楊靖琦，胡勛
?。ㄖ袊娮涌茖W研究院，北京 100041）
摘要：近年來，隨著云計算的興起和逐步發(fā)展，云平臺已成為各類企業(yè)和機構(gòu)提供服務的主要方式，為保證云平臺高效穩(wěn)定運行，需要對云平臺進行實時監(jiān)控。針對以上需求，基于開源監(jiān)控工具Ganglia和Ceilometer，設計并實現(xiàn)了一個多云平臺監(jiān)控系統(tǒng)，提供云平臺、物理機和虛擬機中內(nèi)存、CPU和硬盤等資源使用情況的監(jiān)控能力，同時，通過物理資源管理、監(jiān)控策略管理、日志管理和用戶管理等功能，提升監(jiān)控系統(tǒng)的可擴展水平和用戶友好程度。最終，實現(xiàn)對多云平臺全方位可視化的管理和控制。
關(guān)鍵詞：云平臺；監(jiān)控系統(tǒng)；物理機；虛擬機
中圖分類號：TP399文獻標識碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.10.030
引用格式：楊靖琦，胡勛.多云平臺監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［J］.微型機與應用，2017,36（10）：102-105.
0引言
計算平臺的發(fā)展主要經(jīng)歷了以主機為中心和以PC為中心兩個階段，目前正處于以網(wǎng)絡為中心的階段。在這一階段，隨著云計算技術(shù)的快速發(fā)展，以云平臺為代表的網(wǎng)絡計算平臺逐漸成為主要的資源提供方式。企業(yè)可以基于分散的計算、存儲等物理資源按照不同組織架構(gòu)搭建云平臺，動態(tài)地為用戶提供所需的計算、存儲等資源，提高資源利用率，降低運營復雜度和成本［1］。隨著云平臺的不斷增多和規(guī)模的不斷擴大，平臺監(jiān)控難度急劇增加，傳統(tǒng)的人工查詢方式已不適用于多個大規(guī)模云平臺的監(jiān)控和管理，為實現(xiàn)更有效的云平臺管理，需提供云平臺資源的統(tǒng)一監(jiān)控管理能力，從而直觀地了解平臺運行狀態(tài)，最大限度地使用系統(tǒng)的資源。
目前，國內(nèi)已開展了對云平臺監(jiān)控的研究，其中一些研究［2］實現(xiàn)了OpenStack云平臺中虛擬資源的監(jiān)控，另外一些研究［3］實現(xiàn)了OpenStack云平臺中物理資源的監(jiān)控，但現(xiàn)有云平臺監(jiān)控研究成果大多針對單個云平臺的單一資源類型，無法提供多個平臺中物理資源和虛擬資源的多功能、一體化監(jiān)控系統(tǒng)。為解決現(xiàn)有問題，本文設計并實現(xiàn)了面向多個云平臺、覆蓋物理資源和虛擬資源的監(jiān)控系統(tǒng)。
本文的多云平臺監(jiān)控系統(tǒng)面向OpenStack云平臺設計和實現(xiàn)，具有可移植性，其中物理資源監(jiān)控是平臺無關(guān)的，無需修改即可適用于其他平臺，虛擬資源監(jiān)控可通過修改訪問接口的方式應用于對其他云平臺的監(jiān)控，由于文章篇幅限制，在此不做贅述。
1云平臺及監(jiān)控方法
1.1OpenStack
OpenStack是美國國家航天局和Rackspace公司共同開發(fā)的開源云計算平臺，可支撐公有云或私有云的建設和管理，為用戶提供IaaS（基礎設施即服務）層的云服務。OpenStack包括Nova、Swift、Glance和Keystone等主要模塊，分別提供計算、存儲、鏡像和安全認證等能力，由于其具備模塊松耦合、組件配置靈活、易于二次開發(fā)等優(yōu)點，已成為應用最廣的開源云平臺［4］。
1.2Ceilometer
2012年10月，隨著OpenStack Folsom的發(fā)布，Ceilometer項目發(fā)布了第一個版本，從2013年開始，Ceilometer作為OpenStack發(fā)行版的一部分發(fā)布，提供OpenStack平臺的虛擬機監(jiān)控功能。為適應云計算環(huán)境節(jié)點大規(guī)模動態(tài)調(diào)整的特點，Ceilometer通過插件機制，提供了可靈活擴展的架構(gòu)。
Ceilometer通過輪詢計算節(jié)點上的虛擬機實例獲取監(jiān)控信息，并在數(shù)據(jù)庫中將監(jiān)控信息進行持久化存儲，為計費和監(jiān)控提供支撐。
1.3Ganglia
目前，在集群計算機監(jiān)控領(lǐng)域主要有Cacti、Parmon、Nagios、Ganglia等軟件系統(tǒng)。通過對此類軟件的比較分析可知，Ganglia具備功能模塊豐富、監(jiān)控功能強、可擴展性高等優(yōu)點，同時具有良好的移植性，支撐在Linux、Solaris、Mac OS和Windows等主流操作系統(tǒng)上運行，可滿足復雜環(huán)境下的集群監(jiān)控需求［5］。
Ganglia是加州學校伯克利分校發(fā)起的計算機集群監(jiān)視項目［6］，用于監(jiān)控大規(guī)模集群的運行狀態(tài)，如：CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡負載、硬盤利用率等。Ganglia采用分布式的監(jiān)控結(jié)構(gòu)，通過安裝gmond和gmetad軟件實現(xiàn)集群的監(jiān)控，其中，被監(jiān)控的節(jié)點安裝gmond實現(xiàn)節(jié)點運行狀態(tài)的收集和上報；監(jiān)控節(jié)點安裝gmetad實現(xiàn)與gmond通信，通過輪詢的方式收集區(qū)域內(nèi)節(jié)點上報的狀態(tài)信息。Ganglia使用RRDTool工具實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的存儲和處理，并可通過個性化配置實現(xiàn)基于Web的圖形化顯示。
2系統(tǒng)設計
2.1系統(tǒng)架構(gòu)設計
多云平臺監(jiān)控系統(tǒng)提供云平臺、服務器和虛擬機監(jiān)控數(shù)據(jù)的獲取、處理和展現(xiàn)功能，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。
資源層：依托分布式服務器設備，基于OpenStack開源軟件，搭建異構(gòu)云計算平臺，可為用戶按需提供物理資源和虛擬資源，是監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控主體。
監(jiān)控層：基于Ganglia軟件實現(xiàn)服務器資源狀態(tài)監(jiān)控，基于Ceilometer組件實現(xiàn)虛擬機資源狀態(tài)監(jiān)控，通過對服務器和虛擬機監(jiān)控信息的獲取和融合處理，為展示層提供所需狀態(tài)數(shù)據(jù)，同時根據(jù)資源監(jiān)控策略，實現(xiàn)資源狀態(tài)告警和利用率告警信息生成。
展示層：以Web頁面方式進行信息展示，提供異構(gòu)云監(jiān)控和異構(gòu)云管理兩類功能，實現(xiàn)異構(gòu)云平臺資源信息和狀態(tài)的統(tǒng)一監(jiān)視和控制。其中：
多云平臺監(jiān)控主要展現(xiàn)云平臺總體狀態(tài)、云平臺監(jiān)控、服務器監(jiān)控、虛擬機監(jiān)控等相關(guān)信息。
(1)云平臺總體狀態(tài)：實時監(jiān)控數(shù)據(jù)中心所包含的服務器、虛擬機的數(shù)量和相關(guān)信息；
(2)云平臺監(jiān)控：對數(shù)據(jù)中心進行監(jiān)控，提供數(shù)據(jù)中心列表、地理位置、概述、運行狀態(tài)等信息的展示；
(3)服務器監(jiān)控：對服務器進行監(jiān)控，提供服務器實時監(jiān)控信息，并展示服務器所包含的虛擬機信息；
(4)虛擬機監(jiān)控：對虛擬機進行監(jiān)控，提供虛擬機實時監(jiān)控信息，并展示虛擬機配置。
多云平臺管理主要提供物理資源管理、監(jiān)控策略管理、日志查詢和用戶管理等功能。
(1)物理資源管理：提供數(shù)據(jù)中心、服務器等物理區(qū)域和物理設備信息添加修改功能；
(2)監(jiān)控策略管理：對服務器和虛擬機等計算資源需要監(jiān)控的指標和閾值進行查看和設置；
(3)日志查看：記錄計算資源監(jiān)控軟件產(chǎn)生的用戶操作日志和告警日志，提供分時段查看功能；
(4)用戶管理：提供監(jiān)控系統(tǒng)用戶的增加、刪除、修改和查詢功能。
2.2系統(tǒng)類圖與接口設計
使用基于開放源碼的Web應用框架Django開發(fā)異構(gòu)云平臺監(jiān)控系統(tǒng)，構(gòu)建支持監(jiān)控信息處理和顯示的MTV架構(gòu)，即Model、Template、View，多云平臺監(jiān)控系統(tǒng)類圖如圖2所示。
其中，Model（Cloud、Server、VM、Log）定義資源信息和監(jiān)控數(shù)據(jù)的存儲格式，并且提供了數(shù)據(jù)庫訪問的API；View（IndexView、CloudView、ServerView、VmView、ManagerView）定義應該顯示哪些數(shù)據(jù)，是業(yè)務邏輯處理模塊；Template定義View的數(shù)據(jù)應該如何被顯示。MonitorVM、GraphForServer、UpdateStatus三個類分別提供虛擬機狀態(tài)監(jiān)控、服務器狀態(tài)繪圖和狀態(tài)信息更新功能。
按照系統(tǒng)類設計，異構(gòu)云平臺監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部接口示意圖如圖3所示，接口標識見表1。
監(jiān)控狀態(tài)獲取VMStatus監(jiān)控虛擬機資源使用情況
3系統(tǒng)實現(xiàn)與部署
基于OpenStack搭建多個云計算平臺［7］，用來模擬四個數(shù)據(jù)中心，每個云平臺由1個控制節(jié)點和網(wǎng)絡節(jié)點及若干個計算節(jié)點組成，基于KVM的虛擬化技術(shù)實現(xiàn)計算資源的虛擬化，構(gòu)建彈性計算環(huán)境。其中環(huán)境配置及功能如表2所示。
所有節(jié)點通過2臺48口交換機相連，一臺負責控制流信息的交互，另一臺用于數(shù)據(jù)流信息的交互。環(huán)境中計算資源與外部網(wǎng)絡是隔離的，網(wǎng)絡節(jié)點單獨有一個網(wǎng)卡與外部網(wǎng)絡相連，通過GRE隧道協(xié)議，使得外部網(wǎng)絡環(huán)境中的用戶能夠登錄訪問虛擬機。
通過安裝OpenStack的Ceilometer模塊和Ganglia軟件（Python版），多云平臺監(jiān)控系統(tǒng)可對多個云平臺節(jié)點進行監(jiān)控，并能夠動態(tài)適應集群規(guī)模調(diào)整，以適應混合云伸縮的需要，其安裝示意圖如圖4所示。
多云平臺監(jiān)控服務器端：運行基于Django Web框架的多云平臺監(jiān)控軟件，通過獲取并處理Ceilometer和Ganglia的監(jiān)控數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對云平臺中虛擬資源和物理資源的監(jiān)控，為用戶提供基于瀏覽器的可視化交互界面，系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)存儲在MySQL數(shù)據(jù)庫中。
Ceilometer：云平臺各節(jié)點安裝compute agent收集節(jié)點的狀態(tài)信息，實現(xiàn)虛擬機的監(jiān)控，Ceilometer監(jiān)控信息可存儲于MangoDB、MySQL、PostgreSQL和HBase等數(shù)據(jù)庫中，其中對MongoDB是支持最好的，本文系統(tǒng)使用MangoDB存儲虛擬機監(jiān)控信息。
Ganglia：云平臺控制節(jié)點安裝gmetad和gmond，網(wǎng)絡節(jié)點和計算節(jié)點安裝gmond，通過修改源代碼，選取并配置所需監(jiān)控指標，實現(xiàn)集群整體和各物理節(jié)點CPU、內(nèi)存、硬盤和網(wǎng)絡負載等運行狀態(tài)監(jiān)控，Ganglia監(jiān)控數(shù)據(jù)默認存儲在RRD數(shù)據(jù)庫中。
多云平臺監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)對各個云平臺、服務器、虛擬機相關(guān)配置信息和運行狀態(tài)的監(jiān)控與管理。
4結(jié)論
本文提出了基于Ganglia與Ceilometer的多云平臺監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)方法，實現(xiàn)了多個云平臺服務器和虛擬機的一體化監(jiān)控，為云平臺資源運行情況提供統(tǒng)一的可視化監(jiān)控管理能力，提升平臺管理水平。在此基礎上，監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)可為云平臺資源的組織、調(diào)度和分配提供決策依據(jù)，提高資源使用的合理性。
參考文獻
?。?］ 張建勛，古志民，鄭超. 云計算研究進展綜述［J］. 計算機應用研究, 2010,27(2):429-433.
［2］ 劉智超. 基于OpenStack的虛擬機集群監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［D］. 北京：北京郵電大學，2014.
?。?］ 尤海鵬. 基于Ganglia的數(shù)據(jù)中心監(jiān)控平臺設計［D］. 濟南：山東大學, 2014.
?。?］ 李志軍，孔朋朋，雷振伍. 基于OpenStack的私有云平臺設計［J］. 微型機與應用, 2016,35(9):24-26.
?。?］ 吳怡鳳，歸強，羅明宇，等. 集群計算機監(jiān)控技術(shù)研究［J］.計算機與現(xiàn)代化, 2013(11)：218-222.
?。?］ MASSIE M, LI B, NICHOLES B, et al．Monitoring with Ganglia［M］．O’Reilly Media，2012.
?。?］ 王霄飛. 基于OpenStack構(gòu)建私有云計算平臺［D］. 廣州：華南理工大學, 2013.