20世纪90年代以来，我国很多企业逐步开展 了现代企业制度建设。在这一过程中，企业的思想观念、管理方式和生产经营模式等都在发生转变，信息技术也在这一时期以前所未有的速度快速地渗透、发散到企业的市场、生产、科研及管理等各个领域，从而促进了企业信息系统的大发展。这些信息系统或各自购买，或各自组织开发，所使用的技术新旧不一、架构各异、用户操作方式各不相同等，使得各种各样的信息系统存在于企业的各个环节，致使系统的运维与改造成本不断攀升，甚至有些系统因开发商的原因已难以为继。如何有效地利用现有系统建设成果，充分发挥其应有价值，避免重复建设和资源浪费，是当前摆在企业信息化建设者面前的一项重大课题。本文从已渗透到企业信息化建设之中的云计算思想出发结合面向服务的体系架构SOA( Service-Oriented Architecture) 技术，提出了基于云计算和SOA 的企业信息系统应用框架，以实现企业信息系统的快速集成与应用，从而满足企业业务的不断发展。
1 云计算和SOA介绍
1.1云计算
云计算可以将一组可配置的共享计算资源( 服务器、存储、网络、应用及服务等) 通过无处不在的、实时的网络提供给用户使用，而且用户几乎不用与服务提供方进行任何交互，这就使得用户可以最小开销来配置和使用这些资源。实质上，云计算是通过网络把信息技术当作服务来使用，它是多种技术演变的结果，通过这些技术的结合形成新的方法，改变了现有的信息服务方式。
美国国家标准与技术研究院认为，云计算是一种模型，它可以实现随时随地、便捷地、随需应变地从可配置计算资源共享池中获取所需的资源，资源能够快速供应并释放，使管理资源的工作量和与服务提供方的交互减小到最低限度。实践证明，这种新型的云计算模式，有利于对企业计算资源进行规范的、统一的、综合的集成与应用，从而将对企业IT应用产生明显的优势。
与传统IT模式比较，云计算具有以下主要特点：
(1) 资源共享。服务提供方可将存储、处理、内存、I /O 和网络等计算资源汇集到资源池中，通过多租户模式共享给多个用户，根据用户的需求对不同的物理资源和虚拟化资源进行动态分配或重新分配。
(2) 动态伸缩。能够快速而灵活地提供各种功能以实现扩展，并且可以快速释放资源来完成收缩。
(3) 高可靠性。支撑云计算的是大规模的集群计算系统，它使用了数据多副本容错、计算节点同构且可互换等措施来保障服务应用的高可靠性。
(4) 可通用性。云计算不针对特定应用，同一个云服务可以同时支撑不同的应用运行。
(5) 按需服务。云计算将应用程序、存储和网络资源进行整合，将这些资源能力作为服务向外提供，用户可在任何时间、任何地点通过网络环境根据需要自动获取使用，而无需与每个服务提供方进行交互。
(6) 低成本优势。云计算需要形成一个庞大 的资源池，因其特殊容错措施可以采用廉价的节点来构造； 所使用的新型自动化集中式管理方式可使企业降低日益高涨的数据中心管理成本； 其通用性可使其利用率比传统模式大幅提升。因此，云计算给用户带来的是低成本优势。
(7) 数据共享。由于云数据需向不同云应用 提供不同的数据服务，所以在进行云数据结构设计时，就必须充分考虑数据来源的唯一性、完整性和规范性，以及所涉及到的录入、修改和删除等流程，以保障云数据的高共享性。
近年来，云计算通过网络环境提供的服务类型多种多样，主要有以下3种：
(1) 基础设施层。基础设施即服务( Infrastructureas a Service，简称IaaS) ，是指云计算服务商提供虚拟的硬件资源，用户无需购买服务器、网络设备和存储设备等基础设施，只需通过网络租赁即可构建自己的应用系统。
(2) 平台层。平台即服务( Platform as a Service，简称PaaS) ，是指云计算服务方提供应用服务引擎，如应用程序接口( API) 或运行平台，用户基于服务引擎来构建服务。
(3) 软件层。软件即服务( Software as a Service，简称SaaS) ，是指软件服务提供方将应用软件统一部署在云端服务器上，用户根据需要通过网络环境向厂商订购应用软件服务，服务提供方向用户提供软件的使用、维护和升级等技术支持，并根据客户使用的软件类型、数量和时长收取一定费用。
1.2 SOA
SOA 是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元( 称之为服务) 通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的，它应独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言，使得构建在各种这样的系统中的服务可以一种统一和通用的方式进行交互。
对比传统的系统架构，基于SOA 架构的系统具有以下主要特点： 以业务为中心、随需应变、高重用性和统一标准。
SOA 的核心思想就是使得企业应用摆脱面向技术的解决方案的束缚，可以随需应变地适应企业业务内容变化和企业发展。从实现上看，SOA 将企业应用看成是由一些能够跨越业务边界、自我描述、实现某一种特殊功能的服务集合构成。SOA 通过标准化的机制，将这些服务注册于公共数据库之中，易被服务使用方所发现，实现服务使用方和服务提供方之间的动态绑定和直接交互，从而完成企业应用中的一定逻辑功能。
从面向云计算模式看，服务中介方和服务提供方都部署在云端，以云计算的形式为服务使用方提供服务。服务使用方既不关心也无需知道这些服务屏蔽的具体细节，只需关心需要什么服务即可。
图1 标准的SOA体系架构示意图
2 基于云计算和SOA的企业信息系统应用框架设计
从上述对云计算和SOA 的介绍可以看出，两者的结合可以很好地契合企业信息化建设永无止境、不断创新的特点，同时也可兼顾企业应用的高稳定、高复用、易扩展、易维护、低成本策略。为此，笔者提出了基于云计算和SOA 的企业信息系统应用 框架，以实现企业计算资源的共享与重用，减少或消除信息孤岛，实现企业信息系统的快捷集成与应用整合，敏捷灵活地提供资源配置和高效开发应用服务，从而满足快速变化的业务需要，达到支撑企业发展之目的。
企业云框架由云应用和云平台两层构成，其中云应用层为SaaS，而云平台层融合了IaaS 和PaaS。对于企业自己构建云计算模型，该框架分为两层是合理的，这是因为企业中绝大部分用户仅使用应用程序而不直接使用其下的基础设施支撑环境。由于该框架进行了更高层次的抽象，其云服务的单元功能适度且隐蔽了各自功能的具体细节，仅面向接口实现与调用，因此可以大大提高软件开发人员的生产效率，实现灵活的配置、少量又快速的开发和大量的复用，敏捷定制各种企业应用，从而满足企业快速发展的需要。
图2 基于云计算和SOA的企业信息系统应用框架
(1) 云平台层
云平台层是由企业中一系列服务器、存储、网络、其他硬件以及运行其上的操作系统、开发环境、服务总线、中间件、数据库管理系统( DBMS) 和应用程序的运行环境等构成，为云应用层提供支撑服务。
云平台层集成了各种应用程序开发和运行环境的资源，可虚拟出一个面向开发人员统一的、标准的编程接口，软件开发工程师可很方便地使用身份认证、授权管理、内控审计、共享UI 等已有的服务快速开发出新的应用程序。云平台层一般不开放给最终用户，只授权给软件开发工程师、配置管理员和系统管理员使用，其重要的基本构件包括：
1.基础资源。通过服务器虚拟化技术可以将一个物理服务器虚拟为若干个云服务器，也可以将多个物理服务器虚拟为一个云服务器； 通过存储虚拟化技术可以将企业中所有的存储资源进行统一整合、分割、调度和管理，为用户、数据库和应用程序提供一个统一的、规范的云存储空间； 通过负载均衡管理可将大量的并发访问或数据流量分担到多台云服务器上分别进行处理，以减少用户等待响应的时间，也可以使单个重负载的云服务器分担到多台云服务器上做并行处理，每个云服务器处理结束后，将结果汇总，返回给用户，这可使系统处理能力大幅度提升； 通过数据备份策略的定义，系统将自动调用备份服务，以确保云服务器所存的数据安全、可靠。
2.服务总线。实现SOA 体系结构的基础构件，用来管理企业各种服务的逻辑关系。通过统一的标准接口提供服务注册、服务查找、服务绑定和调用等核心功能，完成服务之间的交互。主要功能包括： 描述服务的元数据和服务管理； 在服务提供方和服务请求方之间提供数据转换、传递的功能，支持多种基本模式，如同步与异步、发布与订阅等； 发现服务、路由、匹配和选择服务的功能。它的运行方式是： 当检测到某一服务请求时，服务总线可以进行服务查找和匹配，其任务调度内核将服务请求转发到服务提供方，在服务提供方完成任务后再将其返回的结果消息转发到服务请求方，实现服务之间的交互。
3.身份认证。对企业用户帐号和密码进行统一认证。用户使用框架内所有应用都基于其首次身份认证，即实现了“统一认证，单点登录”。考虑到使用各种应用所需认证方式不一，企业内部需要建立包括AD、LDAP 和自建等认证服务以供其调用，这些认证方式的数据需确保实时一致。
4.授权管理。授权用户可以使用应用、功能( 服务) 、控制点、数据范围等服务。
5.内控审计。包括用户帐号申请、审批、注销等服务； 用户登录、数据增加、查询、修改、删除等数据操作日志记录等服务； 系统内容变更、审计等服务。
6.元数据库。为企业建立、修改、删除元数据，以及合规性审查流程而开发的服务。为了确保有效管理企业各个业务数据库结构的规范性，以及保障存放数据的唯一性、一致性和完整性，需要建立一个企业级业务元数据库，用于存储企业所有业务数据库的元数据库结构，规范定义各个业务数据库的库名、表名、字段名、源头、数据类型及其他属性，确保每个业务元数据的唯一性、规范性及完整性。
7.业务逻辑。支持各种业务活动的功能单元以服务的形式为其他服务共享式调用。建立时既要考虑服务的功能单元颗粒的适应度，同时还要兼顾到其可复用性。
8.中间件。为支撑企业应用所需的工作流程引擎、报表生成器、office 控件、基础应用件及其他接口服务等。
9.数据操作。用于直接对各种业务数据库操作的服务，一般包括增加、修改、删除数据等服务。数据操作服务屏蔽了底层业务数据库，供其他服务直接调用。
10.应用管理。用于注册、查找、注销和管理应用及其功能的服务。
11.共享UI。一些可共享的且规范的网页、ActiveX 控件和applet等，便于为多个应用程序所复用。
12.业务数据。包括业务数据库及其所支撑的数据库管理系统( 简称DBMS) 。业务数据库是由支持业务数据结构、关系及其数据实体所组成。本层的业务数据操作服务对其进行直接管理，包括增、删、改、查以及数据库内定义的函数、存储过程、触发器、约束条件等。DBMS 是用来建立、使用、维护和删除业务数据库的，它对企业数据库进行统一的管理和控制，以保证其安全性和完整性。
13.操作系统。管理计算机系统硬件、软件和数据等全部资源的且通常最靠近硬件的一层系统软件，它为其他软件系统提供了最底层、最重要的支持，如Windows、UNIX、LINUX 等。
(2)云应用层
云应用层是一个基于企业各种应用的虚拟应用平台，可以提供面向不同终端的UI 集合，用户可通过网络环境方便地使用具有足够处理和显示能力的不同终端设备访问其子集。从用户使用角度看，该层是一个完整的应用系统，包括了待办工作、电子邮件、文件管理、HR 应用、岗位所要求的各种报表和各种业务系统、信息检索等等。从实现技术角度看，该层集成了企业信息系统的全部用户界面，它把应用程序对底层系统和硬件的依赖进行了抽象，从而解除了应用与操作系统和硬件的耦合关系，也对UI及其应用环境与其所支持的终端设备进行了解耦，在云平台上保存了每个用户的完整应用环境配置。因此，用户可使用台式电脑、笔记本电脑、移动设备和手机等各种终端设备，通过标准Web 浏览器且基于高度安全、稳定可靠的网络环境进行使用。如果出现了新的业务需求，开发人员可基于平台层的服务池很快就能配置或经少许开发就可形成新的应用服务及其UI，并且很方便地完成部署而投入使用，这一切无需与用户进行再交互。
3 应用展望——以中海油研究总院为例
进入21世纪以来，中海油研究总院立足于核心业务，围绕科研生产活动和管理过程，建立了20多个信息系统，主要包括： 为支持科研生产及综合管理等工作的科学性、规范性及高效性建设，开发建立了科研综合管理平台、360度绩效考核、会议管理、人员动态、电子周月报、行政事务管理和国家重大课题财务决算管理等系统； 针对各专业领域的研究工作，开发建立了地震数据库、测井数据库、地化数据库、开发设计专业应用数据库、GIS 应用平台、海上三低油田数据库、海外勘探数据库和聚合物驱施工信息库等系统； 为公共信息和基础架构提供统一、规范的服务，开发建立了研究总院OA、科技信息门户、档案图书管理、文件管理和统一认证及分级授权管理、研究总院门户等系统。
考虑到中海油研究总院各系统的应用现状，应遵循在不停产的情况下逐步完成企业云框架的建立，否则将会影响到研究总院科研生产和管理等业务的正常开展。具体思路是： 首先，要单独建立一个与现有在线系统隔离的云应用框架； 其次，在充分分析现有系统的基础上，进行高度抽象和封装，构建云平台层； 最后，将现有系统的业务功能逐一剥离、封装并入新的框架，使所有系统的业务功能服务可以随需组装成面向最终用户的虚拟应用，在确保业务工作无中断的情况下，实现所有业务系统安全、有序、平稳地转移到企业云框架中运行。具体操作步骤是：
第一步是建立云平台层。首先，中海油研究总院现在的基础设施层已有很好的应用基础，共有3台物理服务器经VMware 虚拟化出30多台虚拟服务器供在线系统使用，如果需要部署一套新的应用系统，按现在的架构可以在很短的时间里就能提供所要求的计算处理能力、内存、存储、IP 及其操作系统和数据库管理系统等的新虚拟服务器。其次，为了保证有效的注册、寻找、调用和管理云服务，需要部署一套服务总线，可以自主设计开发，或者从市场上选择一款技术成熟的、支持开放标准的且具生命力的产品来构建。再次，分析中海油研究总院现有各个信息系统涉及的身份认证、权限管理、日志管理、内控审计、工作流程、报表设计等部分，同时充分考虑未来扩展需求，从更高层次抽象、分离、重构、封装成面向SOA 架构的统一的、规范的、颗粒适度的、高复用的和易管理的标准服务，主要包括身份认证、授权管理、内控审计、元数据库、业务逻辑、中间件、数据操作、应用管理、共享UI 等，通过服务总线进行发布和管理。最后，逐一梳理每个系统的有关模块，使之无缝地与新的框架融合，原来系统各式各样的类似功能和共享UI，在云框架内最低限度实现统一的功能和操作界面，以便于用户学习和掌握。
第二步是建立云应用层。将各个信息系统的UI 进行分析、梳理、重构，建立UI 集合，为确保受权用户通过不同终端进入时所使用的用户界面的一致性，还需考虑用户虚拟应用配置参数的持久化。
经过上述2个步骤，可初步完成中海油研究总院的信息系统应用框架的建立，这将为中海油研究总院信息系统建设提供一个坚实的基础平台，有利于消除信息孤岛，实现基础资源、数据、服务及应用等各个层级的共享，真正使系统应用随需应变，敏捷地支撑中海油研究总院业务发展，进而满足总公司“二次跨越”战略对其不断创新的要求。
4 结束语
随着我国企业的做大做强，支撑其业务发展的企业信息系统也要随之快速适应其变化，基于云计算与SOA 的企业信息系统应用框架将会是未来一段时间企业信息化建设的一种发展趋势。
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