【毕业学位论文】（Word原稿）基于vSphere的业务管理系统设计与实现-软件工程

中图分类号： 学校代码： 10055 密级： 公开 硕 士 学 位 论 文 基于 业务 管理系统设计 与实现 南开大学研究生院 二七年五月 摘要 数据中心的虚拟化建设逐渐成为新一代数据中心建设的首选方案。虚拟化给数据中心的业务带来了明显的影响。服务器交付的速度明显加快，网络调整更加便捷，服务器配置可剪裁。通过虚拟化管理系统可以对虚拟机进行操作。这也给业务系统整合虚拟化平台提供了可能。 高校数据中心管理学校 网络应用的基础设施，在对这些资源的管理中， 涉 及到 和院系部门 间 的业务联系。 本文 分析 数据中心的对 域名，虚拟机， 理发布的 管理工作 ， 从工作需求出发，提出建设基于 拟化的业务管理系统。 本文 首先 对管理系统实现相关的 术， 及 理发布服务的软件 了简单介绍，然后对系统做了详细分析，建立 了系统用 例 模型，对系统实现中 的 权限管理，配置管理，虚拟机管理做了 详细 说明 。 管理系统使用 言基于 式 开发， 使用了 架 ， 并使用现持久化支持。在权限认证和授权实现中采用了 架，对虚拟机的管理通过调用 现 。 关键字 ：虚拟化，数据中心， is on it to it to be by of of in of on of of a to PI a on a of a a on in is VC is in is by 目录 摘要 . 2 . 3 第一章 绪论 . 6 第一节 选题背景 . 6 第二节 本文的主要工作 . 7 第二章 技术背景介绍 . 7 第一节 . 7 第二节 2 . 8 第三节 . 10 第三章 需求分析 . 12 第一节 数据中心业务分析 . 12 第二节 需求分析 . 14 制条件 . 14 能性需求 . 15 第三节 本章小结 . 20 第四章 系统设计 . 20 第一节 系统设计的原则和要求 . 21 第二节 系统技术架构 . 21 第三节 概要设计 . 22 第四节 业务建模 . 23 第五节 数据建模 . 29 第六节 本章小结 . 31 第五章 实现与评测 . 32 第一节 运行环境 . 32 第 二节 系统实现 . 33 限管理 . 34 置管理 . 35 拟机管理 . 37 全机制 . 38 第三节 测试 . 39 第六章 总结 . 40 参考文献 . 42 第一章 绪论 第一节 选题 背景 随着高校信息化建设工作的进行，越来越多的业务系统和信息系统建设起来。随之而来的是不断增加的服务器、存储、网络等设备。这些物理设备对数据中心的建设提出了挑战。如何在有限的空间里部署更多的应用，如何降低数据中心的能源消耗，如何提高管理维护的效率和降低管理开销，成为数据中心建设必须考虑的问题。 数据中心资源的虚拟化有助于降低成本，提高灵活性和永续性 ，以及增强对业务需求的响应能力。 利用服务器虚拟化和整合，将您的数据中心转变成灵活的云计算基础架构，使之具有运行要求最严苛的应用所需的性能和可靠性 1。 根据 司的统计，采用虚拟化技术能够 将硬件和运营成本削减 50% 之多，将能源成本削减 80% 之多，每项虚拟化的服务器工作负载每年可节省 3,000 多美元。 将调配新服务器的时间缩短 70% 之多 3。 利用业务连续性和内置的灾 难恢复功能减少停机并提高可靠性。 按需提供 务，摆脱对硬件、操作系统、应用或基础架构提供商的依赖。 为，虚拟化技术经过了多年的发展，经历了 4 个不同的阶段 2。目前， “虚拟化 关注点将从虚拟化 段的资源整合、集中管理、降低服务器和能耗成本的集成模式转移到实现业务连续性、资源提供的服务模式等方面。“虚拟化 括虚拟化运维管理、虚拟化业务连续性、虚拟化资源提供 3 个大的方面，并且可以细分为控制、监控、可用性、灾难恢复、弹性 架构、资源管理6 个子项。虚拟化 以 “虚拟化的手段 ”帮助用户满足服务水平等级，成为更核心的企业应用与运行环境。由于虚拟化 种种弊端，虚拟化 为虚拟化发展的必须阶段和必然产物，可用性、可管理性和高连续性是虚拟化 代的重要基础和明显标志。 经过多年的实践，对数据中心的虚拟化成为了必然的选择。国内各大高校正在着力开展数据中心建设工作 ,采用虚拟化技术构建数据中心已成为一个主要发展方向 4。 各个虚拟化厂商都提供了相应的管理软件。一些硬件 厂商也基于虚拟化平台提供了相应的管理插件。也有公司提供了一些虚拟化解决方案管理软件。如思科。这些软件能够对数据中心基础机构如存、网络、存储等资源的管理，某些（如 具有 用发布的功能。但是，缺少对学校数据中心业务逻辑的支持。 学校的数据中心承载着校内主要业务系统，管理着 名、服务器等资源。这些资源的申请和使用有不同于其它公司或机构的要求。现有软件或数据中心私有云解决方案要么过于昂贵，要么不具备我们所需要的功能。 通过本课题，梳理机房管理的业务流程，设计制作 用，管理 拟化平台以及域名、资源，将学校数据中心的业务进行整合，提高管理和维护效率。 第二节 本文的主要工作 本文首先介绍了项目的选题背景，以及项目的意义。然后，经过对高校数据中心的业务活动进行分析，进而获取项目的需求。结合本单位的实际运行环境，并给出 了虚拟化环境下的业务管理系统规划设计 。对系统部署与测试进行了阐述。并在第二章对项目涉及到的主要技术背景做了简要介绍。 第二章 技术背景介绍 本章介绍了系统开发中涉及到的主要技术。 第一节 一个平台独立的，松耦合的，自包含的、基于可编程的 使用开放的 准来描述、发布、发现、协调和配置这些应用程序，用于开发分布式的互操作的应用程序 5。 用了面向服服务的体系架构 ( 册服务，并响应服务请求； 理已发布的服务，提供搜索服务； 用 找所需的服务，并发起请求。 非独立的技术，它需要一系列协议和技术的支持。目前，这些协议和技术包括 消息传递。 示数据的基本格式。 简单对象访问协议 （ ，它是一种基于 消息通讯格式，用于网络上，不同平台，不同语言的应用程序间的通讯。可自定义，易于扩展。一条 息就是一个普通的 档，包含下列元素： 素，标识 档一条 息 素，包含头部信息的 签 素，包含所有的调用和响应的主体信息的标签 素，错误信息标签。 来描述 用 言，给出 关的信息：义执行的操作， 述 用的消息， 义 用的数据类型， 述 用的通信协议 6。因此， 求者只要得到该服务对应的 件，就能调用该服务。 即统一描述、发现和集成协议 。 一种目录服务，企业可以使用它对 行注册和搜索 ,是一种规范，它主要提供基于 务的注册和发现机制，为 务提供三个重要的技术支持： 标准、透明、专门描述 务的机制； 调用 务的机制； 可以访问的 务注册中心。 错误 !未找到引用源。 用 供跨平台的数据编码和组织的方法， 于 8。正因为 这种特性，它它为跨平台，跨系统间的协作提供了可能。有很多的数据集成方案基于 术 9。 为互联网应用开发的主流编程语言，自然少不了对 支持。与 关的 术相当繁多，主流的有 。 10是一个 务 / 擎，继承了广泛使用的的 栈 。 持不同的消息交换模式；提供阻塞和非阻塞客户端 持内置的 务寻址；灵活的数据绑定，可以使用 可以使用 专用的数据绑定框架；方便部署等。 简化了应用程序的开发，通过标准的，基于注释的模式来开发 规范的战略结盟与目前的行业趋势，更以文档为中心的消息模型取代了远程过程调用的编程模型 10。在 ，使用的是 22)，在 ，使用的是 PI 73)，同时它还完全支持 范 11。 供注释方式部署 以方便将现有 发布成 持异步方式调用 异步调用时可选 式之下，客户端处理请求，获取结果对象。 式之下，客户端提供一个 问和处理结果对象。这两种方式，都允许客户端继续处理工作而不必等待返回结果。只是在处理细节上的差异。与 式不同， 式下，请求发出后会关闭当前连接。 第二节 2 为虚拟化主要厂商，提供了丰富的产品。其中 基础机 构虚拟化的产品，提供了对计算资源，存储，网络的管理。 供了一系列的开发工具，供第三方进行开发。下图展示了它的工具集。 户 端程序使用异步通信模式，分布式体系结构。这种结构基于服务器端被管对象（ 客户端的被管对象引用（ 数据对象。 被管对象存在于 服务器上，包括 机和 务包括： 件包括诸如 资产对象。 被管对象引用是客户端对服务器端对象的引用。客户端程序调用服务器端的操作之后可以获取 象。在对象的生命周期内，一个象被确保是唯一的并被持久化。当对象被放入资产， 跨越 服务重启时，这个引用对象被持久化。例如，你从资产中移除了一个对象，比分说是虚拟机，然后又把它放回到资产中。此时这个引用就变了。 数据对象包含了被管对象的信息。客户端程序可以向 务器发送数据对象也可以收到 务器发回的数据对象。 下图说明了三种对象在客户端和 务器之间扮演的角色。 我们在开发中采用的 运行在 提供了监控和管理 如计算资源、虚拟机、网络、存储等组件的入口。 下图展示了 运行方式。本地程序通过 现用 布出来的方法， 使用 议与服务器端通信。 第三节 一款高性能 务器，也可以作为电子邮件的代理服务器。它的高性能早就为世人所熟知。很多门户网站如网易也都是使用它作为发布服务器来使用。有文献表明， 持高并发连接；内存消耗小 13。高校的网站基本上上规模都不大，如何利用现有的资源，提升网站性能，是很多高校数据中心考虑的。有文献通过对比 出的解决的建议 14。 正是我们的选择。 通过 行配置管理的。 配置指令分为简单指令和 块指令。块指令可以作为其他指令的上下文，也就是可以包含其他指令。配置文件的根上下文是 不用再 写出。 指令按照模块进行划分。这些模块又可以分为 关， 关三大类。在 官方文档中，对每条指令都有详尽的说明 15。 第三章 需 求 分析 在这一章讨论高校数据中心的工作内容，详细分析数据中心的业务，从而整理出项目需求。 第一节 数据中心业务分析 一项网络应用的运行需要众多资源和管理的支持。无论是物理还是虚拟的，网络应用必须依赖于计算资源，也就是物理或虚拟服务器，也需要网络支持，包括 名服务。还需要有安全保障，如防火墙，入侵检测系统等。有些 此之外之外，还需要遵守数据中心其他的规章制度。例如，我们数据中心的应用必须经过安全评估系统评估，具备开放条件才会被发布。 通常，高校的数据中心作为 网络应用 提供运 行 环境 ，集中管理 名，网络等相关资源，并为各院系和部门提供业务系统运行安全保障 ，服务支持。 高校数据中心通常提供域名解析服务。校内部门有很多服务器，这些服务器分布在校内各个学院，或者放在数据中心，甚至在校外。当他们需要域名服务时，往往会向学校数据中心寻求支持。 在日常的工作中，通常有各个院系或组织，提交虚拟机使用申请，然后数据中心根据相关规定给予处理。 填写申请表分配虚拟机不同意同意审核这种处理方式过于粗糙。一项应用从环境配置到上线对外提供服务还有很多步骤。用户在取得虚拟机之后，还需要配置 署应用，配置域名，如果是用 ，还可能会需要使用某种方式发布，如 硬件发布设备。这些后续的工作要么需要进行申请流程，要么由业务管理员按照院系用户要求进行 配置。我们期望能够将减少不必要的环节，为用户节省时间和手续，提高办事效率，也规范业务流程。 填写申请表审核分配虚拟机同意配置域名分配 户只要通过一次提交申请，就可以实现服务的基础环境配置。 对于数据中心的业务管理人员来说，面对用户的虚拟机相关的业务，要进行多个管理系统的切换。例如：在为用户配置虚拟机时，需要使用 了给用户分配 要查询 配情况，然后再分配 行 域名管理还需要登陆域名管理系统；发布 务还需要登陆发布管理平台。对一个服务器的业务进行维护时需要在多个管理系统中切换。传统的数据中心域名管理通常采用 件实现， 配一般采用手动分配或 件， 件实现。这些管理都需要配置相应的配置文件。当服务器达到相当规模，配置就显得格外繁琐。编辑配置文件需要管理人员对指令相当熟练，并且要有耐心，否则很容易出错。而且，这些配置其实是有一定关联性的，多头管理，容易出现不一致的情况。 随着信息化建设的推广和深入，高校的信息化应用如 同雨后春笋，层出不穷。随之而来的就是服务器数量快速增长。加重了数据中心 名，反向代理等配置与维护的强度。我们需要一套系统能够将这些功能与虚拟机环境进行整合。 综上所述，数据中心需要有一个综合各种基础配置，满足现有业务的平台， 用以规范现有业务流程，提高管理效率。 第二节 需求分析 制条件 数据中心的设备众多，配置也较复杂。项目实施依赖于数据中心的实际环境。我们结合本数据中心的实际，给出项目的限制条件。 目前，数据中心基本运行环境： 基于 现了基础设施虚拟化； 理仍然采用人工分配的方 式； 理发布采用 域名管理使用第三方管理系统； 身份认证使用统一身份认证系统。 因此，项目应当立足现有运行环境，实现对数据中心业务管理的目标。 开发的业务管理系统应当立足现有运行环境，记录数据中心的 配使用情况；通过调用域名管理系统的开发接口实现对域名的注册、更改和撤销；通过需要进行 布的网站进行代理发布；通过 考虑到跨平台的问题，采用 言编程实现。 由于管理系统涉及数据中心的基础服务，因 此，系统必须可靠，可用和有效。 1) 可靠性要求 可靠性是对系统在安全性，稳定性等方面的要求。 作为数据中心基础服务的管理系统，安全是必须满足的。如果系统出现安全性问题，将会对整个数据中心业务系统造成难以估量的影响。虽然，数据中心部署了防火墙，入侵检测系统，系统本身的安全建设也还是不容忽视。 系统一旦投入使用，将会对现有的业务办理方式产生较大的改变。各个院系部门将通过这个管理系统办理业务，因此系统必须运行稳定。 2) 可用性要求 可用性包括对系统界面，人机交互以及文档的要求。这个系统投入使用后将成为院系信息员办理业务的 主要窗口，因此系统是否容易操作很重要。系统应当尽量减少用户的手动输入工作，提高操作效率，尽量做到系统易用，好用。在关键性的操作中应当有提示信息。 3) 有效性要求 有效性要求是指系统在性能、伸缩性和扩展性方面的要求。 鉴于一般的网站一旦投入使用，很少会改变它的基础配置（ 名等），因此可以推断，系统将来的使用频率并不会很高，因此，系统的并发性能要求不高。 系统涉及到较多的第三方系统，系统应当具有一定的弹性。应当在第三方系统接口不可用时，允许业务管理员转而使用第三方管理系统操作相关业务，最大限度维持业务的持续性 。例如，现在系统只能记录 用情况，将来应当很容易实现调用第三方系统实现 态分配。再例如，域名管理系统可用时，业务员通过管理系统可以管理 域名， 当 域名管理系统 的 接口失效时，管理系统不 应该崩溃 ，此时 ，系统只 记录域名 业务变化 结果 ， 业务 员 使用 域名管理系统 实施 域名的 变更。 能性需求 通过对数据中心业务的分析，结合本单位的实际情况，工作主要涉及针对服务器进行 名以及 布的管理和虚拟机相关的业务。虚拟机作为一种特殊的服务器交付形式，也具有 名和 布的业务需求。由于很多服务器并归学校数据中 心调配和管理，而是分散在各个部门和学院，由他们的信息员负责。因此，在调用业务平台时，需要将他们管理的服务器纳入数据中心的管理系统，才能使用管理系统中的功能，所以，增加对服务器的注册管理业务。 业务涉及到数据中心的业务员和各个学院的信息员。 院系信息员是很多具体业务的发起者。院系信息员向系统提交域名的注册、修改、撤销申请；提交虚拟机的创建、修改配置和销毁的申请；为管理的服务器或虚拟机上运行的网站配置 布。 数据中心的业务员负责具体业务的办理，例如对院系信息员提交的对域名、服务器、虚拟机相关业务的申请进行 审批，并管理在系统中注册的服务器或虚拟机的资源（ 名）配置和 布管理。根据数据中心业务的约定，对服务器的管理只限于协助院系管理员进行注册，注销相关的工作和实现域名管理， 下面，从服务器，域名， 理发布，虚拟机四个业务方面进行说明。 1) 服务器业务 服务器在系统中的注册只是为了方便用户通过系统对域名和 理发布功能的访问。注册和撤销应当无需数据中心业务员介入。 服务器注册流程如下： 注销服务器活动如下图： 已注册的服务器有可能已经申请了 理发布业务。因此需要先 解除代理发布。 2) 域名业务 院系信息员能够为自己负责的应用服务器注册、变更和撤销域名。为了维护提供服务器信息判别 w e 校负责域名系统的稳定，用户对域名的操作必须经过申请，然后由数据中心业务员进行具体操作。 注册域名活动如下图： 填写申请单审核域名存在域名已存在是判断 记录公网 e b 代理发布添加 A 记录否否是数据中心业务员院系信息员为私有地址配置域名是没有意义的，因为，外网用户根本不能够访问到。因此必须对 出判断。在我们的数据中心中存在大量的内网 务器，通过 理发布发布时要制定域名，因此，判读如果是内网 且是 务就讲注册的域名指向代理服务器的 代理服务器上注册该站点。只有域名有效，代理发布 才能够有效。所以在流程中，“保存域名”在“ 理发布”之前。 对域名的修改流程与注册类似。 域名注销申请的审核也需要院系信息员提交申请，数据中心的业务员对申请 进行审核。审核判断流程如图： 撤销 w e b 发布注销域名w e b 代发布是否域名不是孤立的资产，它和业务系统直接相关联。因此，需要判断与这个域名相关的应用是如何发布的，如果是通过 理发布，则需要撤销 理发布，然后注销域名。 3) 理发布业务 通过发布设备或代理机制进行 布所带来的好处是明显的。除了性能的提升，还可以提供一定的安全保障。 院系所属的应用大多数都是以 式部署的。他们有通过代理发布 院系信息员进行具体工作。 理发布业务逻辑如下图： 存在域名注册域名w e b 代发布 e 理发布时， 域名解析到代理服务器，访问者通过代 理服务器访问网站。因此进行 代理发布的服务器必须要拥有域名。 申请域名时，如果是私网 要指定 理服务器，并将域名指向代理服务器。 取消代理发布时需要恢复域名指向。具有私有 服务器要进行 理发布，需要将域名指向代理服务器。而域名又不能指向私有 此，此时应当注销域名。取消代理发布的业务逻辑如下图： 公网 w e b 代理发布是注销域名4) 虚拟机相关业 务 数据中心按照部门应用的需求，为校内各部门提供虚拟机，用于部署各种应用。 对虚拟机的配置要求是多种多样的。配置上会涉及配置私有 P，性能高低，存储空间等要求。例如，虚拟机的创建是一个相对较为复杂的过程，面对多种多样的需求，需要通过 理客户端进行协助实施。虚拟机的销毁也是不能草率进行的工作。 统中，对虚拟机的销毁有两种方式，一种方式是取消注册，这种方式将会从 资产清单中去除该虚拟机，而虚拟机相关的配置和文件仍然存在，可以通过注册回复 该虚拟机 管控。另一种方式是直接从硬盘删除。这种方式将彻底销毁该虚拟机。这两种方式的执行如果直接交给部门管理员都会给系统带来影响。第一种方式会造成存储空间的浪费，而且日后清理不再使用的虚拟机也不容易进行，因为缺少了 产清单，在众多文件中定位需要清理的虚拟机文件不是件轻而易举的事。第二种方式的危害更加明显，因为世上根本没有后悔药。 由于虚拟机业务的特殊性，部门用户对虚拟机的所有诉求必须经过申请。由院系信息员填写申请，数据中心业务员进行审核，如果符合办理条件，则分配虚拟机，并依据申请表进行其他业务的办理。 填写申请表审核分配虚拟机同意配置域名分配 e b 代理发布否是反馈意见不同意终止为了确保资源能被充分利用，对于不需要的虚拟机应当释放其占有的各种资源。因此，注销虚拟机时应当撤消 理发布，注销域名，收回 放虚拟化平台资源（ 存，存储，网络）。资源释放顺序：注销域名，取消代理发布，销毁虚拟机，收回 个顺序遵循先停止服务，然后释放资源的原则。 第三节 本章小结 需求分析是软件工程中重要的工作。我们对数据中心的现有业务进行了分析，了解其中的不足之处。我们给出了项目开发的限制条件，功能性需求。对业务中的重要活动也进行详细分析，给出活动相关的逻辑约束。为后续的工作做准备。 第四章 系统设计 数据中心的基础业务服务是对所管理的各种资源的调配和管理。经过分析，我们需要建设一套综合的业务管理系统，实现对 名，虚拟机的管理，并提供给院系和部门一种网站发布的途径。经过上一章的分析，我们得到了管理系统需要实现的功能。这一章将为从需求到实现架起桥梁。 第一节 系统设计的原则和要求 作为数据中心业务管理系统，它的系统设计必须满足一定要求，才能够满足实际需要。 1) 可靠性 管理系统设计基础服务，因此，必须具备高可靠性。通过设计，确保各个环节配置信息的一致性。 2) 可用性 由于系统主要面向各个院系的信息员，需 要他们提交各种申请，因此，系统的可用性尤为重要。通过设计，尽量减少院系信息员手工录入，提供选择项工他们选择，基本实现点击鼠标完成。 3) 易维护 管理系统在实际使用中会有不断地修改，因此需要使得系统易于维护。 4) 经济性 立足现有软硬件环境，对现有环境不做大的调整，管理系统能够顺利开展工作，既减少硬件投资，又降低劳动强度。 第二节 系统技术架构 数据中心的核心基础业务包括域名服务、代理发布服务，虚拟化管理系统（ 统一身份认证系统（ 数据中心管理系统的建设依赖与这些基础服务。统一身份认证系统通过 名管理系统通过 式对外提供二次开发接口；我们通过 实现 理发布服务，并开发了管理系统，以 式对外提供服务；虚拟化管理系统提供了基于 数据中心全局考虑，数据中心管理系统，域名系统，别为节点，其中管理系统是这个分布式系统的中间节点。 发布服务器n g i n x 1 . 4 . 3N g i n x W e b S e r i v c eW e b 服务器To m c a t 服务器v S p h e r e W e b S e r v i c e C l i e n tN g i n x S e r v i c e C l i e n e n t e p h e r e A P y S Q L 5 . 1T C P / I P W e b S e r v ic X - W 服务器域名解析服务编程接口T C P / I D A ，即浏览器 /服务器模式。用户通过浏览器完成与管理系统的交互活动，具体业务的实现交由服务器来完成。在服务器端实现业 务逻 辑，通过其它节点提供的接口实现相应的业务功能。 管理系统网站使用 言基于 式开发， 务器采用 ，数据库采用 用 久化层使用架使用 第三节 概要设计 通过分析，系统主要涉及到数据中心业务员，院系信息员。因此我们将系统的角色分为系统管理员（ 操作员（ 院系信息员（ 在对数据中心的业务进行了详细分析。主要 业务涉及虚拟机管理， 名管理， 布管理。进而给出角色分工。 系统管理员负责管理系统正常运行所需的参数设置和资源配置相关的工作。例如人员管理，权限设置，系统变量设置等相关的工作。 系统参数管理是对系统运行相关的参数进行设置，包括 备是否可用，理发布服务器配置， 务器配置等。 操作员负责审核院系信息员提交的申请。并管理系统中注册的服务器或虚拟机的相关资源。 院系信息员负责管理自己管理范围内的服务器包括虚拟机及相关的资源。可以注册 /修改 /注销服务器，申请虚拟机，申请 更改虚拟机配置，申请销毁虚拟机，为管理的服务器申请注册 /修改 /注销域名，为管理的 务器申请代理发布或申请取消代理发布。 系统管理员，操作员和院系信息员的系统用列，如下面三张图所示： s u _ 申请变更域名s u _ w e b 代理发布s u _ 取消 w e b 代理发布s u _ 注销服务器s u _ 注册服务器s u _ 申请域名s u _ 申请注销域名s u _ 申请虚拟机 s u _ 申请修改虚拟机u s e rs u _ 申请注销虚拟机 s u _ 变更域名 s u _ 注册域名s u _ w e b 代理发布s u _ 取消 w e b 代理发布s