馮  揚(yáng)，張立新，廖明耀，齊志超

　　（北京中電普華信息技術(shù)有限公司, 北京 100192）

　　摘  要： 為了保障國(guó)家電網(wǎng)數(shù)據(jù)（災(zāi)備）中心的安全建設(shè)，通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)外中間件產(chǎn)品的技術(shù)現(xiàn)狀，提出了一套適合國(guó)家電網(wǎng)的中間件應(yīng)用服務(wù)器的基本框架和主要功能，并對(duì)交易服務(wù)、快照服務(wù)和日志服務(wù)三個(gè)模塊做出了詳細(xì)介紹。之后，搭建了測(cè)試環(huán)境，對(duì)功能和性能做出了測(cè)試，結(jié)果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求和國(guó)家電網(wǎng)的要求。對(duì)該產(chǎn)品的進(jìn)一步研發(fā)有助于提升數(shù)據(jù)（災(zāi)備）中心的應(yīng)用服務(wù)自我恢復(fù)能力和數(shù)據(jù)（災(zāi)備）中心的建設(shè)，起到了基礎(chǔ)應(yīng)用軟件支持的作用。

　　關(guān)鍵詞： 數(shù)據(jù)（災(zāi)備）中心; 中間件; 交易服務(wù)；快照服務(wù)；日志服務(wù)

0 引言

　　數(shù)據(jù)（災(zāi)備）中心建設(shè)按照國(guó)家公司集中式數(shù)據(jù)中心建設(shè)發(fā)展要求，已經(jīng)審議通過(guò)。在集中式數(shù)據(jù)中心建設(shè)方案中明確提出要進(jìn)一步提高IT軟硬件資源利用率，降低整體建設(shè)及運(yùn)維成本，滿(mǎn)足不斷快速調(diào)優(yōu)需求，提升可控和在控、安全可靠運(yùn)行、容災(zāi)和恢復(fù)的能力[1]。

　　數(shù)據(jù)（災(zāi)備）中心建設(shè)一方面為國(guó)網(wǎng)私有云的建設(shè)提供了數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)和備份的保障，另一方面因體系中包含中間件，云環(huán)境采用X86集群[2]方式實(shí)現(xiàn)會(huì)大量應(yīng)用中間件?，F(xiàn)有的應(yīng)用中間件，由于沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，配置、管理方式千差萬(wàn)別，每個(gè)系統(tǒng)都獨(dú)立部署，且難以統(tǒng)一使用、復(fù)用和維護(hù)。國(guó)家電網(wǎng)公司迫切需要一個(gè)統(tǒng)一高效安全的中間件產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)（災(zāi)備）中心建設(shè)的支持。

1 背景概述

　　1.1 研究背景

　　國(guó)網(wǎng)的安全體系中，網(wǎng)絡(luò)層面安全已經(jīng)非常規(guī)范和細(xì)粒度，做到了網(wǎng)絡(luò)隔離、傳輸加密、統(tǒng)一權(quán)限、單點(diǎn)登錄等。而應(yīng)用中間件層次、數(shù)據(jù)庫(kù)中間件層次的加密技術(shù)和安全架構(gòu)仍然較模糊，此項(xiàng)目可以通過(guò)對(duì)中間件級(jí)別的安全技術(shù)研發(fā)，來(lái)實(shí)現(xiàn)更底層的安全防護(hù)。

　　1.2 研究現(xiàn)狀

　　現(xiàn)有公司的中間件組件的使用均采用國(guó)外產(chǎn)品，版本不統(tǒng)一，且每個(gè)系統(tǒng)都需要獨(dú)立采購(gòu)。從歷史上看應(yīng)用中間件在國(guó)際上已經(jīng)形成了標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)國(guó)網(wǎng)的已建成項(xiàng)目在開(kāi)發(fā)中也遵循了這些共通標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀具體情況如表1所示。

　　1.2.1 Oracle WebLogic Server

　　WebLogic是美國(guó)Oracle公司出品的一個(gè)Application Server，確切地說(shuō)是一個(gè)基于Java（J2EE）架構(gòu)的中間件，WebLogic是用于開(kāi)發(fā)、集成、部署和管理大型分布式Web應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用的Java應(yīng)用服務(wù)器，也是國(guó)網(wǎng)部署最廣泛的的應(yīng)用服務(wù)中間件之一。

　　1.2.2 IBM WebSphere Application Server

　　IBM WebSphere Application Server提供了一個(gè)面向服務(wù)架構(gòu)(Service-Oriented Architecture,SOA)需要的安全可擴(kuò)展的應(yīng)用程序基礎(chǔ)架構(gòu)。并通過(guò)J2EE 5認(rèn)證，支持Java Development Kit (JDK) 6.0、EJB 3.0 和Java Persistence API(JPA)，為構(gòu)建可重用的持久性對(duì)象提供了簡(jiǎn)化的編程模式；對(duì)WebSphere MQ的預(yù)置支持和對(duì)WebSphere ESB的高度整合，這些產(chǎn)品的組合能夠構(gòu)成一個(gè)強(qiáng)大的企業(yè)服務(wù)總線(xiàn)（Enterprise Service Bus），可以整合多種類(lèi)的應(yīng)用程序和環(huán)境。

　　1.2.3 東方通TongWeb應(yīng)用服務(wù)器

　　TongWeb應(yīng)用服務(wù)器也是一個(gè)獲得Java EE 5認(rèn)證的Java應(yīng)用服務(wù)器，它實(shí)現(xiàn)了Java EE 5規(guī)范、最新的Web服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)和主流的互操作標(biāo)準(zhǔn)。它提供高級(jí)消息傳輸、Web服務(wù)、高可用性、集群和多平臺(tái)支持。通過(guò)配置TongWeb應(yīng)用服務(wù)器集群，可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，增強(qiáng)應(yīng)用的擴(kuò)展性。通過(guò)將高度優(yōu)化的會(huì)話(huà)服務(wù)器添加到TongWeb應(yīng)用服務(wù)器標(biāo)準(zhǔn)版，TongWeb應(yīng)用服務(wù)器企業(yè)版的集群提供從一個(gè)服務(wù)器至另一個(gè)服務(wù)器的無(wú)縫移植以及故障切換，從而可確保關(guān)鍵應(yīng)用和服務(wù)的持續(xù)運(yùn)行，幫助企業(yè)應(yīng)對(duì)應(yīng)用程序宕機(jī)或者服務(wù)意外無(wú)法訪問(wèn)等情況。

　　1.2.4 Red Hat JBoss EAP

　　JBoss的企業(yè)應(yīng)用平臺(tái)（JBoss EAP）是市場(chǎng)領(lǐng)先的、開(kāi)源的企業(yè)級(jí)Java創(chuàng)新性和可擴(kuò)展的Java應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)和部署平臺(tái)?；谄髽I(yè)用戶(hù)對(duì)企業(yè)版JBoss的巨大需求，紅帽公司作為開(kāi)源解決方案廠商中的佼佼者，推出了企業(yè)版JBoss產(chǎn)品—JBoss EAP，得到了廣大企業(yè)級(jí)、電信級(jí)客戶(hù)的認(rèn)同。紅帽資深JBoss專(zhuān)家表示，企業(yè)版JBoss在JBoss AS的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大幅度改進(jìn)，二者的差異主要體現(xiàn)在產(chǎn)品、技術(shù)、安全性、可管理性、服務(wù)支持、軟件責(zé)任風(fēng)險(xiǎn)與法律問(wèn)題等方面。

　　1.3 問(wèn)題分析

　　從產(chǎn)品的延續(xù)性和兼容性上來(lái)說(shuō)要求應(yīng)用中間件應(yīng)用服務(wù)器既能符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，又能適用于云平臺(tái)。能夠承載服務(wù)化的應(yīng)用是對(duì)應(yīng)用中間件的最大要求[3]，這兩種需求的難點(diǎn)也體現(xiàn)在目前國(guó)網(wǎng)的云平臺(tái)環(huán)境尚未完全建成（中間件本身也是云平臺(tái)的核心之一），在開(kāi)發(fā)中如何能與云平臺(tái)的建設(shè)保持同步，甚至超前是在制定業(yè)務(wù)目標(biāo)時(shí)需要著重考慮的。

　　對(duì)比國(guó)內(nèi)外常用的四種中間件產(chǎn)品和采用技術(shù)，需確定哪一種更能方便云平臺(tái)的在變化中的構(gòu)建模式，更適合在國(guó)家電網(wǎng)海量的不同類(lèi)型的應(yīng)用服務(wù)器上部署和運(yùn)用。通過(guò)各方面全面分析和對(duì)比，最終采用了Jboss中間件技術(shù)，它能夠便捷、低成本地實(shí)現(xiàn)目前建設(shè)所需的功能和性能指標(biāo)。

2 關(guān)鍵技術(shù)和服務(wù)

　　2.1 中間件架構(gòu)

　　Jboss中間件架構(gòu)全面實(shí)現(xiàn)了Java EE 5的規(guī)范、最新的Web服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)和主流的互操作標(biāo)準(zhǔn)，它提供高級(jí)消息傳輸、Web服務(wù)、高可用性、高穩(wěn)定性，并提供對(duì)多種主流平臺(tái)的全面支持[4]。各種模塊以服務(wù)形式體現(xiàn)，架構(gòu)如圖1所示。

　　核心8個(gè)服務(wù)中有3個(gè)是根據(jù)現(xiàn)有需求改進(jìn)和開(kāi)發(fā)的，分別是交易服務(wù)、快照服務(wù)和日志服務(wù)。

　　2.2 交易服務(wù)

　　交易服務(wù)屬于SG-APS中間件的一個(gè)功能模塊，開(kāi)啟此功能可以處理因宕機(jī)等非正常運(yùn)行而產(chǎn)生的中斷的事務(wù)。在事務(wù)開(kāi)始時(shí)、事務(wù)準(zhǔn)備提交時(shí)以及提交后都有日志記錄，如果服務(wù)器意外不能正常工作，在服務(wù)器重新啟動(dòng)的時(shí)候會(huì)分析不能正常工作前的日志記錄，復(fù)原事務(wù)現(xiàn)場(chǎng)，提交不能正常工作前中斷的事務(wù)。此模塊適用于standalone場(chǎng)景。

　　2.3 日志服務(wù)

　　日志服務(wù)實(shí)現(xiàn)日志模塊配置、日志級(jí)別設(shè)置、日志輪轉(zhuǎn)設(shè)置、日志輸出方式配置并可實(shí)現(xiàn)自定義日志擴(kuò)展[5]。日志管理內(nèi)容包括執(zhí)行日志記錄、獲取模塊描述、讀取xml文件元素、解析日志元素、解析根日志元素、添加資源屬性描述、添加設(shè)置參數(shù)描述、覆蓋服務(wù)。

　　2.4 快照服務(wù)

　　快照服務(wù)記錄了系統(tǒng)不同時(shí)間的工作狀態(tài)，可以根據(jù)需要定制快照模式，也可以在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，根據(jù)原記錄來(lái)恢復(fù)和回放?？煺展ぞ叩闹饕δ馨ǎ何募煺斩ㄖ?、文件快照生成、快照文件回放、快照文件存儲(chǔ)[6、7]和管理。

3 實(shí)現(xiàn)流程

　　3.1 系統(tǒng)啟動(dòng)

　　3.1.1 客戶(hù)端日志啟動(dòng)

　　客戶(hù)端日志啟動(dòng)后，發(fā)送日志配送文件。日志發(fā)送配置文件包括發(fā)送文件存在的路徑及發(fā)送的目的地。配置文件讀取模塊加載配置文件，接下來(lái)發(fā)送日志數(shù)據(jù)，包括請(qǐng)求發(fā)送、確定上次發(fā)送的位置。將讀入的文件內(nèi)容發(fā)送到服務(wù)端。

　　3.1.2 日志服務(wù)端管理

　　包括參數(shù)管理、日志數(shù)據(jù)接收和日志查詢(xún)下載功能。服務(wù)端的配置文件參數(shù)包括文件的存儲(chǔ)路徑定義。

　　配置文件主要是對(duì)上傳的日志文件存儲(chǔ)位置的定義，此外還有日志記錄解析格式的定義。格式包括如何區(qū)分不同日志和日志如何解析。

　　3.1.3 日志數(shù)據(jù)處理

　　服務(wù)端提供的服務(wù)主要包括：查詢(xún)上次的傳輸位置，生成通信id；接收傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，服務(wù)端系統(tǒng)時(shí)間。

　　系統(tǒng)收到的每一個(gè)日志文件有一個(gè)對(duì)應(yīng)的信息文件，記錄相關(guān)的記錄數(shù)。

　　系統(tǒng)控制文件對(duì)應(yīng)最后的信息文件，如果通信正常，則控制文件指向最后這個(gè)文件。如果不是，則說(shuō)明通信異常，最后的這個(gè)文件就應(yīng)該是上次完成的文件。如果不存在，則取最新文件的前一個(gè)文件。

　　為了確保操作的可控，控制文件先將記錄當(dāng)前位置的文件改名，再建立新的傳輸控制文件。

　　3.2 事務(wù)記錄與恢復(fù)

　　在系統(tǒng)啟動(dòng)之后可以開(kāi)啟中間件服務(wù)器，開(kāi)始事務(wù)模塊的運(yùn)行，并生成事務(wù)日志。日志生成記錄事務(wù)工作情況，正常啟動(dòng)流程如圖2所示。

　　當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異常狀態(tài)關(guān)閉時(shí)，再次啟動(dòng)后將出現(xiàn)事務(wù)異常的提示，需要開(kāi)啟數(shù)據(jù)恢復(fù)服務(wù)，根據(jù)事務(wù)日志恢復(fù)到最近標(biāo)記過(guò)的正常狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)中間件的啟動(dòng)。恢復(fù)過(guò)程如圖3所示。

　　3.3 快照定制和回放

　　通過(guò)快照的定制和回放，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和程序的定期備份和追溯，按時(shí)間記錄當(dāng)天、一周前、一個(gè)月前等的記錄和回放以及快照存儲(chǔ)、增量備份、冗余刪除等[8]。管理員快照操作的權(quán)限如圖4所示.

4  測(cè)試與結(jié)果

　　4.1 測(cè)試環(huán)境

　　搭建測(cè)試環(huán)境包括硬件環(huán)境和軟件環(huán)境。

　　硬件環(huán)境：CPU: 至少2GHz，內(nèi)存：至少需要1GMB的內(nèi)存，硬盤(pán)空間：至少需要2GMB磁盤(pán)空間，監(jiān)視器：圖形界面安裝需要256色，字符界面安裝沒(méi)有色彩要求，瀏覽器：Microsoft IE7或Firefox3.0及以上版本。軟件環(huán)境：JDK1.6，開(kāi)發(fā)IDE工具：Eclipse 4.4、Maven 3.0.2，操作系統(tǒng)：Windows 7，數(shù)據(jù)庫(kù)：mySQL 5.2，中間件：Jboss 7.1.1 Final。

　　4.2 數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)結(jié)果

　　首先安裝開(kāi)發(fā)測(cè)試Java環(huán)境，搭建maven（Jboss的構(gòu)建方式）工程，在standalone模式下啟動(dòng)Jboss集群，創(chuàng)建Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)，并創(chuàng)建測(cè)試數(shù)據(jù)?？蛻?hù)端添加日志。然后，突然關(guān)閉應(yīng)用服務(wù)器，模擬服務(wù)器故障，數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)斷電丟失。重新開(kāi)機(jī)啟動(dòng)交易恢復(fù)模塊，數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)恢復(fù)成功。數(shù)據(jù)恢復(fù)前界面如圖4，恢復(fù)成功后界面如圖5。

　　4.3 快照回放和刪除

　　快照回放，根據(jù)快照記錄恢復(fù)歷史狀態(tài)下的系統(tǒng)或程序。刪除功能可以刪除歷史快照。功能顯示如圖7所示。

　　4.4 日志下載查詢(xún)

　　管理用戶(hù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程對(duì)收到的日志文件進(jìn)行查詢(xún)，同時(shí)提供下載。

　　對(duì)于后臺(tái)日志10 min建立一個(gè)文件，如果一次只能看10 min的內(nèi)容，將會(huì)很不方便，因此系統(tǒng)提供可以跨時(shí)間段的多文件查詢(xún)。日志下載界面如圖8所示。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)和測(cè)試得出了該中間件產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期功能，經(jīng)測(cè)試后的性能指標(biāo)能夠滿(mǎn)足目前云平臺(tái)和設(shè)計(jì)要求。具體指標(biāo)參數(shù)見(jiàn)表2。

　　為提高云計(jì)算平臺(tái)數(shù)據(jù)（災(zāi)備）中心的高可用（靠）性，應(yīng)用中間件對(duì)應(yīng)用提供自我恢復(fù)的能力管控，即知道應(yīng)用是否有問(wèn)題，以及支撐的Java容器是否出現(xiàn)故障，對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的應(yīng)用進(jìn)程和組件提供分析、恢復(fù)、重啟的能力?？梢愿鶕?jù)不同的定制策略，選擇性重新啟動(dòng)恢復(fù)。并對(duì)數(shù)據(jù)（災(zāi)備）中心建設(shè)提供了安全的基礎(chǔ)應(yīng)用軟件支持。

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