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    基于云計算技術(shù)的高校實驗室信息管理系統(tǒng)設(shè)計

    2019-04-26 05:22:00張珍
    電子技術(shù)與軟件工程 2019年6期
    關(guān)鍵詞:計算技術(shù)信息管理管理系統(tǒng)

    文/張珍

    1 系統(tǒng)設(shè)計支撐性技術(shù)概述

    1.1 Hadoop

    Hadoop 是云計算的核心技術(shù),其內(nèi)涵為一個分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu),基于Hadoop 技術(shù)人員在單一或數(shù)千個節(jié)點上布置服務(wù)器集群,并實現(xiàn)這些服務(wù)器集群的大容量型存儲和計算。研發(fā)Hadoop 的原因在于:傳統(tǒng)計算機存儲技術(shù)讀寫數(shù)據(jù)的速率較低,盡管隨著集成技術(shù)的飛速發(fā)展,主流硬盤的容量增長了數(shù)千倍,但由于數(shù)據(jù)存儲讀寫技術(shù)沒有實質(zhì)性提升,技術(shù)人員實際從硬盤上讀寫程序的速度只增長了數(shù)十倍。而Hadoop 能夠通過構(gòu)建并行數(shù)據(jù)讀寫體系,采用冗余讀寫的方式解決計算機數(shù)據(jù)存儲讀寫速率提升問題。此外,Hadoop 內(nèi)含MapReduce 編程模型,能夠?qū)崿F(xiàn)計算機磁盤數(shù)據(jù)抽象化讀寫,將待讀寫數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)集,提升數(shù)據(jù)讀寫的效率。

    1.2 HDFS

    HDFS 是分布式文件系統(tǒng)的簡稱,是云計算技術(shù)中負(fù)責(zé)存儲海量數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)。它采用塊單位方式對計算機數(shù)據(jù)進(jìn)行操作,HDFS 最少能夠操作64MB 大小的系統(tǒng)數(shù)據(jù),其優(yōu)勢為:能夠?qū)A繑?shù)據(jù)文件進(jìn)行操作,并可存儲PB 級別的數(shù)據(jù),因此它成為了海量計算機數(shù)據(jù)存儲操作的“代名詞”。實際操作時,HDFS 采用兩種節(jié)點方式運行,分別為NameNode 和DataNode。首先,NameNode,即名稱節(jié)點,是HDFS 中心服務(wù)管理者,負(fù)責(zé)對整個文件系統(tǒng)命名空間、內(nèi)部存儲磁盤數(shù)據(jù)大小、訪問權(quán)限和路徑等信息的管理;其次,DataNode,即數(shù)據(jù)節(jié)點,是HDFS 文件系統(tǒng)操作者,負(fù)責(zé)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲、調(diào)用定位操作、保存文件塊及發(fā)送存儲塊列表。

    2 系統(tǒng)設(shè)計需求和主要架構(gòu)

    2.1 系統(tǒng)功能架構(gòu)設(shè)計

    本系統(tǒng)以云計算分層思維為原則,采用分布式存儲及服務(wù)器虛擬化理念將云計算技術(shù)與常規(guī)高校實驗室管理軟硬件資源體系有機整合,構(gòu)建高速的實驗室管理云平臺架構(gòu)。具體來說,本系統(tǒng)的核心架構(gòu)由三部分組成,分別為:基礎(chǔ)設(shè)施層、管理通訊層和應(yīng)用交互層,如圖1所示。

    (1)基礎(chǔ)設(shè)施層。以云計算虛擬技術(shù)為核心構(gòu)建,應(yīng)用Linux 操作系統(tǒng)設(shè)計實驗室虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)器群,并基于Windows 搭建設(shè)施層訪問界面,對系統(tǒng)中的各類軟硬件設(shè)施進(jìn)行管理。

    圖1:實驗室管理系統(tǒng)架構(gòu)圖

    (2)管理通訊層。應(yīng)用Hadoop 搭建云環(huán)境,并運用HDFS 設(shè)計文件、信息和數(shù)據(jù)訪問分布式系統(tǒng),大大提升實驗室管理信息的訪問吞吐量和速率,此外本層中每個Hadoop 組件中均配置了獨立的JAVA 虛擬機,用于進(jìn)行數(shù)字通信。

    (3)應(yīng)用交互層?;贖adoop 云環(huán)境下搭建應(yīng)用交互層實現(xiàn)了實驗室管理信息的云端共享,為提升管理員和師生的應(yīng)用體驗,采用Web 瀏覽器設(shè)計訪問界面,簡便易操作。

    2.2 系統(tǒng)功能概述

    本系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對實驗室的日常運行狀況進(jìn)行數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化管理,由計算機硬件和配套的管理軟件構(gòu)成。傳統(tǒng)模式下高校實驗室管理系統(tǒng)通?;贐/S 架構(gòu)設(shè)計,大多僅能實現(xiàn)局域網(wǎng)范圍內(nèi)管理效果,且數(shù)據(jù)存儲讀取速度較慢,隨著國內(nèi)各高校實驗室規(guī)模不斷擴大,待管理實驗室數(shù)據(jù)及項目也越來越多,傳統(tǒng)實驗室管理系統(tǒng)難以適應(yīng)新形勢下多元化管理需求。基于此探究基于云計算技術(shù)的高校實驗室管理系統(tǒng),可大大提升管理的效率及管理數(shù)據(jù)存儲調(diào)用的速率。本系統(tǒng)的設(shè)計正是基于上述功能需求,以國內(nèi)某高校計算機專業(yè)實驗室管理系統(tǒng)為例,在實現(xiàn)系統(tǒng)用戶信息管理、實驗室課程信息管理、學(xué)科建設(shè)管理和實驗項目管理等功能基礎(chǔ)上,引入云計算中Hadoop 和HDFS 技術(shù),以提升系統(tǒng)管理信息管理的速率和文件存儲容量。

    3 系統(tǒng)云存儲管理功能的設(shè)計與實現(xiàn)

    3.1 系統(tǒng)功能設(shè)計

    圖2:系統(tǒng)讀寫數(shù)據(jù)測試速度對比圖

    本系統(tǒng)具備用戶信息管理、實驗室課程信息管理、學(xué)科建設(shè)管理和實驗項目管理四大功能。首先,用戶信息管理。為實驗室管理員和使用師生提供登錄信息管理功能,包括:個人信息管理、個人密碼管理、用戶信息修改設(shè)置管理等。其次,實驗室課程信息管理。實現(xiàn)實驗室課程信息的遠(yuǎn)程云端管理,包含:遠(yuǎn)程云端選課、增加修改課程信息、請銷假等。再次,學(xué)科建設(shè)管理。實現(xiàn)了實驗室實踐課程項目化建設(shè)管理,包含:學(xué)科建設(shè)發(fā)展管理、實驗論文管理、實驗學(xué)科會議管理等。最后,實驗室項目管理。是實驗室軟硬件和各類日常事務(wù)項目管理的主要模塊,包含:實驗室儀器管理、服務(wù)器管理、數(shù)據(jù)庫管理及文件管理應(yīng)用Hadoop 和HDFS 技術(shù)構(gòu)建分布式文件管理系統(tǒng),具體管理功能設(shè)計方案包含實驗室信息讀、寫及存儲兩個方面:

    3.1.1 讀管理功能設(shè)計

    在基于分布式文件管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,通 過HDFS 中 系 統(tǒng) 文 件 的open()函數(shù)打開預(yù)讀取的管理信息,進(jìn)一步調(diào)用DistributedFileSystem 中 的NameNode 獲 取 管理信息中的數(shù)據(jù)塊及相應(yīng)的讀節(jié)點地址,之后通過調(diào)用FSDataInputStream 將數(shù)據(jù)塊反饋給客戶端,完成管理信息的讀操作。

    3.1.2 寫管理功能設(shè)計

    寫管理用于向?qū)嶒炇夜芾硐到y(tǒng)中寫入信息,例如:用戶的個人信息、實驗室課程信息、實驗室儀器存放信息等,具體操作時首先需調(diào)用HDFS 中的create()函數(shù)創(chuàng)建元數(shù)據(jù)節(jié)點,之后繼續(xù)調(diào)用DistributedFileSystem 打開讀數(shù)據(jù)通道,并進(jìn)一步調(diào)用DFSOutputStream將待寫入的源數(shù)據(jù)分解為若干數(shù)據(jù)節(jié)點,通過dataqueue 功能寫入數(shù)據(jù)。上述讀寫數(shù)據(jù)的操作均基于HDFS 分布式系統(tǒng)實現(xiàn),在Hadoop構(gòu)建的架構(gòu)下形成了針對實驗室各項管理數(shù)據(jù)的快速高效讀寫操作,相較于傳統(tǒng)的實驗室管理系統(tǒng)而言,讀寫的效率能夠提升數(shù)百倍。

    3.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

    基于云計算技術(shù)設(shè)計的高校實驗室管理系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)實驗室管理系統(tǒng)的最大優(yōu)勢在于:對大容量數(shù)據(jù)的讀寫速率更快,且存儲吞吐量更大。為檢驗所設(shè)計系統(tǒng)的性能,特進(jìn)行了針對性的實驗室數(shù)據(jù)上傳下載測試,得出如圖2所示測試圖。

    如圖2所示,應(yīng)用本系統(tǒng)讀寫實驗室管理數(shù)據(jù)信息時,當(dāng)數(shù)據(jù)容量<2GB 時,單一和集群數(shù)據(jù)的讀寫速率并無太大區(qū)別,但隨著數(shù)據(jù)容量的遞增,本系統(tǒng)對集群大容量數(shù)據(jù)的讀寫速率更快,而單一數(shù)據(jù)的讀寫速率更慢,說明基于云計算技術(shù)設(shè)計的實驗室信息存儲管理系統(tǒng)針對海量數(shù)據(jù)的讀寫存儲更具速率優(yōu)勢。

    4 結(jié)語

    應(yīng)用云計算設(shè)計高校實驗室信息存儲管理系統(tǒng),在數(shù)據(jù)存儲和讀寫上相較于傳統(tǒng)系統(tǒng)更具優(yōu)勢,本文詳細(xì)闡述了應(yīng)用云計算技術(shù)設(shè)計高校實驗室信息存儲管理系統(tǒng)的方案,并對系統(tǒng)測試結(jié)果進(jìn)行了分析,希望能夠為國內(nèi)各高校的實踐應(yīng)用提供一些思路。

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