提供多種報警機制，如可通過SMS或者E-mail的方式通知企業信息化運維人員。

Nagios運行在Linux環境下，其監控功能由外圍組件實現。通過Linux命令輸入，可監控IT基礎設施(網絡設備、服務器)的服務狀態，監測的結果調用、顯示與告警由 Nagios執行。Nagios的監控功能主要包括：

(1)監控Ping、FTP、HTTP等網絡服務。

(2)監控主機的CPU、內存、磁盤利用率等資源。

(3)支持第三方功能插件擴展，也可自行開發監控插件。

(4)具備定義網絡分層能力，監控主機是否宕機或網絡是否可達。

(5)提供E-mail、短信等報警機制。

(6)可通過定義事件句柄定位更多的問題。

(7)具備舊日志自動刪除機制。

(8)具備對服務器或服務的多重監控機制，可借助網頁查看當前故障通知、設備狀態等歷史信息。

Nagios的詳細組成如圖1所示。其中Nagios-plugins和Nagios是運行在服務器端的必要組件。為實現對Linux/Unix 和Windows 主機的資源監控，NRPE 和NSClient++需分別部署到對應的系統內；NSCA用于激勵Linux/Unix 主機上報信息給Nagios 服務器；NDOUtils則將Nagios收集到的各種類型的事件信息存入相應的數據庫中，從而可進行快速檢索并處理。Nagios根據插件返回值判斷設備或服務狀態，并通過 Web 方式顯示給IT管理員，幫助其及時排故。

圖1　Nagios架構

1.2Cacti概述

作為一款是基于SNMP、MySQL以及RRDTool等組件開發的開源軟件，Cacti可顯示企業當前的網絡拓撲狀態，并對其中出現的故障給出相應的診斷措施，為用戶提供樹形結構的查看方式。Cacti系統框架具備多插件接口，支持第三方組件的無縫集成。Cacti系統借助簡單網絡傳輸協議程序中的相關指令進行數據獲取，并存放在內置的數據庫中，圖形化的顯示則通過調用RRDTool進行繪制。內置數據庫中的數據可重復使用，并可借助RRDTool繪制不同時間段的狀態圖。同時，Cacti還提供用戶和數據管理功能，可實現按用戶管理級別的不同分配操作權限。圖2是Cacti的系統框架圖。

圖2　Cacti框架結構

2系統架構體系的設計與實現

2.1系統架構體系設計

本文設計的監控系統運行在Linux系統下，選擇目前主流的RedHat Linux作為監控平臺的基礎運行環境。系統采用 B/S架構，主要組成包括Nagios模塊、Cacti模塊以及外圍插件。其中Nagios負責對操作系統(如Linux)服務以及設備(如交換機)協議運行狀態的監測和異常報警(如短信、郵件或自定義)等。Cacti負責監控網絡設備運行狀態和流量，繪制相應的顯示圖。外圍插件中NagiosQL通過WEB界面方式簡化Nagios的配置，RRDTool將Nagios中獲取的監測數據通過圖形呈現給用戶；監控的數據由NPC和Ndoutils組件負責收集，并導入到Cacti數據庫中，由其 以圖形的方式呈現給網絡管理員。系統的詳細架構設計見圖3。

圖3　監控方案設計

2.2系統實現

本文設計的監控系統實現主要包括Nagios與Cacti網絡檢測平臺的搭建以及兩款開源監控軟件系統的整合等。

2.2.1Nagios平臺搭建

(1) 環境準備

yum -y install httpd gcc glibc glibc-common *gd* php php-mysql mysql mysql-server mysql-devel openssl-devel perl-ExtUtils-* #安裝Linux操作系統以及相關組件。

(2) Nagios賬戶

groupadd nagcmd #添加與nagios運行相關服務的組；

useradd -m nagios #添加nagios用戶；

usermod -a -G nagcmd nagios #將nagios用戶加入相應的組;

usermod -a -G nagcmd apache #將apache用戶賦權。

(3) Nagios部署與配置

Nagios的軟件包選擇tar jxf nagios-cn-3.2.3.tar.bz2與cd nagios-cn-3.2.3。

make install #安裝主程序，CGI和HTML文件；

make install-init #在/etc/rc.d/init.d安裝啟動腳本；

make install-commandmode #配置目錄權限；

make install-config #安裝示例配置文件；

make install-webconf #安裝nagios的web接口,會在/etc/httpd/conf.d目錄中創建nagios.conf文件。

(4) Nagios的WEB賬號創建

htpasswd -c /usr/local/nagios/etc/htpasswd.users nagiosadmin #為nagios用戶創建web賬號與密碼。

(5) 編譯安裝nagios-plugins

nagios-plugins負責完成nagios的監測工作。具體的安裝如下：

nagios-plugins。./configure --with-nagios-user=nagios

--with-nagios-group=nagios --with-mysql

--enable-extra-opts --enable-libtap

--enable-perl-modules make && make install #編譯并安裝nagios-plugins插件。

(6) WEB管理工具NagiosQL安裝

NagiosQL依賴環境需要安裝如下軟件包：php、php-mysql、mysql、mysql-server、mysql-devel、perl、perl-DBI、perl-DBD-Mysql、httpd、gcc、glibc、glibc-common、gd、gd-*、gettext、php-pear。NagiosQL是一個WEB管理工具，只要把其放到Apache的虛擬目錄下即可進行安裝。通過NagiosQL可以極大簡化IT管理員通過命令行進行Nagios的配置。

2.2.2Cacti平臺搭建

(1) Cacti環境準備

Cacti安裝依賴軟件包 net-snmp、net-snmp-utils、net-snmp-libs、lm_sensors、rrdtool。軟件包可通過通過yum安裝。

(2) Cacti安裝

將下載的cacti源碼包釋放至WEB服務器的網頁目錄，添加一個用來讀寫監測數據的用戶賬號(如cactiuser)，并調整子目錄rra/、log/的屬主或權限，以便正常讀取及寫入數據，

[root@CareriNagios src]# useradd cactiuser

[root@CareriNagios src]# cd /var/www/html/cacti/

[root@CareriNagios cacti]# chown -R cactiuser.cactiuser rra/ log/

創建用于cacti監測平臺的數據庫，并授權一個數據庫用戶(如：cactiadmin)，然后使用cacti源碼目錄下的cacti.sql腳本，導入預設的各種數據表。

Cacti的配置文件位于源碼目錄中的include/文件夾下，名稱為config.php。要使cacti系統能夠正確訪問并使用數據庫，必須修改config.php文件，確保數據庫連接參數正確無誤。

2.2.3Nagios與Cacti整合

整合cacti 與nagios 是利用了cacti 的一個插件:NPC，其功能是將nagios中監控數據通過ndo2db導入到cacti的內置數據庫中，然后通過NPC將cacti數據庫信息用圖形呈現出來。

(1) Ndoutils安裝

安裝ndoutils的目的是確保能夠將nagios中的數據導入到mysql 數據庫中，以下是安裝ndoutils的命令：

[root@CareriNagios src]# tar zxf ndoutils-1.4b7.tar.gz

[root@CareriNagios src]# cd ndoutils-1.4b7

[root@CareriNagios ndoutils-1.4b7]# ./configure --prefix=/usr/local/nagios/--with-mysql-inc=/usr/include/mysql --with-mysql-

lib=/usr/lib/mysql --enable-mysql --disable-pgsql --with-ndo2db-user=nagios--with-ndo2db-group=nagios

[root@CareriNagios ndoutils-1.4b7]# cp config/ndomod.cfg /usr/local/nagios/etc/

(2) 安裝NPC

[root@CareriNagios config]# cd /var/www/html/cacti/plugins

[root@CareriNagios plugins]# tar zxf /usr/local/src/npc-2.0.3.tar.gz

[root@CareriNagios plugins]# vim /var/www/html/cacti/include/config.php

在cacti系統中，通過plugin management模塊安裝npc，安裝完之后開啟npc即可實現cacti與Nagios的整合。

3應用效果分析

本文設計的監控系統能夠對目前企業數據中心的網絡和系統進行有效的監控，下面以某企業數據中心為例，對其中部分設備和服務進行監控，并對其監控效果進行說明。

3.1網絡流量監控

圖4是對某核心交換機slot10第48端口的流量數據監控圖，分別以一天、一周以及一月為時間周期對流入、流出交換機第48端口的數據流量進行了圖形化顯示。圖中陰影區域表示端口輸出流量，細實線表示端口輸入流量，從圖中可以清楚的查看每天交換機端口流量輸入和輸出的波峰期和波谷期所在的時間范圍。通過對網絡設備端口流量的監控，IT網絡管理員可藉此為依據對企業的網絡管理進行及時優化，并對企業網絡未來的發展做出合理性的規劃。

(a)核心交換機48端口一天輸入輸出數據量

(b)核心交換機48端口一周輸入輸出數據量

(c)核心交換機48端口一月輸入輸出數據量

3.2網絡服務監控

在企業網絡日常運維過程中，IT網絡管理員除了要監控網絡設備的流量之外，還需要對網絡設備的服務進行監控。本文設計的系統不僅可以監控網絡設備，同時可以有效的對網絡服務進行監控。當網絡服務出現異常時會通過Nagios的報警功能通知網絡管理員。圖5、表1是通過本系統對網絡設備的ping服務進行的監控，選取了RTA(往返平均響應時間：Round trip average)作為一個重要指標對網絡是否可達進行了監控，從圖5和表1中可以發現在一天的時間周期內RTA的最高值為4.75 ms，狀態顯示正常，日志顯示服務正常，丟包為0。

圖5　網絡服務監控、狀態

事件開始時間事件結束時間事件持續時間事件/狀態類型事件/狀態的信息2014-11-1323:59:592014-11-1400:00:000日0時0分服務正常(硬-HARD)初始狀態2014-11-1400:00:002014-11-1500:00:001日0時0分服務正常(硬-HARD)PingOK,丟包0,往返平均響應時間0.81ms2014-11-1500:00:002014-11-1505:44:500日4時44分服務正常(硬-HARD)PingOK,丟包0,往返平均響應時間0.86ms2014-11-1505:44:502014-11-1600:00:000日18時15分服務正常(硬-HARD)PingOK,丟包0,往返平均響應時間38.85ms2014-11-1600:00:002014-11-1700:00:001日0時0分服務正常(硬-HARD)PingOK,丟包0,往返平均響應時間1.59ms2014-11-1700:00:002014-11-1800:00:001日0時0分服務正常(硬-HARD)PingOK,丟包0,往返平均響應時間1.04ms2014-11-1800:00:002014-11-1900:00:001日0時0分服務正常(硬-HARD)PingOK,丟包0,往返平均響應時間0.66ms2014-11-1900:00:002014-11-1910:56:520日10時56分服務正常(硬-HARD)PingOK,丟包0,往返平均響應時間0.82ms

3.3系統性能監控

在企業的數據中心運維過程中，設備的硬件性能指標直接影響系統運行速度，因此對設備的性能指標進行實時監控、合理調整硬件資源分配就顯得尤為重要。本文設計的系統可以有效的監控硬件設備的性能指標，圖6選取了硬件設備中常用的三個性能指標：CPU、硬盤和內存，通過一天的使用情況監控，可以清晰的觀察每個性能指標的數值大小，從而可以為企業IT網絡管理員合理分配硬件資源提供依據于參考。

(a)CPU監控

(b)硬盤監控

(c)內存監控

4結語

本文通過對目前主流的開源監控軟件Nagios和Cacti的工作原理研究，分析了兩款軟件各自在監控方面的優缺點，設計了一套集成多組件、并對Nagios與Cacti進行整合的網絡與系統監控方案，并對方案進行了實現，通過部分的監控效果闡述了本方案在目前企業網絡日常運維過程中的有效性以及重要性。通過本系統進行的監控可以為企業數據中心網絡與系統運行狀況的改善提供數據依據，對于及時發現數據中心運行時出現的問題和隱患、節約企業數據中心運維成本以及保障企業數據中心網絡與系統正常運行具有非常重要的意義。

參考文獻：

[1]徐遠澤,張文科,尹一樺等.APT攻擊及其防御研究[J].通信技術，2015,48(06): 740-745.

XU Yuan-ze,ZHANG Wen-ke,YIN Yi-hua,et al.APT Attacks and Its Defense[J].Communications Technology,2015,48(06): 740-745.

[2]羅奕，陳粵.基于Nagios的銀行集中監控系統的構建與應用[J].計算機時代，2013(06):30-33.

LUO Yi,CHEN Yue.Construction and Application of Nagios-based Centralized Monitoring System in Banks[J].Computer Era,2013(06):30-33.

[3]李剛，王曉磊，孫路強等.基于Nagios軟件的綜合短信聯動告警系統在地震行業中的應用研究[J].地震研究，2012(35):133-138.

LI Gang,WANG Xiao-lei,SUN Lu-qiang,et al.Application of the Integrated Short-Message Warning System based on Nagios Software to the Earthquake Profession[J].Journal of Semismological Research,2012(35):133-138.

[4]楊昌武,曹龍漢.飛信報警方式的Nagios網絡監控系統在企業中的應用[J].網絡安全技術研究應用,2012(07):42-45.

YANG Chang-wu,CAO Long-han.Application of Nagios Network Monitoring System with the Method of Fetion Alarming in Enterprise[J].Network Security Technology & Application,2012(07):42-45.

[5]李元雄.構建基于Nagios的圖形化服務器監控報警平臺[J].軟件導刊，2011(07):154-155.

LI Yuan-xiong.Construction of a Graphical Server Monitoring and Warning Platform based on Nagios[J].Software Guide,2011(07):154-155.

[6]王世輝,潘瑩,梁京章.基于Nagios 的IPv6 網絡監控系統的研究與應用[J].廣西大學學報:自然科學版，2011(36):170-173.

WANG Shi-hui,PAN Ying,Liang Jing-zhang.Research and Application of Ipv6 Network Monitoring System based on Nagios[J].Journal of Guangxi University (Natural Science Edition),2011(36): 170-173.

[7]陳子國,劉金剛.基于Nagios的網絡監控系統的設計和實現[J].微計算機信息，2010(26):120-121.

CHEN Zi-guo,LIU Jin-gang.Design and Implement of Network Monitoring System based on Nagios[J].Microcomputer Information,2010(26):120-121.

[8]呂偉春，胡洪新，湯劍.基于Nagios的網絡監控系統研究[J].電腦知識與技術，2010(06):48-51.

LV Wei-chun,HU Hong-xin,TANG Jian.Research of Network Monitoring System based on Nagios[J].Computer Knowledge and Technology,2010(06):48-51.

[9]WANG Z,WANG Y,SHAO G.Research and Development of Monitoring System for Network Servers.[C] In: WiCOM ’08 4th International Conference on Wireless Communications.USA: IEEE Press,2008,1-3.

[10]Emir Imamagic,Dobrisa Dobrenic.GridInfrastructure Monitoring System based on Nagios [C].In: Proceedings of the 2007 workshop on Grid Monitoring.USA: ACM Press,2007.23-28.

A Monitoring Solution based on Integrated Multi-Module Open-Source Software

ZUO Zhen-yong

(China Aeronautical Radio Electronics Research Institute,Shanghai 200000,China)

Abstract：Aiming at the inadequate monitoring of the current enterprise data center on the network and system,the working principles for open-source monitoring software of Nagios and cacti are researched and analyzed,and a monitoring solution is proposed and designed.The method,based on Nagios and Cacti integrated multi-module open-source software and by using SNMP protocol of Nagios and Cacti,could implement monitoring and alarming of the enterprise network and system on multiple platforms,and also provides the enterprises data center with a real-time monitoring platform of resources and services.Analysis and simulation of the actual network environment indicate the effectiveness of the proposed solution.

Key words：monitoring; multi-component; Nagios; Cacti; SNMP protocol; alert

doi:10.3969/j.issn.1002-0802.2016.02.017

* 收稿日期：2015-09-03；修回日期：2015-12-28Received date:2015-09-03；Revised date：2015-12-28

中圖分類號：TP319

文獻標志碼：A

文章編號：1002-0802(2016)02-0211-06

作者簡介：

左珍勇(1984—)，男，碩士，工程師，主要研究方向為信息安全與網絡監控。