CN109218400A - 一种基于虚拟化和分布式架构实现的pis中心子系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于虚拟化和分布式架构实现的PIS中心子系统，包含：硬件层：采用通用的中低端服务器作为硬件设备，放弃专用的存储设备，如SAN和NAS。多台服务器之间使用两台IP交换机互联，形成服务器硬件集群，支撑上层的虚拟机集群、更上一层的分布式文件系统、分布式数据以及最高一层的PIS业务模块集群；本发明方案中心子系统的各个部件都跑在虚拟机上，无论是作为中间件的分布式文件系统和分布式数据库，还是具体的各个PIS业务模块，都运行于虚拟机上。分布式文件系统和分布式数据库通过自身的分布式架构实现了数据冗余保护，PIS的各个业务模块通过在两两成对的虚拟机上部署实现了全冗余保护。

Description

一种基于虚拟化和分布式架构实现的PIS中心子系统
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，具体是一种基于虚拟化和分布式架构实现的PIS中心子系统。
背景技术
在城市轨交行业中，乘客信息系统(PIS)是信息化建设的必要部分，它一般由中心子系统、车站子系统、车载子系统和网络子系统等组成。中心子系统通过网络技术将列车信息、直播视频流、广告信息等推送到车站的播放控制器，由播放控制器根据当前播表的定义对收到的内容进行解释并在显示屏上显示相应的内容。
PIS中心子系统的可靠运行对于PIS整个系统的稳定性至关重要，关键部件采取了服务器双机方式运行，同时选用高可靠性的专业硬件设备(如SAN、NAS)。
PIS中心子系统传统方案下的设计如下：关键的管理服务器采用了双机配置，两台服务器共享一套专用的磁盘阵列设备(SAN)，服务器和磁盘阵列之间配置专用的FC交换机；其他重要性相对弱一些的服务器采取单机配置，比如流媒体服务器、媒体资产服务器等，在发生异常的情况下对应的功能会发生故障；媒体文件的存储一般使用专用的NAS设备。
现有的PIS中心子系统方案本质都是基于专属硬件的方案，存在两方面的限制：
1)非全冗余保护：受限于硬件成本，在工程实践中无法对所有部件进行冗余保护，只有最关键的管理服务器进行双机保护，其他诸如流媒体服务器、媒体资产服务器都单机运行，存在单点故障点；
2)系统扩展性弱：系统基于传统的硬件扩展模式设计，相应地软件设计也是性能不足就改配置更强的服务器，更大容量的SAN和NAS，但很难对既有设备进行利旧。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于虚拟化和分布式架构实现的PIS中心子系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于虚拟化和分布式架构实现的PIS中心子系统，包含：
硬件层：采用通用的中低端服务器作为硬件设备，放弃专用的存储设备，如SAN和NAS。多台服务器之间使用两台IP交换机互联，形成服务器硬件集群，支撑上层的虚拟机集群、更上一层的分布式文件系统、分布式数据以及最高一层的PIS业务模块集群；
虚拟化层：基于物理服务器部署KVM引擎、虚拟机集群，操作系统使用常见的CentOS。可根据上层系统对资源的的需求灵活地分配所需要的虚拟机资源；
中间件层：选择若干分散在不同物理服务器上的虚拟机，在此在此基础上部署分布式文件系统和分布式数据库，支撑上层业务应用的运行，其中分布式文件系统(如HDFS)用于存放大容量的非结构化数据，如音视频文件，可支持系统性能与空间的平滑扩展；分布式数据库(如GreenPlum)用于存放大容量的结构化数据，支持系统性能与空间的平滑扩展，所述结构化数据指配置数据、告警和日志等数据；
业务层：PIS中心子系统在应用层全面进行了重构，它由若干个松耦合的业务模块组成，每个模块相对轻载，资源需求有限，各个模块之间之间通过消息中心互联，性能不足时可以叠加更多的模块实例，从而保证系统扩展手段非常灵活。
作为本发明的进一步技术方案，虚拟化方案还可以采取基于容器(如Docker)的虚拟化技术，或者基于更新一代的虚拟化技术，如Unikernel。
作为本发明的进一步技术方案，服务器之间的网络还可以采用IB(Infiniband)网络技术。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明方案中心子系统的各个部件都跑在虚拟机上，无论是作为中间件的分布式文件系统和分布式数据库，还是具体的各个PIS业务模块，都运行于虚拟机上。分布式文件系统和分布式数据库通过自身的分布式架构实现了数据冗余保护，PIS的各个业务模块通过在两两成对的虚拟机上部署实现了全冗余保护。本发明方案中硬件形态统一，均为中低端服务器，不需要高端服务器，也不采用专业的存储设备(如SAN或者NAS)。系统需要扩容时只是增加服务器，部署更多的虚拟机，在虚拟机基础上增加分布式文件系统/分布式数据库/PIS分布式业务模块的节点即可；方案天然就是利旧的。
附图说明
图1为本发明的原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，实施例1，一种基于虚拟化和分布式架构实现的PIS中心子系统，包括以下多个数据层，
硬件层：采用通用的中低端服务器作为硬件设备，放弃专用的存储设备，如SAN和NAS。多台服务器之间使用两台IP交换机互联，形成服务器硬件集群，支撑上层的虚拟机集群、更上一层的分布式文件系统、分布式数据以及最高一层的PIS业务模块集群；
虚拟化层：基于物理服务器部署KVM引擎、虚拟机集群，操作系统使用常见的CentOS。可根据上层系统对资源的的需求灵活地分配所需要的虚拟机资源，包括CPU、内存、硬盘等；
中间件层：选择若干分散在不同物理服务器上的虚拟机，在此在此基础上部署分布式文件系统和分布式数据库，支撑上层业务应用的运行。其中分布式文件系统(如HDFS)用于存放大容量的非结构化数据，如音视频文件，可支持系统性能与空间的平滑扩展；分布式数据库(如GreenPlum)取代传统OLTP数据库，用于存放大容量的结构化数据，如配置数据、告警和日志等，可支持系统性能与空间的平滑扩展；
业务层：PIS中心子系统在应用层全面进行了重构，它由若干个松耦合的业务模块组成，每个模块相对轻载，资源需求有限，各个模块之间之间通过消息中心互联。性能不足时可以叠加更多的模块实例，从而保证系统扩展手段非常灵活。
实施例2：在实施例1的基础上，本发明的虚拟化技术不限于虚拟机，也包括容器(如Docker)、Unikernel等其他技术。
实施例3：在实施例1的基础上，本发明的服务器间网络互联技术不限于IP交换机，也包括Infiniband网络等其他技术。
本发明基于计算虚拟化以及分布式架构，重构了PIS中心子系统，它給PS带来了以下结果：
全冗余高可靠：基于物理服务器生成虚拟机，在此基础上部署分布式文件系统、分布式数据库以及PIS的业务模块。分布式文件系统、分布式数据利用自有的数据冗余实现了高可靠；业务模块PIS的各个业务模块通过在两两成对的虚拟机上部署实现了全冗余保护；
平滑扩容能力：分布式文件系统和分布式数据库支持平滑扩容，系统性能和容量成线性扩展关系；PIS业务模块支持基于消息中心互联的分布式架构，性能不足时可以叠加更多的后台服务实例，从而保证系统扩展手段非常灵活；
PIS产品支持虚拟化环境运行，从根本上是支持了一种新的IT建设模式，即云平台的建设模式。通过这种模式可以大幅度地提升IT资源的利用率和运营管理的效率。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种基于虚拟化和分布式架构实现的PIS中心子系统，其特征在于，包括：
硬件层：采用通用的中低端服务器作为硬件设备，放弃专用的存储设备，如SAN和NAS。多台服务器之间使用两台IP交换机互联，形成服务器硬件集群，支撑上层的虚拟机集群、更上一层的分布式文件系统、分布式数据以及最高一层的PIS业务模块集群；
虚拟化层：基于物理服务器部署KVM引擎、虚拟机集群，操作系统使用常见的CentOS。可根据上层系统对资源的的需求灵活地分配所需要的虚拟机资源；
中间件层：选择若干分散在不同物理服务器上的虚拟机，在此在此基础上部署分布式文件系统和分布式数据库，支撑上层业务应用的运行，其中分布式文件系统(如HDFS)用于存放大容量的非结构化数据，如音视频文件，可支持系统性能与空间的平滑扩展；分布式数据库用于存放大容量的结构化数据，支持系统性能与空间的平滑扩展；
业务层：PIS中心子系统在应用层全面进行了重构，它由若干个松耦合的业务模块组成，每个模块相对轻载，资源需求有限，各个模块之间之间通过消息中心互联，性能不足时可以叠加更多的模块实例，从而保证系统扩展手段非常灵活。
2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟化和分布式架构实现的PIS中心子系统，其特征在于，其运行的环境是基于虚拟机的虚拟化环境，并不直接面对物理机。
3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟化和分布式架构实现的PIS中心子系统，其特征在于，使用分布式文件系统、分布式数据库软件技术取代了传统的专业存储设备和OLTP数据库。
4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟化和分布式架构实现的PIS中心子系统，其特征在于，业务层采用了分布式架构，各业务模块轻载运行，实现与虚拟化环境的良好匹配。
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