CN106202429A - 基于混合容器与虚拟化主机的gis云服务提供方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种云服务提供方法及装置，属于地理信息领域，具体涉及一种基于混合容器与虚拟化主机的GIS云服务提供方法及装置。本发明不依赖于特定的基础设施云平台和任何外部条件，采用核心的虚拟网桥和负载均衡设备的模式，提升了解决方案的可适应能力与GIS结合的密切程度；通过首创容器模板与容器中运行的软件的分离模式，实现了外部软件源和容器模板镜像的分离旁路加载模式，使得容器的镜像、容器中运行的软件，不依赖于特定的虚拟化平台的业务操作流程，所有的容器镜像只是基础运行环境，而GIS定义，只需要简单扩充软件源的软件，就能快速适应新的需求变化，满足GIS容器化后的不断扩展的行业应用要求。

Description

基于混合容器与虚拟化主机的GIS云服务提供方法及装置

技术领域

本发明涉及一种云服务提供方法及装置，属于地理信息领域，具体涉及一种基于混合容器与虚拟化主机的GIS云服务提供方法及装置。

背景技术

传统的GIS服务是运行在虚拟机系统环境中的，而随着云平台的大量投入使用，而作为必须要纳入云平台的GIS服务软件，如何能够有效的实现不同的虚拟化平台中的高效应用，一直是业界的难题之一。传统的GIS服务运行在云平台中主要有如下几个方式:

1.在云平台中，初始化所需要配置的虚拟机，并安装所需要的操作系统，通过远程访问的方式，手动部署GIS服务和应用。这样的模式多用于：只有传统支持虚拟化的IaaS云平台、云平台未开放所需要的平台权限、客户要求采用传统方法进行维护和安装的，其实在实际工程应用中还是存在大量类似的项目，但预期随着时间的推移已经逐渐不在主流的视角内。

2.随着GIS PaaS云平台的发展，一般的GIS PaaS平台也提供了针对虚拟化的快速投递和部署模式，其流程主要是：制作GIS服务与应用的虚拟化模板、将动态投递过程中所需要的参数程序化最后在GIS PaaS平台对这些服务进行投递和管理。但是从本质上来看，并未和1中的解决方案有明显的区别。同时由于虚拟化主机开销大，而GIS服务一般在正常工作中对该虚拟机的使用率又难以提高，特别是服务的QoS信息难以精确的与虚拟机有明确的对应关系等原因，虽然应用广泛，但依旧存在各种问题，尤其是不同的虚拟化平台所需要用到的模板并不一致、不同的云平台的调度模式也不同，在实际操作过程中也会碰到各种奇怪的问题。

3.另外一些GIS PaaS平台也尝试用容器化的方式来解决问题，依据不同的工程应用的需要来进行针对性的开发、设计。例如实体机加上容器化，可以最大限度的利用实体机的资源，并且提高管理员的系统部署时间；例如虚拟化平台上加上容器，不同的容器内再运行不同的GIS服务或者软件。

以上三种模式是目前GIS服务和软件在虚拟化以及基础设施云平台中的常见的工作模式，然而具体到项目实际和工作中，往往还存在诸多局限:

1.客户要求上来看，使用容器是为了解决GIS服务或者应用的快速更新、高效伸缩、结合云技术还能更好的解决能效问题，也能够面对更加广阔的应用场景的需要，但是目前的三大解决方案都无法很好的处理类似的问题，无论是在部署、实施抑或管理方面都存在很多问题。

2.从软件体系结构上来看，现有的容器化的处理方式存在很多问题，包括但不限于:

(1)网络穿透问题容器中的服务往往需要经过多重NAT对外提供服务；

(2)容器难以唯一识别从而精确的满足GIS分布式计算的要求，而在实际应用时，需要专门为某一快速的微内核服务进行定制，以对外服务使用数据包转发的方式使用，无法在GIS这样需要承载用户身份并且需要唯一标识计算单元的情况下使用。

(3)在实际用户场景下，不同的虚拟化环境、不同的云平台权限、不同的网络环境都会影响部署和设计方案，给GIS平台的服务和应用造成了极大的麻烦。例如在项目实施前无法预知虚拟化的类型到了现场还需要重新封装；由于容器在不同的虚拟化环境下部署自身还需要大量的现场调整，没有实用性。

综上所述，采用目前市面上的技术解决方案，本质上尚未有彻底的解决方案能够满足目前GIS服务和应用的容器化需求。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的容器技术依赖于具体的基础设施环境，不能很好满足在不同基础设施云平台中环境要求的技术问题，提供了一种基于混合容器与虚拟化主机的GIS云服务提供方法及装置，该方法及装置不仅能在基础设施云平台以及云平台中正常运行还能在各种不同的虚拟化平台中也能运行。

本发明还有一目的是解决现有技术中所存在的容器对外提供服务时，无法在GIS这样需要承载用户身份并且需要唯一标识计算单元的情况下使用的问题以及由于采用多重NAT方式，导致GIS服务的授权、管理、监控出现异常的问题，提供了一种基于混合容器与虚拟化主机的GIS云服务提供方法及装置，该方法及装置能够将GIS服务在容器中采用与与虚拟机、实体机中一样的方式和方法运行，提高了处理效率和管理效率。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种基于混合容器与虚拟化主机的GIS云服务提供系统，包括：

容器镜像管理模块，用于动态管理容器的宿主虚拟机基础模板以及配套的基础容器镜像，并基于基础模板和GIS软件所提供的服务生成容器镜像；其中，所述基础模板是指含有精简操作系统的模板；所述基础容器镜像包括容器中运行的基础服务、中间件、J2EE运行环境；

虚拟网络设备，位于容器控制器中，基于Linux OS的网络核心层驱动，自动依据不同的Linux OS核心版本安装不同的网络驱动，用于为虚拟机中的容器提供网络通讯和识别作用；

其中，所述虚拟网络设备包括：

软件虚拟网桥设备BR0，用于实现虚拟机容器中的网络直接穿透，并且可以通过网络IP地址唯一标识容器；

负载均均衡器，用于根据容器的负载情况，将对相同服务的调用均衡分配到不同的容器中。

优化的，上述的一种基于混合容器与虚拟化主机的GIS云服务提供系统，所述虚拟网络设备基于以下方法生成：

系统版本确定步骤，用于确定与识别的操作系统版本相对应的网络驱动版本；

运行环境确定步骤，用于根据识别的运行环镜自动安装、准备对应的编译环镜；

初始参数配置步骤，用于将自定义的配置保存到数据库中；

服务创建启动步骤，用于根据安装的网络驱动版本、编译环境、以及自定义的配置参数生成件虚拟网桥设备BR0所依赖的软件组件并启动关联服务。

优化的，上述的一种基于混合容器与虚拟化主机的GIS云服务提供系统，还包括：

GIS软件包管理模块，用于动态管理、分配、处理、调用容器中需要运行的GIS软件包。

一种基于混合容器与虚拟化主机的GIS云服务提供方法，包括：

步骤1，根据业务需求关联容器模板与GIS软件包以形成基础设施云方案；

步骤2，基于关联的容器模板与GIS软件包生成容器镜像；

步骤3，将生成的容器镜像托管至容器控制器，由容器控制接收服务请求，根据请求信息计算并调用相应的容器。

优化的，上述的一种基于混合容器与虚拟化主机的GIS云服务提供方法，所述步骤3中，

基于Linux OS的网络核心层驱动，自动依据不同的Linux OS核心版本安装不同的网络驱动，生成一个用于在虚拟机中为容器提供网络通讯和识别作用的虚拟网络设备，

所述虚拟网络设备基于软件虚拟网桥设备BR0，实现虚拟机容器中的网络直接穿透，并且可以通过网络IP地址唯一标识容器。

优化的，上述的一种基于混合容器与虚拟化主机的GIS云服务提供方法，所述步骤3中，

所述虚拟网络设备用于根据容器的负载情况，将对相同服务的调用均衡分配到不同的容器中。

优化的，上述的一种基于混合容器与虚拟化主机的GIS云服务提供方法，所述步骤3中，基于WebService接口实现对服务的调用。

因此，本发明具有如下优点：

1.本发明实现了不依赖于特定的基础设施云平台，以及不依赖任何外部条件，甚至也不依赖固定的虚拟化平台使得容器的GIS服务和应用具备了重要了跨环境的。同时，其核心的虚拟网桥和负载均衡设备的模式，很好的提升了在容器化架构的新特性下，解决方案的可适应能力与GIS结合的密切程度有了极大提高。也能能够很好满足新一代GIS容器化服务条件下的直接对外提供服务的需求。

2.本发明首创容器模板与容器中运行的软件的分离模式，实现了外部软件源和容器模板镜像的分离旁路加载模式，使得容器的镜像、容器中运行的软件，不依赖于特定的虚拟化平台(或者基础设施云平台)的业务操作流程，所有的容器镜像只是基础运行环境，而GIS定义，只需要简单扩充软件源的软件，就能快速适应新的需求变化，也避免了反复定制开发容器基础模板，满足GIS容器化后的不断扩展的行业应用要求。

附图说明

附图1是本实施例在虚拟化中的云GIS容器应用和软件解决方案原理图；

附图2是本发明的容器虚拟网络设备原理图；

附图3是本发明的虚拟化主机内部结构示意图；

附图4是虚拟机内部容器的网络图；

附图5是虚拟机内部容器的另一种网络图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本发明实际上是在虚拟机、容器内部以及外部集成整合的一整套软件解决方案，其软件部分主要以服务接口形式提供给二次开发用户使用，其软件概略图如图1所示。

本发明逻辑架构图如图1所示，该图的最左侧的框图是对容器组运行在某虚拟化环境的一个示意图。右侧是为支撑容器镜像的整个生态体系而研发的镜像工具集合。本发明所涉及的主要模块有：宿主操作系统的虚拟网络设备(以及配套的编译识别器、网络驱动等)该系列模块用于在虚拟机中的容器起到关键的网络通讯和识别的作用；而GIS软件包管理主要用于动态的管理、分配、处理、调用容器中需要运行的GIS软件包由该管理处理；而容器镜像的管理用于动态管理容器的基础模板，因为不同的GIS服务也许使用的配套环境不一致，因此模板和软件包的组合可能有很多，正因为有了这样的一些配套方式，才能真正实现本发明所需要的功能。在本发明中，为了有效的组织容器镜像以及容器的软件源还需要提供配套的GUI的Web工具用于管理上传、下载、更新对应的镜像和模板，同时也对虚拟机中的容器提供对应的下载服务，使得整个流程用WebService的模式能够正常流转。

最核心的左边的部分，从底层往上依次是，虚拟机中运行的Linux操作系统、以及操作系统对应的内核(容器的内核是复用的操作系统内核)，而为解决容器在不同的OS和不同的虚拟化的兼容性问题，本发明核心解决核心兼容性检测与不同虚拟化环境下网络环境的巨大差别的问题，为此本发明开发了支持Linux OS下的网络核心层驱动以及核心版本检测的容器虚拟化网络映射适配器系统，自动依据不同的核心版本安装不同的网络驱动，构建虚拟化的网络设备，也就是图1中的“容器虚拟网络设备”。其基本的原理图可参见图2所示。其和操作系统、虚拟机的关系的物理视图还可以详细描述如图3所示。

要运行本方案的容器，需要首先在虚拟机的模板中增加对应的软件包并予以默认执行。一旦该设备生效后可以交由上层的容器外部的(运行在虚拟机中的)控制软件来进行调用的管理，同时由于设备处于核心层，所有的容器的软件包的收发都会需要经过该虚拟机设备，也一并解决了GIS服务与应用的唯一标识的难题。在容器和虚拟机的边界本发明提供网络映射管理器，用于将外部请求程序化的唯一分配到下属的容器(中的GIS服务与应用)，该软件的形态为一个C++核心的动态库。而在这个边界层还有一个重要的组件是用于动态获取对应的容器模板库的软件包，该软件包以J2EE实现对外提供REST WebService接口，用于接收请求，动态依据用户的需要从右侧的镜像服务获取对应的GIS服务或者应用的镜像。因此在本发明中，一个典型的容器组成将有明显的变化如下表的示。

为详细描述整体方案的流程，下面将核心的组件流程图绘制如图3所示，在这个流程里我们可以窥见对于GIS服务和应用在容器中的整个流程相对传统容器，已经发生了很大的变化。本方案利用该流程，解决了容器化模板的统一化容器管理问题、容器中的GIS服务与软件动态获取问题。外部系统也可以利用WebService接口统一从外部进行远程调用。远程调用的特性可以使得本发明能够能够用于外部系统集成等常见的工程场合。

此外，本流程图最终应用容器的框图中，以及前文反复提到的容器内部的网络处理的问题，可参考图4-5，在图中可以发现，在本发明中，传统的多层NAT模式不见了，在各个运行容器的虚拟机中安置了带有负载均衡逻辑的软件虚拟网桥设备BR0，它实现了虚拟机容器中的网络直接穿透，并且可以通过网络IP地址唯一标识，解决了GIS服务和应用在虚拟机容器的直接对外提供服务的问题。

在桥接模式下，本解决方案虚拟出来的容器主机就像是局域网中的一独立的主机，它可以访问网内任何一台机器。需要手工为虚拟系统配置IP地址、子网掩码，而且还要和宿主虚拟机器处于同一网段，这样虚拟系统才能和宿主机器进行通信。要想容器直接对外提供服务和应用桥接模式是比传统NAT容器网络模式更佳的模式，因为有独立的IP地址和MAC因此还可以唯一识别某一个容器，满足了GIS计算服务单元独立控制的要求。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种基于混合容器与虚拟化主机的GIS云服务提供系统，其特征在于，包括：

容器镜像管理模块，用于动态管理容器的宿主虚拟机基础模板以及配套的基础容器镜像，并基于基础模板和GIS软件所提供的服务生成容器镜像；其中，所述基础模板是指含有精简操作系统的模板；所述基础容器镜像包括容器中运行的基础服务、中间件、J2EE运行环境；

虚拟网络设备，位于容器控制器中，基于Linux OS的网络核心层驱动，自动依据不同的Linux OS核心版本安装不同的网络驱动，用于为虚拟机中的容器提供网络通讯和识别作用；

其中，所述虚拟网络设备包括：

软件虚拟网桥设备BR0，用于实现虚拟机容器中的网络直接穿透，并且可以通过网络IP地址唯一标识容器；

负载均均衡器，用于根据容器的负载情况，将对相同服务的调用均衡分配到不同的容器中。

2.根据权利要求1所述的一种基于混合容器与虚拟化主机的GIS云服务提供系统，其特征在于，所述虚拟网络设备基于以下方法生成：

系统版本确定步骤，用于确定与识别的操作系统版本相对应的网络驱动版本；

运行环境确定步骤，用于根据识别的运行环镜自动安装、准备对应的编译环镜；

初始参数配置步骤，用于将自定义的配置保存到数据库中；

服务创建启动步骤，用于根据安装的网络驱动版本、编译环境、以及自定义的配置参数生成件虚拟网桥设备BR0所依赖的软件组件并启动关联服务。

3.根据权利要求1所述的一种基于混合容器与虚拟化主机的GIS云服务提供系统，其特征在于，还包括：

GIS软件包管理模块，用于动态管理、分配、处理、调用容器中需要运行的GIS软件包。

4.一种基于混合容器与虚拟化主机的GIS云服务提供方法，其特征在于，包括：

步骤1，根据业务需求关联容器模板与GIS软件包以形成基础设施云方案；

步骤2，基于关联的容器模板与GIS软件包生成容器镜像；

步骤3，将生成的容器镜像托管至容器控制器，由容器控制接收服务请求，根据请求信息计算并调用相应的容器。

5.根据权利要求4所述的一种基于混合容器与虚拟化主机的GIS云服务提供方法，其特征在于，所述步骤3中，

基于Linux OS的网络核心层驱动，自动依据不同的Linux OS核心版本安装不同的网络驱动，生成一个用于在虚拟机中为容器提供网络通讯和识别作用的虚拟网络设备，

所述虚拟网络设备基于软件虚拟网桥设备BR0，实现虚拟机容器中的网络直接穿透，并且可以通过网络IP地址唯一标识容器。

6.根据权利要求5所述的一种基于混合容器与虚拟化主机的GIS云服务提供方法，其特征在于，所述步骤3中，

所述虚拟网络设备用于根据容器的负载情况，将对相同服务的调用均衡分配到不同的容器中。

7.根据权利要求4所述的一种基于混合容器与虚拟化主机的GIS云服务提供方法，其特征在于，所述步骤3中，基于WebService接口实现对服务的调用。