面向国产化环境的电力业务应用迁移技术研究

郭玉霞

关键词：国产化;业务应用;迁移;云平台

1引言

目前，我国信息技术应用创新产业（简称信创）取得初步突破，涌现出了一批自主可控、安全可信的国产化软硬件，国内企业研制的国产处理器、操作系统、数据库、中间件等战略性核心产品，可以满足桌面终端、服务器、存储设备、网络设备的应用需求。核心芯片方面，形成了以MIPS，SPARC，ARM，ALPHA等架构为代表的系列化处理器产品。

随着自主可控应用的推进，基于传统X86架构的电力云平台正逐步完成国产基础软硬件替代工作。通过分析电力业务典型应用系统特征，目前现有业务应用由非国产化商用环境向国产化环境迁移时，存在指令集兼容性、插件兼容性、数据库迁移等诸多问题。针对应用本身和运行环境，可以采用自底向上的方式，对应用系统所依赖的基础软硬件、数据库、中间件、集成环境进行分析。通过电力云平台基础技术路线选型，解决异构环境下不同基础软硬件组合的集成部署问题，实现最优性能与高稳定性，解决异构环境下传统数据库向国产数据库迁移过程中数据表、视图、存储过程等差异性问题，实现快速数据迁移。通过电力云平台异构资源环境下迁移调度技术，屏蔽底层操作系统、CPU架构差异，最终实现应用迁移规范化、标准化，提升迁移效率。

2国产化环境下迁移理论依据

目前，云平台虚拟化技术主要基于KVM架构实现，可实现内存、CPU及网卡等资源虚拟化，大大提高了IT基础资源的集约化水平[1]。在国产化趋势与信创背景下，自主可控产品更新迭代快，经过几年的系统运行，应用出现众多版本兼容、硬件兼容等问题，产生了云平台的国产化芯片与业务应用的适配需求。因此，采用尽量屏蔽底层硬件、操作系统、应用服务差异性的虚拟化技术和云化技术进行云平台搭建。

2.1云计算技术

目前，主流的国产虚拟化云平台为华为的鲲鹏云、升腾的威讯云，二者都采用了0penStaek进行云平台建设。0penStack是一个综合的云计算管理平台，在0penStack项目中包含以下组件：Kevstone组件提供身份验证、Nova组件提供计算服务，Glance组件提供镜像服务、Swift组件提供对象存储、Neutron组件提供网络服务、Cinder组件提供块存储服务、horizon组件提供面板服务等。鲲鹏云以0penStack为原型进行自主研发，适配鲲鹏916、鲲鹏920芯片系列，而威讯云支持华为鲲鹏芯片、飞腾芯片和海光芯片。

2.2容器技术

容器技术是一个单独的应用程序进程、运行资源的高度隔离[2]。研发人员在将代码开发完成后，会以代码、相关运行环境构建镜像，测试人员在宿主机上下载服务的镜像，使用容器启动镜像后即可运行服务进行测试。测试无误后，运维人员申请机器，拉取服务器的镜像，在一台或多台宿主机上可以同时运行多个容器，为用户提供服务。在这个过程中，每个服务都在独立的容器里运行，每台机器上都运行着相互不关联的容器，所有容器共享宿主机的CPU、磁盘、网络、内存等，即实现了进程隔离、文件系统隔离和资源隔离。使用容器可以将微服务及其所需的所有配置、依赖关系和环境变量移动到全新的服务器节点上，而无须重新配置环境，这就实现了强大的可移植性以及云计算时代资源的最大化利用。

3业务应用迁移技术方案

基于电力云平台国产化环境，在国产基础软件环境中现有业务应用适配迁移技术方案如下。

（1）对于典型业务系统的开发与部署模型，结合不同芯片对于云平台的适配性以及对操作系统、开发语言、云服务组件的支持能力，同时根据是否基于微服务框架开发，合理制定国产化适配改造技术路线，推动建立典型业务应用基础软硬件整体集成架构模型，如图1所示。

（2）通过异构环境下自适应基础软硬件集成部署技术，解决业务应用依赖于操作系统、数据库等关键基础软硬件的问题。

集群规划与自动化部署技术。通过集群规划的表示及解析技术，利用JSON等形式化语言对集群实例、具体信息配置、部署的软件、软件路径等信息进行统一表示，形成规划文件[3]。分布式软件自动化部署引擎负责对规划文件进行校验与解析，并通过ssh等网络协议将软件分发到具体服务器。服务器端负责解析引擎传输的信息和软件介质，执行自动化命令，完成软件部署。如图2所示。

統一配置管理及更新技术。通过分布式协调等基础设施，将软件的配置进行集中管理，当配置发生变动时，统一推送到集群中的所有节点，实现配置的统一管理及自动化更新。

（3）异构环境下主动适配国产数据库迁移与性能优化技术。

3.1数据库主动适配迁移技术

国产自主可控数据库适配是应用系统平滑迁移的关键[4]。将应用系统从oracle等主流商业数据库迁移到国产数据库也是业务应用自主可控的关键点。本文提出了国产数据库主动适配迁移工具架构（图3），该架构能够在数据库脚本迁移、历史数据迁移过程中避免产生大量的系统改造工作。国产数据库主动适配迁移工具架构从以下两个方面进行数据库迁移适配：（1）简单应用的自动适配技术。针对简单应用，利用数据库连接引擎的主动适配技术，可以避免修改应用系统代码。通过对数据库适配进行一系列数据库操作方法的封装，包括连接，断开数据库，执行soL等，从而能够根据所使用的物理数据库类型的不同，采用不同的数据访问引擎接口，对外以Java Jar或其他语言的库包方式，使数据访问服务本身的应用能更好地屏蔽数据库接口的差异;（2）复杂应用的数据脚本改造技术。根据差异性分析结果，通过不同数据库之间操作语句自动转换的脚本工具，实现数据定义语言（DDL）与数据操纵语言（DML）的自动化转换，配合语言自动扫描工具，在减少转换工作量的同时，提升转换质量。

3.2数据库访问性能优化技术

（1）异构数据库连接池管理技术。数据访问连接池是数据库访问性能的最重要环节之一，良好的、面向多数据库的统一连接池能够减少高速数据访问中频繁创建数据库连接、释放数据库连接的耗时，满足客户端的服务请求，避免服务请求长时间无响应。

（2）数据操作及传输的优化策略设计技术。国产化环境下，由于硬件性能较低，请求响应时间相对较长。为了避免用户在查询大量数据（如十万条以上）时，用户界面长时间得不到响应，数据访问服务需要设计为特定优化策略。

3.3异构环境基于容器化的应用迁移调度技术

容器技术是面向微服务架构的主流类虚拟化技术，在X86架构下已经广泛使用。但是，容器虚拟化能力依赖于操作统，容器化的功能范围、性能情况在不同操作系统、芯片组合下都有不同表现。随着微服务架构的应用深入，基于Docker容器的应用系统部署方式逐步成为主流。相对于传统的虚拟机技术，Docker容器技术具有轻量化、高性能等特点，也是实现应用系统安全可控迁移的主要技术路线。

与原生部署应用不同，Docker在应用和操作系统之间进行了隔离。为了实现完整支撑，Docker自身已经形成一个生态，包括Docker镜像、镜像仓库、组网方式、数据访问、镜像编排与调度等[5]。通过搭建面向多种主流国产操作系统的Docker生态环境，提供自动化整体部署能力，支持应用系统改造过程中环境及工具支撑需求。

3.4生产应用系统在线冷热应用迁移技术

业务应用系统在迁移过程中可以按照标准模式完成跨平台迁移。通过跨平台迁移方案和工具，结合云原生理念对真实业务系统进行全国产化芯片改造，并基于标准优化方法对完成迁移改造后的应用系统进行性能优化，保证业务系统改造完成后在功能、稳定性和性能方面均可完全满足并超越当前需求。

4结束语

目前，业务系统主要包括四类业务应用，即传统单体架构部署应用、虚拟化部署应用、容器化部署应用、微服务部署应用。根据各业务系统技术难度、业务复杂度、影响面和应用范围等因素，按照先易后难、逐步推进的方式上云。针对电力业务应用系统特征，现有业务应用在由非国产化环境向国产化环境迁移时，涉及基础软硬件平台、开发语言、实现架构等各个方面，需要结合应用系统自身和运行环境等多个方面进行具体分析，以确定迁移内容和方法。基于国产虚拟化环境，通过异构环境下业务应用迁移方案，可以提高业务系统运行整体安全性，同时通过软硬件优化技术，实现系统整体运行性能提高5%，为后续更大范围地开展业务应用自主可控安全替代提供技术支撑。