馮 揚，張立新，廖明耀，齊志超
（北京中電普華信息技術有限公司, 北京 100192）
摘 要： 為了保障國家電網數據（災備）中心的安全建設，通過對比國內外中間件產品的技術現(xiàn)狀，提出了一套適合國家電網的中間件應用服務器的基本框架和主要功能，并對交易服務、快照服務和日志服務三個模塊做出了詳細介紹。之后，搭建了測試環(huán)境，對功能和性能做出了測試，結果滿足設計要求和國家電網的要求。對該產品的進一步研發(fā)有助于提升數據（災備）中心的應用服務自我恢復能力和數據（災備）中心的建設，起到了基礎應用軟件支持的作用。
關鍵詞： 數據（災備）中心; 中間件; 交易服務；快照服務；日志服務
0 引言
數據（災備）中心建設按照國家公司集中式數據中心建設發(fā)展要求，已經審議通過。在集中式數據中心建設方案中明確提出要進一步提高IT軟硬件資源利用率，降低整體建設及運維成本，滿足不斷快速調優(yōu)需求，提升可控和在控、安全可靠運行、容災和恢復的能力[1]。
數據（災備）中心建設一方面為國網私有云的建設提供了數據安全存儲和備份的保障，另一方面因體系中包含中間件，云環(huán)境采用X86集群[2]方式實現(xiàn)會大量應用中間件。現(xiàn)有的應用中間件，由于沒有統(tǒng)一的標準，配置、管理方式千差萬別，每個系統(tǒng)都獨立部署，且難以統(tǒng)一使用、復用和維護。國家電網公司迫切需要一個統(tǒng)一高效安全的中間件產品來實現(xiàn)對數據（災備）中心建設的支持。
1 背景概述
1.1 研究背景
國網的安全體系中，網絡層面安全已經非常規(guī)范和細粒度，做到了網絡隔離、傳輸加密、統(tǒng)一權限、單點登錄等。而應用中間件層次、數據庫中間件層次的加密技術和安全架構仍然較模糊，此項目可以通過對中間件級別的安全技術研發(fā)，來實現(xiàn)更底層的安全防護。
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外產品，版本不統(tǒng)一，且每個系統(tǒng)都需要獨立采購。從歷史上看應用中間件在國際上已經形成了標準，同時國網的已建成項目在開發(fā)中也遵循了這些共通標準。國內外的研究現(xiàn)狀具體情況如表1所示。
1.2.1 Oracle WebLogic Server
WebLogic是美國Oracle公司出品的一個Application Server，確切地說是一個基于Java（J2EE）架構的中間件，WebLogic是用于開發(fā)、集成、部署和管理大型分布式Web應用、網絡應用和數據庫應用的Java應用服務器，也是國網部署最廣泛的的應用服務中間件之一。
1.2.2 IBM WebSphere Application Server
IBM WebSphere Application Server提供了一個面向服務架構(Service-Oriented Architecture,SOA)需要的安全可擴展的應用程序基礎架構。并通過J2EE 5認證，支持Java Development Kit (JDK) 6.0、EJB 3.0 和Java Persistence API(JPA)，為構建可重用的持久性對象提供了簡化的編程模式；對WebSphere MQ的預置支持和對WebSphere ESB的高度整合，這些產品的組合能夠構成一個強大的企業(yè)服務總線（Enterprise Service Bus），可以整合多種類的應用程序和環(huán)境。
1.2.3 東方通TongWeb應用服務器
TongWeb應用服務器也是一個獲得Java EE 5認證的Java應用服務器，它實現(xiàn)了Java EE 5規(guī)范、最新的Web服務標準和主流的互操作標準。它提供高級消息傳輸、Web服務、高可用性、集群和多平臺支持。通過配置TongWeb應用服務器集群，可以實現(xiàn)負載均衡，增強應用的擴展性。通過將高度優(yōu)化的會話服務器添加到TongWeb應用服務器標準版，TongWeb應用服務器企業(yè)版的集群提供從一個服務器至另一個服務器的無縫移植以及故障切換，從而可確保關鍵應用和服務的持續(xù)運行，幫助企業(yè)應對應用程序宕機或者服務意外無法訪問等情況。
1.2.4 Red Hat JBoss EAP
JBoss的企業(yè)應用平臺（JBoss EAP）是市場領先的、開源的企業(yè)級Java創(chuàng)新性和可擴展的Java應用程序開發(fā)和部署平臺。基于企業(yè)用戶對企業(yè)版JBoss的巨大需求，紅帽公司作為開源解決方案廠商中的佼佼者，推出了企業(yè)版JBoss產品—JBoss EAP，得到了廣大企業(yè)級、電信級客戶的認同。紅帽資深JBoss專家表示，企業(yè)版JBoss在JBoss AS的基礎上，進行了大幅度改進，二者的差異主要體現(xiàn)在產品、技術、安全性、可管理性、服務支持、軟件責任風險與法律問題等方面。
1.3 問題分析
從產品的延續(xù)性和兼容性上來說要求應用中間件應用服務器既能符合國際標準，又能適用于云平臺。能夠承載服務化的應用是對應用中間件的最大要求[3]，這兩種需求的難點也體現(xiàn)在目前國網的云平臺環(huán)境尚未完全建成（中間件本身也是云平臺的核心之一），在開發(fā)中如何能與云平臺的建設保持同步，甚至超前是在制定業(yè)務目標時需要著重考慮的。
對比國內外常用的四種中間件產品和采用技術，需確定哪一種更能方便云平臺的在變化中的構建模式，更適合在國家電網海量的不同類型的應用服務器上部署和運用。通過各方面全面分析和對比，最終采用了Jboss中間件技術，它能夠便捷、低成本地實現(xiàn)目前建設所需的功能和性能指標。
2 關鍵技術和服務
2.1 中間件架構
Jboss中間件架構全面實現(xiàn)了Java EE 5的規(guī)范、最新的Web服務標準和主流的互操作標準，它提供高級消息傳輸、Web服務、高可用性、高穩(wěn)定性，并提供對多種主流平臺的全面支持[4]。各種模塊以服務形式體現(xiàn)，架構如圖1所示。
核心8個服務中有3個是根據現(xiàn)有需求改進和開發(fā)的，分別是交易服務、快照服務和日志服務。
2.2 交易服務
交易服務屬于SG-APS中間件的一個功能模塊，開啟此功能可以處理因宕機等非正常運行而產生的中斷的事務。在事務開始時、事務準備提交時以及提交后都有日志記錄，如果服務器意外不能正常工作，在服務器重新啟動的時候會分析不能正常工作前的日志記錄，復原事務現(xiàn)場，提交不能正常工作前中斷的事務。此模塊適用于standalone場景。
2.3 日志服務
日志服務實現(xiàn)日志模塊配置、日志級別設置、日志輪轉設置、日志輸出方式配置并可實現(xiàn)自定義日志擴展[5]。日志管理內容包括執(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、添加設置參數描述、覆蓋服務。
2.4 快照服務
快照服務記錄了系統(tǒng)不同時間的工作狀態(tài)，可以根據需要定制快照模式，也可以在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，根據原記錄來恢復和回放。快照工具的主要功能包括：文件快照定制、文件快照生成、快照文件回放、快照文件存儲[6、7]和管理。
3 實現(xiàn)流程
3.1 系統(tǒng)啟動
3.1.1 客戶端日志啟動
客戶端日志啟動后，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，接下來發(fā)送日志數據，包括請求發(fā)送、確定上次發(fā)送的位置。將讀入的文件內容發(fā)送到服務端。
3.1.2 日志服務端管理
包括參數管理、日志數據接收和日志查詢下載功能。服務端的配置文件參數包括文件的存儲路徑定義。
配置文件主要是對上傳的日志文件存儲位置的定義，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 日志數據處理
服務端提供的服務主要包括：查詢上次的傳輸位置，生成通信id；接收傳輸的數據，服務端系統(tǒng)時間。
系統(tǒng)收到的每一個日志文件有一個對應的信息文件，記錄相關的記錄數。
系統(tǒng)控制文件對應最后的信息文件，如果通信正常，則控制文件指向最后這個文件。如果不是，則說明通信異常，最后的這個文件就應該是上次完成的文件。如果不存在，則取最新文件的前一個文件。
為了確保操作的可控，控制文件先將記錄當前位置的文件改名，再建立新的傳輸控制文件。
3.2 事務記錄與恢復
在系統(tǒng)啟動之后可以開啟中間件服務器，開始事務模塊的運行，并生成事務日志。日志生成記錄事務工作情況，正常啟動流程如圖2所示。
當系統(tǒng)發(fā)生異常狀態(tài)關閉時，再次啟動后將出現(xiàn)事務異常的提示，需要開啟數據恢復服務，根據事務日志恢復到最近標記過的正常狀態(tài)，從而實現(xiàn)中間件的啟動。恢復過程如圖3所示。
3.3 快照定制和回放
通過快照的定制和回放，實現(xiàn)系統(tǒng)和程序的定期備份和追溯，按時間記錄當天、一周前、一個月前等的記錄和回放以及快照存儲、增量備份、冗余刪除等[8]。管理員快照操作的權限如圖4所示.
4 測試與結果
4.1 測試環(huán)境
搭建測試環(huán)境包括硬件環(huán)境和軟件環(huán)境。
硬件環(huán)境：CPU: 至少2GHz，內存：至少需要1GMB的內存，硬盤空間：至少需要2GMB磁盤空間，監(jiān)視器：圖形界面安裝需要256色，字符界面安裝沒有色彩要求，瀏覽器：Microsoft IE7或Firefox3.0及以上版本。軟件環(huán)境：JDK1.6，開發(fā)IDE工具：Eclipse 4.4、Maven 3.0.2，操作系統(tǒng)：Windows 7，數據庫：mySQL 5.2，中間件：Jboss 7.1.1 Final。
4.2 數據庫恢復結果
首先安裝開發(fā)測試Java環(huán)境，搭建maven（Jboss的構建方式）工程，在standalone模式下啟動Jboss集群，創(chuàng)建Mysql數據庫，并創(chuàng)建測試數據。客戶端添加日志。然后，突然關閉應用服務器，模擬服務器故障，數據庫數據斷電丟失。重新開機啟動交易恢復模塊，數據庫數據恢復成功。數據恢復前界面如圖4，恢復成功后界面如圖5。
4.3 快照回放和刪除
快照回放，根據快照記錄恢復歷史狀態(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
管理用戶可以通過網絡遠程對收到的日志文件進行查詢，同時提供下載。
對于后臺日志10 min建立一個文件，如果一次只能看10 min的內容，將會很不方便，因此系統(tǒng)提供可以跨時間段的多文件查詢。日志下載界面如圖8所示。
5 結束語
通過實驗和測試得出了該中間件產品能夠實現(xiàn)預期功能，經測試后的性能指標能夠滿足目前云平臺和設計要求。具體指標參數見表2。
為提高云計算平臺數據（災備）中心的高可用（靠）性，應用中間件對應用提供自我恢復的能力管控，即知道應用是否有問題，以及支撐的Java容器是否出現(xiàn)故障，對出現(xiàn)問題的應用進程和組件提供分析、恢復、重啟的能力。可以根據不同的定制策略，選擇性重新啟動恢復。并對數據（災備）中心建設提供了安全的基礎應用軟件支持。
參考文獻:
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