云计算环境中集群监测管理系统设计与实现
摘 要云计算是一种基于互联网的服务模式。可以认为它是并行处理、分布式处理和网络计算这些概念的商业化运用。在云的概念中，我们只需要任意一个能够接入互联网的终端，如一台能够上网的手机，或者最近火热的智能手表，理论上，就可以得到无限多的服务。云计算中的重要一个组成部分，便是集群服务器，通过将多个物理机器连接到一起，使多台服务器能够像一台服务器那样工作，或者说看起来好像一台服务器。在本文中，设计了一个集群服务器监测系统，并使用Eclipse开发环境，通过Java语言，在Windows 7系统环境下，实现了对多台服务器运行时的CPU占用率、内存使用率与硬盘空间这些指标的动态采集，汇总至监测主机，再由该监测主机，处理数据，并写入SQLite数据库，并拥有自动报警功能，以方便服务器管理人员对数据进行处理分析，及时找出失效的节点。该系统采集速度快，资源占用率低，能够达到较好动态监测效果。
目 录
摘 要 I
Abstract II
目 录 III
第1章 课题背景及意义 1
1.1 引言 1
1.2 课题背景 1
1.3 研究现状 2
1.4 课题的主要内容 3
1.5 论文组织结构 3
第2章 集群监测相关技术 4
2.1 云计算环境下集群服务器的性能指标 4
2.1.1 CPU占用率 4
2.1.2 内存占用率 5
2.1.3 外存储器 6
2.2 服务器运行信息采集包Sigar简介 7
2.2.1 Sigar介绍 7
2.2.2 Sigar使用方法介绍 8
2.3 Java开发平台介绍 9
2.3.1 Java介绍 9
2.3.2 Eclipse开发环境 14
2.3.3 本课题重点.jar包和类 14
2.4 本章小结 14
第3章 系统设计与实现 15
3.1 系统架构 15
3.2 系统模块划分 15
3.3 数据库设计 16
3.4 服务器模块 17
3.4.1 UI设计与
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实现 17
3.4.2 服务器连接响应 19
3.4.3 服务器数据接收 21
3.5 数据库实现 21
3.6 客户端模块 26
3.6.1 客户端连接请求 26
3.6.2 客户端数据采集 27
3.7 本章小结 28
第4章 系统集成与测试 29
4.1 系统集成环境 29
4.2 系统测试 29
4.3 本章小结 34
第5章 总结 35
参考文献 36
致 谢 38
附录：外文文献 39
第1章 课题背景及意义
1.1 引言
云计算是如今信息技术领域最热门的词汇之一，它是由美国的谷歌公司率先提出的新一代互联网概念，其基本原理是，通过组合、调度大量的分布式计算机，使计算工作以分布式方式进行，而非传统的本地计算机或单一的远程服务器上。最让人印象深刻的认识是：我们的电脑只要一显示器加根网线即可实现几乎如今个人计算机的所有功能，甚至可以得到更多，也就说主机等部分全部由云服务器提供。IBM的创立者托马斯曾表示，世界上只需要5台计算机就足够了。微软的比尔盖茨也曾经说到：PC机的内存仅仅需要640K。云计算就是这样一种变革——由谷歌、IBM这样的专业网络公司来搭建计算机存储、运算中心，用户通过一根网线借助浏览器就可以很方便的访问，把“云”做为资料存储以及应用服务的中心。云计算描绘了这么一个未来世界——我们不再在本地计算机进行运算，而是将计算工作集中于某个第三方的服务器，也许在今后，我们的个人电脑上，只需要一个浏览器，即可获得比现在更好更强大的信息体验。也可以说云计算是一种范式，它关注于数据共享和基于可伸缩网络节点的运算，这些节点包括：终端用户电脑、数据中心、还有WEB服务，我们将这样一些网络节点看成一个云，基于这样的云的应用我们便称之为云计算应用。
1.2 课题背景
如果将云计算系统的核心作为一个抽象层，则它可将整个系统分为两个部分。向上是虚拟机，向下是硬件资源。
需要注意的是云计算并不追求大规模并行计算，而是专注于针对虚拟机计算资源的分配和管理。集群系统才追求大规模的并行计算。集群简单来说就是一组计算机，一个理想的集群系统，无论底层有多少个节点，从用户的角度看，都只有一台机器在向他们提供服务。早在七十年代左右，许多研究机构就开始对集群进行了开发与研究。但是因为大多用于科学领域，所以了解它的人并不多。对于集群的广泛研究和运用，源于它良好的可拓展性。曾经，增加CPU的主频和BUS的带宽是被认为是提高计算机性能的主要手段。随后，大家通过增加CPU数量和内存容量来增强系统的性能，这就是所谓的多处理机（SMP），然而，一旦CPU数量超过了某一数值时，SMP的可拓展性就会急剧下滑，这主要是由于CPU访问内存时，它的带宽并不能随着CPU数量的增长而有效地增长，而与SMP相反的是，集群的性能与CPU数量的多少近似于线性，下图显示了这种情况：
系统性能 理想系统
集群系统
多处理机系统
CPU个数
图1.1 不同系统下CPU个数对系统性能的影响
与此同时，集群也能够极大的提高系统的稳定性，试想一下，在集群系统中，当某个节点发生故障时，我们可以将它的任务传递给另一个节点，保证整个系统是可以使用的。
1.3 研究现状
集群是云计算中十分重要的组成部分，是云计算底层运算的载体，集群中任意一台服务器的运行异常甚至是故障，都需要对此进行相应的处理，以内存资源为例，在集群中，某个节点的内存一直处于高度使用状态，而另外的一些节点则十分空闲，这将导致系统资源的极大浪费。而系统运行时的状态每时每刻都在不断地变化着，操作人员很难动态的获取相关信息。而近年来，随着计算机网络的迅速发展，为在线的集群状态监测带来了曙光，通过网络的配合，可以实现分散监测、集中控制，具有极强的可拓展性，极大地提高了工作的效率，减少了人工成本，同时，将数据库技术应用于集群的监测，不但可以实现对监测数据的高效管理，而且，数据库所保存的历史数据，可以为各层决策者的判断提供更为有利的支持。随着云计算的快速发展，集群的应用愈发广泛，对集群性能的要求也越来越高，实现了对集群运行状态的动态监测，可以为集群资源的优化调度提供重要的参考依据，为之后集群资源的优化配置，打下良好的基础。
1.4 课题的主要内容
本人在本科毕业设计阶段主要完成以下工作：
1、学习云计算和集群监测的知识，了解监测人员的基本要求，熟悉衡量服务器运行状态的指标，包括磁盘容量、CPU占用率、内存占用率等；
2、使用Java语言编程，了解网络和多线程编程；
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摘 要 I
Abstract II
目 录 III
第1章 课题背景及意义 1
1.1 引言 1
1.2 课题背景 1
1.3 研究现状 2
1.4 课题的主要内容 3
1.5 论文组织结构 3
第2章 集群监测相关技术 4
2.1 云计算环境下集群服务器的性能指标 4
2.1.1 CPU占用率 4
2.1.2 内存占用率 5
2.1.3 外存储器 6
2.2 服务器运行信息采集包Sigar简介 7
2.2.1 Sigar介绍 7
2.2.2 Sigar使用方法介绍 8
2.3 Java开发平台介绍 9
2.3.1 Java介绍 9
2.3.2 Eclipse开发环境 14
2.3.3 本课题重点.jar包和类 14
2.4 本章小结 14
第3章 系统设计与实现 15
3.1 系统架构 15
3.2 系统模块划分 15
3.3 数据库设计 16
3.4 服务器模块 17
3.4.1 UI设计与
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实现 17
3.4.2 服务器连接响应 19
3.4.3 服务器数据接收 21
3.5 数据库实现 21
3.6 客户端模块 26
3.6.1 客户端连接请求 26
3.6.2 客户端数据采集 27
3.7 本章小结 28
第4章 系统集成与测试 29
4.1 系统集成环境 29
4.2 系统测试 29
4.3 本章小结 34
第5章 总结 35
参考文献 36
致 谢 38
附录：外文文献 39
第1章 课题背景及意义
1.1 引言
云计算是如今信息技术领域最热门的词汇之一，它是由美国的谷歌公司率先提出的新一代互联网概念，其基本原理是，通过组合、调度大量的分布式计算机，使计算工作以分布式方式进行，而非传统的本地计算机或单一的远程服务器上。最让人印象深刻的认识是：我们的电脑只要一显示器加根网线即可实现几乎如今个人计算机的所有功能，甚至可以得到更多，也就说主机等部分全部由云服务器提供。IBM的创立者托马斯曾表示，世界上只需要5台计算机就足够了。微软的比尔盖茨也曾经说到：PC机的内存仅仅需要640K。云计算就是这样一种变革——由谷歌、IBM这样的专业网络公司来搭建计算机存储、运算中心，用户通过一根网线借助浏览器就可以很方便的访问，把“云”做为资料存储以及应用服务的中心。云计算描绘了这么一个未来世界——我们不再在本地计算机进行运算，而是将计算工作集中于某个第三方的服务器，也许在今后，我们的个人电脑上，只需要一个浏览器，即可获得比现在更好更强大的信息体验。也可以说云计算是一种范式，它关注于数据共享和基于可伸缩网络节点的运算，这些节点包括：终端用户电脑、数据中心、还有WEB服务，我们将这样一些网络节点看成一个云，基于这样的云的应用我们便称之为云计算应用。
1.2 课题背景
如果将云计算系统的核心作为一个抽象层，则它可将整个系统分为两个部分。向上是虚拟机，向下是硬件资源。
需要注意的是云计算并不追求大规模并行计算，而是专注于针对虚拟机计算资源的分配和管理。集群系统才追求大规模的并行计算。集群简单来说就是一组计算机，一个理想的集群系统，无论底层有多少个节点，从用户的角度看，都只有一台机器在向他们提供服务。早在七十年代左右，许多研究机构就开始对集群进行了开发与研究。但是因为大多用于科学领域，所以了解它的人并不多。对于集群的广泛研究和运用，源于它良好的可拓展性。曾经，增加CPU的主频和BUS的带宽是被认为是提高计算机性能的主要手段。随后，大家通过增加CPU数量和内存容量来增强系统的性能，这就是所谓的多处理机（SMP），然而，一旦CPU数量超过了某一数值时，SMP的可拓展性就会急剧下滑，这主要是由于CPU访问内存时，它的带宽并不能随着CPU数量的增长而有效地增长，而与SMP相反的是，集群的性能与CPU数量的多少近似于线性，下图显示了这种情况：
系统性能 理想系统
集群系统
多处理机系统
CPU个数
图1.1 不同系统下CPU个数对系统性能的影响
与此同时，集群也能够极大的提高系统的稳定性，试想一下，在集群系统中，当某个节点发生故障时，我们可以将它的任务传递给另一个节点，保证整个系统是可以使用的。
1.3 研究现状
集群是云计算中十分重要的组成部分，是云计算底层运算的载体，集群中任意一台服务器的运行异常甚至是故障，都需要对此进行相应的处理，以内存资源为例，在集群中，某个节点的内存一直处于高度使用状态，而另外的一些节点则十分空闲，这将导致系统资源的极大浪费。而系统运行时的状态每时每刻都在不断地变化着，操作人员很难动态的获取相关信息。而近年来，随着计算机网络的迅速发展，为在线的集群状态监测带来了曙光，通过网络的配合，可以实现分散监测、集中控制，具有极强的可拓展性，极大地提高了工作的效率，减少了人工成本，同时，将数据库技术应用于集群的监测，不但可以实现对监测数据的高效管理，而且，数据库所保存的历史数据，可以为各层决策者的判断提供更为有利的支持。随着云计算的快速发展，集群的应用愈发广泛，对集群性能的要求也越来越高，实现了对集群运行状态的动态监测，可以为集群资源的优化调度提供重要的参考依据，为之后集群资源的优化配置，打下良好的基础。
1.4 课题的主要内容
本人在本科毕业设计阶段主要完成以下工作：
1、学习云计算和集群监测的知识，了解监测人员的基本要求，熟悉衡量服务器运行状态的指标，包括磁盘容量、CPU占用率、内存占用率等；
2、使用Java语言编程，了解网络和多线程编程；
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