OpenStack在新一代客票系统中的应用

戴琳琳，阎志远，苗 凡，朱建军

（中国铁道科学研究院 电子计算技术研究所，北京 100081）

OpenStack在新一代客票系统中的应用

戴琳琳，阎志远，苗 凡，朱建军

（中国铁道科学研究院 电子计算技术研究所，北京 100081）

介绍新一代客票系统采用OpenStack开源软件搭建云计算平台,实现客票系统资源统一部署、管理和维护的系统结构。

OpenStack；基础设施及服务；云平台

随着互联网售票、电话订票、自助售票等多种形式的自助售票方式的发展，中国铁路客票发售和预订系统（简称：客票系统）的售票接入渠道和方式进一步多样化，其承载量也呈数量级增长，渐渐出现以下矛盾：

（1）日益增长的客票软件需求与资源扩展需求之间的矛盾

新一代客票系统涵盖了新型互联网售票、客票监控、客票远程培训和测试平台等新需求，相应地也对硬件资源提出了更高的要求，但是由于场地大小、供电铺线、空调设置等限制，硬件资源不可能无条件扩展。适当利用现有商用云计算平台，可以有效解决在短时间内资源激增的问题。

（2）日益增长的硬件资源与硬件维护代价和高可靠性之间的矛盾

随着硬件资源的增长，网络和平台结构日益复杂，对日常维护要求更高，同时软件高可靠性所需的分节点分地区容灾部署，进一步增加了维护难度。利用云计算平台的计算节点同构特性，可有效简化维护难度，虚拟化资源管理可以减低维护复杂度。

（3）复杂软件结构与快速部署和高可伸缩性之间的矛盾

客票系统资源的需求具有规律性，在节假日售票高峰时，资源需求最为紧迫，而在非节假日，资源需求并不那么突出，如果按照高峰采购硬件，那么在非节假日势必会有闲置资源。利用云平台，将复杂软件结构分解成可快速部署的计算节点，在高峰时，动态伸展，满足应用需要；在非高峰时，可以部署其他应用，提高资源利用率。

因此打造新一代客票售票、监控、培训和测试云平台，盘活全路客票系统硬件资源，灵活调配计算资源分配，提高系统资源利用率和系统可用率，对进一步提升客票系统的服务层次具有重要意义。

1 开源云平台管理软件

搭建新一代客票系统的云计算平台要达到以下几个目的：

（1）搭建的私有云平台可以实现客票系统的快速扩展和业务伸缩。由于客票系统已经建设了近20年，其系统结构和组成模块都比较复杂，因此不可能完全移植到现有的云开发平台上，云平台搭建基于IaaS比较符合实际情况，然后将客票系统部署在其之上，利用它的虚拟化管理，提高系统性能、伸缩性和可靠性。

（2）搭建的私有云平台可以实现全路资源动态调配。目前全路客票资源分布在各铁路局，在维护水平和故障排查能力上各铁路局参差不齐，各铁路局重复购买和闲置硬件资源较多。为了更好地利用资源，搭建客票私有云平台，当各铁路局/各铁路车站有资源使用需求，可以租借该云平台资源，无需另外购买维护，实现了全路资源整合。

（3）搭建的私有云平台还可以实现全路应用服务定制。通过租用私有云平台的定制服务，可以减少各铁路局重复开发成本，提高部署服务效率。

因此，选用基础设施即服务（IaaS）云平台的部署、管理和配置方案来搭建新一代客票系统云平台。目前开源云平台以其支持的服务器类型广泛、产品不需要付费使用、由开源社区负责软件的更新等特点，成为部署私有云的首选方案。业界主流的IaaS开源解决方案有CloudStack，Eucalyptus和OpenStack等产品，本文选用的OpenStack发展速度非常快，在中国社区生态环境良好。

2 OpenStack与新一代客票系统

2.1 OpenStack组成部分

（1）OpenStack Compute（Nova） 控制云计算架构（基础架构服务的核心组件）。它是用 Python 编写的，创建一个抽象层，让 CPU、内存、网络适配器和硬盘驱动器等资源实现虚拟化，并具有提高利用率和自动化的功能。

（2）OpenStack Networking （Neutron/Quantum）提供了管理局域网的能力，具有适用于虚拟局域网（VLAN）、动态主机配置协议和 IPv6 的一些功能。用户可以定义网络、子网和路由器，以配置其内部拓扑，然后向这些网络分配 IP 地址和 VLAN。

（3）OpenStack Identity Management （Keystone）管理用户目录以及用户访问目录。其目的是实现一个中央身份验证机制。它本身没有提供身份验证，可以集成其他各种目录服务，如 Pluggable Authentication Module、Lightweight Directory Access Protocol（LDAP） 或 OAuth。通过这些插件，它能够实现多种形式的身份验证，包括简单的用户名密码凭据以及复杂的多因子系统。

（4）OpenStack Object Storage （Swift） 是一个分布式存储系统，主要用于静态数据，比如 VM 镜像、备份和存档。该软件将文件和其他对象写入可能分布在一个或多个数据中心内的多个服务器上的一组磁盘驱动器，在整个集群内确保数据复制和完整性。

（5）OpenStack Block Storage（Cinder）管理计算实例所使用的块级存储。块存储非常适用于有严格性能约束的场景，比如数据库和文件系统。

（6）OpenStack Image Service（Glance）为 VM镜像提供了支持。除了发现、注册和激活镜像服务之外，它还有镜像机快照和备份功能。

2.2 新一代客票系统云计算平台实现目标

（1）具有资源统一管理监控界面，包括CPU、内存、网络、存储、交换机、路由器、IP资源管理等。

（2）可以分配用户资源，用户可以根据需要裁减使用资源；

（3）可以根据需求动态增加/删除资源；

（4）可以根据镜像快速复制，创建资源；

（5）可以调整资源分配策略；

（6）可以灵活调整安全策略；

（7）可以根据资源使用时长/租用资源数量，进行实时计费；

（8）对于已有的使用其它虚拟化技术管理的资源可以做到平缓过渡，统一管理。

2.3 新一代客票系统云计算平台系统结构

基于开源技术的云计算平台的新一代客票系统架构如图1所示，由以下4层组成。

（1）物理层。由各种物理设备组成，包含服务器、交换机、路由器、存储等硬件设备。

（2）资源池层。通过现有的虚拟化管理软件，如VMware、KVM等，将由物理设备抽象出来的各种资源组成资源池层，主要包括：计算资源、网络资源和存储资源。

（3）虚拟化层。通过OpenStack各组件将各种资源进行管理，实现计算虚拟化、网络虚拟化和存储虚拟化。

（4）统一门户。平台的管理模块功能包括用户管理、系统配置、日志管理、监控管理、虚机管理、技术支持等。为管理员和用户分别提供各自的门户平台，方便其使用。

图1 OpenStack与新一代客票系统云计算平台

3 结束语

OpenStack是一个开源的云计算管理平台项目，由几个主要的组件组合起来完成具体工作，支持几乎所有类型的云环境，目标是提供实施简单、可大规模扩展、丰富、标准统一的云计算管理平台，通过各种互补的服务提供了IaaS的解决方案，每个服务提供API以进行集成。目前新一代客票系统基于开源技术的云计算平台对该开源产品还处在探索和学习阶段，在后续的研究过程中，将不断加强学习和理解。

[1]怀进鹏，李 沁，胡春明. 基于虚拟机的虚拟计算环境研究与设计[J]. 软件学报，2007，18（8）.

[2]盛宪锋，及俊川，周小军，等. 基于虚拟化技术的私有云APCS平台设计[J]. 计算机工程，2012（8）.

责任编辑 方 圆

OpenStack in new generation Ticketing and Reservation System

DAI Linlin, YAN Zhiyuan, MIAO Fan, ZHU Jianjun
( Institute of Computing Technologies, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China )

This article introduced the application of OpenStack in new generation Ticketing and Reservation System to implement unif i ed deployment, management and maintenance of system resources.

OpenStack; infrastructure and services(IaaS); cloud platform

U293.22∶TP393.22

A

1005-8451（2015）11-0021-03

2015-04-10

中国铁路总公司科技研究开发计划课题（J2014X002）。

戴琳琳，助理研究员；阎志远，副研究员。