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，云環境采用X86集群[2]方式實現會大量應用中間件。現有的應用中間件，由于沒有統一的標準，配置、管理方式千差萬別，每個系統都獨立部署，且難以統一使用、復用和維護。國家電網公司迫切需要一個統一高效安全的中間件產品來實現對數據（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范和細粒度，做到了網絡隔離、傳輸加密、統一權限、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，來實現更底層的安全防護。

　　1.2 研究現狀

　　現有公司的中間件組件的使用均采用國外產品，版本不統一，且每個系統都需要獨立采購。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中也遵循了這些共通標準。國內外的研究現狀具體情況如表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、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服務總線（Enterprise Service Bus），可以整合多種類的應用程序和環境。

　　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，它實現了Java EE 5規范、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，可以實現負載均衡，增強應用的擴展性。通過將高度優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運行，幫助企業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的企業應用平臺（JBoss EAP）是市場領先的、開源的企業級Java創新性和可擴展的Java應用程序開發和部署平臺。基于企業用戶對企業版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，推出了企業版JBoss產品—JBoss EAP，得到了廣大企業級、電信級客戶的認同。紅帽資深JBoss專家表示，企業版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在目前國網的云平臺環境尚未完全建成（中間件本身也是云平臺的核心之一），在開發中如何能與云平臺的建設保持同步，甚至超前是在制定業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了Java EE 5的規范、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，架構如圖1所示。

　　核心8個服務中有3個是根據現有需求改進和開發的，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自定義日志擴展[5]。日志管理內容包括執行日志記錄、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不同時間的工作狀態，可以根據需要定制快照模式，也可以在系統出現故障時，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 實現流程

　　3.1 系統啟動

　　3.1.1 客戶端日志啟動

　　客戶端日志啟動后，發送日志配送文件。日志發送配置文件包括發送文件存在的路徑及發送的目的地。配置文件讀取模塊加載配置文件，接下來發送日志數據，包括請求發送、確定上次發送的位置。將讀入的文件內容發送到服務端。

　　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，服務端系統時間。

　　系統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。

　　當系統發生異常狀態關閉時，再次啟動后將出現事務異常的提示，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，從而實現中間件的啟動。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，實現系統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 測試環境

　　搭建測試環境包括硬件環境和軟件環境。

　　硬件環境：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。軟件環境：JDK1.6，開發IDE工具：Eclipse 4.4、Maven 3.0.2，操作系統：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

　　首先安裝開發測試Java環境，搭建maven（Jboss的構建方式）工程，在standalone模式下啟動Jboss集群，創建Mysql數據庫，并創建測試數據。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下的系統或程序。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容器是否出現故障，對出現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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　　[2]馮揚 云安全技術研究.電力信息與通信技術[J]. 2014,12(1).

　　[3]魏勇，張權.中間件技術研究[J].電子技術應用，2004，30(11):1-4.

　　[4]李捷.基于SOA應用JMX和JMS技術的RFID中間件設計[J].電子技術應用，2010，36(4):119-122.

　　[5]陳莉君，康華，賈威威.云存儲日志文件系統中快照的設計與實現[J].計算機應用與軟件，2013，30(7):205-208.

　　[6]周煒，譚懷亮，易樂天.基于帶外存儲虛擬化的邏輯卷高性能快照[J].計算機研究與發展，2012，49(3):637-643.

　　[7]陽小珊，朱立谷，羅洪元.IP網絡存儲的日志系統研究[J].計算機研究與發展，2011，48(z1):366-369.

　　[8]趙志恒，羅宇.基于細粒度快照的遠程容災系統的設計與實現[J].計算機工程與科學，2008，30(7):151-154.