CN113556264A - 实时云平台管理监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种实时云平台管理监控系统，包括虚拟机、资源虚拟化层、实时模块和中断卡；实时模块通过对资源虚拟化层和虚拟机操作系统层打上实时内核补丁，提高系统实时性能；中断卡模块接收到外部信号，引发硬件中断，请求系统内核处理事件；中断卡接入物理资源层，透传给虚拟机，与强实时应用配合使用。本发明使用实时补丁，资源虚拟化层和虚拟机操作系统层编译安装实时内核补丁(RT‑Preempt Patch)，降低中断响应时间，提高系统实时性能；使用中断卡，强实时；物理资源层使用中断卡设备，进一步提高系统实时性能，满足强实时应用需求。
Description
技术领域
本发明涉及云平台管理监控的技术领域，具体地，涉及一种实时云平台管理监控系统。
背景技术
目前，随着硬件性能和虚拟化技术的发展，出现了各种基于虚拟化技术(例如VMWare、Kvm、Xen等)的云管理平台，并应用于各种领域，例如人工智能、图像识别、安防监控、智慧交通等。但有一类应用部署到云管理平台时，除了传统的资源分配之外，对资源调度的实时性能也有很高的需求，这一类应用包括自动驾驶、内存数据库等。为了满足这类应用的实时性能需求，出现了一些方法，例如《一种实时虚拟化系统及其执行方法》、《一种基于微控制器平台的整合型虚拟化系统的方法》等。这些方法通过算法改进或者控制器，对云管平台的实时性能有了一定的提升，但不能满足一些强实时应用的需求。针对这种缺陷，结合硬件和软件，提出一种实时云平台管理和监控系统。
公开号为CN110716791A的中国发明申请文件公开了一种实时虚拟化系统及其执行方法，系统包括一个虚拟机监视器，用于对虚拟机提供虚拟化服务；若干连接于所述虚拟机监视器的虚拟机模块，用于支持虚拟化应用程序；处理器，所述虚拟机监视器运行在处理器上以使用实时超调用批量执行算法或跨核超调用异步执行算法；执行方法包括实时超级调用批量执行和实时超级调用跨核异步执行。本文件时虚拟化系统及其执行方法能够提高超级调用的平均效率；能够提高系统的实时性。技术要点比较：1.实时性能低：上述文件提出的方案，通过使用实时超调用批量执行算法或跨核超调用异步执行算法，提高超级调用的平均效率，从而达到提高系统的实时性能的目的，并没有从根本上降低中断响应时间，实时性能低。2.实时性能无法保证：上述文件提出的方案只是通过提升效率来达到实时的目的，不能保证最低的中断响应时间。
公开号为CN110147265A的中国发明申请文件公开了一种基于微控制器平台的整合型虚拟化系统的方法。本文件所述方法允许在单核微控制器上通过中断直接发送到虚拟机的方式实现真正了实时虚拟化，允许在使用虚拟机的同时，使用直接基于底层系统内核的原生应用，以满足高实时应用程序的需求，将高级接口的语义翻译为系统内核的低级接口的语义，允许虚拟机和原生应用程序在运行时动态增减内存，或者使用POSIX标准的接口，降低了应用开发的难度，能够满足高实时性要求的应用场合。技术要点比较：1.通用性差：上述专利提出的方案，通过单核微控制器来实现实时虚拟化，能够满足高实时性要求的应用场合，但对于实时性能需求一般的应用，采用该方案，成本过高，通用性较差。2.功能单一：上述专利提出的方案只提出了整合型虚拟化系统，功能单一。
针对上述中的现有技术，发明人认为上述方法实时性能较低，无法保证系统的实时性能和通用性能。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种实时云平台管理监控系统。
根据本发明提供的一种实时云平台管理监控系统，包括虚拟机、资源虚拟化层、实时模块；所述实时模块通过对资源虚拟化层和虚拟机操作系统层打上实时内核补丁。
优选的，还包括中断卡，所述中断卡接收到外部信号，引发硬件中断，请求系统内核处理事件；所述中断卡接入物理资源层，透传给虚拟机，与强实时应用配合使用。
优选的，所述实时模块包括：通过使用rtmutex重新实现自旋锁内核原语的可抢占操作、为内核中的自旋锁和信号量实现优先级继承策略、将中断处理程序转换成可抢占的内核线程或者提高用户空间POSIX定时器精度，实时内核补丁将Linux内核转变成完全可抢占的内核。
优选的，还包括虚拟数据中心模块，所述虚拟数据中心模块对云平台的计算资源和存储资源进行统一管理，接受外部用户输入命令，将用户输入命令转化为对应的平台命令，发送给对应平台虚拟化系统，并将底层虚拟化系统反馈的信息转化后统一集中显示。
优选的，还包括监控模块，所述监控模块将各平台的监控信息统一显示并归档，接受物理主机、虚拟机和交换机内部监控代理端发送过来的监控信息，存储到数据库，同时做归类和图片化显示处理，并将告警信号传递给网络中心模块。
优选的，还包括网络中心模块，所述网络中心模块显示各平台的网络拓扑，并动态显示网络链接状况，接受监控模块传递过来的告警信号，动态显示平台网络链接状况。
优选的，还包括账户模块，所述账户模块对系统用户进行管理，并按照普通用户和管理用户，授予不同的操作权限。
优选的，所述虚拟数据中心模块包括物理主机模块，物理主机模块显示物理主机信息，并对物理主机进行管理，接受用户输入命令，将用户命令转化为对应虚拟化系统的命令，发送给虚拟化系统，接受虚拟化系统反馈的信息，进行显示。
优选的，所述虚拟数据中心模块还包括云主机模块，云主机模块显示虚拟机信息，并对虚拟机进行管理，接受用户输入命令，包括虚拟机创建删除、虚拟机开关机、迁移和快照创建删除，将用户命令转化为对应虚拟化系统的命令，发送给虚拟化系统，接受虚拟化系统反馈的信息，进行显示。
优选的，所述虚拟数据中心模块还包括云存储模块，所述云储存模块显示虚拟机硬盘信息，并对虚拟机硬盘进行管理，接受用户输入命令，包括虚拟机硬盘创建、删除和挂载，将用户命令转化为对应虚拟化系统的命令，发送给虚拟化系统，接受虚拟化系统反馈的信息，进行显示。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
针对上述现有技术中的缺陷，本发明要解决的技术问题体现在以下几点：
1、本发明使用实时补丁，资源虚拟化层和虚拟机操作系统层编译安装实时内核补丁(RT-Preempt Patch)，降低中断响应时间，提高系统实时性能；
2、本发明使用中断卡，强实时；物理资源层使用中断卡设备，进一步提高系统实时性能，满足强实时应用需求；
3、本发明满足不同实时应用的需求，软件(实时补丁)和硬件(终端卡)相结合，软件提升系统整体实时性能，满足一般应用的实时需求，硬件保证强实时应用的需求。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为一种实时云平台管理和监控系统架构图；
图2为虚拟数据中心模块流程图；
图3为监控模块流程图；
图4为用户查询监控流程图；
图5为网络中心模块拓扑图；
图6为虚拟数据中心模块云主机子模块图；
图7为虚拟数据中心模块云存储子模块图；
图8为虚拟数据中心模块快照子模块图；
图9为虚拟数据中心模块模板子模块图；
图10为监控模块主机状态子模块图；
图11为监控模块监控告警子模块图；
图12为监控模块操作日志子模块图；
图13为账户模块图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明实施例公开了一种实时云平台管理监控系统，本发明使用三台服务器和一台共享存储构建云平台，服务器采用VMWare虚拟化操作系统，本发明提出的一种云平台管理和监控系统部署在虚拟机上。系统各模块功能展示如下。如图1所示，本系统包括如下模块：包括虚拟机、资源虚拟化层、实时模块和中断卡。实时模块通过对资源虚拟化层和虚拟机操作系统层打上实时内核补丁，提高系统实时性能。实时模块包括：通过使用rtmutex重新实现自旋锁内核原语的可抢占操作、为内核中的自旋锁和信号量实现优先级继承策略、将中断处理程序转换成可抢占的内核线程或者提高用户空间POSIX定时器精度，实时内核补丁将Linux内核转变成完全可抢占的内核，从而提高系统实时性能。
本发明通过对资源虚拟化层和虚拟机操作系统层打上实时内核补丁(RT-PreemptPatch)，提高系统实时性能。通常Linux环境下，如果内核代码正在执行时有高优先级事件产生，该高优先级线程不能抢占正在执行中的内核代码，只能等到内核代码明确地交出控制权才能得到执行，更糟糕的情况下，这个延迟会达到上百毫秒或者更大，实时性能非常低。为了解决这样的问题，实时内核补丁通过以下手段将Linux内核转变成一个完全可抢占的内核，从而提高系统实时性能：1、使用rtmutex重新实现自旋锁内核原语的可抢占操作；2、为内核中的自旋锁和信号量实现优先级继承策略；3、将中断处理程序转换成可抢占的内核线程；4、提高用户空间POSIX定时器精度。
中断卡模块接收到外部信号，引发硬件中断，请求系统内核处理事件；中断卡接入物理资源层，透传给虚拟机，与强实时应用配合使用。中断卡，一种PCIE设备，该设备接收到外部信号，引发硬件中断，请求系统内核处理事件。中断卡接入物理资源层，透传给虚拟机，与强实时应用配合使用。
该系统还包括虚拟数据中心模块，虚拟数据中心模块对云平台的计算资源和存储资源进行统一管理，接受外部用户输入命令，将用户输入命令转化为对应的平台命令，发送给对应平台虚拟化系统，并将底层虚拟化系统反馈的信息转化后统一集中显示。虚拟数据中心模块，对云平台的计算资源、存储资源等进行统一管理，接受外部用户输入命令，将用户输入命令转化为对应的平台命令，发送给对应平台虚拟化系统，并将底层虚拟化系统反馈的信息转化后统一集中显示。
该系统还包括监控模块，所述监控模块将各平台的监控信息统一显示并归档，接受物理主机、虚拟机和交换机内部监控代理端发送过来的监控信息，存储到数据库，同时做归类和图片化显示处理，并将告警信号传递给网络中心模块。监控模块，将各平台的监控信息统一显示并归档。接受物理主机、虚拟机、交换机等内部监控代理端发送过来的监控信息，存储到数据库，同时做归类、图片化显示等处理，并将告警信息传递给网络中心模块。
该系统还包括网络中心模块，所述网络中心模块显示各平台的网络拓扑，并动态显示网络链接状况，接受监控模块传递过来的告警信号，动态显示平台网络链接状况。网络中心模块，显示各平台的网络拓扑，并动态显示网络链接状况。接受监控告警模块传递过来的信号，动态显示平台网络链接状况。
该系统还包括账户模块，账户模块对系统用户进行管理，并按照普通用户和管理用户，授予不同的操作权限。
虚拟数据中心模块包括如下模块：物理主机模块显示物理主机信息，并对物理主机进行管理，接受用户输入命令，将用户命令转化为对应虚拟化系统的命令，发送给虚拟化系统，接受虚拟化系统反馈的信息，进行显示。
云主机模块：显示虚拟机信息，并对虚拟机进行管理，接受用户输入命令，包括虚拟机创建删除、虚拟机开关机、迁移和快照创建删除，将用户命令转化为对应虚拟化系统的命令，发送给虚拟化系统，接受虚拟化系统反馈的信息，进行显示。云主机模块，显示虚拟机信息，并对虚拟机进行管理。接受用户输入命令，包括虚拟机创建删除、虚拟机开关机、迁移、快照创建删除等，将用户命令转化为对应虚拟化系统的命令，发送给虚拟化系统。接受虚拟化系统反馈的信息，进行显示。
云存储模块：显示虚拟机硬盘信息，并对虚拟机硬盘进行管理，接受用户输入命令，包括虚拟机硬盘创建、删除和挂载，将用户命令转化为对应虚拟化系统的命令，发送给虚拟化系统，接受虚拟化系统反馈的信息，进行显示。云存储模块，显示虚拟机硬盘信息，并对虚拟机硬盘进行管理。接受用户输入命令，包括虚拟机硬盘创建、删除、挂载等，将用户命令转化为对应虚拟化系统的命令，发送给虚拟化系统。接受虚拟化系统反馈的信息，进行显示。
快照模块：显示虚拟机快照信息，并对虚拟机快照进行管理，接受用户输入命令，包括虚拟机快照创建、删除和恢复，将用户命令转化为对应虚拟化系统的命令，发送给虚拟化系统，接受虚拟化系统反馈的信息，进行显示。快照模块，显示虚拟机快照信息，并对虚拟机快照进行管理。接受用户输入命令，包括虚拟机快照创建、删除、恢复等，将用户命令转化为对应虚拟化系统的命令，发送给虚拟化系统。接受虚拟化系统反馈的信息，进行显示。
镜像模板模块，显示云平台镜像模板，并对云平台镜像模板进行管理。接受用户输入命令，包括镜像模板创建、删除、下载等，将用户命令转化为对应虚拟化系统的命令，发送给虚拟化系统。接受虚拟化系统反馈的信息，进行显示。
其中监控模块包括以下模块：主机状态模块，显示系统物理主机、虚拟机等设备的状态信息。接受用户命令(时间段)，发送查询命令给物理主机等物理设备，接受反馈信息并动态显示，接受虚拟机内部代理发送的信息，并动态显示。
操作日志模块，显示用户所有操作信息，并保存到数据库。
监控报警模块，收集系统所有的告警信息，显示并保存到数据库。
如图2所示，用户通过系统底层输入命令，或者点击系统管理网页按钮并输入相应信息，请求系统资源。系统首先验证用户权限，若验证失败，拒绝执行；若验证通过，执行命令。若执行命令失败(例如资源不足)，返回结果给用户；如果执行成功，返回结果给用户，并写入数据库。
如图3所示，监控代理定时发送监控信息给监控模块，若监控模块收到监控信息，将监控信息写入数据库。若监控模块未收到监控信息，系统发出链接告警，并把告警信息写入数据库。网络中心模块收到链接告警，更系统新链接状态。
如图4所示，用户请求查看监控信息，系统验证用户权限，验证失败，拒绝请求；验证通过，用户输入日期，并验证日期输入是否合法，输入合法，系统查询数据库监控信息，返回给用户。
如图5所示，网络中心拓扑图主要包括系统的存储服务器、交换机、服务器以及虚拟机。
如图6所示，虚拟数据中心模块云主机子模块主要包括虚拟机状态、云存储、控制台、开关机、重启、创建删除、快照、迁移和修改配置等功能。
如图7所示，虚拟数据中心模块云存储子模块主要包括存储状态、挂载、创建删除、快照、迁移和扩展等功能。
如图8所示，虚拟数据中心模块快照子模块主要包括快照状态、创建、删除、恢复和创建虚拟机等功能。
如图9所示，虚拟数据中心模块模板子模块主要包括模板状态、创建、删除、创建虚拟机、修改和导入导出等功能。
如图10所示，监控模块主机状态子模块主要包括CPU状态、网络状态、内存状态和硬盘状态等功能。
如图11所示，监控模块监控告警子模块主要包括告警分类和故障告警等功能。
如图12所示，监控模块操作日志子模块主要包括系统登陆和功能操作等功能。
如图13所示，账户模块主要包括账户的创建、删除、修改密码和修改权限等功能。
本发明提出的方案使用实时补丁，降低中断响应时间，实时性能高。本发明提出的方案使用中断卡，可以保证最低的中断响应时间，保证系统实时性能。实时模块和中断卡相互独立，两者分别满足不同应用的实时性能需求，实时模块满足一般应用的需求，中断卡模块满足强实时应用的需求，整个系统集成了两者，如此能够满足大部分应用的实时需求。本发明提出的方案结合软件和硬件，即可满足一般应用的实时需求，也可以满足强实时应用的需求，通用性高。本发明提出方案既有实时虚拟化，还有监控模块和账户模块等模块，功能多，满足用户的不同功能需求。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种实时云平台管理监控系统，其特征在于，包括虚拟机、资源虚拟化层、实时模块；所述实时模块通过对资源虚拟化层和虚拟机操作系统层打上实时内核补丁。
2.根据权利要求1所述的实时云平台管理监控系统，其特征在于，还包括中断卡，所述中断卡接收到外部信号，引发硬件中断，请求系统内核处理事件；所述中断卡接入物理资源层，透传给虚拟机，与强实时应用配合使用。
3.根据权利要求1所述的实时云平台管理监控系统，其特征在于，所述实时模块包括：通过使用rtmutex重新实现自旋锁内核原语的可抢占操作、为内核中的自旋锁和信号量实现优先级继承策略、将中断处理程序转换成可抢占的内核线程或者提高用户空间POSIX定时器精度，实时内核补丁将Linux内核转变成完全可抢占的内核。
4.根据权利要求1所述的实时云平台管理监控系统，其特征在于，还包括虚拟数据中心模块，所述虚拟数据中心模块对云平台的计算资源和存储资源进行统一管理，接受外部用户输入命令，将用户输入命令转化为对应的平台命令，发送给对应平台虚拟化系统，并将底层虚拟化系统反馈的信息转化后统一集中显示。
5.根据权利要求1所述的实时云平台管理监控系统，其特征在于，还包括监控模块，所述监控模块将各平台的监控信息统一显示并归档，接受物理主机、虚拟机和交换机内部监控代理端发送过来的监控信息，存储到数据库，同时做归类和图片化显示处理，并将告警信号传递给网络中心模块。
6.根据权利要求1所述的实时云平台管理监控系统，其特征在于，还包括网络中心模块，所述网络中心模块显示各平台的网络拓扑，并动态显示网络链接状况，接受监控模块传递过来的告警信号，动态显示平台网络链接状况。
7.根据权利要求1所述的实时云平台管理监控系统，其特征在于，还包括账户模块，所述账户模块对系统用户进行管理，并按照普通用户和管理用户，授予不同的操作权限。
8.根据权利要求1所述的实时云平台管理监控系统，其特征在于，所述虚拟数据中心模块包括物理主机模块，物理主机模块显示物理主机信息，并对物理主机进行管理，接受用户输入命令，将用户命令转化为对应虚拟化系统的命令，发送给虚拟化系统，接受虚拟化系统反馈的信息，进行显示。
9.根据权利要求1所述的实时云平台管理监控系统，其特征在于，所述虚拟数据中心模块还包括云主机模块，云主机模块显示虚拟机信息，并对虚拟机进行管理，接受用户输入命令，包括虚拟机创建删除、虚拟机开关机、迁移和快照创建删除，将用户命令转化为对应虚拟化系统的命令，发送给虚拟化系统，接受虚拟化系统反馈的信息，进行显示。
10.根据权利要求1所述的实时云平台管理监控系统，其特征在于，所述虚拟数据中心模块还包括云存储模块，所述云储存模块显示虚拟机硬盘信息，并对虚拟机硬盘进行管理，接受用户输入命令，包括虚拟机硬盘创建、删除和挂载，将用户命令转化为对应虚拟化系统的命令，发送给虚拟化系统，接受虚拟化系统反馈的信息，进行显示。
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