CN102937901A

CN102937901A - 多租户架构设计方法

Info

Publication number: CN102937901A
Application number: CN2012103949423A
Authority: CN
Inventors: 胡星; 马于涛; 李永兵; 刘智平; 王坚
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Baoxin Software Wuhan Co Ltd
Priority date: 2012-10-17
Filing date: 2012-10-17
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2032-10-17
Also published as: CN102937901B

Abstract

本发明公开了一种多租户架构设计方法，包括构建企业的组织结构和角色体系模型；解析所述企业的组织结构和角色体系模型，从关系数据库管理系统中获取软件中用户的相关信息；分析遗留软件中用户的使用日志，挖掘用户常用的功能模块；利用角色划分和功能聚类两种方法，获取共性的服务功能；组织租户所能提供的基本服务，将所述基本服务配置为个性化服务；对租户的SaaS应用和数据进行隔离，采用基于角色权限的方式确保访问安全。该方法能够获取不同类型的共性需求及对应的需求者，同时能快速构建租户所需的公共服务，并可进一步利用规模化定制手段，将其配置为符合个性化需求的定制服务。

Description

多租户架构设计方法

技术领域

本发明属于数字信息的传输技术领域，特别涉及一种将企业遗留软件升级为SaaS应用的多租户架构设计方法。

背景技术

武钢作为我国特大型企业，在矿产资源、高新技术、钢材深加工、贸易物流、现代城市服务、资源综合利用等相关产业的发展，迫切需要借鉴钢铁主业信息化的成功实践，并已出台了钢铁相关产业信息化“十二五”发展规划。原有的企业信息化架构已无法适应云服务的新模式，需要利用钢铁主业的遗产软件，开发多元化、个性化的SaaS（Software as a Service，软件即服务）应用，并建立钢铁相关产业的云服务平台，为企业跨越式发展，提供信息化支撑，从而推动企业转型。

云计算作为一种基于互联网的、大众参与的、以服务方式提供的新型计算模式，其计算资源是动态、可伸缩、且被虚拟化的^[1]。SaaS作为云计算的一种重要模式，通过互联网为用户提供其所需的服务，在这种模式下用户无须再购买软件，而是向服务提供商按需租赁，根据使用时间或使用量付费。在软件和信息技术服务业加快向网络化、服务化、体系化和融合化方向发展的大背景下，武钢正处在旧信息系统面临终结的转型时期。对于钢铁相关产业的子（分）公司来说，SaaS能尽可能消除购买、构建和维护基础设施和应用程序的需要，有效地减少IT运营的成本；对于武钢这样的特大型企业来说，将正在使用中的遗留软件（legacy software）升级为SaaS应用，并逐步向云计算平台演进，是一条低风险的采用先进技术实施可持续发展的途径。

著名的SaaS应用提供商Salesforce，将多租户（multi-tenancy）技术应用于其客户关系管理等服务，大获成功。简单而言，多租户是指一个单独的软件实例可以为多个用户/组织服务的模式。多租户技术作为SaaS应用区别于传统软件的重要标志，主要探讨与实现如何在大量用户的环境下共用相同的软件或其组件，并仍可确保不同组织/用户数据的隔离性和安全性^[2]。租户所能使用的服务可供1个或多个（取决于多租户程度）终端用户同时使用。为了尽可能地共享软硬件资源，支持多租户模式的SaaS应用不仅要对其软件架构（architecture）、数据库结构做相应的修改，而且在安全和数据隔离等方面也要进行特殊设计，与此相关的探索是目前多租户技术理论研究的热点^[3]

Mietzner等人提出了一个面向云应用的、可配置的和可定制化的通用框架^[4]，对数据和配置信息进行虚拟分区，使每个租户都能使用一个单独的虚拟实例，并可以对这个虚拟实例进行个性化定制。对于业务流程驱动的应用而言，满足不同租户个性化的业务服务需求意味着需要建立有效的租户业务流程定制机制，史玉良等人利用动作的时态逻辑（TLA，Temporal Logic ofActions）进行建模和形式化验证^[5]，确保全局定制行为的正确性。进一步地，林海略等人从运行性能的角度出发，在业务逻辑层和数据处理层提出不同的调度算法^[6]来提高系统的运行效率，针对典型的Web应用TPC-W的实验结果表明，该方法能在维持较高的资源利用率的同时为各个租户提供一定的性能指标保障。

利用尽可能少的IT资源，为尽可能多的用户/组织进行按需服务，是多租户技术的主旨^[7]。为构造适用于不同业务领域的SaaS应用，如电子合同管理^[8]、授权管理系统^[9]等，一些用于特定情境和主题的多租户架构的设计方法被相继提出。另一方面，服务提供商如Salesforce等也通过定制化手段^[10]，对通用的解决方案进行裁剪和改进，从而在不增加开发成本的情况下快速推出适合客户需求的SaaS应用。

到目前为止，软件工程领域的研究人员已经提出了一些各具特色的需求建模方法，如面向企业组织的需求建模方法^[11]，面向目标的需求建模方法^[12]、基于本体（ontology）的需求建模方法^[13，14]、面向特征（feature）的需求建模方法^[15]等。面向企业组织的需求建模方法强调在软件开发前首先理解所处的组织结构，明确完成操作的相关业务规则，组织成员的目标、任务和责任，以及需要处理的数据。这种方法通常与面向目标的需求建模方法相结合，后者用于帮助开发者理解领域中不同角色的动机和期望，形成完备的、无冗余的需求规范。面向特征的需求建模方法是一种广泛采用的对领域或软件产品线进行建模的方法，可以明确地对领域中的共性和变化性知识进行适应性建模和管理。基于本体的建模方法近年来被广泛用于领域建模和需求建模中，以提供在不同的利益相关方之间达成一致的术语约定，避免二义性。

[1]中国电子学会云计算专家委员会.云计算技术发展报告[M].北京:科学出版社,2011.

[2]Guo C,Sun W,Huang Y,et al.A Framework for Native Mul t i-TenancyApplication Development and Management[C].In:Proceedings of the9thIEEE International Conference on E-Commerce Technology and the4th IEEEInternational Conference on Enterprise Computing,2007,pp.551 558.

[3]Candan K S,Li W-S,Phan T,et al.Frontiers in Information andSoftware as Services[C].In:Proceedings of the25th IEEEInternational Conference on Data Engineering,2009,pp.1761 1768.

[4]Mietzner R,Unger T,Leymann F.Cafe:A Generic ConfigurableCustomizable Composite Cloud Application Framework[C].Lecture Notesin Computer Science,2009,5870:357 364.

[5]史玉良,栾帅,李庆,等.基于TLA的SaaS业务流程定制及验证机制研究[J].计算机学报,2010,33(11):2055 2067.

[6]林海略,韩燕波.多租户应用的性能管理关键问题研究[J].计算机学报,2010,33(10):1881 1895.

[7]Motahari-Nezhad H R,Stephenson B,and Singhal S.OutsourcingBusiness to Cloud Computing Services:Opportunities and Challenges[R].HP Laboratories:Technical Report(No.HPL-2009-23),2009.

[8]Kwok T,Nguyen T,and Lam L.A Software as a Service withMulti-tenancy Support for an Electronic Contract ManagementApplication[C].In:Proceedings of the2008IEEE InternationalConference on Services Comput ing,2008,Vol.2,pp.179 186.

[9]Calero J M A,Edwards N,Kirschnick J,et al.Toward a Mul ti-TenancyAuthorizati on System for Cloud Services[J].IEEE Security&Privacy,2010,8(6):48 55.

[10]Müller J,Krüger J,Enderlein S,et al.Customizing EnterpriseSoftware as a Service Applications:Back-End Extens ion in aMulti-tenancy Environment[C].Lecture Notes in Business InformationProcessing,2009,Vol.24,Part I:66 77.

[11]Bezemer C-P,Zaidman A,Platzbeecker B,et al.Enabl ingmulti-tenancy:An industrial experience report[C].In:Proceedingsof the26th IEEE International Conference on Software Maintenance,2010,pp.1 8.

[12]Loucopoulos P and Kavakl i E.Enterprise Modeling and theTeleological Approach to Requirements Engineering[J].InternationalJournal of Intelligent and Cooperative Information Systems,1995,4(1):45 79.

[13]Lamsweerde A V.Goal-oriented Requirements Engineering:a GuidedTour[C].In:Proceedings of the5th IEEE International Sympos ium onRequirements Engineering,2001,pp.249 263.

[14]Falbo R A,Guizzardi G,and Duarte K C.An Ontological Approachto Domain Engineering[C].In:Proceedings of the2002InternationalConference on Software Engineering and Knowledge Engineering,2002,pp.351 358.

[15]金芝,陆汝钤.多范例自动需求建模和分析：一种基于本体的方法[J].中国科学(E辑),2003,33(4):297 312.

[16]张伟,梅宏.一种面向特征的领域模型及其建模过程[J].软件学报,2003,14(8):1345-1356.

[17]王健.网络式软件的需求元建模框架及关键技术研究[D].武汉:武汉大学,2008.

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何设计合理的软件架构来满足大规模用户多变的个性化需求，即如何实现从大众需求（多角色、多目标、复杂的业务流程）到支持多租户模式的软件架构的平滑过渡。因此，需要提供一种将企业遗留软件升级为SaaS应用的多租户架构设计方法，可根据遗留软件使用者的角色及意图、涉及的业务流程和常用的功能，构造可裁剪和可定制的多租户架构，支持通过服务组合和动态配置快速形成个性化的SaaS应用，并确保不同租户数据的隔离性和安全性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种多租户架构设计方法，包括：构建企业的组织结构和角色体系模型；解析所述企业的组织结构和角色体系模型，从关系数据库管理系统中获取软件中用户的相关信息；分析遗留软件中用户的使用日志，挖掘用户常用的功能模块；利用角色划分和功能聚类两种方法，获取共性的服务功能；组织租户所能提供的基本服务，将所述基本服务配置为个性化服务；对租户的SaaS应用和数据进行隔离，采用基于角色权限的方式确保访问安全。

本发明提供的多租户架构设计方法具有以下有益效果：

1、通过分析企业遗留软件使用者的角色及意图、涉及的业务流程和常用的功能，能够获取不同类型的共性需求及对应的需求者，有助于更好地利用现有的IT资源来组织租户所能使用的服务，提高多租户程度，进一步降低运营和维护成本。

2、在可裁剪和可定制的多租户架构支持下，根据共性需求能够方便地将遗留软件拆分和按需重组，快速构建租户所需的公共服务，并可进一步利用规模化定制手段，将其配置为符合个性化需求的定制服务。

附图说明

图1为本发明提供的将软件升级为SaaS应用的多租户架构设计方法的总体流程图。

图2为本发明实施例提供的根据ISO/IEC19763-8标准设计企业组织结构和角色体系模型元模型示意图。

图3为本发明实施例提供的基于WordNet的概念相似度计算公式示例示意图。

图4为本发明实施例提供的租户基本服务的按需功能配置示例示意图。

图5为本发明实施例提供的数据隔离方式的示例示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明提供的一种将企业遗留软件升级为SaaS应用的多租户架构设计方法，包括以下步骤：

步骤10、构建所在企业的组织结构和角色体系模型。

首先，从部门、岗位和角色三个维度对企业的组织结构和角色体系进行分析，即：一个企业有哪些主要部门，每个部门有哪些工作岗位，每个岗位的承担者扮演什么角色；然后，依据ISO/IEC19763-8标准（角色和目标注册元模型），对涉及的角色进行分类细化，明确其职能目标，例如：公交车司机和小车司机虽然都属于司机的角色，但是两者的应聘条件和服务对象却是不同的；最后，将与部门、岗位和角色相关的概念以本体的方式进行组织，形成企业组织结构和角色体系模型，符合W3C组织（World Wide WebConsortium）发布的OWL（Web Ontology Language）规范。

步骤20、解析步骤10形成的企业组织结构和角色体系模型，从关系数据库管理系统中获取遗留软件所有用户的相关信息：

本体是共享的概念模型的形式化的规范说明，它明确和形式化定义概念及概念间的关系，提供了术语含义无歧义理解的公共语义基础，因而便于机器处理和正确理解。例如，番茄和西红柿是蔬菜本体中的两个概念，可以定义番茄和西红柿是语义等价的关系，这样机器就能自动识别这两个语法上不同的概念。使用软件工具Jena（http://jena.sourceforge.net/）解析OWL格式的企业组织结构和角色体系模型，得到部门、职位、角色等预先定义好的重要概念及其实例。针对采用C/S（Client/Server）或B/S（Browser/Server）模式的企业遗留软件，根据上述概念生成标准的SQL（Structured QueryLanguage）查询语句，以管理员身份从关系数据库管理系统（如SQL Server、Oracle、MySQL等）中获取所有用户的相关信息。

步骤30、分析遗留软件的使用日志，挖掘用户常用的功能模块。

遗留的软件服务器的日志记录了服务器端软件被访问的全过程，包括什么时间到什么时间有哪些用户访问过，在此期间使用过哪些功能模块，以及软件的整体性能情况等。使用开源软件dom4j（http://dom4j.sourceforge.net/）打开存储在软件服务器端的以txt或xml格式保存的日志文件，以用户的ID（identity）为关键字利用信息检索技术搜索每个用户在设定时间内使用过的功能模块实例，通过统计分析挖掘出哪些功能模块是用户常用的。这里，常用的量化指标可由用户自定义，如1周之内不少于5天，或者1月之内不少于20天，超过使用次数阈值的即可作为常用的功能模块。

步骤40、利用角色划分和功能聚类两种方法，获取共性的服务功能。

针对挖掘出的每个用户的常用功能模块，获取共性的服务功能有两种方式：角色划分和功能聚类。前者基于用户角色的相似性，即角色相同或相近的用户会倾向于使用相同或类似的功能模块；后者基于功能模块实现目标的相似性，即具有相同或相似实现目标的功能模块可以被看成是一类。这里，相似性的数值是基于WordNet术语库的概念相似度计算得到的，计算公式为

其中，C1和C2代表用户角色或功能模块实现目标的两个概念（或其实例）、len(C1,C2)表示两个概念在WordNet中的路径长度、Depth表示WordNet对应的概念树的深度。例如，公交车司机和司机在WordNet中的语义距离很短，因而它们的概念相似度就很高，可以认为两种角色常用功能模块的交集就是共性的服务功能。下面结合图3对上述公式的计算进行说明，即len(C₅,C₁)=5，Depth=4，sim(C₅,C₁)=-log(5/8)=0.204。

步骤50、组织租户所能提供的基本服务，通过定制化手段配置为个性化服务。

根据获得的共性服务功能，灵活拆分和重组遗留软件的功能模块，将其组织成租户所能提供的基本服务（既可以是原子服务，也可以是根据通用的业务流程组合而成的大粒度服务），并通过界面配置、服务接口配置、业务规则配置等定制化手段，将基本服务装配成个性化服务，并以符合W3C组织的WSDL（Web Service Definition Language）规范或符合RESTful Web API（Application Programming Interface）规范的SaaS应用的方式交付，以满足具体用户的多样化需求。

步骤60、对租户的SaaS应用和数据进行隔离，采用基于角色权限的方式确保访问安全。

为了维持不同租户间SaaS应用程序不会相互干扰，通过进程（process）或是支持多应用程序同时运行的装载环境（例如Apache或IIS等Web服务器）来做进程间的隔离；为充分利用现有的硬件资源，所有租户的数据都存储在同一个数据库中，每个租户有各自独立的方案及其对应的表，用户可以自行添加或修改表的列，从而保证数据的隔离性。另一方面，根据企业组织结构和角色体系模型来对不同的角色赋予不同的访问权限，严格控制非法入侵，从而确保SaaS应用程序和数据的安全性。

下面将结合一个考勤管理遗留系统的升级案例来详细描述本发明的实施过程。

首先，执行步骤10和20，解析构建好的企业组织结构和角色体系模型，生成标准的SQL查询语句，以管理员身份从后台数据库中获取所有用户的相关信息。具体为：根据图2所示的企业组织结构和角色体系元模型，对使用考勤管理遗留系统的某中心进行分析，发现存在班组、车间/科室、主管部门和中心四级组织，设有中心领导、部门领导、销售员、采购员等22个岗位，对应地细化为中心领导、中心组织部领导、车间考勤员等48种角色。使用开源软件Protégé将这些概念及其实例、概念间的关系进行建模，并以OWL文件格式输出。使用开源软件Jena解析构建好的企业组织结构和角色体系模型，得到部门、岗位、角色等概念及其实例，生成譬如“select id,name,department,position,role from userinfo”的SQL查询语句并执行，以管理员身份从后台数据库中的userinfo表里获取所有648位用户的相关信息。

其次，执行步骤30，分析遗留软件的使用日志，挖掘用户常用的功能模块。即：由于本发明针对的遗留软件是基于传统的C/S或B/S模式，在服务器端会有记录用户使用软件情况的日志。使用开源软件dom4j打开txt或xml格式的日志，设置查询时间段（如最近12个月），以每个用户的ID为关键字，搜索时间段内该用户使用过的所有功能模块实例。依据设定的常用的量化指标，如每个月有至少15天在使用（每天使用1次和使用多次都视为当天使用了），筛选出符合条件的常用功能模块。但是，仅仅依靠功能模块的使用次数来划分共性的服务功能不具有普遍性，如考勤员常用的功能模块是所在组织的考勤信息上报，虽然张三和李四都是考勤员，但是对该功能模块的使用次数也会存在较大差距，进一步从每位用户的角色和所处的岗位出发进行归纳总结。

然后，执行步骤40和步骤50，获取共性的服务功能，将其组织为租户所能提供的基本服务，并通过定制化手段配置为个性化服务。即：从常用功能模块中挖掘共性的服务功能，一种简单的方法是功能聚类，即考虑如果两个功能模块的实现目标相同或相似，可以将其抽象为一个共性服务功能。例如，实施例中的中心领导审批和部门领导审批两个常用功能模块，它们的实现目标就是相似的——审核员工的请假要求，因而可以形成一个共性的服务功能——员工请假审批，同时通过如表1所示的规则配置满足中心领导角色和部门领导角色的个性化要求。

表1

表中描述内容一属性为请假天数，描述内容二属性为月/年累计不超过天数。其中，规则为：1.请假天数1天以内、月累计不超过2天由班长审批。2.请假天数3天以内、月累计不超过5天由车间主任审批。3.请假天数7天以内、月累计不超过15天由党工部领导审批。4.请假天数30天以内、年累计不超过45天由单位领导审批。

另一方面，考虑到相同或相近角色的用户会倾向于使用相同的功能模块，根据解析的企业组织结构和角色体系模型，基于WordNet术语库，计算不同角色（概念）之间的相似性。例如，由于班考勤员和车间考勤员都是考勤员的子类（sub-class），两者的概念相似度较大，可以将属于班考勤员和车间考勤员的常用模块求交集，形成共性的服务功能，如考勤信息上报。

在形成共性的服务功能后，可以将其设置为租户所能提供的基本服务。通过功能配置、规则配置、界面配置、服务接口参数配置等定制化手段，将基本服务装配为满足用户个性化需求的SaaS应用，并以符合W3C组织的WSDL规范和RESTful Web API规范的形式交付。例如，表1展示了将请假审批基本服务装配为个性化服务时，如何实现请假规则和审批权限的配置；图4所示的功能配置中，默认情况下提供所有的基本服务，但是用户也可以通过复选框（checkbox）按需选择自己所需的服务；对于界面配置，可在提供的标准界面控件的基础上，修改界面的布局、内容、控件绑定的数据类型等，从而达到用户的个性化需求。

最后，执行步骤60，对租户的SaaS应用和数据进行隔离，采用基于角色权限的方式确保访问安全。

使用支持多应用程序同时运行Web服务器（如Apache或IIS等）来做进程间的隔离，保证SaaS应用程序互相不受干扰。目前，数据隔离的方法主要有三种：将租户的数据存储在独立的数据库中是最简单的一种方法，但是会导致较高的设备维护和数据备份开销，因为通常数据服务器所支持的数据库的数量是受限制的；第二种是多个租户共享同一个数据库，但是每个租户有各自独立的方案及其对应的表，用户可以自行添加或修改表的列；第三种的共享程度最高，即共享数据库和方案，它容许每个数据服务器容纳最大数量的租户，但是在安全方面会要求较多的额外开发花销，以避免一个租户不会访问其他租户的数据。在本实施例中，采用的是第二种方法，在同一个数据库中，每个租户的共享方案设计如图5所示。

根据解析的企业组织结构和角色体系模型，按用户身份及其所归属的某项定义组（岗位）来分配权限，限制用户对某些信息项的访问，或限制对某些SaaS应用程序的使用，从而保证租户所提供的服务和数据的安全性。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种多租户架构设计方法，其特征在于，包括：

构建企业的组织结构和角色体系模型；

解析所述企业的组织结构和角色体系模型，从关系数据库管理系统中获取软件中用户的相关信息；

分析遗留软件中用户的使用日志，挖掘用户常用的功能模块；

利用角色划分和功能聚类两种方法，获取共性的服务功能；

组织租户所能提供的基本服务，将所述基本服务配置为个性化服务；

对租户的SaaS应用和数据进行隔离，采用基于角色权限的方式确保访问安全。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建企业的组织结构和角色体系模型包括：

从部门、岗位和角色三个维度对企业的组织结构和角色体系进行分析；

依据ISO/IEC19763-8标准，对涉及的角色进行分类细化，明确其职能目标；

将与部门、岗位和角色相关的概念以本体的方式进行组织，形成企业组织结构和角色体系模型；

所述本体是共享的概念模型的形式化的规范说明，遵循W3C组织的OWL规范。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述解析企业组织结构和角色体系模型，获取软件中用户的相关信息包括：

使用软件工具Jena解析所述企业组织结构和角色体系模型，得到部门、职位、角色预先定义好的重要概念；

将上述重要概念生成标准的SQL查询语句；

以管理员身份从关系数据库管理系统中获取所有用户的相关信息。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述分析遗留软件中用户使用日志，找出用户常用的功能模块包括：

所述的遗留软件采用传统的C/S或B/S模式运行；

使用开源软件dom4j打开存储在软件服务器终端以txt或xml格式保存的日志文件；

以用户的identity为关键字搜索每个用户在设定时间内使用过的功能模块实例；

通过统计分析找出用户常用的所述功能模块。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用角色划分和功能聚类两种方法，获取共性的服务功能包括：

通过角色划分获取所述功能模块共性的服务功能，所述角色划分是基于用户角色的相似性；

通过功能聚类获取所述功能模块共性的服务功能，所述功能聚类是基于

功能模块实现目标的相似性；

所述相似性的数值计算公式为：

sim (C_{1}, C_{2}) = - \log \frac{len (C_{1}, C_{2})}{2 Depth};

其中，所述C₁、C₂分别代表用户角色和功能模块实现目标的两个概念或其实例，len（C₁、C₂）表示两个概念在WordNet中的路径长度，Depth表示WordNet对应的概念树的深度。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述组织租户所能提供的基本服务，通过定制化手段将所述基本服务配置为个性化服务包括：

根据上述所获取的共性服务功能，拆分和重组软件的功能模块，将其组织成租户所能提供的基本服务；

将上述基本服务装配成个性化服务，并以符合W3C组织的WSDL规范或RESTful Web API规范的SaaS应用的方式交付。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对租户的SaaS应用和数据进行隔离，访问模式采用角色权限的方式进行访问包括：

通过进程或是支持多应用程序同时运行的装载环境来做进程间的隔离；

将所有租户的数据都存储在同一个数据库中，每个租户有各自独立的方案及其对应的表，用户自行添加或修改表的列；

根据所述企业组织结构和角色体系模型来对不同的角色赋予不同的访问权限。