鄭志凌 郭李平 范明昊

摘 要 隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬的逐漸提升，Web服務(wù)器的性能逐步成為制約網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的瓶頸之一， Web集群系統(tǒng)采用多部服務(wù)器聯(lián)合工作，既能在減少成本的前提下提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)性能，又能解決服務(wù)器單點(diǎn)故障等問(wèn)題。本文研究了Web服務(wù)器集群技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了Web集群管理系統(tǒng)，能夠有效對(duì)Web集群服務(wù)器進(jìn)行管理和配置。

【關(guān)鍵詞】Web集群 服務(wù)器 管理系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)

1 引言

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，Web服務(wù)器的工作是負(fù)責(zé)在接收到瀏覽器的服務(wù)請(qǐng)求時(shí)作出響應(yīng)，為用戶提供Web服務(wù)。隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬的不斷增長(zhǎng)，應(yīng)用復(fù)雜性和使用者的增加，Web服務(wù)器的系統(tǒng)容量正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。單個(gè)的Web服務(wù)器由于其硬件處理能力提升速度有限，因此成為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)處理能力的瓶頸之一。針對(duì)Web服務(wù)器硬件的升級(jí)更新會(huì)導(dǎo)致巨大的開(kāi)銷，無(wú)法保護(hù)原來(lái)的投資，而且也不是一種真正的解決之道，目前解決Web服務(wù)器處理性能的問(wèn)題主要有兩種方法：

（1）提升服務(wù)器的性能，但是這個(gè)方法并不能從根本上解決問(wèn)題，單個(gè)服務(wù)器的處理能力受到體積、功率等方面的限制，而且在達(dá)到一定程度后的提升需要很高的成本，因此性價(jià)比和性能的提升度都有很大的限制。

（2）采用Web服務(wù)器集群系統(tǒng)，集群中多臺(tái)性能并不高的Web服務(wù)器聯(lián)合工作，構(gòu)成單一的服務(wù)器映像，以提供強(qiáng)大的服務(wù)能力。實(shí)現(xiàn)通過(guò)更低的成本來(lái)完成比一臺(tái)高性能服務(wù)器更多的工作，并且可以同時(shí)解決服務(wù)器單點(diǎn)故障等問(wèn)題。

2 Web集群管理系統(tǒng)架構(gòu)及接口設(shè)計(jì)

隨著集群技術(shù)的發(fā)展，在很多實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)取代超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)完成更多的計(jì)算任務(wù)。目前有幾款常用的基于Web的集群管理工具，如Smile Cluster Management System、Webmin等，可以通過(guò)命令行操作的方式來(lái)完成集群管理的工作，采用類似于編程的使用方式能夠?qū)崿F(xiàn)更多的操作和功能，卻給用戶帶來(lái)了使用復(fù)雜、難以操作的問(wèn)題，因此本文將設(shè)計(jì)一款基于Windows操作系統(tǒng)的圖形化界面的管理系統(tǒng)，為用戶提供友好的使用和管理界面。

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

2.1.1 RMI技術(shù)

RMI（Remote Method Invocation，遠(yuǎn)程方法調(diào)用）是Java的一組擁護(hù)開(kāi)發(fā)分布式應(yīng)用程序的API，主要作用是對(duì)遠(yuǎn)程Java對(duì)象的調(diào)用。RMI使用Java語(yǔ)言接口定義了遠(yuǎn)程對(duì)象，它集合了Java序列化和Java遠(yuǎn)程方法協(xié)議（Java Remote Method Protocol）。RMI使原先的程序在同一操作系統(tǒng)的方法調(diào)用，變成了不同操作系統(tǒng)之間程序的方法調(diào)用，由于J2EE是分布式程序平臺(tái)，以RMI機(jī)制實(shí)現(xiàn)程序組件在不同操作系統(tǒng)之間的通信。RMI為采用Java對(duì)象的分布式計(jì)算提供了簡(jiǎn)單而直接的途徑，可利用標(biāo)準(zhǔn)Java本機(jī)方法接口JNI與現(xiàn)有的和原有的系統(tǒng)相連接，還可利用標(biāo)準(zhǔn)JDBC包與現(xiàn)有的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)連接。

2.1.2 JSP技術(shù)

JSP（JavaServer Pages）是一種實(shí)現(xiàn)普通靜態(tài)HTML和動(dòng)態(tài)部分混合編碼的技術(shù)，在傳統(tǒng)的網(wǎng)頁(yè)HTML文件中插入Java程序段（Scriptlet）和JSP標(biāo)記（tag），從而形成JSP文件。JSP設(shè)計(jì)的目的在于簡(jiǎn)化表示層，并沒(méi)有增加任何本質(zhì)上不能用Servlet實(shí)現(xiàn)的功能。在JSP中編寫靜態(tài)HTML更加方便，不必再用println語(yǔ)句來(lái)輸出每一行HTML代碼，借助內(nèi)容和外觀的分離，頁(yè)面制作中不同性質(zhì)的任何可以方便地分開(kāi)。通過(guò)JSP技術(shù)可以將用戶界面與內(nèi)容兩者剝離，這樣做可以使開(kāi)發(fā)者對(duì)版面進(jìn)行徹底的改變而避免了對(duì)底層內(nèi)容的復(fù)雜的編寫過(guò)程，因此Web開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)者可以輕松設(shè)計(jì)出動(dòng)態(tài)管理頁(yè)面。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的管理系統(tǒng)基于Windows操作系統(tǒng)，為用戶提供友好的使用和管理界面，具有較強(qiáng)的通用性。管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思路是通過(guò)動(dòng)態(tài)Web圖形用戶接口，提供一個(gè)友好的用戶操作界面，使用戶可以在任何地方通過(guò)網(wǎng)絡(luò)方便地對(duì)集群系統(tǒng)進(jìn)行管理。Web集群管理系統(tǒng)的服務(wù)器端采用的是JSP和Tomcat技術(shù)，RMI技術(shù)主要用于實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)間的通信。Web集群管理系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

在Web集群管理系統(tǒng)中，用戶通過(guò)瀏覽器登錄到管理系統(tǒng)中，發(fā)送服務(wù)請(qǐng)求；管理系統(tǒng)中的JSP程序啟動(dòng)，程序根據(jù)收到的服務(wù)請(qǐng)求通過(guò)RMI接口調(diào)用服務(wù)程序；被調(diào)用的服務(wù)程序?qū)汗?jié)點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)操作；當(dāng)一系列操作過(guò)程結(jié)束后，RMI接口將結(jié)果返回到管理系統(tǒng)中，并通過(guò)瀏覽器展示給用戶。Web集群管理系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，客戶端界面使用簡(jiǎn)單的瀏覽器，用戶通過(guò)瀏覽器進(jìn)行相關(guān)操作以及瀏覽結(jié)果。

2.3 系統(tǒng)通信接口設(shè)計(jì)

2.3.1 RMI遠(yuǎn)程接口定義

在Java中，遠(yuǎn)程對(duì)象是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程接口的類的定義，遠(yuǎn)程接口聲明每個(gè)要遠(yuǎn)程調(diào)用的方法。在需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)遠(yuǎn)程對(duì)象的時(shí)候，通過(guò)傳遞一個(gè)接口來(lái)隱藏基層的實(shí)施細(xì)節(jié)，用戶通過(guò)接口句柄發(fā)送消息即可。

2.3.2 RMI遠(yuǎn)程接口實(shí)現(xiàn)

遠(yuǎn)程對(duì)象實(shí)現(xiàn)類必須擴(kuò)展遠(yuǎn)程對(duì)象java.rmi.UnicastRemoteObject類，并實(shí)現(xiàn)所定義的遠(yuǎn)程接口。遠(yuǎn)程對(duì)象的實(shí)現(xiàn)類中包含實(shí)現(xiàn)每個(gè)遠(yuǎn)程接口所指定的遠(yuǎn)程方法的代碼，必須為遠(yuǎn)程對(duì)象定義構(gòu)造函數(shù)，準(zhǔn)備一個(gè)默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)，用它來(lái)調(diào)用基礎(chǔ)類構(gòu)造函數(shù)。

2.3.3 系統(tǒng)與負(fù)載平衡模塊接口

系統(tǒng)通過(guò)setsockopt函數(shù)向該模塊傳遞系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)，完成系統(tǒng)的配置，實(shí)現(xiàn)虛擬服務(wù)器和真實(shí)服務(wù)器地址的添加、修改、刪除操作。

3 Web集群管理系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

Web集群管理系統(tǒng)的功能模塊主要分為登錄認(rèn)證、Web服務(wù)器管理、用戶管理、平衡器管理和系統(tǒng)診斷預(yù)警管理等五個(gè)部分，系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)如圖2所示。

（1）登錄認(rèn)證模塊主要負(fù)責(zé)用戶以及管理員用戶的登錄和身份認(rèn)證工作。普通用戶可以登錄系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)配置進(jìn)行查看和了解，管理員用戶通過(guò)身份認(rèn)證后，可以對(duì)系統(tǒng)配置和管理項(xiàng)進(jìn)行全面設(shè)置。

（2）用戶管理模塊與其他的系統(tǒng)中用戶管理模式相類似，用戶登錄后可以在這個(gè)模塊中對(duì)登錄的密碼、登錄記錄等進(jìn)行管理，管理員還可以進(jìn)行其他用戶信息的管理。

（3）Web服務(wù)器管理模塊可以進(jìn)行后端Web服務(wù)器的添加以及刪除，同時(shí)可以對(duì)已經(jīng)添加的Web服務(wù)器進(jìn)行用戶配置。用戶可以通過(guò)這個(gè)模塊來(lái)對(duì)Web服務(wù)器的工作狀態(tài)以及配置狀態(tài)進(jìn)行查詢，以便及時(shí)對(duì)錯(cuò)誤的配置項(xiàng)以及不正常的狀態(tài)進(jìn)行更改。但是普通用戶只能進(jìn)行查詢操作，系統(tǒng)管理員級(jí)別的用戶可以在登錄后對(duì)服務(wù)器進(jìn)行設(shè)置和維護(hù)。

（4）平衡器管理模塊的主要功能有集群虛擬IP地址的設(shè)定、VIP所處網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端口號(hào)選定、應(yīng)用協(xié)議及其端口號(hào)的設(shè)置等。管理員通過(guò)管理系統(tǒng)可以對(duì)當(dāng)前集群的狀態(tài)進(jìn)行查看和監(jiān)視，以便可以及時(shí)更改系統(tǒng)集群的平衡設(shè)置來(lái)保證系統(tǒng)處于正常的工作狀態(tài)中。

（5）系統(tǒng)診斷預(yù)警管理模塊主要完成系統(tǒng)狀態(tài)的診斷以及報(bào)警工作，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

Web集群管理系統(tǒng)中的各個(gè)功能模塊通過(guò)圖形化管理界面對(duì)用戶展示，用戶可以方便的通過(guò)管理窗口對(duì)Web集群進(jìn)行管理。圖形化、遠(yuǎn)程化的集群管理能更加方便、有效的實(shí)現(xiàn)管理操作，提高了用戶使用和運(yùn)行管理效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

Web集群的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但是卻沒(méi)有一款相對(duì)簡(jiǎn)單、面向普通用戶的管理系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)際的應(yīng)用測(cè)試，本文設(shè)計(jì)的Web集群管理系統(tǒng)可以利用瀏覽器的窗口化模式對(duì)Web集群進(jìn)行管理，即方便快捷，又減少了用戶在使用過(guò)程花費(fèi)的大量時(shí)間和精力，很大程度上滿足了普通用戶的需求。

參考文獻(xiàn)

[1]李新.Web集群服務(wù)器及管理系統(tǒng)[D]. 西北大學(xué)（碩士學(xué)位論文），2004.

[2]李輝.一種Web應(yīng)用服務(wù)器集群管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].中國(guó)科學(xué)院軟件研究所（碩士學(xué)位論文），2009.

[3]劉芳，吳瓊.基于Web的集群部署管理系統(tǒng)[J].山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，29（2）：32-35.

[4]康雷，張樹(shù)本，楊堅(jiān)等.基于B/S模式的GPU集群管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程，2015，41（10）：6-9.

作者單位

湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南省長(zhǎng)沙市 410208