云計(jì)算為校園數(shù)據(jù)處理提供新思路

文/龍宇翔 王丹

數(shù)字化校園是以數(shù)字化信息和網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上建立起來的對教學(xué)、科研、管理、技術(shù)服務(wù)、生活服務(wù)等校園信息的收集、處理、整合、存儲、傳輸和應(yīng)用，使數(shù)字資源得到充分優(yōu)化利用的一種虛擬教育環(huán)境。信息技術(shù)的快速發(fā)展，累計(jì)了大量數(shù)據(jù)，這對數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸提出了更高要求。以往建立的校園數(shù)據(jù)較為分散，數(shù)據(jù)存儲沒有固定的格式，所以形成了多樣的存儲樣式，早期克服這種困難主要是通過建立多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，但隨著數(shù)據(jù)量的越來越大，此種解決方式只能解決當(dāng)前問題，卻為將來的數(shù)據(jù)采集、存儲及傳輸帶來了隱患。

現(xiàn)階段，數(shù)字化校園建設(shè)關(guān)鍵任務(wù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成，即在原有信息建設(shè)不變的基礎(chǔ)上，把現(xiàn)有的各種應(yīng)用系統(tǒng)通過某種架構(gòu)技術(shù)集成起來，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，以實(shí)現(xiàn)信息之間的通訊和共享。

我國數(shù)字化校園最早研究始于清華大學(xué)，其研究成果在清華大學(xué)本校得到應(yīng)用。清華大學(xué)研究的URP 很好的解決了各業(yè)務(wù)系統(tǒng)間的傳輸共享性，即“信息孤島問題”。清華大學(xué)的成功實(shí)踐為科研人員研究我國數(shù)字化校園奠定了基礎(chǔ)。

云計(jì)算是當(dāng)前較為熱門的一項(xiàng)新技術(shù)，國外許多科研院所對云計(jì)算進(jìn)行了研究，并應(yīng)用于產(chǎn)品實(shí)踐，微軟、Google 等公司的云計(jì)算研究處于領(lǐng)先地位。當(dāng)前的云計(jì)算就是按需計(jì)算，用戶將自己的需求發(fā)送到云服務(wù)器（國家掌控或企業(yè)建設(shè)），用戶不必考慮資源存儲地點(diǎn)及存儲方式，云服務(wù)器根據(jù)用戶需求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用戶可以自行提取需求結(jié)果。

數(shù)字化校園中心系統(tǒng)的建設(shè)可以提高學(xué)校在教學(xué)、科研等方面的管理效率，也可以輔助學(xué)校建立完善的校園環(huán)境。

本文將云計(jì)算技術(shù)與數(shù)字化校園結(jié)合，開發(fā)設(shè)計(jì)一種創(chuàng)新性的校園數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

云平臺概述

云體系

云體系是一個(gè)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。用戶端：云用戶的需求發(fā)送界面，云計(jì)算的入口，可以通過網(wǎng)頁及軟件注冊機(jī)登錄。服務(wù)窗口：用戶具備的權(quán)限，即用戶定制的服務(wù)。服務(wù)器：云計(jì)算主機(jī)，管理、計(jì)算及處理中心數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)中心：存放數(shù)據(jù)的中心文件，云體系對數(shù)據(jù)文件進(jìn)行集中管理。

圖1 云體系結(jié)構(gòu)

云計(jì)算特點(diǎn)

云計(jì)算與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模式相比較，具備以下特點(diǎn)：

1.技術(shù)虛擬化。即利用虛擬化技術(shù)將一臺服務(wù)器分成多臺服務(wù)器，且可以服務(wù)于一個(gè)或多個(gè)客戶。

2.靈活擴(kuò)展性及靈活定制。云計(jì)算具備多個(gè)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)出問題時(shí)可以將其暫時(shí)拋棄，這個(gè)節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)會(huì)轉(zhuǎn)移到其他節(jié)點(diǎn)，避免了數(shù)據(jù)的大量丟失；云計(jì)算過程中用戶可以根據(jù)自己的需求定制自己需要的應(yīng)用功能，避免不必要的資源浪費(fèi)。

3.性價(jià)比高。云計(jì)算對用戶的電腦配置要求很低，用戶的電腦作為一個(gè)數(shù)據(jù)顯示窗口，其計(jì)算、管理和存儲都是在云端服務(wù)器中進(jìn)行。

系統(tǒng)需求

總體需求

信息化技術(shù)的快速發(fā)展使得多個(gè)服務(wù)器處理信息數(shù)據(jù)的模式效率低下，提高服務(wù)器數(shù)量可以得到改善，但需要投入大量的成本。基于此設(shè)計(jì)了一種基于云計(jì)算的校園數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)，開發(fā)模式采用B/S，提高了日常管理工作及數(shù)據(jù)空間交流的效率。

該系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心主要包括系統(tǒng)管理員、系統(tǒng)數(shù)據(jù)維護(hù)員、網(wǎng)頁門戶游客登錄等，實(shí)現(xiàn)了對不同角色人員展示不同數(shù)據(jù)。

在該系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理主要目的是讓管理員進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控與存儲；日志管理是記錄系統(tǒng)主要板塊的業(yè)務(wù)服務(wù)狀態(tài)，可以對日志進(jìn)行備份查詢；資源管理是管理員通過系統(tǒng)對系統(tǒng)內(nèi)的資源進(jìn)行分配、調(diào)度與管理；計(jì)量管理是對整個(gè)系統(tǒng)的人數(shù)訪問量、系統(tǒng)使用時(shí)長等信息的統(tǒng)計(jì)；系統(tǒng)警告是對一些病毒入侵或黑客攻擊的報(bào)警，可以是主動(dòng)報(bào)警和手動(dòng)警告。

云需求

校園數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)具有較高的模塊化，利用WSDL 接口來實(shí)現(xiàn)云計(jì)算模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸。主要利用云計(jì)算為校園數(shù)據(jù)中心提供如下服務(wù)：

1.模塊管理：管理員可以創(chuàng)建、刪除子類項(xiàng)目，通過云平臺反饋到學(xué)校系統(tǒng)的界面。

2.配置管理：對用戶占用云空間資源進(jìn)行參數(shù)配置，主要包括虛擬機(jī)類型、云管理平臺及云節(jié)點(diǎn)。

需求分析

校園數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)門戶主要有電腦終端或手持設(shè)備終端、用戶登錄界面、多角色登錄界面、信息公告、資料下載、安全保障。

1.角色分析

用戶通過注冊成為校園數(shù)據(jù)中心的云用戶。云管理員（學(xué)校主管部門領(lǐng)導(dǎo)和教師）可以通過云平臺查看修改云數(shù)據(jù)。

2.數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理主要是處理校園管理系統(tǒng)本身的數(shù)據(jù)。只有管理員具有操作權(quán)限，主要負(fù)責(zé)虛擬機(jī)對整個(gè)數(shù)據(jù)中心的監(jiān)控，包括內(nèi)存、CPU 及磁盤使用情況。

3.日志管理

日志管理主要是記錄系統(tǒng)使用操作狀況，主要記錄監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，日志等級可以分為警告和錯(cuò)誤。

4.資源管理

資源管理是對校園數(shù)據(jù)系統(tǒng)中虛擬平臺中的資源進(jìn)行管理，虛擬平臺中的資源主要分為硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)兩種，其中硬件設(shè)備提供計(jì)算服務(wù)類資源；存儲器主要提供存儲資源；虛擬交換機(jī)與路由器，主要提供虛擬網(wǎng)絡(luò)資源；虛擬模板，主要提供虛擬機(jī)類型資源；軟件系統(tǒng)，主要提供各種應(yīng)用程序系統(tǒng)等。

5.計(jì)量管理

計(jì)量管理對整個(gè)數(shù)據(jù)中心的各項(xiàng)業(yè)務(wù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。此功能中的計(jì)量管理與云中的管理員所執(zhí)行的功能大致相同,操作的對象都是學(xué)校申請的虛擬空間。該功能中的管理員和用戶都屬于校園數(shù)據(jù)處理中心。

6.系統(tǒng)警告

異常警告：支持自動(dòng)警告，方便校園數(shù)據(jù)處理中心管理人員第一時(shí)間掌握系統(tǒng)運(yùn)行情況，確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

該系統(tǒng)對校園數(shù)據(jù)處理中心中的各個(gè)資源進(jìn)行自動(dòng)獲取、自動(dòng)監(jiān)控，并結(jié)合預(yù)先自定義的異常情況進(jìn)行報(bào)警。報(bào)警方式采取郵件、微信、短信等常用通訊形式。手動(dòng)報(bào)警是管理員發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常，人為干預(yù)并報(bào)警。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

校園的云計(jì)算數(shù)據(jù)處理中心主要包含用戶管理員、維護(hù)人員及普通用戶，本文主要針對管理人員進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)及開發(fā)。系統(tǒng)采用B/S 架構(gòu)，Java 語言編寫。系統(tǒng)總體分為表示層、業(yè)務(wù)層及數(shù)據(jù)層。表示層分為模型、視圖及控制；業(yè)務(wù)層統(tǒng)一以Java Bean 形式存在；數(shù)據(jù)層采用Hibernate 實(shí)現(xiàn)，生成的數(shù)據(jù)供業(yè)務(wù)層使用。

云用戶及云管理設(shè)計(jì)

云用戶功能主要有用戶注冊、用戶登錄、用戶的角色判斷以及權(quán)限管理。通過模塊內(nèi)嵌的規(guī)則判別用戶的角色，Role 代表用戶，Relationship 表示用戶關(guān)系。

Action 模塊來處理用戶請求，并將處理結(jié)果封裝在HttpServletRequest 返回給ActionServlet。

云用戶設(shè)計(jì)

云管理模塊主要包括創(chuàng)建云、刪除云、云基本信息管理和計(jì)算資源管理。

數(shù)據(jù)處理模塊的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心整體運(yùn)行,包括對虛擬機(jī)、存儲、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、數(shù)據(jù)庫、集中事件管理及各項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用使用情況的統(tǒng)一監(jiān)控。主要包括DataMoniterMgrAction、DataMoniterManageImpl、DataMoniterManage、DataMoniterDAOImpl 以及DataMoniterDAO。

日志管理模塊的設(shè)計(jì)

日志管理類主要包括LogMgrAction、LogManagerImpl、DataMoniterManager、LogDAOImpl 以及LogDAO。

資源管理模塊的設(shè)計(jì)

資源管理主要包括ResourceMgrAction、ResourceManageImpl、DataMoniterManage、ResourceDAOImpl 以及ResourceDAO。

計(jì)量管理模塊的設(shè)計(jì)

計(jì)量模塊主要包括MeasureMgrAction、 MeasureManagerImpl、DataMoniterManager、MeasureDAOImpl 和MeasureDAO。

異常告警模塊的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)了Alarm 類是實(shí)現(xiàn)類，來處理所有的報(bào)警功能。

基于上述編制規(guī)則，編制了校園數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)。

通過分析當(dāng)前校園數(shù)據(jù)中心存在的弊端，結(jié)合當(dāng)前云計(jì)算設(shè)計(jì)編制了新穎的校園數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)的部分設(shè)計(jì)思路、邏輯關(guān)系及應(yīng)用界面。希望能為校園數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的改進(jìn)提供一種新的思路。