沈磊，何嬌，胡昊*

（1.武漢大學(xué)信息管理學(xué)院，武漢 430072；2.環(huán)境保護(hù)部信息中心，北京 100029）

分布式環(huán)境應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控方法研究

沈磊1，何嬌2，胡昊2*

（1.武漢大學(xué)信息管理學(xué)院，武漢 430072；2.環(huán)境保護(hù)部信息中心，北京 100029）

環(huán)境信息化是環(huán)保能力建設(shè)的重要組成部分，是涵蓋環(huán)保各項(xiàng)業(yè)務(wù)的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作。隨著環(huán)境保護(hù)相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的不斷增加，極大增加了系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)難度，獲取準(zhǔn)確的系統(tǒng)運(yùn)行信息、準(zhǔn)確定位問(wèn)題節(jié)點(diǎn)已經(jīng)成為進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)監(jiān)控管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。針對(duì)環(huán)境信息化的發(fā)展現(xiàn)狀和分布式系統(tǒng)的特點(diǎn)，本文將系統(tǒng)監(jiān)控管理的對(duì)象分為應(yīng)用類(lèi)對(duì)象和系統(tǒng)類(lèi)對(duì)象兩類(lèi)，并給出一種應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控對(duì)象模型，明確的監(jiān)控對(duì)象的確立方式，建立監(jiān)控對(duì)象間的依賴(lài)關(guān)系，從而建立影響應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行狀況的因素拓?fù)潢P(guān)系。論述了應(yīng)用類(lèi)資源和系統(tǒng)類(lèi)資源監(jiān)控信息的獲取方法，包括操作系統(tǒng)、中間件等系統(tǒng)類(lèi)資源的監(jiān)控機(jī)制，以及實(shí)時(shí)撥測(cè)、基于性能工具的監(jiān)控、集成監(jiān)控機(jī)制等應(yīng)用類(lèi)資源監(jiān)控機(jī)制。給出了應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控體系的技術(shù)架構(gòu)，對(duì)各組成部分的主要功能進(jìn)行了描述。在此基礎(chǔ)上建立的應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)能對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面周期監(jiān)控，并能準(zhǔn)確定位問(wèn)題發(fā)生的關(guān)鍵部位。

環(huán)境信息化；分布式;應(yīng)用系統(tǒng);監(jiān)控

1 環(huán)境信息化的必要性及發(fā)展現(xiàn)狀

環(huán)境信息化是充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，開(kāi)發(fā)環(huán)境信息資源，促進(jìn)環(huán)境信息交流和共享，推動(dòng)環(huán)境保護(hù)發(fā)展轉(zhuǎn)型或改進(jìn)決策管理的歷史性進(jìn)程。國(guó)內(nèi)的信息化是從20世紀(jì)80年代中期，在社會(huì)進(jìn)入信息時(shí)代后開(kāi)始規(guī)模化建設(shè)與發(fā)展，90年代初期，為了適應(yīng)我國(guó)環(huán)境保護(hù)工作的需要，環(huán)境信息化逐漸進(jìn)入國(guó)家信息化領(lǐng)域，較大規(guī)?；ㄔO(shè)始于“九五”期間，至今已有20年。

環(huán)境問(wèn)題是多個(gè)問(wèn)題的綜合體，是人與自然、發(fā)展與環(huán)境利益矛盾沖突的結(jié)果，是一個(gè)多層次、多系統(tǒng)、多視角的復(fù)雜問(wèn)題。從經(jīng)濟(jì)角度看，涉及三次產(chǎn)業(yè)及各行各業(yè)和生產(chǎn)、流通、分配、消費(fèi)各個(gè)環(huán)節(jié)；從管理角度看，涉及水務(wù)、國(guó)土、建設(shè)、農(nóng)業(yè)和家庭生活的多個(gè)方面；從技術(shù)角度看，涉及物理、化學(xué)、生物、地質(zhì)等多學(xué)科領(lǐng)域；從業(yè)務(wù)管理角度看，涉及環(huán)境質(zhì)量、環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)察、環(huán)境統(tǒng)計(jì)、污染源在線監(jiān)控、項(xiàng)目審批和驗(yàn)收、信訪投訴等業(yè)務(wù)板塊。環(huán)境信息種類(lèi)繁多、數(shù)量巨大，只有深入推進(jìn)環(huán)境信息化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境信息采集、傳輸和管理的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化，才能從大量龐雜的信息中洞察趨勢(shì)、掌握重點(diǎn)，使環(huán)境管理決策體現(xiàn)時(shí)代性、把握規(guī)律性、富于創(chuàng)造性，提高環(huán)境管理決策的水平和能力，推動(dòng)各類(lèi)環(huán)境問(wèn)題的有效解決。

實(shí)踐證明，環(huán)境信息化是環(huán)保能力建設(shè)的重要組成部分，是涵蓋環(huán)保各項(xiàng)業(yè)務(wù)的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，是服務(wù)環(huán)境管理決策的一種技術(shù)保障。離開(kāi)環(huán)境信息化談環(huán)保，勢(shì)必影響環(huán)境管理決策的科學(xué)化、精準(zhǔn)化，制約環(huán)境保護(hù)服務(wù)于政府宏觀管理的有效發(fā)揮。

各級(jí)環(huán)境保護(hù)行政主管部門(mén)積極應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感、自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)以及多媒體技術(shù)等先進(jìn)的信息技術(shù)手段，陸續(xù)開(kāi)展了辦公自動(dòng)化、環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理、衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)、環(huán)境統(tǒng)計(jì)、建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)管理、排污申報(bào)與收費(fèi)、污染源在線監(jiān)測(cè)管理、生物多樣性管理、環(huán)境應(yīng)急管理等大規(guī)模業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)工作。但環(huán)境信息化自身基礎(chǔ)和保障體系依然薄弱，人才隊(duì)伍建設(shè)和投入嚴(yán)重不足，重建設(shè)、輕運(yùn)維的情況時(shí)有發(fā)生，尤其是“云大物移智”等新興技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)運(yùn)維工作的要求不斷提升。

隨著分布式應(yīng)用系統(tǒng)理論和技術(shù)的高度成熟，以及其所帶來(lái)的高擴(kuò)展性、維護(hù)與實(shí)施的簡(jiǎn)單性，應(yīng)用上極受歡迎[2，3]。傳統(tǒng)的三層架構(gòu)模式發(fā)展到多層模式，信息系統(tǒng)規(guī)模日益擴(kuò)大、結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜。在進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控時(shí)，如何獲取準(zhǔn)確的系統(tǒng)運(yùn)行信息、準(zhǔn)確定位問(wèn)題節(jié)點(diǎn)已經(jīng)成為進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)監(jiān)控管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

本文提出了一種應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控模型、體系架構(gòu)和監(jiān)控方法，為應(yīng)用系統(tǒng)提供全生命周期的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，是進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控體系分析和設(shè)計(jì)的有效解決方案。

2 分布式應(yīng)用系統(tǒng)監(jiān)控分析

運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)觀測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)收集和分析應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)和外部環(huán)境信息，判斷監(jiān)控目標(biāo)的執(zhí)行行為是否與給定的需求或規(guī)約相一致[6，7]，從而發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的異常和健康程度。

分布式系統(tǒng)是指組件分布在連網(wǎng)的計(jì)算設(shè)備上，組件之間通過(guò)傳遞消息進(jìn)行通信和動(dòng)作協(xié)調(diào)的系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)資源、任務(wù)、功能和控制的全面分布[8，9]。分布式系統(tǒng)資源監(jiān)控管理范圍涉及到網(wǎng)絡(luò)、主機(jī)、終端、UPS、中間件、數(shù)據(jù)庫(kù)、業(yè)務(wù)應(yīng)用、存儲(chǔ)等分布式系統(tǒng)中的各類(lèi)信息資源。由于所監(jiān)視的IT資源大多為分布式系統(tǒng)并且軟、硬件設(shè)施間構(gòu)成了錯(cuò)綜復(fù)雜的拓?fù)洵h(huán)境，某個(gè)節(jié)點(diǎn)故障的發(fā)生可能會(huì)同時(shí)導(dǎo)致多個(gè)應(yīng)用的運(yùn)行異常現(xiàn)象。根據(jù)分布式應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，將整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)控管理的對(duì)象分為兩類(lèi)：①應(yīng)用類(lèi)對(duì)象：根據(jù)用戶(hù)需求開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序或程序組件；②系統(tǒng)類(lèi)對(duì)象：支持應(yīng)用程序運(yùn)行的系統(tǒng)資源，主要指應(yīng)用中間件、數(shù)據(jù)庫(kù)、操作系統(tǒng)等軟件資源以及主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備等硬件設(shè)施。應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控需要對(duì)納入監(jiān)控范圍的應(yīng)用類(lèi)和系統(tǒng)類(lèi)資源進(jìn)行實(shí)時(shí)全方位監(jiān)控、預(yù)警、定位、問(wèn)題診斷和輔助故障處理，形成“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題—定位問(wèn)題—解決問(wèn)題—避免類(lèi)似問(wèn)題再次發(fā)生—促進(jìn)應(yīng)用系統(tǒng)持續(xù)優(yōu)化改進(jìn)”的監(jiān)控管理模式；同時(shí)，需要形成對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境中網(wǎng)絡(luò)、安全設(shè)備、主機(jī)、存儲(chǔ)、操作系統(tǒng)、應(yīng)用中間件、數(shù)據(jù)庫(kù)及應(yīng)用系統(tǒng)自身的基礎(chǔ)監(jiān)控體系，對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行效率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，形成覆蓋應(yīng)用系統(tǒng)整體運(yùn)行環(huán)境的管理體系。

3 應(yīng)用系統(tǒng)監(jiān)控模型

3.1 監(jiān)控對(duì)象拓?fù)?/p>

監(jiān)控模型就是描述監(jiān)控對(duì)象和對(duì)象間關(guān)系的問(wèn)題，通過(guò)“對(duì)象-關(guān)系”的建立，形成應(yīng)用系統(tǒng)的監(jiān)控拓?fù)洹?/p>

O={o1,o2,o3,……，on}表示所有監(jiān)控對(duì)象的集合。

對(duì)象間依賴(lài)關(guān)系：當(dāng)某個(gè)監(jiān)控對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)依賴(lài)于另外的監(jiān)控對(duì)象時(shí)，如o1依賴(lài)于o2時(shí)，用MD(o1，o2)表示[10]。當(dāng)o1的運(yùn)行狀態(tài)依賴(lài)于o2和o3，o2和o3存在兩種邏輯關(guān)系，一種是o2和o3共同支撐了o1的運(yùn)行，缺一不可，則可表示為MD(o1，o2 AND o3)，第二種是o2和o3僅有一個(gè)正常運(yùn)行時(shí)即可支撐o1的運(yùn)行，這種情況主要存在于o2和o3是采用熱備或負(fù)載均衡的情況，用MD(o1，o2 OR o3)。

依賴(lài)關(guān)系的傳遞性：監(jiān)控體系中的三個(gè)監(jiān)控對(duì)象 o1, o2, o3，如果存在o1依賴(lài)于 o2（MD（o1, o2）），并且存在 o2依賴(lài)于o3（MD（o2, o3）），則o1依賴(lài)于o3, 即有MD（o1, o3）成立。

應(yīng)用系統(tǒng)監(jiān)控中的監(jiān)控邏輯模型是否正確，是能否在發(fā)生問(wèn)題時(shí)及時(shí)定位問(wèn)題的關(guān)鍵因素。在進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)監(jiān)控時(shí)，必須根據(jù)上文中定義的監(jiān)控對(duì)象的相關(guān)依賴(lài)關(guān)系， 畫(huà)出監(jiān)控對(duì)象依賴(lài)圖MODG（Monitoring Objects Dependence Graph）。監(jiān)控對(duì)象依賴(lài)圖是一個(gè)有向圖G = (O, E)，其中O是頂點(diǎn)的集合，每一個(gè)頂點(diǎn)代表監(jiān)控體系中的一個(gè)監(jiān)控對(duì)象。 E是邊集，每一個(gè)邊 e= ( o1, o2)表示 o1依賴(lài)于o2。根據(jù)MODG圖找出監(jiān)控體系內(nèi)各個(gè)監(jiān)控對(duì)象間的依賴(lài)關(guān)系 R= { ＜o(jì)1, o2＞ | o1，o2屬于應(yīng)用系統(tǒng)中的監(jiān)控對(duì)象且o1依賴(lài)于o2}，然后根據(jù)對(duì)象依賴(lài)關(guān)系，可以找出影響監(jiān)控對(duì)象運(yùn)行狀態(tài)的對(duì)象鏈，如果某條對(duì)象鏈中出現(xiàn)了問(wèn)題，可以直接定位到出現(xiàn)問(wèn)題的監(jiān)控對(duì)象。圖 1是某個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成情況。圖 2是根據(jù)圖 1的依賴(lài)關(guān)系畫(huà)出監(jiān)控對(duì)象依賴(lài)圖。從圖 2中找出6個(gè)監(jiān)控對(duì)象間的依賴(lài)關(guān)系集 R ={ ＜ o1, o2＞ , ＜ o1, o3＞ ,＜ o2, o4＞ , ＜ o3, o4 ＞ , ＜ o4, o5＞ , ＜ o5, o6＞}，當(dāng)o1出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可以根據(jù)依賴(lài)關(guān)系及其傳遞性從集合 R 找出影響其中某個(gè)監(jiān)控對(duì)象運(yùn)行狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)。

圖1 應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境

圖2 監(jiān)控對(duì)象依賴(lài)圖

3.2 監(jiān)控對(duì)象的確立

要反映一個(gè)分布式應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)控：

關(guān)鍵功能組件OK，關(guān)鍵功能組件是一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的核心部分，是該應(yīng)用系統(tǒng)使用頻率較高、性能消耗較大、直接反映用戶(hù)體驗(yàn)的部分。

應(yīng)用中間件OW，應(yīng)用中間件是位于平臺(tái)(硬件和操作系統(tǒng))和應(yīng)用之間的通用服務(wù)，是支持應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)環(huán)境，如IBM Webshere，Oracle weblogic，tomcat，Jboss等。

數(shù)據(jù)庫(kù)OD，應(yīng)用系統(tǒng)用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理的軟件以及運(yùn)行于該軟件上的數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例。

操作系統(tǒng)OP，指支撐應(yīng)用中間件及數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行的基礎(chǔ)環(huán)境，如Windows server2008、UNIX、Linux、AIX。

支撐應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行的其他應(yīng)用系統(tǒng)或系統(tǒng)組件OS，由于Web Service、組件技術(shù)等新興開(kāi)發(fā)模式的興起，一些應(yīng)用系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中需要依托、復(fù)用其他應(yīng)用系統(tǒng)的一些功能組件，在這些功能組件發(fā)生故障時(shí)會(huì)直接導(dǎo)致應(yīng)用系統(tǒng)一些功能的失效。

被其他應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)用的功能組件OB，用于支撐其他應(yīng)用系統(tǒng)使用和運(yùn)行的功能組件，當(dāng)該組件發(fā)生故障時(shí)會(huì)導(dǎo)致其他系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的異常。

基礎(chǔ)硬件設(shè)施OH，支撐應(yīng)用系統(tǒng)使用及運(yùn)行的基礎(chǔ)硬件設(shè)施，包括相關(guān)的主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、安全設(shè)備、負(fù)載均衡設(shè)備等。

根據(jù)各類(lèi)監(jiān)控對(duì)象的特征，建立以下的對(duì)象間依賴(lài)關(guān)系：MD(OA，OKand Owand ODand OS)、MD(Ow, OP)、MD(OD,OP)、MD(OP，OH)。

應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)取決于其所涉及的所有監(jiān)控對(duì)象，根據(jù)對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的監(jiān)控和管理要求，監(jiān)控對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)一般可以分為正常運(yùn)行狀態(tài)、非正常運(yùn)行狀態(tài)和停運(yùn)狀態(tài)，造成停運(yùn)狀態(tài)的情況一般分為系統(tǒng)故障、正常維護(hù)和人為終止服務(wù)，即系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)RS={運(yùn)行、故障、性能問(wèn)題、維護(hù)、停止}。任一監(jiān)控對(duì)象O在時(shí)間t時(shí)，有且只能有一種運(yùn)行狀態(tài)，即O(t)∈RS。

4 監(jiān)控信息的獲取

4.1 系統(tǒng)資源

對(duì)UNIX、Linux操作系統(tǒng)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)，需要預(yù)先在被監(jiān)控操作系統(tǒng)上建立具有執(zhí)行相關(guān)系統(tǒng)命令的用戶(hù)，以保證能夠獲取操作系統(tǒng)的關(guān)鍵運(yùn)行狀態(tài)信息。UNIX系統(tǒng)需要ps、svmon、lscfg、vmstat、lsfs、df、hostname、last、/usr/sbin/swapinfo、ioscan、mount權(quán)限；Linux系統(tǒng)需要cat、df、hostname、last權(quán)限。模擬預(yù)先建立的用戶(hù)使用telnet、ssh2方式登錄到目標(biāo)操作系統(tǒng)上，執(zhí)行系統(tǒng)狀況查詢(xún)命令，獲取關(guān)鍵系統(tǒng)運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)。使用命令獲取的返回結(jié)果格式多種多樣、不利于程序處理，所以會(huì)應(yīng)用AWK等語(yǔ)言對(duì)結(jié)果進(jìn)行一定的處理，從而降低程序解析命令返回結(jié)果的復(fù)雜度。對(duì)Windows操作系統(tǒng)，需要安裝相關(guān)的托盤(pán)程序，由托盤(pán)程序獲取系統(tǒng)運(yùn)行的各種信息。

代理解析命令返回值后，將數(shù)據(jù)封裝成bean，并與事先設(shè)定的監(jiān)控閥值進(jìn)行比較，判斷是否生成故障、性能和配置事件，然后將數(shù)據(jù)信息和事件信息發(fā)送到數(shù)據(jù)發(fā)送線程中等待發(fā)送，通過(guò)JMX方式將各種信息發(fā)送至監(jiān)控中心。

對(duì)于應(yīng)用中間件、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、安全設(shè)備等成熟的軟、硬件產(chǎn)品，可以直接調(diào)用其已經(jīng)提供的相關(guān)監(jiān)控工具，如Webshpere提供的perfServletApp.ear，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控信息的獲??；或是利用其提供的相關(guān)API，通過(guò)JMX的方式獲取監(jiān)控信息，如webSphere提供的AdminClient API。

4.2 應(yīng)用資源

應(yīng)用系統(tǒng)自身的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控是一種輕量級(jí)的驗(yàn)證技術(shù)，是軟件測(cè)試階段的一種補(bǔ)充，其驗(yàn)證過(guò)程基于監(jiān)控目標(biāo)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行，并非去判斷應(yīng)用邏輯是否正確、代碼開(kāi)發(fā)是否合理，只關(guān)注于特定時(shí)間內(nèi)程序運(yùn)行是否符合預(yù)期[11]。

對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)及其核心功能組件的監(jiān)控方式主要有實(shí)時(shí)撥測(cè)、基于性能工具的監(jiān)控以及集成監(jiān)控模式三種。

實(shí)時(shí)撥測(cè)針對(duì)采用B/S方式對(duì)外提供服務(wù)的應(yīng)用系統(tǒng)，通過(guò)自動(dòng)模擬HTTP、HTTPS等協(xié)議實(shí)時(shí)撥測(cè)各應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)鍵URL頁(yè)面，通過(guò)判斷返回的URL頁(yè)面響應(yīng)，以監(jiān)控各應(yīng)用系統(tǒng)的可用性、響應(yīng)時(shí)間：

基于性能工具的監(jiān)控方式是指通過(guò)使用中間件本身提供的性能監(jiān)控工具，獲取包含應(yīng)用運(yùn)行狀況的信息。獲取的信息除了被請(qǐng)求次數(shù)、平均響應(yīng)時(shí)間、最長(zhǎng)相應(yīng)時(shí)間，最短響應(yīng)時(shí)間、高水位、低水位等Action或者Servlet運(yùn)行的負(fù)載情況外，還包括jvm運(yùn)行時(shí)信息、數(shù)據(jù)庫(kù)連接池信息、Servlet會(huì)話(huà)信息、Web應(yīng)用信息、企業(yè)bean等。利用能夠?qū)?yīng)用程序提供管理服務(wù)的JMX管理功能服務(wù)，得到中間件上運(yùn)行的應(yīng)用程序信息：

集成監(jiān)控機(jī)制是指通過(guò)對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)監(jiān)控項(xiàng)的分析，制定監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集的Web Services服務(wù)接口規(guī)范，監(jiān)控程序與各應(yīng)用系統(tǒng)按照約定開(kāi)發(fā)符合標(biāo)準(zhǔn)的Web Services接口。Web Services服務(wù)接口由各應(yīng)用系統(tǒng)按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行發(fā)布，監(jiān)控平臺(tái)負(fù)責(zé)定期調(diào)用相應(yīng)接口，各應(yīng)用系統(tǒng)在接收到調(diào)用請(qǐng)求時(shí)，按照規(guī)定的接口規(guī)范向監(jiān)控程序返回監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

各應(yīng)用系統(tǒng)的Web Services服務(wù)接口采用基于XML格式的WSDL(Web Services Description Language)標(biāo)準(zhǔn)方式進(jìn)行發(fā)布，供平臺(tái)調(diào)用。

平臺(tái)遠(yuǎn)程調(diào)用被監(jiān)控業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供的WebService服務(wù)接口，通過(guò)接口獲取業(yè)務(wù)系統(tǒng)中關(guān)鍵應(yīng)用的運(yùn)行狀況，得到返回的XML格式的查詢(xún)結(jié)果，分析出XML結(jié)果中包含的應(yīng)用運(yùn)行狀況。

監(jiān)控平臺(tái)和應(yīng)用系統(tǒng)針對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的交互，在網(wǎng)絡(luò)層采用HTTPS作為傳輸協(xié)議，在數(shù)據(jù)表現(xiàn)層采用XML格式的SOAP(Simple Object Access Protocol)協(xié)議來(lái)約束消息格式，完成通過(guò)Web Services服務(wù)方式完成監(jiān)控平臺(tái)和應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸和消息傳遞。

5 應(yīng)用系統(tǒng)監(jiān)控的體系架構(gòu)

應(yīng)用系統(tǒng)監(jiān)控的技術(shù)體系主要由監(jiān)控代理服務(wù)、規(guī)則關(guān)聯(lián)服務(wù)、中心服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)5部分組成，各部分之間主要通過(guò)JMS和JDBC方式進(jìn)行通訊。

圖3 應(yīng)用系統(tǒng)監(jiān)控體系架構(gòu)圖

監(jiān)控代理服務(wù)一般包括6類(lèi)重要功能。日志收集引擎進(jìn)程（Collector）接受、收集監(jiān)控代理策略和配置，采集、過(guò)濾、識(shí)別和格式化日志信息，進(jìn)行事件的簡(jiǎn)單聚合，并將事件輸出到聚合引擎（AE）；監(jiān)控代理引擎（MonitorAgent）接受監(jiān)控器配置策略、運(yùn)營(yíng)監(jiān)控器，獲取監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，向中心發(fā)送監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)；拓?fù)浯硪妫═opoAgent）負(fù)責(zé)采集主機(jī)、端口和拓?fù)湫畔ⅲ淮硎刈o(hù)引擎（AgentGuard）負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、維護(hù)和清理，以及未知日志的歸檔和萃??；通訊代理引擎（CommAgent）負(fù)責(zé)向中心服務(wù)器上的進(jìn)程提供業(yè)務(wù)API服務(wù)；數(shù)據(jù)庫(kù)引擎（DbManager）負(fù)責(zé)本地存儲(chǔ)原始日志和未知日志等。

規(guī)則關(guān)聯(lián)服務(wù)主要負(fù)責(zé)對(duì)事件進(jìn)行策略關(guān)聯(lián)分析，并形成高等級(jí)事件。聚合引擎（Aggregation Engine，AE）內(nèi)置消息中間件，負(fù)責(zé)接收事件、根據(jù)策略聚合同義事件，并直接向規(guī)則關(guān)聯(lián)引擎發(fā)送事件；規(guī)則關(guān)聯(lián)引擎（Rule Correlation Engine，RCE）負(fù)責(zé)規(guī)則的加載和預(yù)編譯，對(duì)接收到的事件進(jìn)行場(chǎng)景模擬，產(chǎn)生高等級(jí)事件，并發(fā)送至事件中心處理；監(jiān)控中心引擎（MonitorCenter）接收監(jiān)控代理的數(shù)據(jù)，將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)入庫(kù)，將事件信息發(fā)送給聚合引擎；通訊代理進(jìn)程（CommAgent）負(fù)責(zé)向中心服務(wù)器上的進(jìn)程提供業(yè)務(wù)API服務(wù)。

中心服務(wù)主要負(fù)責(zé)事件和網(wǎng)絡(luò)信息的統(tǒng)一處理，包括匹配工單策略、分析網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、統(tǒng)一任務(wù)調(diào)度等。事件中心進(jìn)程（EventCenter）負(fù)責(zé)接收事件，負(fù)責(zé)匹配工單策略，觸發(fā)告警。拓?fù)涔芾硪妫═opo Center）負(fù)責(zé)流量信息獲取和監(jiān)控，拓?fù)潢P(guān)系發(fā)現(xiàn)以及資產(chǎn)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)；任務(wù)中心引擎（TaskCenter）定時(shí)進(jìn)行任務(wù)執(zhí)行如漏掃、校時(shí)等，執(zhí)行即時(shí)任務(wù)如郵件提醒、短信報(bào)警等，并周期性收集采集引擎運(yùn)行信息；集成中心引擎（IntegrationCenter）負(fù)責(zé)同第三方軟件在業(yè)務(wù)層進(jìn)行集成，可支持多種通訊協(xié)議的擴(kuò)展；通訊中心進(jìn)程（CommCenter） 負(fù)責(zé)向Web應(yīng)用進(jìn)程提供業(yè)務(wù)API服務(wù)。

數(shù)據(jù)服務(wù)中的數(shù)據(jù)庫(kù)集中存儲(chǔ)系統(tǒng)中的核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫(kù)守護(hù)進(jìn)程（DBGuard）負(fù)責(zé)監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行管理軟件數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，必要時(shí)做表空間清理。

應(yīng)用服務(wù)通過(guò)部署并運(yùn)行Web程序包，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)展現(xiàn)業(yè)務(wù)，處理用戶(hù)的http請(qǐng)求等。

在進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)監(jiān)控時(shí)，如何獲取相關(guān)監(jiān)控對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)是整個(gè)系統(tǒng)的核心。數(shù)據(jù)采集的功能主要由監(jiān)控器和監(jiān)控代理完成。監(jiān)控器必須依附于監(jiān)控代理存在。一個(gè)監(jiān)控代理可以附加多個(gè)監(jiān)控器，監(jiān)控器主要分為兩種：一種為無(wú)需在監(jiān)控目標(biāo)機(jī)上安裝監(jiān)控器程序，另一種為需要安裝監(jiān)控器程序(Windows和IIS FTP等)，兩種監(jiān)控器都可以由監(jiān)控代理統(tǒng)一收集監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。需要安裝監(jiān)控器程序的監(jiān)控器在系統(tǒng)部署時(shí)需要進(jìn)行配置，將監(jiān)控器程序安裝于需要進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)，同時(shí)配置其端口信息。監(jiān)控器可以由根據(jù)監(jiān)控需求的不同進(jìn)行配置、添加、刪除和編輯某個(gè)代理上依附的監(jiān)控器，當(dāng)代理處于不可用狀態(tài)時(shí)無(wú)法對(duì)其已有的監(jiān)控器進(jìn)行編輯操作，但可以進(jìn)行刪除操作。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了在復(fù)雜應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境下，對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控的一種方法。應(yīng)用該方法開(kāi)發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)既能對(duì)基礎(chǔ)系統(tǒng)類(lèi)對(duì)象進(jìn)行監(jiān)控，又能對(duì)個(gè)性化定制開(kāi)發(fā)的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，并將應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行了建模和關(guān)聯(lián)，便于配置和擴(kuò)展。

基于上述的軟件模型、監(jiān)控方法和體系架構(gòu)，針對(duì)某大型項(xiàng)目的監(jiān)控需求，開(kāi)發(fā)了應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行管理軟件，用于進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)的日常監(jiān)控和管理，監(jiān)控范圍包括IBM PC服務(wù)器、小型機(jī)、EMC存儲(chǔ)設(shè)備、Windows、Linux、Unix、AIX、Websphere應(yīng)用中間件、DB2數(shù)據(jù)庫(kù)、IBM MQ、IBM MB、華為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等1000多套軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施以及行政審批、統(tǒng)計(jì)調(diào)查、數(shù)據(jù)分析、GIS、數(shù)據(jù)傳輸與交換等8類(lèi)應(yīng)用系統(tǒng)。該監(jiān)控軟件提供了豐富的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息，對(duì)于實(shí)現(xiàn)應(yīng)用狀態(tài)分析、故障診斷及處理提供了基礎(chǔ)工具，為日常的運(yùn)維和管理提供了有力的支持。

[1] 曹波, 匡堯, 楊杉, 等. IT運(yùn)維操作安全評(píng)估及對(duì)策分析[J]. 中南民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2011, 30(02): 88-91.

[2] 張人千, 孫壯志, 周志忠, 等. 分布式多層應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)證研究[J]. 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用, 2002, 38(05): 221-223, 230-230.

[3] 慕德勝. 基于SSH多層框架Web應(yīng)用系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D]. 沈陽(yáng): 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué), 2007.

[4] 孫旭, 熊淑華, 張朝陽(yáng), 等. 基于Hostmonitor的網(wǎng)站系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展, 2012, 22(05): 173-176.

[5] 王薇, 李錦濤, 郭俊波, 等. 基于Linux的多服務(wù)器NC環(huán)境中系統(tǒng)監(jiān)控的設(shè)計(jì)[J]. 計(jì)算機(jī)工程, 2006, 32(12): 139-141.

[6] 唐姍, 李麗萍, 譚文安. 自適應(yīng)重配置軟件系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)監(jiān)控方法研究[J]. 計(jì)算機(jī)科學(xué), 2013, 40(11): 191-196.

[7] 劉東紅, 鄒鵬. 分布式軟件系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)監(jiān)測(cè)框架研究[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué), 2013, 35(06): 24-29.

[8] Coulouris G, Dollimore J, Kindberg T. Distributed Systems: Concepts and Design[M]. 4th ed. Melbourne: Addison-Wesley Longman, 2005.

[9] 洪龍, 周寧寧, 朱梧槚. 基于分布式系統(tǒng)概念的分布式數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究, 2004, 21(04): 183-185.

[10] 陳文海, 葛瑋, 郝克剛. 基于依賴(lài)性的面向?qū)ο筌浖煌瑢用娴臏y(cè)試用例生成[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件, 2008, 25(04): 9-11.

[11] 趙常智. 基于運(yùn)行時(shí)驗(yàn)證的軟件監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)研究[D].長(zhǎng)沙: 國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué), 2011.

Research of Runtime State Monitoring Method for Distributed Environmental Application System

Shen Lei1, He Jiao2, Hu hao2*
（ 1.School of Information Management，Wuhan University，WuHan 430072；2.Environmental Information Center of Ministry of Environmental Protection, Beijing 100029 ）

Environmental informatization is an important part of the environmental protection capacity building, a basic work of environmental protection. With the increasing number of relevant environmental protection application system, the difficulty of application systems maintenance become more hardly. Obtaining the accurate system operation an problem node information have become the emphasis and difficulty in monitoring and managing the application system.Aiming at the development status of environmental informatization and the characteristics of distributed application system, this paper divided the system monitoring management object into application class object and system class object. The object model for distributed applicaiotn system runtime state monitoring was presented, the way of establishing monitor object was ensured, and the dependence relationship of monitoring object was established. Then, the topology relationship of the factors that influence the running status of the application system was set up. The acquisition method of application resource and system resource runtime state information was discussed. Including the monitoring mechanism of system class resource (operating system, middleware, etc.), and the monitoring mechanism of application class resource (real-time measurement, performance tools monitoring, integrated monitoring). The technical architecture of application system runtime state monitoring system was designed, and the main fuction of its components was described. The monitoring system provides the lifecyle monitoring for applicaiotn system, and the system is able to location localise the key positions of system fault.

environmental informatization; distributed system; application system; monitoring

TP319

1674-6252（2016）02-0116-05

A

10.16868/j.cnki.1674-6252.2016.02.116

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)-大氣及水體揮發(fā)性有機(jī)物連續(xù)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備開(kāi)發(fā)及應(yīng)用示范(2012YQ060027)資助。

沈磊（1982—），男，武漢大學(xué)信息管理學(xué)院，主要研究方向?yàn)轫?xiàng)目管理。

*責(zé)任作者： 胡昊（1983—），男，環(huán)境保護(hù)部信息中心，研究方向?yàn)榄h(huán)境信息化。