南京邮电大学2015届本科生毕业设计（论文）
具体介绍各模块的作用及他们之间的联系：
数据接收模块：该模块通过资源监控系统提供的 API，向资源监控系统采集所需要的计费数据，并对数据进行分析处理，所有的数据都以统一的 Json 格式传送。将处理过的数据发送到数据存储模块，然后通过资源监控系统提供的 API 向资源监控系统发送一条指令，以确认数据的传送。
数据存储模块：将接收到的数据存入分布式文件系统中。
计费策略管理模块：该模块是针对计费方式进行监管的模块，其主要功能有对计费系统中现有的计费方式进行查询，添加新的计费方式，还可以修改或删除已有的计费方式等。
计费信息生成模块：从计费策略管理模块中获取当前用户所使用的计费方式，使用获取到的计费方式对分布式文件系统中所存放的数据信息进行处理，得到该用户的费用情况，之后把费用信息储存到计费数据库中。
计费展示模块：访问计费数据库，读取其存储的平台用户的费用信息，将获取的信息通过Dashboard 展示出来。
4.3.2 计费系统的计费机制
计费系统将接收数据交给计费服务器，数据服务器将接收的数据进行分析处理，得到计费系统所需要统计的数据，之后将计费数据存储到数据库中。当系统创建收费服务时，首先确认平台的用户的账户余额是否充足，如果余额足够则创建服务并通知计费服务器，用户取消服务时同样通知计费服务器[12]。
4.3.3 计费系统的扣费方法
计费服务器会周期性的登陆用户的帐号，根据用户帐号中的账单信息进行扣费处理。
4.3.4 计费系统的安全检查
计费服务通过 nova api 或者nova数据库对收费条目进行检查，以防止创建不成功但是仍然扣费的情况出现。如果创建收费服务失败，那么计费服务器会通知系统管理员并停止扣费。
4.3.5 计费系统与资源监控系统的交互
计费系统与前文所提到的资源监控系统中所采集的数据相辅相成，所以，通
30
南京邮电大学2015届本科生毕业设计（论文）
过资源监控系统所提供的接口，将资源监控系统与计费系统进行交互，免去计费系统中数据采集的环节，从而降低计费系统对于云计算平台资源的占用。
4.3.6 计费系统的数据处理
计费系统最为核心的功能是如何从海量的原始计费数据中统计出每个用户使用虚拟机的总时长。下面将要介绍的就是使用分布式数据库存储原始计费数据以及使用MapReduce处理存储的数据，统计用户使用虚拟机的总时长。
由于无论是使用OpenStack搭建的私有云环境还是计费系统，网络带宽都是比较稀缺的资源，原始计费数据的传输、存储与计算不能一直进行下去。需要的是原始计费数据的处理在系统运行负载比较低的时候进行，并且该任务需要每天都重复执行。计费数据处理流程如图4.4所示。
图4.4 数据处理流程
首先，要从收集到的数据中获取虚拟机的 id 以及 TimeStamp，虚拟机的id 作为每台虚拟机的身份认证，便于区分云计算平台中的每一台虚拟机，使用一个 id 去标识一台固定的虚拟机，而 TimeStamp 作为标签来标记每个计费数据的时间。将虚拟机的 id和TimeStamp 作为Map函数的主键和值，Map函数作用就是根据虚拟机的 id 将虚拟机的 TimeStamp 划分处理，处理之后使虚拟机实例id 与 TimeStamp 列表一一对应。然后将上文得到的处理结果作为 Reduce 函数的输入，Reduce函数的主要功能是根绝虚拟机的 id来对TimeStamp 列表进行处理，将列表前后两项的值做差并做出判断，当两项之差小于某个阙值时，对该
31
南京邮电大学2015届本科生毕业设计（论文）
值进行累加；当两项之差大于某个阈值时，就是证明该虚拟机处于停止工作的状态，计费系统应该停止对其计费，该值不需进行累加处理。最后，将虚拟机 id 和上述结果存储到计费数据库中。计费系统数据处理结构如图4.5所示。
图4.5 计费系统数据处理结构图
4.3.7 计费系统功能的设计
根据上文提到的计费系统的需求分析，设计一个完善的计费机制，使用户可以更好的体验云计算平台的应用服务，同时也要保证计费系统管理员对平台的管理需求。为此，设计的计费系统分为原始计费数据存储、计费信息生成、用户管理、账单查询、计费策略管理以及虚拟机管理六大模块[12]。
1. 原始计费数据存储模块
该模块的主要功能是用于接收资源监控系统所提供的计费数据，并对数据进行分析处理，处理之后将数据存储到分布式数据库中，此次过程中所有的数据都以统一的Json格式传输。该模块还可以划分为3个子模块：
（1）数据接收模块
该模块负责接收资源监控系统传输的 Json 格式的数据信息，并将其发送给数据解析模块。
（2）数据解析模块
该模块负责将接收到的数据信息进行解析，将解析后所得到的结果发送给数 据存储模块。 （3）数据存储模块
该模块负责将接收到的数据信息存入分布式文件系统中。 2. 计费信息生成模块
该模块从分布式文件系统中获取数据存储模块所储存的数据信息，统计出用
32
南京邮电大学2015届本科生毕业设计（论文）
户对平台资源的使用情况，并从计费策略管理模块中获取当前用户所使用的计费方式，基于此计费方式对用户的计费数据进行处理，得到该用户的费用情况，把费用信息写入计费数据库中。该模块通过3个子模块来实现其功：
（1）数据过滤模块
通过计费数据库 VMInstance表中的虚拟机的 id来过滤原始的数据信息。 （2）数据信息统计模块
接收数据过滤模块传送过来的原始数据信息，使用 MapReduce 来处理各项数据信息，以得到每个虚拟机的使用情况。
（3）计费记录添加模块
读取虚拟机使用信息，将读取的信息写入计费数据库的 Instance表中。 3. 用户管理模块
该模块向普通用户提供了注册、登陆、资料修改等功能，系统管理员则拥有管理普通用户的功能，其中包括添加、修改以及删除等功能。该模块还可以划分为四个子模块：
（1）用户注册模块
浏览网站的游客通过用户注册模块，成为计费系统的普通用户。 （2）用户登录模块
普通用户通过在用户注册模块申请的帐号和密码，来登录计费系统，体验云计算平台提供的各项付费服务，系统管理员则可以通过后台登录计费系统，对用户使用情况进行管理，并对计费系统进行维护。
（3）个人资料管理模块
普通用户完成登录进入计费系统之后，可以通过该模块对自己的个人资料进行修改，如系统密码、E-mail 等。
（4）用户管理模块
针对系统管理员单独设置的功能，让系统管理远可以通过此模块来添加新用户，修改计费系统当前所有用户的个人资料，以及注销用户。
4. 账单查询模块
该模块支持普通用户对自己付费记录进行查询。 5. 计费策略模块
该模块主要针对计费策略的增、删、改、查等功能进行设计，并通过一下四个子模块来实现其功能：
（1）计费策略添加模块
通过该模块向计费系统中添加新的计费策略。 （2）计费策略查询模块
用户可以通过该模块对计费系统中现有的各种计费策略进行查询。
33
南京邮电大学2015届本科生毕业设计（论文）
（3）计费策略修改模块
对当前计费系统中各种计费策略进行修改。 （4）计费策略删除模块
对计费系统中现有的计费策略进行删除，但是需要留意所要删除的计费策略是否有用户正在使用，如果计费数据库的 BillMethod 表中存在对计费策略的引用则不能删除。
以上四个子模块当中，普通用户只能访问计费策略查询模块，其他模块均为计费系统的后台操作，只有系统管理员可以对其他模块的功能进行使用。
6. 虚拟机管理模块
支持虚拟机的创建、启动、停止、删除等功能。该模块可划分成四个子模块： （1）虚拟机创建模块
当用户登录计费系统并请求服务之后，虚拟机初次启用的时候会调用此模块，为用户创建虚拟机，同时分配新的 ip地址给新创建的虚拟机。
（2）虚拟机联动模块
通过访问计费数据库中的 Instance表来查看目前所使用的虚拟机的状态，如果虚拟机目前为关闭的状态，则启动虚拟机，同时修改计费数据库Instance表中的状态信息。
（3）虚拟机关闭模块
与虚拟机启动模块相同，都是通过访问计费数据库中的 Instance表来查看当前虚拟机的使用状态，如果虚拟机目前为开机的状态，则关闭虚拟机，同时修改计费数据库 Instance表中的状态信息。
（4）虚拟机删除模块
通过访问计费数据库中的 Instance表来查看目前所使用的虚拟机的状态，如果虚拟机为开机状态，则需要关闭虚拟机，之后再进行删除；如果虚拟机为关闭状态，则可直接删除该虚拟机，同时要删除计费数据库 Instance表中有关该虚拟机的记录。
4.4 本章小结
本章是最艰难的也是最有挑战性的，从基础环境的配置开始，完成之后开始安装各种软件包，每安装一个软件包后都要进行详细的配置文件的修改，这章节对这个艰难的过程给出了详细的安装步骤和详细的指导说明。通过解决安装中的各种问题，将会对OpenStack云平台的实现有更深入的理解。此外，还对平台的计费进行了初步的研究。
34