基于PaaS 模式的應用運行平臺

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

云計算（Cloud Computing）是當前 IT 領域的熱點，它的目標之一是通過互聯(lián)網(wǎng)，使用戶更加方便、快捷、靈活地使用各種有質量保障的 IT 資源，這些資源以服務形式提供，終極的云計算環(huán)境將使得消費這些服務就像今天使用水、電和煤氣等公共基礎設施一樣便捷。

通常，云計算包括三個主要的層次：基礎設施服務（Infrastructure Services），平臺服務（Platform Services）和應用服務（Application Services）。如圖 1 所示：

圖 1. 云計算的三個層次

其中，平臺服務已經成為實踐云計算的重點之一，它將應用運行所需的 IT 資源和基礎設施以服務的方式提供給用戶，包括了中間件服務，信息服務，連通性服務，整合服務和消息服務等多種服務形式。為實現(xiàn)平臺服務，業(yè)界提出了 “平臺即服務（Platform as a Services，以下簡稱 PaaS）”的交付模式。PaaS 模式，基于互聯(lián)網(wǎng)提供對應用完整生命周期（包括設計、開發(fā)、測試和部署等階段）的支持，減少了用戶在購置和管理應用生命周期內所必須的軟硬件以及部署應用和 IT 基礎設施的成本，同時簡化了以上工作的復雜度。為了確保高效地交付具備較強靈活性的平臺服務，在 PaaS 模式中，平臺服務通?；谧詣踊募夹g通過虛擬化的形式交付，在運行時，自動化，自優(yōu)化等技術也將被廣泛應用，以確保實時動態(tài)地滿足應用生命周期內的各種功能和非功能需求。

具體來說，搭建傳統(tǒng) IT 基礎平臺是一個漫長的過程，通常由申請，審計，硬件購買與運輸，硬件安裝與配置，軟件安裝與配置等步驟組成。在這個過程中繁復的手工配置工作費時費力，而且容易產成人為配置錯誤。同時，平臺環(huán)境的升級維護也面臨人為配置錯誤頻繁產生問題，造成不必要的影響和損失。由于這些原因，搭建完成的應用運行平臺，即使在一定時期內不再需要，也不會被及時釋放回收，以供新項目使用。這是造成空閑硬件資源的原因之一。此外，傳統(tǒng)基礎平臺提供的應用運行能力是靜態(tài)的。然而在不同時間，應用負載往往是不一樣的。為了確保高負載時應用的正常運行，應用運行平臺必須能夠提供最高運行能力，這就造成了非高峰時的眾多空閑硬件資源。

云計算的產生，尤其是平臺服務的理念，從產生空閑硬件資源的根本原因入手。建立了快速搭建部署應用運行環(huán)境和動態(tài)調整應用運行時環(huán)境資源這兩個目標。依據(jù)虛擬化與自動化技術實現(xiàn)應用運行環(huán)境的即時部署以及快速回收，降低了環(huán)境搭建時間，避免了手工配置錯誤，快速重復搭建環(huán)境，及時回收資源，減少了低利用率硬件資源的空置。另一方面，根據(jù)應用運行時的需求對應用環(huán)境進行動態(tài)調整，實現(xiàn)了應用平臺的彈性擴展和自優(yōu)化，減少了非高峰時硬件資源的空置。

在實際應用中，PaaS 模式的重要應用場景之一是向用戶交付一個支撐應用運行的應用運行平臺（Applications Running Platform，以下簡稱 ARP）?；?nbsp;PaaS 模式構建應用運行平臺，需要滿足以下典型需求：

提供定義應用需求的接口：用戶可以方便地定義滿足應用功能需求所需的組件，同時可以定義應用的非功能性需求，例如可用性，服務水平等；

提供基于應用需求快速構建應用運行環(huán)境的能力：能將應用需求映射為物理的 IT 資源和基礎設施的具體配置和拓撲結構，并進行快速部署；

提供運行時實時動態(tài)滿足應用需求的能力：將應用需求映射為運行策略，在運行時，根據(jù)系統(tǒng)運行的實際狀況，例如負載狀況，動態(tài)地對物理的 IT 資源和基礎設施進行調整，例如調整負載分配或增減計算資源，使 ARP 具備足夠的彈性和靈活性，以實時動態(tài)地滿足應用需求。

針對上述需求，基于 PaaS 模式構建 ARP 的解決方案至少需要包括如下組件：

需求與運行策略庫： 向用戶提供定義應用需求的界面，保存應用需求，并將應用需求轉化為部署及運行策略，提供給平臺交付組件和運行時控制組件；

軟件映像庫： 提供應用運行平臺所需的基礎軟件；

ARP硬件資源池： 基于 Hypervisor，以虛擬化的方式，提供應用運行平臺所需的硬件資源；

平臺交付組件： 根據(jù)部署或調整策略，通過部署或調整軟件及 APR 硬件資源池來創(chuàng)建或調整應用運行平臺；

運行時控制組件： 根據(jù)運行策略和實際運行狀況動態(tài)調整 ARP 資源池，并向平臺交付組件動態(tài)提供調整策略。

如下圖 2 所示：

圖 2. 基于 PaaS 模式的應用運行平臺

下面，我們將結合 IBM WebSphere 產品家族中支持 PaaS 的產品，介紹如何基于 PaaS 模式構建應用運行平臺。

面向 PaaS 的 IBM WebSphere 核心產品

在 IBM WebSphere 產品家族中有一些核心的產品提供 PaaS 支持。包括 WebSphere Virtual Enterprise, WebSphere CloudBurst Appliance, IBM Software Hypervisor Edition 等。下面逐一做個簡單介紹。

WebSphere Virtual Enterprise

WebSphere Virtual Enterprise （以下簡稱為 WVE） 為企業(yè)能夠動態(tài)且可靠地適應商業(yè)需求的變化，提供一個完整的應用基礎架構虛擬化環(huán)境。在這種應用虛擬化環(huán)境中，應用程序與服務器是一種松散耦合的模式，隨著訪問量的不斷變化，運行應用程序的服務器的數(shù)量以及位置是動態(tài)變化的。同時，WVE 針對這種應用基礎架構的虛擬化提供了方便的監(jiān)控手段以及自動管理的機制，方便管理員對整個環(huán)境的管理。作為 PaaS 模式中的運行時控制組件，WVE 主要具有以下特性：

應用基礎架構虛擬化

傳統(tǒng)的靜態(tài)集群的拓撲結構是不變的，而 WVE 提供了一種應用基礎架構的虛擬環(huán)境，它共享硬件資源，應用程序運行在動態(tài)集群上，WVE 會根據(jù)系統(tǒng)中當前資源的使用情況，以及用戶自定義的性能目標來動態(tài)啟動和停止集群中運行著的成員服務器的數(shù)量。WVE 提供一個重要的組件——隨需應變路由器（On Demand Router，簡稱 ODR），是一個智能的代理服務器?？蛻粽埱笫紫冉涍^ ODR，進行請求分類和流量控制，然后由 ODR 根據(jù)預定義好的應用的性能目標以及后臺服務器當前的負載情況選擇一個合適的服務器處理請求。如圖 3 所示：

圖 3. WebSphere Virtual Enterprise 應用虛擬化

性能目標驅動的自優(yōu)化管理

在 WVE 中，可以為應用程序或者訪問應用的不同用戶定義性能目標，即服務策略。定義服務策略包括定義應用的平均響應時間，以及相對的優(yōu)先級。運行時，WVE 根據(jù)服務策略決定如何對不同應用請求進行負載分發(fā)和流量控制，以及決定服務器資源池中服務器的分配。

系統(tǒng)運行狀況的自動監(jiān)控和管理

系統(tǒng)運行狀況的監(jiān)控和管理能夠更有效的保障應用的服務質量，從而進一步提升應用服務器對于應用的透明性。系統(tǒng)運行狀況監(jiān)控用于自動檢測系統(tǒng)的運行狀況，當不良狀況被檢測到后會自動執(zhí)行糾正措施。WVE 通過健康策略實現(xiàn)對環(huán)境運行狀況的監(jiān)控，健康策略包括運行狀況和措施兩部分。 WVE 預先定義了一些常用的不良運行狀況。除此之外，用戶還可以定制運行狀況條件。當指定的不良狀況被檢測出來后，WVE 可自動執(zhí)行一個預定的行動計劃，如通知管理員，捕獲診斷信息（Java thread 或 heap dump），重啟 Server 和把 Server 置成維護模式等，避免系統(tǒng)發(fā)生嚴重問題。用戶也可以定制行動計劃，以滿足多樣的需求。比如可以讓定制的行動計劃去執(zhí)行一個腳本，調用 WebSphere CloudBurst Appliance 的 Rest API，將額外的應用服務器資源加入到 WVE 的資源池，避免高峰訪問時刻的服務質量降低。

WebSphere CloudBurst Appliance

圖 4. WebSphere CloudBurst Appliance

2009 年 6 月發(fā)布的 WebSphere CloudBurst Appliance （以下簡稱 WCA）是一個提供簡便，快速，及可重復的 WebSphere 虛擬環(huán)境部署和管理的硬件產品。以 Appliance 形式出現(xiàn)的 WCA 使用便捷，可同時管理多個基于不同 Hypervisor 的硬件資源池。WCA 預制了基于多年 WebSphere 產品使用經驗的拓撲模式，設計了豐富的角色劃分和權限管理以及全面的安全機制，實現(xiàn)了對 WebSphere 云環(huán)境的完整生命周期管理和監(jiān)控，從而達到節(jié)省 IT 開銷，程序化 IT 基礎架構，提高 IT 敏捷應對能力，規(guī)范化和自動化搭建應用運行環(huán)境的目標。

在 PaaS 模式中，WCA 提供了 需求與運行策略庫，軟件映像庫 和 平臺交付組件 的角色 。 作為 需求與運行策略庫，WCA 提供了定義應用各種需求的方式，如拓撲模式，健康策略，服務策略等。作為軟件 軟件映像庫，WCA 內置了多種軟件的虛擬映像（詳見 2.3 IBM Software Hypervisor Edition）。作為 平臺交付組件，WCA 可以基于預定義的用戶需求，將應用運行所需的軟件快速部署于 ARP 資源池。同時，WCA 提供了動態(tài)調整應用運行平臺的 REST API。當 運行控制組件 的調整策略 ( 如 WVE 的健康策略 ) 被觸發(fā)時，通過 REST API，WCA 能夠即時調整 APR 資源池以滿足當前應用需求。

在 2010 年 6 月剛發(fā)布的 WCA 2.0 版本中，增加的主要新特性有：

內置更多 WebSphere 家族及其相關產品的虛擬映象：WebSphere Process Server, DB2 Enterprise Trial, WebSphere Portal Server, WebSphere Application Server Intelligent Management Pack；

新添了支持由多個虛擬映象組成的拓撲模式，搭建滿足企業(yè)需求的完整解決方案，如由 WebSphere Application Server 加 DB2 的虛擬映像組成的傳統(tǒng)中間件拓撲模式；

增強的云環(huán)境管理功能：支持多個 hypervisor, 如 PowerVM, zVM, and VMware。

增強的 license 管理，并提供運行環(huán)境的彈性擴展能力。

IBM Software Hypervisor Edition

在 WCA 提供的軟件映像庫中，內置了多種 WebSphere 家族及其相關產品的虛擬映像版本，即 IBM Software Hypervisor Edition。虛擬映像是云計算虛擬化技術的基本組成部分，用來部署在 Hypervisor 上以提供應用運行所需的虛擬環(huán)境。對于傳統(tǒng)的一臺硬件機器一個專屬環(huán)境的方式，一臺硬件在安裝了 Hypervisor 之后，通?？梢酝瑫r運行多個虛擬環(huán)境，從而節(jié)約硬件資源。此外，與傳統(tǒng)環(huán)境相比，虛擬環(huán)境還具有快速搭建和回收的特性。

以 WebSphere Application Server Hypervisor Edition 為例，虛擬映像版本自帶有操作系統(tǒng)，預先安裝的軟件產品，和在激活過程中運行的配置與調優(yōu)腳本。激活一個 WebSphere Application Server Hypervisor Edition 虛擬映像意味著得到一個已經安裝和配置了中間件的操作系統(tǒng)，只需要完成對應用的安裝和配置就得到一個完整的應用運行環(huán)境。

圖 5. WebSphere Application Server Hypervisor Edition 虛擬映像內容

目前已發(fā)布的虛擬映像版本主要有：

WebSphere Application Server Hypervisor Edition

WebSphere Process Server Hypervisor Edition

WebSphere Portal Server Hypervisor Edition

WebSphere Application Server Intelligent Management Pack

DB2 Enterprise Trial Hypervisor Edition

Enterprise Trial, WebSphere Portal Server, WebSphere Application Server Intelligent Management Pack；

WCA 使用這些虛擬映像自動化搭建和部署應用運行平臺。同時，基于特定 Hypervisor 的虛擬映像版本也可獨立購買和使用。IBM 對這些虛擬映像版本提供技術支持和定期升級服務。虛擬映像版本降低了產品安裝部署的復雜性，減少了人為調配錯誤的產生。使用虛擬映像，用戶能夠快速和重復搭建虛擬化的應用運行環(huán)境

構建基于 PaaS 模式的應用運行平臺示例

現(xiàn)在我們通過一個示例，來詳細闡述如何使用 IBM WebSphere 產品構建一個基于 PaaS 模式的應用運行平臺。圖 3.1 給出了采用 IBM WebSphere 產品構建基于 PaaS 模式應用運行平臺解決方案示意拓撲。用戶首先通過 WCA 及其內置的 Hypervisor Edition 虛擬映像定義應用需求，創(chuàng)建應用運行平臺，和提供運行策略。在運行過程中，WVE 負責監(jiān)控和調整運行策略。如果現(xiàn)有的應用環(huán)境不能滿足運行需要，WVE 會調用 WCA 的 REST API 對 ARP 資源池進行動態(tài)調整。

這樣的應用運行平臺充分利用和整合 WCA 的自動化部署和 WVE 的自優(yōu)化功能，實現(xiàn)了應用平臺在運行時的彈性擴展，滿足了應用運行的動態(tài)需求，大大減少了人工維護和調整的工作，體現(xiàn)了一個云計算的最佳實踐。

圖 6. 應用運行平臺示例

WCA 提供需求與策略庫，軟件虛擬影像庫和平臺交付組件的功能，用戶通過其定義需求與運行策略；軟件虛擬映像庫由各種 IBM Software Hypervisor Edition 虛擬映像介質構成；WVE 提供運行時控制組件的功能，控制服務器資源的動態(tài)負載均衡以及運行時健康檢測，并向 WCA 提供調整策略。下面，將簡要介紹基于 WCA 和 WVE 構建應用運行環(huán)境的具體操作步驟。

首先，從 WCA 的管理界面，定義一個由應用服務器（WebSphere 應用服務器）和數(shù)據(jù)庫（DB2）組成的典型拓撲模式。這個拓撲構成我們最初的應用運行平臺。在部署該拓撲時，應用將以腳本形式來安裝。使用 WCA 我們能夠一次性和重復性的構建應用初始運行平臺。如圖 7 所示：

圖 7. 在 WCA 中編輯和部署應用服務器 + 數(shù)據(jù)庫的模式（pattern）

其次，為應用運行平臺環(huán)境設定各種策略，包括服務策略和健康策略?？梢栽诓渴疬\行環(huán)境前從 WCA 的管理界面定義健康策略，如下圖 8 所示。

圖 8. 在 WCA 中設定健康策略

如下圖 9 所示，也可以在環(huán)境部署好之后從 WVE 的管理控制臺上設定健康策略和服務策略。圖 3.4 中定義了健康策略 HP_CALL_WCA，健康條件是自定義的 PMIMetric 條件，當平均響應時間超過 10 秒時，WVE 將自動執(zhí)行預定義的動作——通過腳本的方式調用 WCA 的 REST API。

圖 9. 從 WVE 管理控制臺中設定健康策略

如圖 10 所示，在 WVE 管理控制臺中為應用設定服務策略 SP_Gold，性能目標是平均響應時間為 2 秒，相對優(yōu)先級是 High。

圖 10. 從 WVE 管理控制臺中設定服務策略

前面提到，在 WVE 的運行環(huán)境中動態(tài)集群的運行著的服務器實例數(shù)是隨著系統(tǒng)負載情況的變化而變化的，而動態(tài)集群有一個最少運行服務器數(shù)量的配置，即當環(huán)境部署完成準備運行時，最少運行服務器數(shù)量的服務器會被自動啟動。

隨著系統(tǒng)負載的增加，當正在運行的服務器承載不了更多負載時，WVE 會從共享資源池中自動啟動閑暇的服務器，增加系統(tǒng)的服務能力，如圖 11 所示：

圖 11. 壓力下 WVE 自動啟動服務器實例

在更重的壓力下，當資源池中所有可用服務器實例都已運行，仍然不能滿足預定義的性能目標時，可以觸發(fā)如圖 3.4 中自定義的健康策略，執(zhí)行調用 WCA REST API 的腳本，觸發(fā) WCA 向現(xiàn)有的資源池中增加可用資源。

以下是在已部署的虛擬環(huán)境中動態(tài)增加虛擬機的 REST API 詳細介紹：

圖 12. WebSphere CloudBurst REST API

在前面的圖 10 自定義的健康策略的健康動作，是自定義的 Action_CALL_WCA，其中定義了可執(zhí)行程序。這個可執(zhí)行程序可以是一個 Java 程序，或者是使用 Python 等腳本編寫的程序，來調用如下的 REST API：

（1）、獲取虛擬系統(tǒng)列表的例子：

圖 13. GET /resources/virtualSystems 例

（2）、獲取某虛擬系統(tǒng)中虛擬機列表的例子：

圖 14. GET /resources/virtualSystems/1/virtualMachines 例

（3）、請求 WCA 向已有虛擬系統(tǒng)中添加新虛擬機的例子：

圖 15. POST /resources/virtualSystems/{id}/virtualMachines 例

WCA 的 REST API 被觸發(fā)后，通過部署新虛擬映像擴展現(xiàn)有的拓撲，新增的節(jié)點被納入應用運行平臺，以滿足預定義的性能目標。

類似的，在目前應用的壓力減少而其他應用需要更多資源時，可以通過調用 WCA 的 REST API 刪減應用運行平臺的規(guī)模，釋放 APR 資源供其他應用使用。

總結

IBM 面向 PaaS 模式，推出了平臺服務部署管理專用設備 WCA，應用運行虛擬化平臺 WVE 以及 IBM Software Hypervisor Edition。在采用上述產品的應用運行平臺的解決方案將為用戶提供以下三方面重要能力：

應用運行環(huán)境的快速構建能力：大幅提升運維效率，降低相關成本，縮短 IT 項目的投產和系統(tǒng)變更周期；

計算資源的虛擬化與共享能力：實現(xiàn)計算資源共享，提升系統(tǒng)靈活性，從而提高計算資源的利用率，節(jié)約 IT 基礎設施成本，降低能耗；

應用運行環(huán)境的自動化及自優(yōu)化管理能力：確保應用運行平臺的穩(wěn)定性、可靠性和可用性，簡化運維工作，并保障應用的服務水平。

這些產品可以獨立使用以滿足企業(yè)在實現(xiàn)不同云計算方案的具體需求。同時也可以很好的共同使用。通過 WCA 方便快捷部署基于 IBM Software Hypervisor Edition 的虛擬環(huán)境，提高了應用運行環(huán)境的構建效率和重復構建能力。WCA 與 WVE 的共同使用，提高了應用運行時資源的利用率與敏捷性。這些產品的結合使用實現(xiàn)了從部署到運行狀態(tài)以及項目結束資源回收的端到端解決方案，充分體現(xiàn)了云計算的特性與理念。

總之， IBM WebSphere 產品為構建面向平臺服務的云計算環(huán)境提供了堅實的基礎。采用 IBM WebSphere 產品，基于 PaaS 模式的應用運行平臺解決方案將幫助用戶有效運用云計算的核心技術，有效實現(xiàn)平臺服務的價值。