CN115695180B - 一种私有云平台及其搭建和管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种私有云平台及其搭建和管理方法。本发明通过采用确定待搭建的私有云平台的云主机个数的搭建手段，以在降低加速器控制系统的硬件成本的同时，提高系统计算能力和设备控制的稳定性。并且，在对私有云平台进行管理的过程中，通过使用私有云平台技术替换掉传统的控制系统中的硬件方案，也能在达到降低加速器控制系统的硬件成本的同时，提高系统计算能力和设备控制的稳定性，进而实现降低开发人员开发和移植控制系统难度的目的。

Description

一种私有云平台及其搭建和管理方法

技术领域

本发明涉及云平台技术领域，特别是涉及一种私有云平台及其搭建和管理方法。

背景技术

“云计算”是基于分布式计算、并行处理、网格计算发展而来的，是一种新兴的计算模式。它主要利用网络“云平台”将复杂的计算程序分解成许多个小程序，然后，这些小程序再由多部服务器组成的庞大系统进行处理和分析，得到最终的运行结果后发送给终端用户。云计算与传统的网络计算模式相比，具有虚拟化技术成熟、动态可扩展性较高、灵活性较高、可靠性较高、性价比较高等优点，并且它还可以按需进行资源共享和部署，这些优势和特点大大提高了其应用价值。“私有云”是单位内部自己搭建，提供给内部人员使用的“云计算”服务，由于“私有云”是单位内部自己搭建，因而可提供对数据、安全性和服务质量的最有效控制。

加速器是一种使带电粒子增加速度(动能)的装置。加速器可用于原子核实验、放射性医学、放射性化学、放射性同位素的制造、非破坏性探伤等。它在人类的科学研究和生活中发挥了越来越重要的作用。加速器的控制系统类比于加速器的神经网络，中央控制则是大脑中枢，其功能与性能对装置整体运行的可靠性、稳定性和效率性有决定性影响。在大型加速器装置中设备可达到数百甚至数千台，被控信号的数量则多达上万个，因此对自动化控制系统提出了很高的要求。传统的控制系统硬件计算设备主要包括：VME机箱、PXI机箱或者PC机等，由于计算能力和被控设备接口不统一的问题，通常一台硬件计算设备会控制一个或少量设备的运行，并且多数情况下需要就近放置在被控设备的周围。这样硬件计算设备需求量较大，进而出现成本较高的问题，和开发、移植难度大的问题。并且因受到现场电磁场环境的较大干扰，也会使得设备的运行稳定性受到影响。

综上所述，如何解决传统加速器控制系统中遇到的上述问题对推动加速器的更广泛应用显得尤为重要。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种应用于加速器控制系统的、能够实现统一接口的私有云平台及其搭建和管理方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种私有云平台的搭建方法，包括：

根据加速器控制系统的控制区域或控制功能划分子系统；

统计各子系统中所包含的控制数目；所述控制数目为用于设备的输入输出控制所需要的变量数目；

根据所述控制数目确定云主机的个数，作为第一主机个数；

统计各子系统中所包含的存储数目；所述存储数目为用于设备进行数据存储所需要的变量数目；

根据所述存储数目确定云主机的个数，作为第二主机个数；

基于待搭建的私有云平台的期望功能确定待搭建的私有云平台中应用程序所需的程序数目；

确定可视化人机交互界面的数目；

创建p+c+d+e个云主机作为待搭建的私有云平台的云主机；其中，p为第一主机个数，c为第二主机个数，d为待搭建的私有云平台中应用程序所需的程序数目，e为可视化人机交互界面的数目；

为所述待搭建的私有云平台的云主机配置管理节点；

在所述待搭建的私有云平台的云主机上运行控制程序，并在加速器控制系统正常运行的情况下，终端用户通过所述管理节点查看每台待搭建的私有云平台的云主机的利用率；所述利用率包括：CPU利用率、运行内存利用率、磁盘空间利用率和网卡利用率；

基于每台待搭建的私有云平台的云主机的利用率确定是否更新待搭建的私有云平台的云主机的配置资源。

优选地，根据所述控制数目确定云主机的个数，作为第一主机个数，具体包括：

根据所述控制数目确定每一子系统中云主机的个数；

根据每一子系统中云主机的个数确定所述第一主机个数；所述第一主机个数为所有子系统中云主机个数的总和。

优选地，所述根据所述控制数目确定每一子系统中云主机的个数，具体包括：

每一子系统中每i个控制数目对应配置一个云主机。

优选地，根据所述存储数目确定云主机的个数，作为第二主机个数，具体包括：

根据所述存储数目确定每一子系统中云主机的个数；

根据每一子系统中云主机的个数确定所述第二主机个数；所述第二主机个数为所有子系统中云主机个数的总和。

优选地，所述根据所述存储数目确定每一子系统中云主机的个数，具体包括：

每一子系统中每j个存储数目对应配置一个云主机。

优选地，所述待搭建的私有云平台的云主机的初始配置资源为：4核CPU、8G运行内存、500G磁盘空间和2个网卡，操作系统为Windows系统或linux系统。

优选地，所述基于每台待搭建的私有云平台的云主机的利用率确定是否更新待搭建的私有云平台的云主机的配置资源，具体包括：

当待搭建的私有云平台的云主机的利用率大于等于预设利用率时，更新待搭建的私有云平台的云主机的配置资源；

当待搭建的私有云平台的云主机的利用率小于预设利用率时，不更新待搭建的私有云平台的云主机的配置资源。

一种私有云平台，采用上述提供的私有云平台的搭建方法搭建而成；所述私有云平台包括：

可视化人机交互界面系统，用于实现可视化功能；所述可视化功能包括：进行设备监视和控制、数据查看和数据管理；

数据存储系统，用于存储数据；

应用程序系统，用于存储应用程序；所述应用程序的功能包括：状态机、报警管理服务、电子日志管理服务、文本数据PV转换功能和权限管理；

输入输出信号控制系统，用于对接入的设备进行信号输入和信号输出控制。

一种私有云平台的管理方法，应用于上述搭建的私有云平台；所述管理方法包括：

根据加速器控制系统的控制区域或控制功能划分子系统，并将子系统分为自带控制器设备和非自带控制器设备；

基于所述自带控制器设备和所述非自带控制器设备的通信接口类型，采用不同的网络接入方法完成所述子系统和所述私有云平台间的通信后，终端用户通过管理节点对所述私有云平台进行管理操作；所述管理操作包括：数据迁移和备份操作、安全防护操作以及用户管理操作。

优选地，基于所述自带控制器设备和所述非自带控制器设备的通信接口类型，采用不同的网络接入方法完成所述子系统和所述私有云平台间的通信过程包括：

判断所述自带控制器设备中的通信接口是否是网口，得到第一判断结果；

当所述第一判断结果为自带控制器设备中的通信接口是网口时，通过采用网络交换机将所述自带控制器设备接入私有云平台的局域网中；

当所述第一判断结果为自带控制器设备中的通信接口不是网口时，判断当前通信接口是否能够转换为网口，得到第二判断结果；

当所述第二判断结果为当前通信接口能转换为网口时，采用电子设备将所述自带控制器设备中的通信接口转换为网口后接入私有云平台的局域网；

当所述第二判断结果为当前通信接口不能转换为网口时，则采用控制系统硬件计算设备进行信号输入输出控制，然后接入到私有云平台的局域网中；

判断所述非自带控制器设备中的通信接口是否能够转换为网口，得到第三判断结果；

当所述第三判断结果为非自带控制器设备中的通信接口能转换为网口时，采用电子设备将所述自带控制器设备中的通信接口转换为网口后接入私有云平台的局域网；

当所述第三判断结果为非自带控制器设备中的通信接口不能转换为网口时，则采用控制系统硬件计算设备进行信号输入输出控制，然后接入到私有云平台的局域网中。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的私有云平台及其搭建和管理方法，通过采用确定待搭建的私有云平台的云主机个数的搭建手段，以在降低加速器控制系统的硬件成本的同时，提高系统计算能力和设备控制的稳定性。并且，在对私有云平台进行管理的过程中，通过使用私有云平台技术替换掉传统的控制系统中的硬件方案，也能在达到降低加速器控制系统的硬件成本的同时，提高系统计算能力和设备控制的稳定性，进而实现降低开发人员开发和移植控制系统难度的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的私有云平台搭建方法流程图；

图2为本发明提供的私有云平台的结构示意图；

图3为本发明提供的私有云平台管理方法流程图；

图4为本发明提供的私有云平台管理方法的实施架构图；

图5为本发明实施例提供的管理节点的结构示意图。

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。

本发明的目的是提供一种应用于加速器控制系统的、能够实现统一接口的私有云平台及其搭建和管理方法，以达到降低加速器控制系统的硬件成本、提高系统计算能力、提高设备控制的稳定性、降低开发人员开发和移植控制系统难度的目的。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供了一种私有云平台的搭建方法，如图1所示，包括：

步骤100：根据加速器控制系统的控制区域或控制功能划分子系统。例如，子系统1、子系统2、子系统3等。如：对于激光加速器控制系统，可以划分为激光子系统、光路传输子系统、靶场子系统、束线子系统、安全联锁子系统等。每个子系统可以按照自带控制器的设备和非自带控制器的设备定义对设备进行再次分类。

步骤101：统计各子系统中所包含的控制数目。控制数目为用于设备的输入输出控制所需要的变量数目。

步骤102：根据控制数目确定云主机的个数，作为第一主机个数。具体的：

根据控制数目确定每一子系统中云主机的个数。其中，每一子系统中每i个控制数目对应配置一个云主机。例如，i＝300，当0<n≤300时，m＝1。当300<n≤600时，m＝2，当600<n≤900时，m＝3等等以此类推。n为各子系统所包含的用于设备的输入输出控制所需的变量的数目，m为根据每个子系统中n值分配的云主机的个数。

根据每一子系统中云主机的个数确定第一主机个数。第一主机个数为所有子系统中云主机个数的总和，记为p。

步骤103：统计各子系统中所包含的存储数目。存储数目为用于设备进行数据存储所需要的变量数目。

步骤104：根据存储数目确定云主机的个数，作为第二主机个数。具体的：

根据存储数目确定每一子系统中云主机的个数。其中，每一子系统中每j个存储数目对应配置一个云主机。例如，j＝600，当0<a≤600时，b＝1。当600<a≤1200时，b＝2，当1200<a≤1800时，b＝3等等以此类推。a为所有子系统所包含的用于数据存储所需的变量的数目，b为根据子系统中a值分配的云主机的个数。

根据每一子系统中云主机的个数确定第二主机个数。第二主机个数为所有子系统中云主机个数的总和，记为c。

步骤105：基于待搭建的私有云平台的期望功能确定待搭建的私有云平台中应用程序所需的程序数目。

步骤106：确定可视化人机交互界面的数目。

步骤107：创建p+c+d+e个云主机作为待搭建的私有云平台的云主机。其中，p为第一主机个数，c为第二主机个数，d为待搭建的私有云平台中应用程序所需的程序数目，e为可视化人机交互界面的数目。如应用程序包含：状态机、报警管理服务、电子日志管理服务、文本数据PV转换功能、权限管理，则d＝5。如：为每个子系统分配一个可视化人机交互界面，此时e＝p。

步骤108：为待搭建的私有云平台的云主机配置管理节点。

步骤109：在待搭建的私有云平台的云主机上运行控制程序，并在加速器控制系统正常运行的情况下，终端用户通过管理节点查看每台待搭建的私有云平台的云主机的利用率。利用率包括：CPU利用率、运行内存利用率、磁盘空间利用率和网卡利用率。

步骤110：基于每台待搭建的私有云平台的云主机的利用率确定是否更新待搭建的私有云平台的云主机的配置资源。例如，待搭建的私有云平台的云主机的初始配置资源为：4核CPU、8G运行内存、500G磁盘空间和2个网卡，操作系统为Windows系统或linux系统。

具体的，当待搭建的私有云平台的云主机的利用率大于等于预设利用率时，更新待搭建的私有云平台的云主机的配置资源。

当待搭建的私有云平台的云主机的利用率小于预设利用率时，不更新待搭建的私有云平台的云主机的配置资源。

基于上述提供的搭建方法搭建得到的私有云平台如图2所示，包括：可视化人机交互界面系统、数据存储系统、应用程序系统和输入输出信号控制系统。

可视化人机交互界面系统是实现设备监视和控制、数据查看、数据管理功能的上层操作界面，用于实现可视化功能。可视化功能包括：进行设备监视和控制、数据查看和数据管理。

数据存储系统用于存储数据。

应用程序系统用于存储应用程序，包括了对数据的处理、数据的逻辑运算功能。应用程序的功能包括：状态机、报警管理服务、电子日志管理服务、文本数据PV转换功能和权限管理。

输入输出信号控制系统用于对接入的设备进行信号输入和信号输出控制，主要实现私有云平台和各个子系统的设备之间的通信。

基于上述搭建好的私有云平台，本发明还提供了一种私有云平台的管理方法，如图3所示，该管理方法包括：

步骤300：根据加速器控制系统的控制区域或控制功能划分子系统，并将子系统分为自带控制器设备和非自带控制器设备。其中，自带控制器的设备指的是可以通过自带的控制器实现对设备的控制的一类设备，无自带控制器的设备指的是设备本身没有控制器，不能直接实现对设备的控制，需要通过自主搭建控制程序对设备进行控制。

步骤301：基于自带控制器设备和非自带控制器设备的通信接口类型，采用不同的网络接入方法完成子系统和私有云平台间的通信后，终端用户通过管理节点对私有云平台进行管理操作。管理操作包括：数据迁移和备份操作、安全防护操作以及用户管理操作。其中，管理节点的具体结构如图5所示，包括四个模块，其中，虚拟化系统实现对私有云平台虚拟化操作系统的操作，并分配相关的系统资源，如：CPU资源、运行内存、硬盘空间和网卡资源等；数据迁移和备份实现对私有云平台所有数据的可选择性迁移和备份的操作；安全防护实现对私有云平台系统安全和数据安全的操作；用户管理实现对私有云平台用户的用户创建、删除和权限管理的操作。

其中，自带控制器的设备分两种情况，如果通信接口是网口则可以直接接入到局域网，如果通信接口不是网口，此时分两种情况，如果可通过电子设备转化为网口，则通过电子设备转化为网口，然后接入到局域网。如果不可通过电子设备转化为网口，则使用传统的控制系统硬件计算设备进行信号输入输出控制，然后接入到局域网中。非自带控制器的设备分为两种，如果是可通过电子设备转化为网口，则直接接入到局域网中，如果不可通过电子设备转化为网口，则使用传统的控制系统硬件计算设备进行信号输入输出控制，然后接入到局域网中。基于此，基于自带控制器设备和非自带控制器设备的通信接口类型，采用不同的网络接入方法完成子系统和私有云平台间的通信过程，如图4所示，包括：

判断自带控制器设备中的通信接口是否是网口，得到第一判断结果。

当第一判断结果为自带控制器设备中的通信接口是网口时，通过采用网络交换机将自带控制器设备接入私有云平台的局域网中。

当第一判断结果为自带控制器设备中的通信接口不是网口时，判断当前通信接口是否能够转换为网口，得到第二判断结果。

当第二判断结果为当前通信接口能转换为网口时，采用电子设备将自带控制器设备中的通信接口转换为网口后接入私有云平台的局域网。

当第二判断结果为当前通信接口不能转换为网口时，则采用控制系统硬件计算设备进行信号输入输出控制，然后接入到私有云平台的局域网中。

判断非自带控制器设备中的通信接口是否能够转换为网口，得到第三判断结果。

当第三判断结果为非自带控制器设备中的通信接口能转换为网口时，采用电子设备将自带控制器设备中的通信接口转换为网口后接入私有云平台的局域网。

当第三判断结果为非自带控制器设备中的通信接口不能转换为网口时，则采用控制系统硬件计算设备进行信号输入输出控制，然后接入到私有云平台的局域网中。

其中，终端用户是已连接到局域网中的终端设备，如笔记本电脑和台式机，其与私有云平台进行交互，实现对私有云平台的管理、监视和控制。

在本发明中，基于自带控制器设备和非自带控制器设备的通信接口类型，采用不同的网络接入方法完成子系统和私有云平台间的通信过程实质也是一种加速器控制系统统一接口的方法。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种私有云平台的搭建方法，其特征在于，包括：

根据加速器控制系统的控制区域或控制功能划分子系统；

统计各子系统中所包含的控制数目；所述控制数目为用于设备的输入输出控制所需要的变量数目；

根据所述控制数目确定云主机的个数，作为第一主机个数；

统计各子系统中所包含的存储数目；所述存储数目为用于设备进行数据存储所需要的变量数目；

根据所述存储数目确定云主机的个数，作为第二主机个数；

基于待搭建的私有云平台的期望功能确定待搭建的私有云平台中应用程序所需的程序数目；

确定可视化人机交互界面的数目；

创建p+c+d+e个云主机作为待搭建的私有云平台的云主机；其中，p为第一主机个数，c为第二主机个数，d为待搭建的私有云平台中应用程序所需的程序数目，e为可视化人机交互界面的数目；

为所述待搭建的私有云平台的云主机配置管理节点；

在所述待搭建的私有云平台的云主机上运行控制程序，并在加速器控制系统正常运行的情况下，终端用户通过所述管理节点查看每台待搭建的私有云平台的云主机的利用率；所述利用率包括：CPU利用率、运行内存利用率、磁盘空间利用率和网卡利用率；

基于每台待搭建的私有云平台的云主机的利用率确定是否更新待搭建的私有云平台的云主机的配置资源；

根据所述控制数目确定云主机的个数，作为第一主机个数，具体包括：

根据所述控制数目确定每一子系统中云主机的个数；

根据每一子系统中云主机的个数确定所述第一主机个数；所述第一主机个数为所有子系统中云主机个数的总和；

根据所述控制数目确定每一子系统中云主机的个数，具体包括：

每一子系统中每i个控制数目对应配置一个云主机；

根据所述存储数目确定云主机的个数，作为第二主机个数，具体包括：

根据所述存储数目确定每一子系统中云主机的个数；

根据每一子系统中云主机的个数确定所述第二主机个数；所述第二主机个数为所有子系统中云主机个数的总和；

所述根据所述存储数目确定每一子系统中云主机的个数，具体包括：

每一子系统中每j个存储数目对应配置一个云主机。

2.根据权利要求1所述的私有云平台的搭建方法，其特征在于，所述待搭建的私有云平台的云主机的初始配置资源为：4核CPU、8G运行内存、500G磁盘空间和2个网卡，操作系统为Windows系统或linux系统。

3.根据权利要求1所述的私有云平台的搭建方法，其特征在于，所述基于每台待搭建的私有云平台的云主机的利用率确定是否更新待搭建的私有云平台的云主机的配置资源，具体包括：

当待搭建的私有云平台的云主机的利用率大于等于预设利用率时，更新待搭建的私有云平台的云主机的配置资源；

当待搭建的私有云平台的云主机的利用率小于预设利用率时，不更新待搭建的私有云平台的云主机的配置资源。

4.一种私有云平台，其特征在于，采用如权利要求1-3任意一项所述的私有云平台的搭建方法搭建而成；所述私有云平台包括：

可视化人机交互界面系统，用于实现可视化功能；所述可视化功能包括：进行设备监视和控制、数据查看和数据管理；

数据存储系统，用于存储数据；

应用程序系统，用于存储应用程序；所述应用程序的功能包括：状态机、报警管理服务、电子日志管理服务、文本数据PV转换功能和权限管理；

输入输出信号控制系统，用于对接入的设备进行信号输入和信号输出控制。

5.一种私有云平台的管理方法，其特征在于，应用于如权利要求4所述的私有云平台；所述管理方法包括：

根据加速器控制系统的控制区域或控制功能划分子系统，并将子系统分为自带控制器设备和非自带控制器设备；

基于所述自带控制器设备和所述非自带控制器设备的通信接口类型，采用不同的网络接入方法完成所述子系统和所述私有云平台间的通信后，终端用户通过管理节点对所述私有云平台进行管理操作；所述管理操作包括：数据迁移和备份操作、安全防护操作以及用户管理操作。

6.根据权利要求5所述的私有云平台的管理方法，其特征在于，基于所述自带控制器设备和所述非自带控制器设备的通信接口类型，采用不同的网络接入方法完成所述子系统和所述私有云平台间的通信过程包括：

判断所述自带控制器设备中的通信接口是否是网口，得到第一判断结果；

当所述第一判断结果为自带控制器设备中的通信接口是网口时，通过采用网络交换机将所述自带控制器设备接入私有云平台的局域网中；

当所述第一判断结果为自带控制器设备中的通信接口不是网口时，判断当前通信接口是否能够转换为网口，得到第二判断结果；

当所述第二判断结果为当前通信接口能转换为网口时，采用电子设备将所述自带控制器设备中的通信接口转换为网口后接入私有云平台的局域网；

当所述第二判断结果为当前通信接口不能转换为网口时，则采用控制系统硬件计算设备进行信号输入输出控制，然后接入到私有云平台的局域网中；

判断所述非自带控制器设备中的通信接口是否能够转换为网口，得到第三判断结果；

当所述第三判断结果为非自带控制器设备中的通信接口能转换为网口时，采用电子设备将所述自带控制器设备中的通信接口转换为网口后接入私有云平台的局域网；

当所述第三判断结果为非自带控制器设备中的通信接口不能转换为网口时，则采用控制系统硬件计算设备进行信号输入输出控制，然后接入到私有云平台的局域网中。