CN108052333A - 一种电力调度集控系统标准化自动化部署方法及架构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力调度集控系统标准化自动化部署方法及架构，包括：安装物理机操作系统并配置ssh免密访问连接；联网下载安装开源容器集群编排软件并启动开源容器集群服务；从私有镜像库成功拉取已发布的业务容器镜像和工具容器镜像；编写容器编排配置文件；上传至容器编排管理软件，通过容器编排管理软件按照配置文件的说明信息启动运行相应容器；监测是否需要调整业务容器负载。本发明主要使用全容器化的应用部署方式来搭建电力调度软件后台监控系统，从而大幅提升了部署效率和成功率，降低了各监控子系统模块间的联调复杂度。

Description

一种电力调度集控系统标准化自动化部署方法及架构

技术领域

本发明属于电力调度集控系统领域，特别是涉及到一种电力调度集控系统标准化自动化部署方法及架构。

背景技术

传统的电力子站、调度站的搭建和维护相对复杂，需要根据电站的规模初始配置多台基础设施服务器，包括数据库存储服务器、scada监控服务器、web应用服务器、报表服务器、公网数据访问服务器等，这些后台服务器架构往往还需要单独配置主备服务器以及单独的备份服务器、报表服务器，以及配置相应的故障切换软件等。这么多的后台服务器，需要安装不同的操作系统和应用系统软件。这样一个复杂的网络拓扑以及各个应用服务的部署实施，需要调试工程师对于系统整体架构较熟悉并对软硬件环境均有较深理解才能将系统整体搭建并实施成功，在实际工作中，不同的调式人员在现场实施过程中，往往导致某些应用未能正确安装或者某些服务不能正确运行，经过排查后发现，通常是由于程序安装或配置错误所致，继而耽误了宝贵的调试周期。

基于上述问题，在电力调度监控系统搭建实施中，急需引入一种先进的后台服务部署技术，通过最大限度的自动化和标准化的部署和运维，从而有效杜绝在实际工作中由于人为的误操作所引起的各类错误。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种电力调度集控系统标准化自动化部署方法及架构，主要使用全容器化的应用部署方式来搭建电力调度软件后台监控系统，从而大幅提升了部署效率和成功率，降低了各监控子系统模块间的联调复杂度。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种电力调度集控系统标准化自动化部署方法，包括：

步骤1：安装物理机操作系统并配置ssh免密访问连接；

步骤2：联网下载安装开源容器集群编排软件并启动开源容器集群服务；

步骤3：判断私有镜像库中所需镜像是否存在，如果存在进入步骤5，不存在则进入步骤4；

步骤4：通过自定义构建脚本方式，将业务软件封装成镜像方式发布至私有镜像库；

步骤5：从私有镜像库成功拉取已发布的业务容器镜像和工具容器镜像；

步骤6：编写容器编排配置文件；

步骤7：将步骤6中的容器编排配置文件，上传至容器编排管理软件，通过容器编排管理软件按照配置文件的说明信息启动运行相应容器；

步骤8：在全部容器启动运行后，监测是否需要调整业务容器负载；

步骤9：业务软件外部统一通过负载均衡容器所提供的服务进行访问，以此实现电力调度系统的高可用访问能力。

进一步的，步骤4的具体方法包括：

步骤401：通过脚本编程方式，将业务程序代码与基础镜像相融合，编写自定义业务镜像构建脚本；以及编写工具镜像脚本；

步骤402：将构建脚本输入至镜像引擎，并生成为相对应的业务模块镜像文件；

步骤403：将构建成功的业务模块镜像文件上传至私有镜像库，供现场运维人员下载运行。

更进一步的，所述业务镜像构建脚本包括：实时数据刷新模块构建脚本、历史数据存储模块构建脚本、参数数据库模块构建脚本、scada采集通讯模块构建脚本、web图形模块构建脚本、报表模块构建脚本；所述工具镜像脚本包括数据负载监测通知工具镜像脚本和负载均衡访问工具镜像脚本。

进一步的，步骤6所述容器编排配置文件具体需配置的项目有业务容器之间的依赖及启动顺序、需外部访问容器的对外映射IP地址和端口、数据库服务及报表服务容器的存储卷挂载路径、每个容器的初始资源配额以及初始负载的冗余容器副本数量。

进一步的，步骤8的具体方法包括：

步骤801：初始启动数据监听容器，并加载监听配置文件，配置信息有：欲监听的容器模块及其负载越限值配置；

步骤802：调用容器集群管理软件API信息接口，获取业务容器运行参数指标值；

步骤803：汇总若干指标项值信息，根据电力调度系统稳定运行资源算法，并比对监听配置文件中越限值设置，判断是否需要调节业务容器运行资源；

步骤804：调用容器集群管理软件API操作接口，伸缩调节容器数量及资源配额，并同步更新容器编排配置文件；

步骤805：业务容器运行资源重置后或运行异常时，会生成日志记录文件。

本发明另一方面还提供了一种电力调度集控系统标准化自动化部署架构，部署在多台配置ssh免密访问连接的物理主机上，功能模块包括：私有镜像库、容器集群编排服务、自定义镜像脚本、共享卷存储、数据负载监测服务容器、负载均衡访问服务容器、业务容器；

所述私有镜像库用于统一存储并发布应用容器镜像，在应用程序的开发和部署维护过程中，提供应用镜像的上传、拉取和存储服务，同时具备远端地址访问及下载能力；

所述容器集群编排服务负责整个电力调度系统的底层容器运行支持，通过其构建出小型Paas平台运行环境，从而在其上运行自定义构建的电力调度监控软件镜像；对于负载均衡访问服务容器、业务容器的运行提供底层平台环境支持；

所述自定义镜像脚本依据容器脚本创建语法规范，以开源官方镜像为基础镜像，通过容器服务引擎的镜像脚本构建接口，构建出电力系统软件专用镜像、以及业务容器运行所依赖的工具容器镜像，并分发到私有镜像库中，供现场调试人员下载运行；

所述共享卷存储使用开源容器编排软件，从物理主机硬盘存储中虚拟出逻辑存储卷组，对上层数据库应用软件透明访问；其生命周期及逻辑存储区域划分由所述容器集群编排服务统一调度；

所述数据负载监测服务容器以工具容器的方式，与所述业务容器一起部署在容器集群服务中，通过调用集群软件数据管理API接口，获取业务容器的负载运行情况，对电力系统服务所产生的工作负载和数据并发交互量进行实时监测，作为电力监控软件健康运行的重要衡量指标；并根据所设置的边界参数，自动进行故障运行报警以及通知所述业务容器进行工作负载的自动伸缩调整；

所述负载均衡访问服务容器以工具容器的方式，与业务容器一起部署在容器集群服务中，负责内部应用服务的高可用和负载均衡对外访问功能；

所述业务容器用容器隔离的方式具体部署若干业务应用程序；替代原有的手动安装方式，以镜像包方式一键发布和启动拥有多个副本集的高可用服务程序；容器运行所需环境和内部软件程序由所述私有镜像库中镜像进行整体构建封装，对于业务运行数据的存储由所述共享卷存储进行外置保存。

进一步的，所述私有镜像库包括开源镜像资源和自定义应用镜像，所述开源镜像资源和自定义应用镜像通过自定义镜像脚本进行转换，所述业务容器运行所需环境和内部软件程序由自定义应用镜像进行整体构建封装。

进一步的，所述业务容器的业务应用程序包括实时数据刷新服务、参数数据库服务、Web图形展示服务、历史数据存取服务、Scada采集通讯服务、报表数据服务。

与现有技术相比，本发明从根本上改变了传统的服务器应用部署方式，将当前流行的容器集群技术应用到了传统电力自动化行业，实现了：

1.服务器系统与应用程序运行系统的解耦：底层物理机服务器操作系统与上层软件的运行系统无关，对于一些系统脚本，如程序自启、自动安装等，以及与操作系统底层架构相耦合的系统调用、函数库依赖等，可以与具体操作系统版本相剥离。做到了应用程序依赖环境的完全自包含，省去了大量的程序与操作系统之间的安装调试适配时间；

2.部署机器的的动态伸缩扩容：基于数据负载自动监测服务，整个平台可根据电力业务数据的变化统计情况，及时通知集群管理服务创建或销毁容器副本，实现了免人工干预的服务器负载自动扩容，以及服务不间断的应用升级更新机制，提升了后期维护中的系统高可用性；

3.应用程序的在线升级：通过容器化的集中应用管理，可以使得应用程序按需加载额外副本，并共享原容器的数据存储。同时利用新版本容器镜像替代老版本容器程序，做到应用系统的不间断在线升级，解决了传统方式中，手动安装、升级系统和程序版本，调试成本高，版本兼容性差的问题，实现了在不同用户，不同硬件平台机器上，尤其在开发环境和发布环境中的运行效果全程统一标准化。

附图说明

图1是本发明的部署方法流程示意图；

图2是本发明的业务镜像构建子流程示意图；

图3是本发明的容器负载动态监测子流程示意图；

图4是本发明的架构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

针对于传统电力调度软件部署安装过程中存在的不足与缺陷，本发明主要是使用全容器化的应用部署方式来搭建电力调度软件后台监控系统，从而大幅提升了部署效率和成功率，降低了各监控子系统模块间的联调复杂度。

具体的部署流程方法如下(如图1所示)：

步骤1：规划物理主机局域网IP地址，安装linux发行版主机操作系统，配置各主机间ssh免密登录互联访问。最小资源安装要求3台物理主机；

步骤2：通过开源容器集群软件所提供的联网安装方式，可以全自动下载并安装开源容器集群编排软件，通过此方式安装可以实现自动化安装并启动容器集群服务到步骤1中的本地主机硬件环境；

步骤3：判断镜像库中所需镜像是否存在，如果存在进入步骤5，不存在则进入步骤4子流程；

步骤4(子流程)：通过自定义构建脚本方式，将业务软件封装成镜像方式发布至私有镜像库(如图2所示)；

步骤5：从镜像库成功拉取已发布的业务容器镜像和工具容器镜像；

步骤6：编写容器编排配置文件(一般为yaml或json文件格式)，具体需配置的项目有业务容器之间的依赖及启动顺序、需外部访问容器的对外映射IP地址和端口、数据库服务及报表服务容器的存储卷挂载路径、每个容器的初始资源配额以及初始负载的冗余容器副本数量。

步骤7：将步骤6中的编排配置文件，上传至容器编排管理软件(如kubernetes等)中，通过容器编排管理软件按照配置文件的说明信息启动运行相应容器；

步骤8(子流程)：在全部容器启动运行后，其中业务数据监测容器(工具容器)将对所有业务容器的数据访问及运行情况进行监测，并将监测信息定期以日志方式进行持久化存储供后期分析。在监测容器程序中，集成有容器编排管理软件API控制接口，当发现数据负载规模达到预设临界值时，会自动调用API接口调整容器冗余副本数量。(如图3所示)

步骤9：业务软件外部统一通过负载均衡容器(如nginx)所提供的服务进行访问，以此实现电力调度系统的高可用访问能力。

其中步骤4中子流程步骤如下(如图2所示)：

步骤1：通过脚本编程方式，将业务程序代码与基础镜像相融合，根据电力调度系统应用的典型配置，共需要六组镜像脚本：实时数据刷新模块构建脚本、历史数据存储模块构建脚本、参数数据库模块构建脚本、scada采集通讯模块构建脚本、web图形模块构建脚本、报表模块构建脚本。此外，除业务镜像脚本外，还需要数据负载监测通知和负载均衡访问两个工具镜像脚本。

步骤2：将构建脚本输入至镜像引擎，并生成为相对应的业务模块镜像；

步骤3：将构建成功的业务镜像文件上传至私有镜像库，供现场运维人员下载运行；

其中步骤8中子流程步骤如下(如图3所示)：

步骤1：初始启动数据监听容器，并加载监听配置文件，配置信息有：欲监听的容器模块及其负载越限值配置。

步骤2：调用容器集群管理软件API信息接口，获取业务容器运行参数指标值；

步骤3：汇总若干指标项值信息，根据电力调度系统稳定运行资源算法，并比对监听配置文件中越限值设置，判断是否需要调节业务容器运行资源；

步骤4：调用容器集群管理软件API操作接口，伸缩调节容器数量及资源配额，并同步更新容器编排配置文件；

步骤5：业务容器运行资源重置后或运行异常时，均会生成日志记录文件。

本发明提供的自动化部署平台架构的各模块对象说明如下(如图4所示)：

1.私有镜像存取服务

统一存储并发布应用容器镜像，在应用程序的开发和部署维护过程中，为其提供应用镜像的上传、拉取和存储服务，负责维护[1a]开源镜像资源和[1b]自定义应用镜像中用到的镜像资源，同时具备远端地址访问及下载能力。

2.容器集群编排服务

负责整个电力调度系统的底层容器运行支持，通过其构建出小型Paas平台运行环境，从而在其上运行自定义构建的电力调度监控软件镜像[1b]。对于[6]负载均衡及高可用服务、[7]业务逻辑应用的运行提供底层平台环境支持。一般可选用较流行的开源编排软件如kubernetes、openshift等。

3.自定义镜像脚本

依据容器脚本创建语法规范，以开源官方镜像如java、tomcat、mysql等为基础镜像，通过容器服务引擎的镜像脚本构建接口，构建出电力系统软件专用镜像(如接线图监测服务、scada监控服务等业务容器)，以及业务容器运行所依赖的工具容器镜像(如负载均衡容器、业务数据负载监测容器)，并分发到私有镜像ftp服务中，供现场调试人员下载运行。通过自定义镜像脚本进行[1a]开源镜像资源到[1b]自定义应用镜像的转换。

4.共享卷存储服务

使用的开源容器编排软件，会从物理主机硬盘存储中虚拟出逻辑存储卷组，对上层数据库应用软件透明访问。其生命周期及逻辑存储区域划分由[2]容器集群编排服务统一调度。

5.数据负载自动监测通知服务

以工具容器的方式，与业务容器一起部署在容器集群服务中，通过调用集群软件数据管理API接口，获取业务容器的负载运行情况，对电力系统服务所产生的工作负载和数据并发交互量进行实时监测，并作为电力监控软件健康运行的重要衡量指标，并根据所设置的边界参数，自动进行故障运行报警以及通知[7]业务容器进行工作负载的自动伸缩调整。

6.负载均衡及高可用服务

以工具容器的方式，与业务容器一起部署在容器集群服务中，负责内部应用服务的高可用和负载均衡对外访问功能。

7.业务容器

用容器隔离的方式具体部署若干业务应用程序。替代原有的手动安装方式，以镜像包方式一键发布和启动拥有多个副本集的高可用服务程序。容器运行所需环境和内部软件程序由[1b]中镜像进行整体构建封装，对于业务运行数据的存储如数据库记录、报表数据、日志记录等由[4]共享卷存储服务进行外置保存，以便于业务数据的迁移和维护。

根据以上所述本发明的方法及架构，在电力调度监控系统实际部署中，底层操作系统选择了ubuntu16.04，通过ssh软件进行三台物理主机之间的免密互联访问。

在操作系统上层安装了kubernetes容器集群管理软件，并配置连接了基于iscsi接口的独立磁盘阵列存储设备。

在公司内部私有专线网络，搭建有基于docker register的镜像仓库服务器，在其上安装有docker daemon镜像构建引擎。

通过编写dockerfile文件，将调度系统业务程序与基础镜像构建打包。以该调度系统构建为例，dockerfile有如下一组文件：realdata-[redis].dockerfile(实时数据)、hisdata-[mongo].dockerfile(历史数据)、paramdata-[mysql].dockerfile(参数数据)、scada-[java].dockerfile(数据采集通讯)、graphweb-[tomcat].dockerfile(web接线图展示)、report-[java].dockerfile(报表数据)、workload-[java].dockerfile(数据负载通知)、balance-[nginx].dockerfile(负载均衡)。(其中-[*]为构建镜像所依赖的基础镜像)

至此，在程序开发阶段的基础构建工作已经完成。

在具体工程现场环境中，现场调试人员，将在此服务器群组的基础构建环境之上，根据现场需求情况编写kubernetes-[project1].yaml配置文件(-[*]是具体工程项目名称)，通过yaml文件配置业务模块容器之间的交互关系，调度监控系统容器化部署的典型配置对象有：

这种基于容器集群方式构建工程现场电力调度系统的方案，调试人员仅需根据现场实际情况编写yaml配置文件，即可以实现系统的快速部署和统一化构建，降低了调试复杂度，提高了部署效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电力调度集控系统标准化自动化部署方法，其特征在于，包括：

步骤1：安装物理机操作系统并配置ssh免密访问连接；

步骤2：联网下载安装开源容器集群编排软件并启动开源容器集群服务；

步骤3：判断私有镜像库中所需镜像是否存在，如果存在进入步骤5，不存在则进入步骤4；

步骤4：通过自定义构建脚本方式，将业务软件封装成镜像方式发布至私有镜像库；

步骤5：从私有镜像库成功拉取已发布的业务容器镜像和工具容器镜像；

步骤6：编写容器编排配置文件；

步骤7：将步骤6中的容器编排配置文件，上传至容器编排管理软件，通过容器编排管理软件按照配置文件的说明信息启动运行相应容器；

步骤8：在全部容器启动运行后，监测是否需要调整业务容器负载；

步骤9：业务软件外部统一通过负载均衡容器所提供的服务进行访问，以此实现电力调度系统的高可用访问能力。

2.根据权利要求1所述的一种电力调度集控系统标准化自动化部署方法，其特征在于，步骤4的具体方法包括：

步骤401：通过脚本编程方式，将业务程序代码与基础镜像相融合，编写自定义业务镜像构建脚本；以及编写工具镜像脚本；

步骤402：将构建脚本输入至镜像引擎，并生成为相对应的业务模块镜像文件；

步骤403：将构建成功的业务模块镜像文件上传至私有镜像库，供现场运维人员下载运行。

3.根据权利要求2所述的一种电力调度集控系统标准化自动化部署方法，其特征在于，所述业务镜像构建脚本包括：实时数据刷新模块构建脚本、历史数据存储模块构建脚本、参数数据库模块构建脚本、scada采集通讯模块构建脚本、web图形模块构建脚本、报表模块构建脚本；所述工具镜像脚本包括数据负载监测通知工具镜像脚本和负载均衡访问工具镜像脚本。

4.根据权利要求1所述的一种电力调度集控系统标准化自动化部署方法，其特征在于，步骤6所述容器编排配置文件具体需配置的项目有业务容器之间的依赖及启动顺序、需外部访问容器的对外映射IP地址和端口、数据库服务及报表服务容器的存储卷挂载路径、每个容器的初始资源配额以及初始负载的冗余容器副本数量。

5.根据权利要求1所述的一种电力调度集控系统标准化自动化部署方法，其特征在于，步骤8的具体方法包括：

步骤801：初始启动数据监听容器，并加载监听配置文件，配置信息有：欲监听的容器模块及其负载越限值配置；

步骤802：调用容器集群管理软件API信息接口，获取业务容器运行参数指标值；

步骤803：汇总若干指标项值信息，根据电力调度系统稳定运行资源算法，并比对监听配置文件中越限值设置，判断是否需要调节业务容器运行资源；

步骤804：调用容器集群管理软件API操作接口，伸缩调节容器数量及资源配额，并同步更新容器编排配置文件；

步骤805：业务容器运行资源重置后或运行异常时，会生成日志记录文件。

6.一种电力调度集控系统标准化自动化部署架构，其特征在于，部署在多台配置ssh免密访问连接的物理主机上，功能模块包括：私有镜像库、容器集群编排服务、自定义镜像脚本、共享卷存储、数据负载监测服务容器、负载均衡访问服务容器、业务容器；

所述私有镜像库用于统一存储并发布应用容器镜像，在应用程序的开发和部署维护过程中，提供应用镜像的上传、拉取和存储服务，同时具备远端地址访问及下载能力；

所述容器集群编排服务负责整个电力调度系统的底层容器运行支持，通过其构建出小型Paas平台运行环境，从而在其上运行自定义构建的电力调度监控软件镜像；对于负载均衡访问服务容器、业务容器的运行提供底层平台环境支持；

所述自定义镜像脚本依据容器脚本创建语法规范，以开源官方镜像为基础镜像，通过容器服务引擎的镜像脚本构建接口，构建出电力系统软件专用镜像、以及业务容器运行所依赖的工具容器镜像，并分发到私有镜像库中，供现场调试人员下载运行；

所述共享卷存储使用开源容器编排软件，从物理主机硬盘存储中虚拟出逻辑存储卷组，对上层数据库应用软件透明访问；其生命周期及逻辑存储区域划分由所述容器集群编排服务统一调度；

所述数据负载监测服务容器以工具容器的方式，与所述业务容器一起部署在容器集群服务中，通过调用集群软件数据管理API接口，获取业务容器的负载运行情况，对电力系统服务所产生的工作负载和数据并发交互量进行实时监测，作为电力监控软件健康运行的重要衡量指标；并根据所设置的边界参数，自动进行故障运行报警以及通知所述业务容器进行工作负载的自动伸缩调整；

所述负载均衡访问服务容器以工具容器的方式，与业务容器一起部署在容器集群服务中，负责内部应用服务的高可用和负载均衡对外访问功能；

所述业务容器用容器隔离的方式具体部署若干业务应用程序；替代原有的手动安装方式，以镜像包方式一键发布和启动拥有多个副本集的高可用服务程序；容器运行所需环境和内部软件程序由所述私有镜像库中镜像进行整体构建封装，对于业务运行数据的存储由所述共享卷存储进行外置保存。

7.根据权利要求6所述的一种电力调度集控系统标准化自动化部署架构，其特征在于，所述私有镜像库包括开源镜像资源和自定义应用镜像，所述开源镜像资源和自定义应用镜像通过自定义镜像脚本进行转换，所述业务容器运行所需环境和内部软件程序由自定义应用镜像进行整体构建封装。

8.根据权利要求6所述的一种电力调度集控系统标准化自动化部署架构，其特征在于，所述业务容器的业务应用程序包括实时数据刷新服务、参数数据库服务、Web图形展示服务、历史数据存取服务、Scada采集通讯服务、报表数据服务。