CN107888438A - 一种基于流表技术的自动感知并适应云环境变化的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于流表技术的自动感知并适应云环境变化的系统和方法。其目的是提供一种基于流表技术的自动感知并适应云环境变化的方法和系统，能实现自动感知云环境的变化并实现相应的变更处理，从而不需要人工巡查每一台宿主机，响应速度快且节省配置时间。该系统包括：部署在业务性能监控主机上的控制器和多个代理程序，所述多个代理程序分别部署在每一台宿主机上；所述控制器负责核对虚拟主机或容器是否发生变化，并发出修改处理的指令到宿主机，所述代理程序负责实现虚拟主机信息的收集和流表的管理；其中，控制器包括：通信服务模块、配置模块、状态维护模块、报警模块和系统模块。代理程序包括：通信模块、控制模块、比对模块和运行模块。

Description

一种基于流表技术的自动感知并适应云环境变化的方法和 系统
技术领域
本发明涉及性能监控技术领域，具体来说，是涉及一种基于流表技术的自动感知并适应云环境变化的方法和系统。
背景技术
传统的基础架构或系统平台中的资源都不能动态配置，因此应用程序在设计的时候主要考虑自身的业务逻辑的实现，而应用程序本身的监控和管理都是通过其他系统管理软件或人为手动配置的方式来实现。有一些管理得比较好的应用程序，可以通过这些系统管理软件实现部分资源的动态调整。但是，这些传统的应用程序本身对底层平台的运行情况是没有任何感知的。随着云计算的出现，应用程序本身的自动化逐渐成为可能。在云环境中做应用架构设计面对的是底层抽象的、几乎无限的计算资源，而不是传统意义上的物理资源，这种设计方式也是应用程序与底层计算平台松耦合的一种体现，从而使得应用程序不绑定具体物理硬件。
云计算从发展至今已经超过了10年，其版图不断地扩充和变化。目前已经呈现出公有云、私有云、行业云、混合云并存的市场格局。当一个云环境发展到一定的阶段，会自动把数据和应用进行分类。一些重要的数据、敏感的应用会被迁移到私有云上运行；而另一些不重要的数据、安全的应用则会被迁移到公有云上运行。因此在一个成熟的云环境中，根据部署策略发生虚拟主机或者容器迁移、应用发生变化是十分频繁的。
目前在云环境中监控各类应用和数据的普遍方法是：技术人员相隔一段时间对云中的各个宿主机巡检一次，查看宿主机中各个虚拟主机或者容器的配置变更或迁移情况。当发现有配置变化或迁移时，获取相关的变化信息，再手工去更改数据交换设备的配置，以获取需要监控的数据流量。这样的方法存在3个明显的缺陷：
(1)云环境系统庞大、结构复杂，当某一个虚拟主机或容器发生配置变化后，得先找到相对应得宿主机，这并不能容易地找到；
(2)在云环境中主机迁移频繁，所需监控的配置也随之会发生频繁的变化，来匹配变化所花费的时间也变得更长；
(3)监控系统在获取主机的迁移信息后，需人工核对迁移信息再对虚拟交换设备进行配置更改，以确保监控数据准确，浪费大量的人力成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于流表技术的自动感知并适应云环境变化的方法，能实现自动感知云环境的变化并实现相应的变更处理，从而不需要人工巡查每一台宿主机，响应速度快且节省配置时间。
本发明的另一目的是提供一种能实现上述方法的系统。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于流表技术的自动感知并适应云环境变化的方法，该方法包括以下步骤：
(1)代理程序轮询、收集虚拟交换机的信息，至少包括：当前虚拟交换机的流表信息、各虚拟主机或容器设备的识别号；
(2)代理程序将收集的信息上传给控制器；
(3)控制器收集、比较虚拟主机或者容器设备的识别号并判断变化：根据已配置的对应规则表查找对应关系记录；
(4)控制器将对应关系记录下发给各个代理程序；
(5)代理程序根据对应规则比对当前的流表配置；
(6)更改流表、下发新流表给虚拟交换机并更新虚拟交换机的流表配置；
(7)保存修改后的流表信息到流表日志中，代理程序将宿主机及虚拟主机或者容器的流表日志上传给控制器；
(8)控制器接受宿主机及虚拟主机或者容器的流表日志；
(9)控制器记录代理程序所在宿主机及虚拟主机或容器的相关信息，如果有告警信息则上传给业务监控系统。
其中，所述步骤(6)中代理程序通过虚拟交换机的外置控制器对虚拟交换机的流表配置进行更新。
另外，当代理程序由于所在宿主机发生关闭或者重启的情况时，会保存相关的告警信息并将告警信息以日志(log)形式上传给控制器，控制器接受到告警信息后，和自身告警信息进行整合，最后再上传给业务性能处理主机，供后续数据的再处理。
一种基于流表技术的自动感知并适应云环境变化的系统，包括：部署在业务性能监控主机上的控制器和多个代理程序，所述多个代理程序分别部署在每一台宿主机上；所述控制器负责核对虚拟主机或容器是否发生变化，并发出修改处理的指令到宿主机，所述代理程序负责实现虚拟主机信息的收集和流表的管理。
其中，控制器包括：通信服务模块、配置模块、状态维护模块、报警模块和系统模块。代理程序包括：通信模块、控制模块、比对模块和运行模块。
通信服务模块，用于与各代理程序相互通信、监测每一个代理程序的通信状态并接受代理程序发送过来的代理程序的log信息及告警信息、下发状态维护模块摘取的对应关系记录给代理程序。
其中，通信协议采用TCP/IP协议，并且为了通信安全，采用SSL数据加密算法。
配置模块，用于对应规则表的配置，以及对每个代理程序轮询时间的配置，所述对应规则表记录了整个云环境中各个虚拟主机或者容器与监控流量之间的对应关系。其中，对应规则表一般以文件形式存放在业务性能监控主机的本地。对每个代理程序轮询时间的配置，可以按照10s、20s、60s、120s等进行设置。
状态维护模块，用于对系统状态进行监控，包括：
(1)控制器自身状态的监控：当控制器所在主机关闭时控制器自动关闭，控制器所在主机重启时控制器自动重启；当控制器进程发生hang或者killed时控制器自动重启。
(2)通过心跳检测获取控制器没收到代理程序的心跳超时时间，若超过预设时间就认为该代理程序hang或者killed。
(3)接受代理程序上传的虚拟交换机的配置信息，比对对应规则表并摘取相关的对应关系记录；和/或
(4)记录控制器的log信息，所述控制器的log信息包括控制器自身的运行状态和各个代理程序的告警信息。
其中，所述控制器的log信息包括但不限于：时间、代理进程的操作类型、代理进程所在虚拟主机、容器的设备号、代理进程所在宿主机的关闭重启、代理进程的进程信息。
报警模块，用于接受告警信息，包括：
(1)当某个代理程序发生工作不正常情况时，接受该代理程序发送的告警信息，所述代理程序发送的告警信息的内容和代理程序的log信息里的记录一致；
(2)按时收集并统计控制器自身的告警信息；以及
(3)将告警信息发送给业务监控系统，供统计和数据再利用。
系统模块，用于实现控制器的安装、升级及卸载。优选地，系统模块对控制器每一次的系统级操作进行记录，安装、升级及卸载操作分别记录在不同的日志文件里。
通信模块，用于与控制器相互通信、上传控制模块所收集的所有虚拟交换机的配置信息给控制器、上传代理程序的log信息给控制器。
具体地，当代理程序所在的宿主机发生状态变化、虚拟主机或者容器发生关闭、代理程序发生hang或者killed时，待宿主机恢复后，所述通信模块上传相应的log信息给控制器，供控制器的报警模块调用。
其中，通信协议采用TCP/IP协议，并且为了通信安全，采用AES数据加密算法或SSL数据加密算法。
控制模块，用于轮询代理程序所在宿主机中的虚拟交换机、获取虚拟交换机的信息并保存在宿主机的缓存中、收集代理程序所在宿主机上所有虚拟主机的信息、更改流表、下发新流表给虚拟交换机的控制程序并修改虚拟交换机的流表配置、保存修改后的流表信息到流表日志中。
其中，所述获取虚拟交换机的信息并保存在宿主机的缓存中，包括并不限于获取以下信息：当前的流表配置、虚拟交换机的端口列表、虚拟主机或者容器的设备号；所述收集代理程序所在宿主机上所有虚机的信息，包括并不限于收集以下信息：虚拟主机或者容器编号、宿主机IP地址、登陆用户、数据流动方向、过滤规则；所述更改流表有三种操作类型，为：添加、更新或删除；所述保存修改后的流表信息到流表日志中，所述修改后的流表信息包括：时间、操作类型、流表记录、结果，所述操作类型有：添加、更新或删除。
比对模块，用于比对代理程序所查询到的流表与控制器下发的对应关系记录，当发现流表异常，按照对应关系记录，通过控制模块重新创建流表。
运行模块，用于维护代理程序运行状态，包括：
(1)维护代理程序自身运行状态，当宿主机关闭时代理程序自动关闭，当宿主机重启后代理程序自动重启；
(2)代理程序与控制器之间保持心跳监测，代理程序由于任何原因hang或者killed，控制器可以进行重启操作；
(3)记录代理程序的log信息；和/或
(4)记录代理程序安装、升级或卸载的日志并保存在本地宿主机的存储器上。
其中，所述代理程序的log信息包括但不限于：时间、代理进程的操作类型、宿主机状态变更情况、代理程序hang或killed信息。
通过本发明一种基于流表技术的自动感知并适应云环境变化的方法和系统，可实现在云环境中，自动感知各宿主机的虚拟主机或者容器的删除、新建、迁移及配置更改，系统的代理程序通过轮询虚拟交换机的方式，获取当前的虚拟主机或者容器的配置信息，并将变化报告给控制器，控制器经过和对应规则表的对比来下发对应关系记录，以实现对整个监控环境的的修改及处理；对于业务监控系统来说，能及时发现业务流量的变更并进行修正。
本发明由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，具有以下有益效果：本发明通过采用一个控制器对应多个代理程序的结构方式，由控制器监控、下发所有的虚拟主机或者容器的配置，不需要再人工巡检每一台宿主机，节省了大量人工；实现了云环境中的虚拟主机或者容器配置变更能自动感知，并实现相应的变更处理；下发配置以脚本方式，批量处理，响应速度快且节省配置时间。
附图说明
通过以下本发明的实施例并结合附图的描述，示出本发明的其它优点和特征，该实施例以实例的形式给出，但并不限于此，其中：
图1为本发明一种基于流表技术的自动感知并适应云环境变化的方法的处理流程图。
图2为本发明一种基于流表技术的自动感知并适应云环境变化的系统的一个较优实施例的物理部署结构图。
图3为本发明一种基于流表技术的自动感知并适应云环境变化的系统的控制器的功能模块结构图。
图4为本发明一种基于流表技术的自动感知并适应云环境变化的系统的代理程序的功能模块结构图。
具体实施方式
这是一个在云计算虚拟机环境里，基于OpenFlow流表技术自动感知并适应云环境变化的例子，其中的虚拟机环境也可以是容器环境，区别在于宿主机中的是虚拟主机还是容器。
本实施例中，整个云环境由两台宿主机、一台物理交换机及一台业务性能监控主机组成。该环境只用于举例说明，真实的云计算环境设备可以以数千计。
其中每一台宿主机由若干虚拟主机和虚拟交换机组成。本实施例中，虚拟交换机采用OVS(open vswicth)交换机，是基于OpenFlow技术的虚拟交换机。OpenFlow交换机将原来完全由交换机/路由器控制的报文转发过程转化为由OpenFlow交换机(OpenFlowSwitch)和控制服务器(Controller)来共同完成，从而实现了数据转发和路由控制的分离。控制器可以通过事先规定好的接口操作来控制OpenFlow交换机中的流表，从而达到控制数据转发的目的。
其中，控制器包括：通信服务模块、配置模块、状态维护模块、报警模块和系统模块。代理程序包括：通信模块、控制模块、比对模块和运行模块。
基于上述环境，实现自动感知并适应环境变化的具体实现步骤如下：
(1)在业务性能监控主机上安装控制器，以及在宿主机1上和宿主机2上分别安装代理程序1和代理程序2。保持控制器和各代理进程间的正常通信。
(2)配置控制器中的对应规则表，对应规则表以记录形式设置，每一条对应记录至少包括以下信息：虚拟机IP地址、虚拟主机VM的设备号、宿主机IP、数据流向、数据过滤规则、监控数据目标IP等。
本实施例的虚拟主机的设备号指的是Neutron Port ID号，Neutron Port ID是该虚拟主机在整个云环境中的唯一标示，不会随虚拟主机的变更或者迁移而发生改变。
(3)在控制器中设置各代理进程的轮询时间，这里设置为60s。
(4)代理进程轮询OVS交换机的信息，得到以下内容：当前OVS交换机的流表信息(FlowTable信息)，各虚拟主机VM的Neutron Port ID，代理程序把收集的信息上传给控制器。
(5)控制器接受到Neutron Port ID后，根据已配置的对应规则表查找对应关系记录，并将对应关系记录下发给各个代理程序。
(6)代理程序根据对应规则比对当前的流标配置。OVS交换机只按照FlowTable流表进行转发，流表的生成、维护和下发由外置的控制器来实现。这里的流表并非是指IP五元组(IP源地址、IP目的地址、协议号、源端口、目的端口)，OpenFlow规范定义了包括输入端口、MAC源地址、MAC目的地址、以太网类型、VLANID、IP源地址、IP目的地址、IP端口、TCP源端口、TCP目的端口在内的10个关键字(十元组)。当发现有异常后，更新当前流表，并保存至本地。
(7)代理程序把更新后的流表通过OVS交换机的外置控制器对OVS交换机的配置进行更新。
此外，当代理程序由于所在宿主机发生关闭或者重启的情况时，会保存相关的告警信息并将告警信息以log形式上传给控制器。控制器接受到告警信息后，和自身告警信息进行整合，最后再上传给业务性能处理主机，供后续数据的再处理。
虽然本发明已依据较佳实施例在上文中加以说明，但这并不表示本发明的范围只局限于上述的结构，只要本技术领域的技术人员在阅读上述的说明后可很容易地发展出的等效替代结构，在不脱离本发明之精神与范围下所作之均等变化与修饰，皆应涵盖于本发明专利范围之内。

Claims (11)

1.一种基于流表技术的自动感知并适应云环境变化的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)代理程序轮询、收集虚拟交换机的信息，至少包括：当前虚拟交换机的流表信息、各虚拟主机或容器设备的识别号；
(2)代理程序将收集的信息上传给控制器；
(3)控制器收集、比较虚拟主机或者容器设备的识别号并判断变化：根据已配置的对应规则表查找对应关系记录；
(4)控制器将对应关系记录下发给各个代理程序；
(5)代理程序根据对应规则比对当前的流表配置；
(6)更改流表、下发新流表给虚拟交换机并更新虚拟交换机的流表配置；
(7)保存修改后的流表信息到流表日志中，代理程序将宿主机及虚拟主机或者容器的流表日志上传给控制器；
(8)控制器接受宿主机及虚拟主机或者容器的流表日志；
(9)控制器记录代理程序所在宿主机及虚拟主机或容器的相关信息，如果有告警信息则上传给业务监控系统。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(6)中代理程序通过虚拟交换机的外置控制器对虚拟交换机的流表配置进行更新。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：当代理程序由于所在宿主机发生关闭或者重启的情况时，会保存相关的告警信息并将告警信息以日志形式上传给控制器，控制器接受到告警信息后，和自身告警信息进行整合，最后再上传给业务性能处理主机，供后续数据的再处理。
4.一种基于流表技术的自动感知并适应云环境变化的系统，其特征在于，包括：部署在业务性能监控主机上的控制器和多个代理程序，所述多个代理程序分别部署在每一台宿主机上；所述控制器负责核对虚拟主机或容器是否发生变化，并发出修改处理的指令到宿主机，所述代理程序负责实现虚拟主机信息的收集和流表的管理；
所述控制器包括：
通信服务模块，用于与各代理程序相互通信、监测每一个代理程序的通信状态并接受代理程序发送过来的代理程序的日志信息及告警信息、下发状态维护模块摘取的对应关系记录给代理程序；
配置模块，用于对应规则表的配置，以及对每个代理程序轮询时间的配置，所述对应规则表记录了整个云环境中各个虚拟主机或者容器与监控流量之间的对应关系；
状态维护模块，用于对系统状态进行监控；
报警模块，用于接受告警信息；
系统模块，用于实现控制器的安装、升级及卸载；
所述代理程序包括：
通信模块，用于与控制器相互通信、上传控制模块所收集的所有虚拟交换机的配置信息给控制器、上传代理程序的日志信息给控制器；
控制模块，用于轮询代理程序所在宿主机中的虚拟交换机、获取虚拟交换机的信息并保存在宿主机的缓存中、收集代理程序所在宿主机上所有虚拟主机的信息、更改流表、下发新流表给虚拟交换机的控制程序并修改虚拟交换机的流表配置、保存修改后的流表信息到流表日志中；
比对模块，用于比对代理程序所查询到的流表与控制器下发的对应关系记录，当发现流表异常，按照对应关系记录，通过控制模块重新创建流表；
运行模块，用于维护代理程序运行状态。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于：所述状态维护模块，用于控制器状态的监控，包括：
控制器自身状态的监控，当控制器所在主机关闭时，控制器自动关闭，控制器所在主机重启时，控制器自动重启；
当控制器进程发生hang或者killed时，控制器自动重启。
通过心跳检测获取控制器没收到代理程序的心跳超时时间，若超过预设时间就认为该代理程序hang或者killed；
接受代理程序上传的虚拟交换机的配置信息，比对对应规则表并摘取相关的对应关系记录；和/或
记录控制器的日志信息，所述控制器的日志信息包括控制器自身的运行状态和各个代理程序的告警信息。
6.如权利要求4所述的系统，其特征在于：所述运行模块，用于维护代理程序运行状态，包括：
维护代理程序自身运行状态，当宿主机关闭时代理程序自动关闭，当宿主机重启后代理程序自动重启；
代理程序与控制器之间保持心跳监测，代理程序由于任何原因hang或者killed，控制器可以进行重启操作；
记录代理程序的日志信息；和/或
记录代理程序安装、升级或卸载的日志并保存在本地宿主机的存储器上。
7.如权利要求4所述的系统，其特征在于：所述报警模块，用于接受告警信息，包括：
当某个代理程序发生工作不正常情况时，接受该代理程序发送的告警信息，所述代理程序发送的告警信息的内容和代理程序的日志信息里的记录一致；
按时收集并统计控制器自身的告警信息；以及
将告警信息发送给业务监控系统，供统计和数据再利用。
8.如权利要求4所述的系统，其特征在于：当代理程序所在的宿主机发生状态变化、虚拟主机或者容器发生关闭、代理程序发生hang或者killed时，待宿主机恢复后，所述通信模块上传相应的日志信息给控制器，供控制器的报警模块调用。
9.如权利要求4所述的系统，其特征在于：控制器与各代理程序互相通信，通信协议采用TCP/IP协议，并采用AES数据加密算法或SSL数据加密算法。
10.如权利要求4所述的系统，其特征在于：所述对应规则表以文件形式存放在业务性能监控主机的本地。
11.如权利要求4所述的系统，其特征在于：所述系统模块对控制器每一次的系统级操作进行记录，安装、升级及卸载操作分别记录在不同的日志文件里。
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