摘  要: 針對(duì)中小企業(yè)資金缺乏、IT人才較少等問題,，本文對(duì)傳統(tǒng)軟件向SaaS軟件轉(zhuǎn)型關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究,，提出了SaaS軟件關(guān)鍵技術(shù)的解決方案以及七層架構(gòu)模型,。
關(guān)鍵詞: 傳統(tǒng)軟件,； SaaS； 架構(gòu)模型

    隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展和應(yīng)用軟件的日漸成熟,，軟件即服務(wù)SaaS(Software-as-a-Service)模式已經(jīng)成為一種新型的軟件運(yùn)營模式,。在國外，SaaS正在滲透到軟件應(yīng)用的各個(gè)方面,，甚至開始成為主流,。全球SaaS模式的創(chuàng)始者和領(lǐng)導(dǎo)者Salesforce就是以SaaS模式的CRM取得巨大成功的。而在國內(nèi)還是以傳統(tǒng)按需求定制軟件的方式為主,，SaaS還處于起步階段,。在傳統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)上向SaaS軟件轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為當(dāng)前勢不可擋的潮流。SaaS作為一種新的軟件服務(wù)模式,，技術(shù)架構(gòu)與傳統(tǒng)軟件相比有很大差別,，在技術(shù)上還有很多新的挑戰(zhàn)。因此本文對(duì)傳統(tǒng)軟件向SaaS軟件轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究并提出一些可行方案,。
1 SaaS模式及相關(guān)概念
1.1 SaaS模式概述
    SaaS模式是一種通過互聯(lián)網(wǎng)提供軟件服務(wù)的模式,，與傳統(tǒng)軟件相比，SaaS軟件不再是用戶向軟件開發(fā)商定制軟件或進(jìn)行二次開發(fā)，而是軟件提供商將應(yīng)用軟件部署在自己的服務(wù)器上并通過互聯(lián)網(wǎng)提供在線軟件服務(wù),。軟件提供商負(fù)責(zé)搭建一切網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,、軟硬件運(yùn)作平臺(tái)等基礎(chǔ)設(shè)施，并進(jìn)行后期維護(hù),。企業(yè)用戶根據(jù)實(shí)際需要通過Internet向軟件提供商訂購所需要的應(yīng)用軟件服務(wù),，按照訂購服務(wù)的多少和時(shí)間長短給提供商支付費(fèi)用。SaaS模式下通過租用服務(wù)的方式,，用戶不需再定制軟件,、購買硬件、建設(shè)機(jī)房,、招聘IT維護(hù)人員就可以按需使用軟件,，也不需要用戶關(guān)心軟件后期的維護(hù)，只要連上網(wǎng)就可以享受軟件商提供的軟件服務(wù),。用戶不需要一次性支付很大一筆軟件定制費(fèi),，只需支付很少一點(diǎn)租用費(fèi)用就可以使用軟件，風(fēng)險(xiǎn)非常低,，發(fā)現(xiàn)軟件不滿足要求或不適合本公司管理模式可以停止續(xù)租[1],。
    這種基于SaaS模式的軟件服務(wù)方式大大減輕了對(duì)于資金缺乏、IT人才匱乏的中小企業(yè)的壓力,。同時(shí),，對(duì)軟件商也不用在推廣和銷售軟件產(chǎn)品時(shí)投入巨大營銷成本和后期的維護(hù)成本，不需維護(hù)多個(gè)用戶的多套軟件產(chǎn)品出現(xiàn)的奇怪問題,，減輕了軟件維護(hù)人員的負(fù)擔(dān),。SaaS模式的4個(gè)基本要素是：互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ),、按需付費(fèi),、多租戶。
1.2 多租戶概念
    多租戶是指多個(gè)企業(yè)用戶（在SaaS模式下習(xí)慣用租戶）共同使用部署在軟件供應(yīng)商服務(wù)器上的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例,，供應(yīng)商提供一套軟硬件資源,，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)營管理和資源維護(hù)，通過對(duì)租戶的規(guī)模效應(yīng)來大大降低了軟件運(yùn)營的成本,。多租戶（Multi-tenant)是SaaS最重要的核心概念和關(guān)鍵技術(shù)之一,。
1.3 成熟度模型
    根據(jù)SaaS應(yīng)用是否具有可配置性、高性能,、可伸縮性等特點(diǎn),，把SaaS成熟度模型分為四級(jí)[1]。
    第一級(jí)：定制開發(fā),，是最初級(jí)的SaaS應(yīng)用成熟度,。每個(gè)租戶對(duì)應(yīng)一個(gè)單獨(dú)開發(fā)的軟件實(shí)例,。與傳統(tǒng)模式幾乎沒有差別，最大不同就在于商業(yè)模式,，即軟硬件以及相應(yīng)維護(hù)均由SaaS供應(yīng)商負(fù)責(zé),。
    第二級(jí)：可配置，是在第一級(jí)的基礎(chǔ)上改進(jìn)的,。每個(gè)租戶仍然對(duì)應(yīng)一個(gè)單獨(dú)的軟件實(shí)例,，但是供應(yīng)商只提供了一套代碼，通過不同的配置來靈活地滿足各個(gè)租戶,。
    第三級(jí)：高性能的多租戶架構(gòu),提出了多租戶的概念,，多個(gè)租戶共享同一個(gè)運(yùn)行實(shí)例。這種多租戶單實(shí)例的架構(gòu)更接近于真正意義上的SaaS應(yīng)用架構(gòu),。降低了硬件及維護(hù)成本,，發(fā)揮了SaaS應(yīng)用的規(guī)模效應(yīng)。
    第四級(jí)：可伸縮性的多租戶架構(gòu),，添加了中間調(diào)度層將多個(gè)租戶分配到多個(gè)運(yùn)行實(shí)例上,，通過多個(gè)運(yùn)行實(shí)例來分擔(dān)大規(guī)模租戶訪問。這一級(jí)成熟度硬件和租戶數(shù)量可以無限制地增加,，因此是最為理想的SaaS架構(gòu),。
2 SaaS軟件的關(guān)鍵技術(shù)
2.1 多租戶模式下的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
    SaaS軟件與傳統(tǒng)軟件相比，最大不同就是多租戶模式,，多個(gè)租戶共享同一個(gè)軟件實(shí)例,，租戶的數(shù)據(jù)既有隔離又有共享。根據(jù)多租戶模式的特點(diǎn),，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)上有3種被選的解決方案,。
    方案1： 獨(dú)立數(shù)據(jù)庫。這種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案將每個(gè)租戶的數(shù)據(jù)信息單獨(dú)存儲(chǔ)在獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫中,，是實(shí)現(xiàn)SaaS數(shù)據(jù)隔離最便捷的方式,，而且對(duì)一個(gè)租戶數(shù)據(jù)模型的更改不會(huì)影響其他租戶的數(shù)據(jù)，安全性好,。但是這種方案大大增加了數(shù)據(jù)庫的安裝費(fèi)用，有多少個(gè)租戶就需要搭建多少個(gè)數(shù)據(jù)庫,。這種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案適用于像銀行,、醫(yī)院等安全性要求較高的企業(yè)，但明顯不適合資金缺乏的中小企業(yè)的使用,。
    方案2：共享數(shù)據(jù)庫,。獨(dú)立架構(gòu)，每個(gè)租戶共享同一個(gè)數(shù)據(jù)庫,，但是對(duì)于每個(gè)租戶都有一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫架構(gòu)與之對(duì)應(yīng),，這意味著各個(gè)租戶都有一套不同的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu),。當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)新租戶時(shí)，系統(tǒng)會(huì)相應(yīng)地創(chuàng)建一套默認(rèn)的表結(jié)構(gòu),，同時(shí)與一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫架構(gòu)建立關(guān)聯(lián)關(guān)系,。可在一個(gè)數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)多個(gè)租戶的數(shù)據(jù),，與獨(dú)立數(shù)據(jù)庫相比,，雖然數(shù)據(jù)庫的搭建費(fèi)用降低了，還有一定的數(shù)據(jù)隔離,，但是存在故障時(shí)恢復(fù)數(shù)據(jù)困難和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)難度,。
    方案3：共享數(shù)據(jù)庫。共享架構(gòu),，即所有的租戶共享一個(gè)數(shù)據(jù)庫,，共用同一套數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)。一個(gè)數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)了所有租戶的數(shù)據(jù)信息,，通過一個(gè)TenantID字段來區(qū)分各個(gè)租戶的數(shù)據(jù),。這種方案是共享程度最高，隔離級(jí)別最低的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式,。這種方案又是硬件維護(hù)和購買成本最低的,，每臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器支持的租戶最多。這種方式非常適用于大規(guī)模的中小企業(yè)的租戶,。因此下面將詳細(xì)研究這種方案下的關(guān)鍵技術(shù),。
2.2 共享數(shù)據(jù)庫共享架構(gòu)的多租戶模式
    (1) 多租戶技術(shù)
    多租戶技術(shù)是SaaS服務(wù)模式區(qū)別于傳統(tǒng)模式最本質(zhì)的區(qū)別，達(dá)到SaaS模式的成熟度模型的必要條件是解決數(shù)據(jù)的隔離性,，實(shí)現(xiàn)多租戶模式,。在SaaS模式下建立多租戶，必須在業(yè)務(wù)表增加一個(gè)TenantID字段用來區(qū)別每個(gè)不同的租戶,，保證每個(gè)租戶數(shù)據(jù)的安全,。如表1所示。

    通過TenantID字段來獲得對(duì)應(yīng)租戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),。當(dāng)系統(tǒng)用到租戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)時(shí),，需要在每條SQL語句中增加‘TenantID = ？’ 條件進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)操作,。
    (2) 數(shù)據(jù)擴(kuò)展技術(shù)[2]
     為了滿足不同租戶的不同需求,，SaaS軟件必須能夠保證對(duì)數(shù)據(jù)可擴(kuò)展。多租戶模式滿足大規(guī)模租戶對(duì)數(shù)據(jù)的個(gè)性化需要,，最常見的解決方案就是實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展數(shù)據(jù)的可配置,。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可配置有以下3種常見方案。
    方案1：定制字段,，就是根據(jù)租戶的需要在各租戶共有的數(shù)據(jù)表上添加相應(yīng)的定制字段來保存擴(kuò)展數(shù)據(jù),。這種方案數(shù)據(jù)擴(kuò)展非常簡單但是其擴(kuò)展性非常有限,，當(dāng)租戶量達(dá)到一定數(shù)量，表中添加的字段就會(huì)非常多,，而且每個(gè)租戶添加的字段對(duì)另外租戶是沒有任何意義的,，嚴(yán)重破壞了表的結(jié)構(gòu)，有些擴(kuò)展字段可能為空,，浪費(fèi)了表空間,。
     方案2：預(yù)分配字段，該方法在表格中提供一定數(shù)量的預(yù)設(shè)字段,，當(dāng)租戶要擴(kuò)展數(shù)據(jù)時(shí),，從表中選取適當(dāng)?shù)念A(yù)設(shè)字段進(jìn)行擴(kuò)展，但是不同租戶選取同一個(gè)預(yù)設(shè)字段的含義可能也不一樣,。如表2中TenantID字段區(qū)分每個(gè)租戶,，除了一些固定的字段外，還提供了一些預(yù)分配字段,，Ext1,、Ext2、Ext3就是預(yù)分配的字段,，預(yù)分配字段的使用由租戶自己預(yù)定,，一般初始為字符串類型，其真實(shí)類型可以采用元數(shù)據(jù)表來進(jìn)行跟蹤,。

    這種方案雖然能滿足可配置,、可擴(kuò)展的需求，但是預(yù)留過多浪費(fèi)空間,，預(yù)設(shè)過少,，又不能滿足租戶的需求。
    方案3： 名稱值對(duì),，本方案采用一個(gè)單獨(dú)的表來存儲(chǔ)擴(kuò)展數(shù)據(jù),。擴(kuò)展表將數(shù)據(jù)表的橫向擴(kuò)展列轉(zhuǎn)換成縱向的擴(kuò)展數(shù)據(jù)集，為每一條原數(shù)據(jù)記錄設(shè)一個(gè)擴(kuò)展字段,，保存為擴(kuò)展表中的一條記錄,。將數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)記錄與元數(shù)據(jù)表中的配置記錄相關(guān)聯(lián)，構(gòu)成擴(kuò)展數(shù)據(jù)記錄,。如圖1所示,。

    雖然這種方案很好地達(dá)到了多租戶數(shù)據(jù)擴(kuò)展的靈活性要求，但增加了查詢,、更新記錄等數(shù)據(jù)庫操作的復(fù)雜度，每次操作都涉及到多個(gè)表間的關(guān)聯(lián),，因此該方案也有待優(yōu)化,。
    方案4：XML[3]共享模型的數(shù)據(jù)擴(kuò)展,，這種方案在數(shù)據(jù)表中采用一種XML數(shù)據(jù)類型字段來存儲(chǔ)租戶間的數(shù)據(jù)。當(dāng)今主流的關(guān)系數(shù)據(jù)系統(tǒng)都支持XML數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理,，并提供了很多函數(shù)來直接對(duì)XML文檔節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理,。下面以O(shè)racle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為例。
    表結(jié)構(gòu)：TableName(TenantID,Col1,Col2,,XMLDataField),其中TenantID,、Col1,、Col2字段是所有租戶共用的字段；XMLDataField字段存儲(chǔ)租戶特有的異構(gòu)數(shù)據(jù),，其格式完全遵循XML的格式,。設(shè)計(jì)XMLDataField字段的格式如下：
<UserExtendCols>
       <UserExtendCol1 colName=' ' colType=' '>value1
       </UserExtendCol1>
       <UserExtendCol2 colName=' ' colType=' '>value2
       </UserExtendCol2>
       <UserExtendCol3 colName=' ' colType=' '>value3
       </UserExtendCol3>
    ……
</UserExtendCols>
    XML文檔中每個(gè)子節(jié)點(diǎn)代表租戶的一個(gè)擴(kuò)展列，包括列名,、列的數(shù)據(jù)類型,、列所對(duì)應(yīng)的值等信息。每增加一個(gè)擴(kuò)展列就在相應(yīng)的XML文檔中添加一個(gè)子節(jié)點(diǎn),，滿足租戶對(duì)數(shù)據(jù)擴(kuò)展的個(gè)性化需要,。
    使用XML字段作為數(shù)據(jù)擴(kuò)展方案，對(duì)擴(kuò)展數(shù)據(jù)的操作簡單,，不需頻繁地多表連接,，可以靈活地滿足多租戶模式下的異構(gòu)數(shù)據(jù)的定制，提高了性能,。該方案的使用需要在系統(tǒng)的架構(gòu)模式中添加一層對(duì)XML數(shù)據(jù)進(jìn)行解析再呈現(xiàn)給客戶以及對(duì)客戶數(shù)據(jù)封裝成XML數(shù)據(jù)再保存到數(shù)據(jù)庫中,。
2.3 多租戶模式下的功能可配置
     SaaS軟件所強(qiáng)調(diào)的是“按需使用，按需付費(fèi)”,。在SaaS模式下,，租戶根據(jù)自己不同的需求來使用同一軟件，則需達(dá)到可配置性要求[4],。實(shí)現(xiàn)功能的可配置,，可采用如圖2所示的四級(jí)表結(jié)構(gòu)。

    每個(gè)租戶對(duì)應(yīng)一個(gè)預(yù)設(shè)的功能模式,，預(yù)設(shè)了租戶的基本功能,。功能模式由多個(gè)原子功能構(gòu)成。租戶表存儲(chǔ)租戶的相關(guān)信息,，TenantID：租戶的唯一標(biāo)識(shí);UserName：租戶的登錄賬號(hào),；Password：租戶的登錄密碼;PatternNo：租戶使用系統(tǒng)包括的功能模式。功能表存儲(chǔ)了系統(tǒng)所有的原子功能相關(guān)信息,，MENU_No:原子功能唯一標(biāo)識(shí);MENU_NAME：原子功能的名稱,。模式表存儲(chǔ)了功能模式信息。PatternNo:系統(tǒng)中包括的所有模式標(biāo)識(shí),。MENU_No：功能模式包括的原子功能,。模式表可以作為租戶選擇功能的向?qū)?。租戶模式功能表存?chǔ)了租戶所擁有的功能的相關(guān)信息。租戶模式功能表定義了該租戶所有的功能信息,，該表可以作為租戶所擁有的所有功能的查詢,。
3 SaaS模式下的體系架構(gòu)設(shè)計(jì)
    軟件系統(tǒng)架構(gòu)決定了系統(tǒng)的靈魂，好的體系架構(gòu)可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性,、健壯性,、可擴(kuò)展性、兼容性和可用性,，而傳統(tǒng)軟件通常需要采用分層的設(shè)計(jì)思想,，一般大致分為5層，包括客戶層,、表現(xiàn)層,、控制層、業(yè)務(wù)邏輯層,、數(shù)據(jù)庫層,。這種傳統(tǒng)軟件的體系架構(gòu)分層不能很好地滿足SaaS軟件的可擴(kuò)展性和可配置性，難以滿足SaaS模式下多租戶的個(gè)性化需要,。因此在討論了SaaS軟件關(guān)鍵技術(shù)之后,，本文提出SaaS模式下的體系架構(gòu)。在傳統(tǒng)軟件體系架構(gòu)的基礎(chǔ)上增加配置管理層和數(shù)據(jù)模式選擇層,。根據(jù)多租戶的不同需要配置管理層可以對(duì)系統(tǒng)的功能進(jìn)行配置管理,，選擇滿足自身業(yè)務(wù)需要的功能。數(shù)據(jù)模式選擇層是軟件供應(yīng)商為了考慮各種租戶對(duì)系統(tǒng)的不同需求而對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式進(jìn)行選擇,。如果數(shù)據(jù)擴(kuò)展方案采用的是XML數(shù)據(jù)字段,，則需要在此基礎(chǔ)上添加一層XML數(shù)據(jù)處理層，完成對(duì)XML數(shù)據(jù)的解析,、封裝處理,。這樣的體系架構(gòu)可以極大地滿足大規(guī)模的各種行業(yè)的租戶，具有極大的可擴(kuò)展性,。SaaS系統(tǒng)體系架構(gòu)如圖3所示,。

    本文就傳統(tǒng)軟件向SaaS軟件轉(zhuǎn)型的一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，并給出了一些技術(shù)可行的解決方案,。在此基礎(chǔ)上對(duì)傳統(tǒng)軟件體系架構(gòu)進(jìn)行修改,總結(jié)出了SaaS軟件的體系架構(gòu)模型,可以很好地滿足SaaS軟件的可擴(kuò)展性和可配置性要求,。本文對(duì)SaaS軟件的安全性研究涉及較少，安全性[5]是決定租戶對(duì)SaaS軟件信任的關(guān)鍵要素,，只有很好的安全保障才能讓租戶放心地使用SaaS軟件,。因此，后期將會(huì)對(duì)安全性問題進(jìn)行詳細(xì)的研究。
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