CN109144526B - 一种变电站自动化软件的快速部署系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站自动化软件的快速部署系统与方法，对需要部署的变电站自动化软件进行打包，将其依赖的根文件、配置文件和已有应用软件进行一并存储，形成软件包；构建所述软件包的运行虚拟环境，为软件包的运行进程配置独立的进程ID空间、系统资源、安全防火墙以及运行环境网络参数；按照设定的虚拟环境与配置参数，运行所述软件包，完成部署，本发明将变电站自动化软件，以及其依赖的三方库以及相应的配置文件，集成为一个软件包，并且集成完整的运行配置，交付用户后，可完成一键部署，部署后即可正常运行，极大的提高了工作效率。

Description

一种变电站自动化软件的快速部署系统及方法

技术领域

本发明涉及一种变电站自动化软件的快速部署系统与方法。

背景技术

变电站的自动化运行、信息监控、网上办公，都离不开计算机软件，这些软件运行又基于硬件服务器，目前主流的服务器采用X86结构，操作系统多采用Linux安全操作系统，但是这其中有两个问题，一个是Linux系统的品牌和版本众多，导致电力系统应用部署、配置、升级都很繁琐，二是各种应用软件对操作系统的依赖互不相同，每部署一个新的软件系统都要购买新的服务器，导致资源浪费。

目前，现有技术采用的解决上述问题的方法主要有两种，一是租用公网的云服务来部署自己的应用，二是在操作系统上再安装一层虚拟机。但这两种方法都有一定的缺点。

首先，利用公网云服务进行部署的方法，对于变电站自动化应用来说，变电站使用的网络与公网隔离，无法使用云服务，同时，由于变电站的独特性，其电力监控及事故分析处理的实时度要求极高，云服务集中部署的情况下，网络中转难以满足实时要求。

其次，对于在操作系统上再安装一层虚拟机的方式，通常都会利用镜像技术构建虚拟机或构建网络与缓存，以完整的模拟一台计算机，因此资源占用开销太大，投资产出比不佳，对于庞大的变电站并不适用，且整个电力系统更不好推广。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种变电站自动化软件的快速部署系统与方法。

本发明的第一目的是提供一种变电站自动化软件的快速部署方法，该方法在不改变原有应用软件的前提下，为每一个电力应用软件包创建一个相对独立的虚拟运行环境，快速部署在任何品牌及版本的Linux系统上，部署过程免配置。

本发明的第二目的是提供一种变电站自动化软件的快速部署系统，该系统基于namespaces和cgroup技术相结合实现变电站自动化软件快速部署。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种变电站自动化软件的快速部署方法，包括以下步骤：

对需要部署的变电站自动化软件进行打包，将其依赖的根文件、配置文件和已有应用软件进行一并存储，形成软件包；

构建所述软件包的运行虚拟环境，为软件包的运行进程配置独立的进程ID 空间、系统资源、安全防火墙以及运行环境网络参数；

按照设定的虚拟环境与配置参数，运行所述软件包，完成部署。

进一步的，需要部署的变电站自动化软件进行打包的过程中，形成的软件包至少包括配置文件、根文件和依赖软件，其中：

所述根文件，为所有待部署的变电站自动化软件所共用；

所述配置文件，包含每一个变电站自动化软件运行环境的配置信息，且所述配置信息在独立运行环境启动时投入使用；

所述依赖软件为每个需要部署的变电站自动化软件运行时需要依赖的第三方库，每个需要部署的变电站自动化软件的依赖软件不同。

进一步的，在运行软件包之前，构建虚拟环境，具体包括：

接收输入启动命令及参数，查找需要启动的软件包；

加载软件包内的配置文件，加载接收的输入参数；

基于aufs技术创建新的根文件，将根文件、依赖软件和已有的变电站自动化软件包进行联合挂载，呈现挂载后的目录；

配置DNS服务，按照输入启动命令，选择虚拟环境为桥接模式或主机共享模式；

挂载宿主机目录到选择的虚拟模式中，设置工作目录及环境变量，将配置文件中保存的当前工作目录和环境变量设置到虚拟运行环境中。

更进一步的，输入参数包括要运行的变电站自动化软件包名称、使用的资源上限和端口映射。

更进一步的，查找需要启动的软件包时，如果没有找到则退出执行，提示错误信息。

进一步的，运行所述软件包时，以Linux下进程的方式启动，在启动过程中使用namespaces和cgroup技术，将进程放入新的命名空间，并为其分配独立的资源，形成一个虚拟的运行环境，从而完成变电站自动化软件包的快速部署运行。

进一步的，分配资源的步骤包括：

分配网络资源，为虚拟运行环境创建网络命名空间，并配置独立的网络栈；

分配挂载资源，设置虚拟运行环境内部的设备、挂载点和文件系统；

设置用户，设置虚拟运行环境内部的用户组和用户；

设置环境变量。

一种变电站自动化软件的快速部署系统，包括：

客户端，接收并解析输入命令，按照输入的命令向服务端请求相应数据，并接收反馈的数据；

服务端，对需要部署的变电站自动化软件进行打包，将其依赖的根文件、配置文件和已有应用软件进行一并存储，形成软件包；

构建所述软件包的运行虚拟环境，为软件包的运行进程配置独立的进程ID 空间、系统资源、安全防火墙以及运行环境网络参数；

中间驱动层，调用和配置Linux内核，按照设定的虚拟环境与配置参数，运行所述软件包，完成部署。

进一步的，所述服务端包括：

存储管理模块，被配置为管理已经打包好的变电站自动化软件；

网络管理模块，被配置为配置软件包运行虚拟环境的网络；

运行管理模块，被配置为进行软件包的初始化和运行管理。

进一步的，所述中间驱动层，包括：

Namespaces模块，被配置为隔离资源，为变电站自动化软件包内的运行进程分配独立的进程ID空间；

cgroups模块，被配置为变电站自动化软件包内的运行进程配置系统资源；

apparmor模块，被配置为变电站自动化软件包的运行环境配置安全防火墙；

netlink模块，被配置为变电站自动化软件包的运行环境配置网络参数。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明将变电站自动化软件，以及其依赖的三方库以及相应的配置文件，集成为一个软件包，并且集成完整的运行配置，交付用户后，可完成一键部署，部署后即可正常运行，极大的提高了工作效率。

2、本发明基于独立根文件系统、三方库、配置文件和变电站自动化软件本身的打包方法，保证软件部署时的完整性、快捷性和安全性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的系统总体结构图；

图2为本发明的变电站自动化软件包存储结构图；

图3为本发明的虚拟环境构建流程图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

一种基于namespaces和cgroup技术的变电站自动化软件快速部署方法。在该方法中，原有应用软件不必做任何改动，应用软件经过打包后，可以快速部署在任何品牌及版本的Linux系统上，部署过程免配置。

本发明会为每一个电力应用软件包创建一个相对独立的虚拟运行环境。

该变电站应用软件快速部署方法，主要包含三个部分：一是电力应用软件的打包方法；二是系统的快速部署工具；三是虚拟环境的构建及软件包的运行。

本发明实现这三个部分的具体方案如下。

变电站自动化软件的打包方法，需要将依赖的根文件系统、配置文件和其它软件包一并存储，存储结构如图2所示。

本发明的一个目的就是在部署软件时，不受目标计算机上的基本操作系统影响，所以在打包软件时需要将基本根文件系统和依赖软件包一并打包存储。

其中根文件系统，本实施例中统一以CentOS7为基础制作，CentOS7为64 位系统，是红帽企业版的开源版本，在变电站自动化系统中有广泛应用，运行稳定、安全、高效。所有打包的变电站自动化软件共用这一个根文件系统。

依赖软件包是应用软件运行时依赖的第三方库，不同的变电站自动化软件运行时依赖的库不同，所以在打包时根据实际需要分别打包，每一个变电站自动化软件对应一个依赖软件包，不能共用。

配置文件，包含每一个变电站自动化软件运行环境的配置信息，需要配置的内容有网络信息、环境变量等，这些信息在各个应用软件的独立运行环境启动时使用。

最后的变电站自动化软件就是我们要部署的软件，其它部分都是为了快速部署这一部分而设置。

形成软件包之后，需要借助快速部署工具实现软件包的运行工作。

快速部署工具的总体结构如图1所示，采用C/S(客户端/服务端)分布部署结构，主要包含三个部分。

快速部署工具客户端，该客户端负责接收并解析用户命令，按照用户命令向服务端请求数据，并将结果反馈给用户。为方便Linux系统下远程操作，该客户端工具采用命令行模式。

快速部署工具服务端，该服务端是整个工具的核心部分，采用后台运行方式，负责整个工具的管理和守护。它主要包含三个小模块，一是“存储管理模块”，负责管理已经打包好的变电站自动化软件；二是“网络管理模块”，负责变电站自动化软件包运行虚拟环境的网络配置工作；三是“运行管理模块”，负责变电站自动化软件包运行的初始化和运行管理工作。

快速部署工具中间驱动层，本层负责封装基于Linux内核特性的各个驱动功能块，对上为服务端提供各种基本功能，对下直接调用和配置Linux内核。本层主要包括，“namespaces”模块，用于为变电站自动化软件包内的运行进程分配独立的进程ID空间，主要是起到资源隔离的作用；“cgroups”模块，用于为变电站自动化软件包内的运行进程配置系统资源；“apparmor”模块，用于为变电站自动化软件包的运行环境配置安全防火墙；“netlink”模块，用于为变电站自动化软件包的运行环境配置网络参数。

以上模块基于Linux系统运行后，用户通过客户端发出指令、查看结果，服务端负责初始化运行和守护各个电力软件包，驱动层负责封装调用内核功能。各模块协调运作，共同构成了本方案所述的快速部署工具。

虚拟环境的构建和变电站自动化软件包的运行是一个有机整体，虚拟环境是为了软件包进程的运行而准备的，如果没有软件包进程，虚拟环境也没有意义。本实施例中仅为了方便说明而分为两部分描述。

其中虚拟环境的构建是为电力软件包的运行做的前期准备工作，步骤如图3 所示：

a.用户输入启动命令及参数，本步骤中用户输入的参数包括要运行的变电站自动化软件包名称、使用的资源上限、端口映射等。

b.查找需要启动的电力软件包，如果没有找到则退出执行，提示错误信息。

c.加载配置文件及参数，本步骤需要加载的配置文件就是前面“变电站自动化软件的打包方法”中说明的配置文件，参数是用户输入的参数。如果冲突，例如端口映射不同，则以用户输入参数为准。

d.创建新的根文件系统，本步骤中将基于aufs技术，将基本根文件系统、依赖软件库、变电站自动化软件包进行联合挂载，最终只为用户呈现叠加后的目录。

e.配置DNS服务，本步骤的执行用来确保域名解析的正常工作。

f.网络配置与初始化，本步骤中将按照用户要求，将变电站自动化软件运行的虚拟环境设置为桥接模式或主机共享模式。

g.挂载宿主机文件目录，本步骤将宿主机的基础操作系统的某目录挂载到虚拟运行环境中，目的是方便主机资源共享，如果不需要可以省略。

h.设置工作目录及环境变量，将配置文件中保存的当前工作目录和环境变量设置到虚拟运行环境中。

至此变电站自动化软件包在独立的虚拟环境中运行的准备工作完成，下面将进入软件包的运行步骤。

变电站自动化软件包的运行是以Linux下进程的方式启动，在启动过程中使用namespaces和cgroup技术，将进程放入新的命名空间，并为其分配独立的资源，形成一个虚拟的运行环境，从而完成变电站自动化软件包的快速部署运行。分配资源的步骤如下。

a.分配网络资源，为虚拟运行环境创建网络命名空间，并配置独立的网络栈。

b.分配挂载资源，设置虚拟运行环境内部的设备、挂载点和文件系统。

c.设置用户，设置虚拟运行环境内部的用户组和用户。

d.设置环境变量，该设置可以为虚拟环境内运行的电力软件赋予更多的运行参数。

至此，变电站自动化软件包和外围支撑的虚拟运行环境已全部启动，正常运行，用户可以通过客户端与该虚拟环境交互。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种变电站自动化软件的快速部署方法，其特征是：包括以下步骤：

对需要部署的变电站自动化软件进行打包，将其依赖的根文件、配置文件和已有应用软件进行一并存储，形成软件包；

构建所述软件包的运行虚拟环境，为软件包的运行进程配置独立的进程ID空间、系统资源、安全防火墙以及运行环境网络参数；

按照设定的虚拟环境与配置参数，运行所述软件包，完成部署；

在运行软件包之前，构建虚拟环境，具体包括：

接收输入启动命令及参数，查找需要启动的软件包；

加载软件包内的配置文件，加载接收的输入参数；

基于aufs技术创建新的根文件，将根文件、依赖软件和已有的变电站自动化软件包进行联合挂载，呈现挂载后的目录；

配置DNS服务，按照输入启动命令，选择虚拟环境为桥接模式或主机共享模式；

挂载宿主机目录到选择的虚拟模式中，设置工作目录及环境变量，将配置文件中保存的当前工作目录和环境变量设置到虚拟运行环境中。

2.如权利要求1所述的一种变电站自动化软件的快速部署方法，其特征是：需要部署的变电站自动化软件进行打包的过程中，形成的软件包至少包括配置文件、根文件和依赖软件，其中：

所述根文件，为所有待部署的变电站自动化软件所共用；

所述配置文件，包含每一个变电站自动化软件运行环境的配置信息，且所述配置信息在独立运行环境启动时投入使用；

所述依赖软件为每个需要部署的变电站自动化软件运行时需要依赖的第三方库，每个需要部署的变电站自动化软件的依赖软件不同。

3.如权利要求1所述的一种变电站自动化软件的快速部署方法，其特征是：输入参数包括要运行的变电站自动化软件包名称、使用的资源上限和端口映射。

4.如权利要求1所述的一种变电站自动化软件的快速部署方法，其特征是：查找需要启动的软件包时，如果没有找到则退出执行，提示错误信息。

5.如权利要求1所述的一种变电站自动化软件的快速部署方法，其特征是：运行所述软件包时，以Linux下进程的方式启动，在启动过程中使用namespaces和cgroup技术，将进程放入新的命名空间，并为其分配独立的资源，形成一个虚拟的运行环境，从而完成变电站自动化软件包的快速部署运行。

6.如权利要求1所述的一种变电站自动化软件的快速部署方法，其特征是：分配资源的步骤包括：

分配网络资源，为虚拟运行环境创建网络命名空间，并配置独立的网络栈；

分配挂载资源，设置虚拟运行环境内部的设备、挂载点和文件系统；

设置用户，设置虚拟运行环境内部的用户组和用户；

设置环境变量。

7.一种变电站自动化软件的快速部署系统，其特征是：包括：

客户端，接收并解析输入命令，按照输入的命令向服务端请求相应数据，并接收反馈的数据；

服务端，对需要部署的变电站自动化软件进行打包，将其依赖的根文件、配置文件和已有应用软件进行一并存储，形成软件包；

构建所述软件包的运行虚拟环境，为软件包的运行进程配置独立的进程ID空间、系统资源、安全防火墙以及运行环境网络参数；

中间驱动层，调用和配置Linux内核，按照设定的虚拟环境与配置参数，运行所述软件包，完成部署；

在运行软件包之前，构建虚拟环境，具体包括：

接收输入启动命令及参数，查找需要启动的软件包；

加载软件包内的配置文件，加载接收的输入参数；

基于aufs技术创建新的根文件，将根文件、依赖软件和已有的变电站自动化软件包进行联合挂载，呈现挂载后的目录；

配置DNS服务，按照输入启动命令，选择虚拟环境为桥接模式或主机共享模式；

挂载宿主机目录到选择的虚拟模式中，设置工作目录及环境变量，将配置文件中保存的当前工作目录和环境变量设置到虚拟运行环境中。

8.如权利要求7所述的一种变电站自动化软件的快速部署系统，其特征是：所述服务端包括：

存储管理模块，被配置为管理已经打包好的变电站自动化软件；

网络管理模块，被配置为配置软件包运行虚拟环境的网络；

运行管理模块，被配置为进行软件包的初始化和运行管理。

9.如权利要求7所述的一种变电站自动化软件的快速部署系统，其特征是：所述中间驱动层，包括：

Namespaces模块，被配置为隔离资源，为变电站自动化软件包内的运行进程分配独立的进程ID空间；

cgroups模块，被配置为变电站自动化软件包内的运行进程配置系统资源；

apparmor模块，被配置为变电站自动化软件包的运行环境配置安全防火墙；

netlink模块，被配置为变电站自动化软件包的运行环境配置网络参数。

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