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營模式。在國外，SaaS正在滲透到軟件應(yīng)用的各個方面，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、軟硬件運作平臺等基礎(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)的多少和時間長短給提供商支付費用。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，只需支付很少一點租用費用就可以使用軟件，風(fēng)險非常低，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。

    這種基于SaaS模式的軟件服務(wù)方式大大減輕了對于資金缺乏、IT人才匱乏的中小企業(yè)的壓力。同時，對軟件商也不用在推廣和銷售軟件產(chǎn)品時投入巨大營銷成本和后期的維護(hù)成本，不需維護(hù)多個用戶的多套軟件產(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個基本要素是：互聯(lián)網(wǎng)平臺、網(wǎng)絡(luò)存儲、按需付費、多租戶。

    1.2 多租戶概念

    多租戶是指多個企業(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)器上的一個應(yīng)用實例，供應(yīng)商提供一套軟硬件資源，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行運營管理和資源維護(hù)，通過對租戶的規(guī)模效應(yīng)來大大降低了軟件運營的成本。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，把SaaS成熟度模型分為四級。

    第一級：定制開發(fā)，是最初級的SaaS應(yīng)用成熟度。每個租戶對應(yīng)一個單獨開發(fā)的軟件實例。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：可配置，是在第一級的基礎(chǔ)上改進(jìn)的。每個租戶仍然對應(yīng)一個單獨的軟件實例，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租戶。

    第三級：高性能的多租戶架構(gòu),提出了多租戶的概念，多個租戶共享同一個運行實例。這種多租戶單實例的架構(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：可伸縮性的多租戶架構(gòu)，添加了中間調(diào)度層將多個租戶分配到多個運行實例上，通過多個運行實例來分擔(dān)大規(guī)模租戶訪問。這一級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

    SaaS軟件與傳統(tǒng)軟件相比，最大不同就是多租戶模式，多個租戶共享同一個軟件實例，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，在數(shù)據(jù)存儲上有3種被選的解決方案。

    方案1：獨立數(shù)據(jù)庫。這種數(shù)據(jù)存儲方案將每個租戶的數(shù)據(jù)信息單獨存儲在獨立的數(shù)據(jù)庫中，是實現(xiàn)SaaS數(shù)據(jù)隔離最便捷的方式，而且對一個租戶數(shù)據(jù)模型的更改不會影響其他租戶的數(shù)據(jù)，安全性好。但是這種方案大大增加了數(shù)據(jù)庫的安裝費用，有多少個租戶就需要搭建多少個數(shù)據(jù)庫。這種數(shù)據(jù)存儲方案適用于像銀行、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。獨立架構(gòu)，每個租戶共享同一個數(shù)據(jù)庫，但是對于每個租戶都有一個獨立的數(shù)據(jù)庫架構(gòu)與之對應(yīng)，這意味著各個租戶都有一套不同的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)。當(dāng)創(chuàng)建一個新租戶時，系統(tǒng)會相應(yīng)地創(chuàng)建一套默認(rèn)的表結(jié)構(gòu)，同時與一個獨立的數(shù)據(jù)庫架構(gòu)建立關(guān)聯(lián)關(guān)系。可在一個數(shù)據(jù)庫中存儲多個租戶的數(shù)據(jù)，與獨立數(shù)據(jù)庫相比，雖然數(shù)據(jù)庫的搭建費用降低了，還有一定的數(shù)據(jù)隔離，但是存在故障時恢復(fù)數(shù)據(jù)困難和數(shù)據(jù)統(tǒng)計難度。

    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數(shù)據(jù)庫，共用同一套數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)。一個數(shù)據(jù)表存儲了所有租戶的數(shù)據(jù)信息，通過一個TenantID字段來區(qū)分各個租戶的數(shù)據(jù)。這種方案是共享程度最高，隔離級別最低的數(shù)據(jù)存儲方式。這種方案又是硬件維護(hù)和購買成本最低的，每臺數(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TenantID字段用來區(qū)別每個不同的租戶，保證每個租戶數(shù)據(jù)的安全。如表1所示。

表1 多租戶業(yè)務(wù)表結(jié)構(gòu)

    通過TenantID字段來獲得對應(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，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)

     為了滿足不同租戶的不同需求，SaaS軟件必須能夠保證對數(shù)據(jù)可擴(kuò)展。多租戶模式滿足大規(guī)模租戶對數(shù)據(jù)的個性化需要，最常見的解決方案就是實現(xiàn)擴(kuò)展數(shù)據(jù)的可配置。實現(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非常多，而且每個租戶添加的字段對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，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，其真實類型可以采用元數(shù)據(jù)表來進(jìn)行跟蹤。

表2 預(yù)分配字段方案表結(jié)構(gòu)

    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，本方案采用一個單獨的表來存儲擴(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。

圖1 名稱值對擴(kuò)展表結(jié)構(gòu)

    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表間的關(guān)聯(lián)，因此該方案也有待優(yōu)化。

    方案4：XML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)的存儲和管理，并提供了很多函數(shù)來直接對XML文檔節(jié)點進(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XMLDataField字段的格式如下：

    XML文檔中每個子節(jié)點代表租戶的一個擴(kuò)展列，包括列名、列的數(shù)據(jù)類型、列所對應(yīng)的值等信息。每增加一個擴(kuò)展列就在相應(yīng)的XML文檔中添加一個子節(jié)點，滿足租戶對數(shù)據(jù)擴(kuò)展的個性化需要。

    使用XML字段作為數(shù)據(jù)擴(kuò)展方案，對擴(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XML數(shù)據(jù)進(jìn)行解析再呈現(xiàn)給客戶以及對客戶數(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”。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。實現(xiàn)功能的可配置，可采用如圖2所示的四級表結(jié)構(gòu)。

圖2 四級表結(jié)構(gòu)

    每個租戶對應(yīng)一個預(yù)設(shè)的功能模式，預(yù)設(shè)了租戶的基本功能。功能模式由多個原子功能構(gòu)成。租戶表存儲租戶的相關(guān)信息，TenantID：租戶的唯一標(biāo)識;UserName：租戶的登錄賬號；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;MENU_NAME：原子功能的名稱。模式表存儲了功能模式信息。PatternNo:系統(tǒng)中包括的所有模式標(biāo)識。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)�。租戶模式功能表存儲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

    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系統(tǒng)的不同需求而對數(shù)據(jù)存儲模式進(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。

圖3 SaaS體系架構(gòu)

    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SaaS軟件的安全性研究涉及較少，安全性[5]是決定租戶對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，后期將會對安全性問題進(jìn)行詳細(xì)的研究。

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本文標(biāo)題：傳統(tǒng)軟件向SaaS軟件轉(zhuǎn)型方案的研究

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