基于PaaS 架构的石油信息化管理云计算架构研究

(中海油信息科技有限公司深圳分公司,广东深圳 518000)

1 研究背景

油气生产领域是较早应用各类信息系统解决生产及管理问题的行业。油气领域的信息系统发展经过了较长时间的积累后形成了不同的系统。同时,在油气生产领域数字化转型过程中,各类数字化信息系统也在大量投入生产运行。而这些系统具有不同的架构体系,在接口标准、数据体系等方面并不一致,因此系统之间的兼容性以及交互性较差,从而形成了不同系统之间的信息孤独问题。由于系统存在重复建设,不同的系统之间的功能也有重合,因此导致业务系统的功能较为臃肿。随着石油行业的业务发展,这些旧有的系统架构难以被优化,而运维这些系统的成本却不断提高,原有系统架构成为提升业务效率,促进石油业数字化转型的障碍。PaaS架构下,为所有的应用系统提供底层的解决方案,可以统一数据的标准以及交互接口标准,可以打破组织在不同地域的边界,整合信息资源,提高系统的开发以及运行效率。因此,基于PaaS架构进行石油信息化建设成为趋势。

2 基于PaaS架构石油信息化管理云计算架构设计

PaaS架构属于云计算架构中的平台层,即提供云计算的基础平台,并为应用层提供底层的平台[1]。本文设计的石油信息化管理云计算架构如图1所示。

图1 架构设计Fig.1 Architecture design

针对PaaS平台,开发者、管理者均能利用平台提供的各类资源。同时PaaS平台提供各类基础的组件对系统进行横向扩展。比如PaaS提供数据的扩展功能,能够支持数据库的扩展。PaaS制定了严格的权限标准,为使用平台的不同人员分配权限,保障平台的安全。在PaaS平台的日常运维中,提供各类运维工具,监控平台的各项指标,当PaaS平台运行中出现风险时,及时进行预警。PaaS平台也提供了开发者的支持模式,提供各类开发工具,并建立开发标准帮助开发人员高效搭建应用系统。PaaS平台主要分为核心功能层、平台服务层,并提供调度机制调度平台的各类资源。

2.1 PaaS平台核心功能层

核心功能层提供了PaaS的各项核心基础能力。核心功能层是PaaS的基础接口,基础接口实现了PaaS的网络访问、安全机制、运行机制,并对外提供服务。安全上,核心功能层能够实时的、动态的监控平台各项资源,监控异常应用信息,该功能保障了平台的正常运行以及安全性,保障了应用的质量,并为系统的运行提供了具有稳健性以及容错性的机制。核心功能层的出现允许用户能够使用多租户等形式利用平台的资源,实现资源、计算的共享。

2.2 PaaS平台服务层

平台的服务层在核心功能层的基础上,管理不同系统的运行环境、对各项资源进行集约化管理,同时对各个系统应用的安全、资源使用提供支撑。服务层有效的连接了PaaS平台的上层应用以及下层核心功能。能够保障应用的高效以及稳定运行。对于开发者而言,提供了统一的接口标准,开发者能够高效的建立以及部署应用。

本文设计的石油信息化管理云计算架构也包括三层架构,第一层架构提供基础设施的建设,为平台提供各项核心功能。其次是服务层,封装各类接口标准,提供给开发者进行快速开发。第三层是应用层,负责对各个应用系统进行管理。在部署环境上,可以支持v Sphere/v Cloud进行虚拟化部署。通过虚拟化部署,将石油信息化资源进行集成以及统一管理。在对用户开发的管理上,允许开发者建立自身的应用,并向平台发起资源申请,平台根据申请的情况分配一定的基础资源来支持应用的运行。同时,平台还提供资源的统一调度机制,对各个应用的资源使用情况进行平衡。

2.3 平台调度机制设计

本文设计石油信息化云计算的动态调度机制,与以往静态调度机制不同,通过动态调度机制,能够基于系统运行的实际情况,分配各类资源,并支持效率更高的负载均衡。为了提高调度的效率,本文设计的调度机制如下:

首先收集云平台中各个应用系统以及虚拟机节点的资源使用情况,根据虚拟机的历史运行信息进行资源的再平衡。

设有Appid代表在平台中编号为id的应用,request(Appid)代表客户发送对该应用的访问请求,INSi(0

(1)接收请求,通过时将request(Appid)记录到路由表中,并分配请求id。

(2)平台的调度模块根据请求的类型、请求资源大小,搜索负载队列中的资源模块,并根据请求的资源对资源模块进行匹配,寻找最优匹配资源。如果匹配失败,则返回NULL值,如果匹配到最优资源模块,则执行下一步操作。

(3)将匹配的资源分配给请求,并记录在资源匹配及分配标准。然后调度该容器的资源给应用程序,由应用程序负责具体使用资源。

(4)执行完毕后,系统释放资源回资源队列,重新执行第一步。

(5)执行完毕,返回第一步重复运行。

3 基于PaaS架构石油信息化管理云计算架构实现

本平台的实现基于Cloud Foundry平台,该平台是开源实现的云计算PaaS平台,该平台目前被广泛应用在工业界,具有良好的弹性与支持能力,能够提供云计算服务[2]。

平台部署方案如图2所示。

图2 平台部署方案Fig.2 Platform deployment plan

平台的部署包括负载均衡器、各类控制组件、数据库、DEA组件、service组件等不同部分[3]。

(1)负载均衡服务器。在实现石油信息化管理云计算时,配置nginx对各类不同的请求进行负载均衡。其中,路由组件负责分配不同的请求到不同的负载均衡服务器中,一般需要建立4 台虚拟服务器用于处理各类路由信息,并提供容错机制。

(2)Cloud Controller组件。云计算的控制组件主要用于对各类计算资源进行控制,其本身的运行并不消耗太大的资源。一般采用2台虚拟机来进行控制,并相互备份。通过控制组件对云平台的各类资源进行监控,对云平台的运行状态进行监督,防止平台出现计算风险。

(3)CCDB数据库。该数据库与其他组件的耦合性较低,一般采用PostgreSQL数据库存储云计算平台的各类信息,并隔离其他组件,防止修改信息造成系统错误。

(4)DEA组件。本平台的DEA组件主要用于保障系统的正常运行,本平台搭建了6台DEA组件服务器对平台提供可靠的支撑。

(5)Service组件。该组织需要完成一定的功能,因此需要分配至少8台虚拟机提供云平台的服务,同时该平台的服务组件之间能够相互备份,防止出现宕机。

(6)NATS组件。系统的各个主件之间需要相互通信,因此由NATS提供统一的通信标准与机制,通过统一的标准提高通信效率。

本文搭建的平台中,可以采用控制器组件建立系统任务,核心代码如下。

通过以上机制,实现了云计算平台的信息共享,通过物理机器的隔离,保障不同资源的安全。在组件的利用上,通过备份、热同步等保障系统不会出现同时宕机的情况,从而保障各类石油信息系统的运行安全。

4 总结

本文基于PaaS架构设计了石油信息化管理云计算架构,并基于Cloud Foundry搭建油气类企业私有云 PaaS平台。