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基于容器技术的电子政务云平台的实现与运用
发布时间:2019-09-05

  摘??? 要: 信息化与自动化是提高政府办公效率的有效手段, 但传统的政务管理系统存在着业务模块耦合度过高、可用性差及运维成本高等问题。本文基于我国电子政务的现实特点, 探讨了一种基于容器的云计算解决方案在电子政务服务平台中的应用。其框架为, 政府机构将所有的信息化电子流程全面迁移云平台, 在云平台的基础上将各个业务模块进行分离, 降低各个业务模块的耦合度。此外将线上的模块全面容器化和标准化, 达到一个在物理上是相对独立的模块。

  关键词: 容器技术; 电子政务; 云计算;

  一、绪论

  电子政务是一种新型的基于计算机信息技术的政务工作平台, 该平台以实现政务公开为目的, 能提高政府的办公效率与服务效率。服务型电子政务的普及化体现着政府的服务与管理性质, 更有利于政府进行高效管理。但传统的电子政务服务平台架构模式存在着许多缺陷, 例如物理服务器数量巨大且分布零散, 不适用于高并发、高性能、高流量的场景中, 无法将单台服务器的性能发挥到最优的效果等。近年来, 随着云计算技术的不断进步, 形成了许多成熟的落地解决方案。云计算技术的基本原理就是将许多物理计算机的计算能力和存储能力都集中起来, 形成一个计算池, 在此基础上再计算池中分割出所需要的业务模块进行部署应用, 提供给各个服务模块使用, 进而提供给用户。

  随着电子政务概念的出现, 云计算技术与服务型政府的结合越来越受到关注, 构建了“政府云”和“智慧型政府”成为政治改革的主要内容之一。本文的研究目的旨在构建一个基于云计算技术的电子政务服务平台, 该平台能通过虚拟基础设施向公众提供各种政府信息来源, 从而实现政府信息资源的共享。

  二、容器技术理论基础

  (一) 虚拟化相关理论基础

  虚拟化技术指通过软件的方式将硬件资源同时提供给多个操作系统使用。该模式打破了传统的单台物理服务器上运行单个操作系统的瓶颈。通过虚拟化技术, 可以显着提高物理设备的使用效率、减少电力能源消耗并方便进行资源的统一管理与配置。

  政府部门和企业对于大量数据的分析需求日益增强, 而对海量数据的计算方式也由以往的单台服务器模式转变为为分布式计算的形式。现代的云计算服务是将许多物理服务器节点结合起来, 组成一个高性能的计算集群。用户可以通过客户端按需要申请得到计算能力, 避免了计算能力的空闲。云计算使得企业和政府部门的数据中心构建摆脱了传统数据中心的系统规划、系统开发、硬件釆购、系统实施与后期维护的构建模式。只需按照企业和政府部门的管理要求, 提出数据中心的信息需求, 通过高速互联网的数据作系统的内存, CPU或磁盘。这保证了容器内的进程不会影响到容器外的任何进程。

基于容器技术的电子政务云平台的实现与运用

  三、基于容器技术电子政务云平台的实现

  (一) 存储功能的实现

  Hadoop分布式计算框架中为其提供文件存储的系统为HDFS, 该系统的构建可以达到数据的低冗余和极高的安全级别。在很早以前的HDFS结构中, 只有一个节点负责传输, 便可快捷的获取云服务, 使得企业和政府部门能够更加专注于自己的核心业务和管理职能。

  图1 虚拟机与容器的架构对比
图1 虚拟机与容器的架构对比

  (二) Docker技术基础

  容器类似于一个集装箱, 容器与容器之间相互独立, 容器内所存储的内容可以提前定制和预装, 针对需要的内容提取对应的容器。这种系统架构模式能有效避免部署环境不同, 版本不兼容的问题。

  由于容器技术具有灵活便捷、可以自由编排、环境规范统一等特点, 允许我们在资源隔离的过程中, 运行应用程序和其依赖项的、轻量的、操作系统级别的虚拟化技术。运行应用程序所需的所有必要组件都打包为单个镜像, 当镜像运行时, 它是运行在独立的环境中, 并不会和其他的应用共享主机操管理数据存储的元数据, 容易造成当元数据的节点宕机时整个系统的瘫痪, 因为此节点维护着数据最重要的元数据部分。其主要功能包括: (1) 文件系统的索引树, 能够根据索引找到每一个数据块的位置并进行访问和读取。 (2) 通过在保存数据节点的主机上寻找数据存放在存储空间的那个位置, 然后由数据节点将位置返回给客户端, 进而达到了数据查询的目录。

  (二) 网络功能的实现

  面向服务的架构在很大程度上依赖于节点之间的网络架构。接下来, 我们将从Docker的原始网络体系结构开始讨论Docker提出的多主动网络优化解决方案。在Docker中, 默认情况下, 网络接口是一个虚拟接口, 可以随时向主机提供不同的工作端口的实现不同的手法效率。这是因为通过在网卡之间的虚拟接口需要分组数据, 到发送缓冲器的发送接口被直接复制到内核接口接收器的接收缓冲器就是数据的拷贝, 而不需要外部的物理网络设备交换。同一主机上的容器可以相互通信, 并向邻近容器提供服务, 而无需其他配置 (暴露或端口版本) 。主机系统只将来自docker0的请求指向目的地。容器可能会将其端口暴露给主机以接收外部流量。易受攻击的端口可以通过专用端口映射到主机或由Docker映射到主机以选择随机空闲端口。容器可以将其端口发布到主机, 端口发布端口映射以托管接口, 以便它们可以与外部世界进行交互。易受攻击的端口可以映射到主机上的特定端口, 或者Docker可以自动选择高空闲端口。

  图2 网站系统架构示意图
图2 网站系统架构示意图

  (三) 分布式计算的实现

  分布式系统是基于网络之上的软件系统, 分布式系统中的独立电脑通过网络相互通信、相互传输消息并协调工作。在分布式系统中, 如果需要对数据进行大量计算, 系统会先对数据进行分区, 然后由若干台电脑各自计算完成后将结果上传, 再对结果进行统一合并, 得到最后想要的结果。当前分布式系统在进行数据计算时通常会调动全球各区域成千上万的志愿者电脑的闲置资源, 借助互联网传输数据, 以完成计算。所以使用分布式计算系统完成计算, 不仅能够完成目标, 而且还能节省费用、降低成本。

  共享稀有资源和平衡负载是计算机分布式计算的核心思想之一。Spark Streaming作为Spark核心API的扩展, 它具备容错机制, 能够完成吞吐量高的实时流数据处理。Spark Streaming的内部处理流程是, 先接收输入的实时流数据, 然后对数据基于一定的时间间隔进行拆分, 形成批数据, 再由Spark Engine对批数据进行处理得到结果。

  四、基于容器的电子政务平台应用

  (一) 网站系统架构的实现

  网站系统架构示意图2所示。Web服务是系统的一个主要组成部分, 包含多个服务组件和调度服务可提供给用户。由示例图我们可以看到, 将容器集中管理部署到一个云平台上, 当客户端发起到服务器端的请求时, 可以由前端的调度器均衡负载和调度, 随后将请求调度给容器所代理的业务模块部署平台上。与此同时, 前端模块也同时在接受其他任何用户的请求, 这个过程是同步进行, 并发进行的。如果docker模块容器发生错误或者异常时, 可以由运维人员执行自动化运维脚本替换容器或者自动初始化容器, 使之恢复到原始的状态。这种切换和恢复的过程对于客户来说是透明的, 不可见的, 客户无法感知这种变化。

  (二) 基于容器的网站服务系统设计

  本文以在Linux6.4虚拟机上的部署环境来描述Web服务在Docker容器中的运行实现过程。首先, 基于JAX-WS2.0框架, 将Web服务运行所需求的各组件在新创建的Docker容器里进行部署。完成环境要求后将容器创建成镜像, 登录Hub.Docker, 在Docker的官方镜像仓库中找到由Tomcat官方所发布的Docker镜像。然后在linux命令行使用docker pull命令, 将Tomcat官方放在docker官方仓库中的镜像拉取到本地, 并通过docker run命令将其启动为容器。

  然后把服务部署需要的一些环境组件JAR包复制到刚刚启动的Tomcat容器里面来, 然对Tomcat进行卷绑定, 把宿主机上面的目录与容器里面的指定目录进行绑定。最后Tomcat容器实现端口映射, 将Tomcat容器的8080端口映射到宿主机的6000端口上, 专门用来处理Web服务动态请求的处理, 最后在把Tomcat容器使用docker commit–P–p8080:6000创建成我的web服务所需求的镜像。

  为了以后对远程服务器上面的docker容器的方便管理, 我们需要编写相应的docker start、docker stop、docker restart的Shell脚本, 来实现对容器的启动、关闭、重启的简单管理操作。再将Docker镜像包复制到准备运行Docker容器的linux宿主机中, 并且将之前写好的shell脚本也部署在宿主机上, 做为对Docker容器的管理组件。编写完对服务的远程调用管理脚本后, 对各服务进行服务注册, 使用java语言的编写的服务注册组件来远程管理Docker容器。

  五、结论与展望

  由于使用中央云资源的优势, 电子政务和云计算的结合是未来电子政务发展的总体趋势。电子政务云模型为电子政务向云提供理论解决方案, 并遵循理论的解决方案。该方案的构建模式可以有效地结合电子政务系统和云计算本身的特点, 认识到政府员工在云中工作, 社交人士在云中享受一站式服务体验。基于模型的电子政务使命是未来发展的方向。本课题提出了一种新电子政务系统实现方式, 描述了该模型的运行过程和运行机制, 分析了这种新模式的优缺点, 并讨论了创建这种新模型的必要性和可行性, 富了云和电子政务技术的理论内容。

  容器技术虚拟化技术已经成为一种被大家广泛认可的容器技术服务器资源共享方式, 容器技术可以在按需构建容器技术操作系统实例的过程当中为系统管理员提供极大的灵活性。出现了一种称为容器技术 (Container) 的新型虚拟化技术来帮助解决这些问题。

  参考文献

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  [4] Jeong Chun Hai@Ibrahim. (2007) .Fundamental of Development Administration.Selangor:Scholar Press.ISBN 978-967-5045-08-0.
  [5]刘邦凡.电子政务建设与管理[M].北京:北京大学出版社, 2005.

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