教育云環(huán)境下在線考試系統(tǒng)關鍵問題探討與研究

易俗 孫世萌

摘要：對教育考試系統(tǒng)背景和國內外現(xiàn)狀進行分析。針對云計算框架下考試系統(tǒng)面臨“云端服務器可用性受阻”“數(shù)據(jù)運算可靠性差”“客戶端數(shù)據(jù)的可控性欠缺”等問題的困擾，探討教育云環(huán)境下在線考試系統(tǒng)的關鍵技術問題，從而為實現(xiàn)高可用、高可靠、高可控的數(shù)據(jù)運算、傳輸、監(jiān)控服務提供支持與新的思路，對進一步提高教育考試信息化水平有著積極意義。

關鍵詞：考試系統(tǒng);教育云;關鍵問題

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）12-0102-02

云計算在教育行業(yè)的應用適逢其時?！督逃畔⒒臧l(fā)展規(guī)劃（2011至2020）》中明確提出了建設中國教育信息化云服務平臺的任務和行動計劃。一個完善、健全的網上考試系統(tǒng)能及時、準確地反饋教學結果，為教學提供更有意義的指導性策略，優(yōu)化整個教學過程。在線考試系統(tǒng)作為教育評估的有效手段與云計算的結合也成為國內外教育領域的熱點問題之一。

近年來，教育云環(huán)境下的在線考試系統(tǒng)的開發(fā)與應用已經受到國內外教育領域的重點關注，而云計算環(huán)境下的分布式并行計算模型研究是支撐高性能、高并發(fā)系統(tǒng)應用的關鍵，已經成為國內外云計算領域研究的熱點。本文在教育云環(huán)境下，在對當前國內外考試系統(tǒng)現(xiàn)狀分析研究的基礎上，從根本出發(fā)研究分布式并行計算模型，探討在線考試系統(tǒng)應用過程中若干關鍵問題，從而為實現(xiàn)高可用、高可靠、高可控的數(shù)據(jù)運算、傳輸、監(jiān)控服務提供支持與新的思路。

1在線考試系統(tǒng)的研究背景

1.1考試系統(tǒng)國外現(xiàn)狀分析

在線考試系統(tǒng)是教育信息化、網絡化、全球化的必然產物，它的發(fā)展歷史已經經歷了一段較長的時間，但從理論研究及系統(tǒng)結構體系角度出發(fā)，其基本的模式可以包括客戶機、服務器C/S與瀏覽器、服務器B/S兩種。

國際上，在線考試系統(tǒng)的起步較早，技術上相對來說比較成熟，ASP、JSP和PHP等是在線考試平臺系統(tǒng)的常用及較為領先的開發(fā)語言。例如，如果從程序員開發(fā)的角度出發(fā)，可以選擇ASP語言，可以實現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的完美結合。在線考試系統(tǒng)所表現(xiàn)的超時空性、便捷性、可控性等特性使得國際上的大型考試都引用了在線考試系統(tǒng)。如比較著名的微軟的MCDBA、MSCE認證考試，托?？荚?、CISCO認證考試、思科CCNA認證考試、IBM認證考試CCNP認證，以及Oracle認證考試等，都在使用對應的在線考試系統(tǒng)。

1.2考試系統(tǒng)國內現(xiàn)狀分析

目前在我國，在線考試系統(tǒng)的應用要滯后于國外，研究起步也比較晚，但是發(fā)展也比較迅速，研究和開發(fā)活動比較活躍。實際應用也比較多，如：全國計算機等級考試、普通話水平考試、遠程教育課程考試等均采用了在線考試的形式?？偟膩碚f，在線考試的使用范圍正在逐步擴大，考試的形式也趨于多樣化，其優(yōu)勢和重要性也日趨明顯。

2教育云在線考試系統(tǒng)

隨著云計算技術飛速的發(fā)展，伴隨教育市場需求的增加，教育考試信息化系統(tǒng)也需要不斷的進化，與時俱進。尤其是系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及支持較為復雜的用戶需求的可靠性，作為一個網絡技術工具，不斷更新與完善其本身的性能顯得尤為重要。我們必須建立一種動態(tài)的計算機網絡資源的分配模式，這時，云計算技術就是一個很好的平臺。因此將云計算技術和教育相結合構建探索教育云下的新型考試系統(tǒng)，提高云環(huán)境下的在線考試系統(tǒng)功能與性能是很有必要的。建立教育云下的考試系統(tǒng)，不能只是照搬其他領域的成功案例;也不能簡單地將已有的在線考試系統(tǒng)直接部署到云環(huán)境中，而是需要針對教育考試信息化的具體需求，從基礎架構、虛擬機、軟件、存儲、用戶等方面進行綜合考慮，設計出適應教育考試業(yè)務發(fā)展的云計算系統(tǒng)。

與傳統(tǒng)的在線考試系統(tǒng)相比，教育云下的在線考試系統(tǒng)，可以提供更為快速和便捷考試服務方式。如搜索、編輯和查詢等等。同時，教育云下的在線考試系統(tǒng)可以運用云計算手段，借助互聯(lián)網實現(xiàn)資源優(yōu)化，解決教育教學的地區(qū)差異與限制弊端，達到資源共享。

3教育云在線考試系統(tǒng)關鍵問題與研究

盡管將互聯(lián)網和云計算技術與教育本身相結合，使構建教育云下的在線考試系統(tǒng)提供了可能與機遇。但是從目前來看，還面臨了很多困難和挑戰(zhàn)。這種結合能否在在線考試系統(tǒng)領域得到真正意義上的推廣與應用，還要取決于教育、科技、社會等領域的協(xié)作與支持。特別是教育云下的在線考試系統(tǒng)在技術實現(xiàn)上還面臨很多關鍵問題。例如需要一種高效的計算模型支持云環(huán)境下在線考試系統(tǒng)的構建和研究。事實上，云環(huán)境下的計算模型問題不僅僅用于解決教育云下在線考試系統(tǒng)的關鍵問題，同時能否有效地設計實現(xiàn)高可用、高可靠、高可控的云計算模型也是決定信息技術在其他領域成功應用的關鍵因素之一。

3.1教育云考試系統(tǒng)面臨問題

目前，教育云下的在線考試系統(tǒng)處于未成熟的階段，多數(shù)研究和應用開發(fā)只能針對一定規(guī)模和范圍開展，而且采用的技術都是從客戶端解決問題，難以解決云計算應用中的瓶頸問題。教育云環(huán)境下的在線考試由于牽涉面較廣，具有分散性、復雜性、多樣性等特點，使得考試系統(tǒng)面臨“云端服務器可用性受阻”“數(shù)據(jù)運算可靠性差”，“客戶端數(shù)據(jù)的可控性欠缺”等問題的困擾，在很大程度上無法滿足該領域的需求。

3.2教育云考試系統(tǒng)關鍵問題分析

針對教育云下在線考試系統(tǒng)面臨關鍵問題，需要改進現(xiàn)有的分布式計算模型，探索一種支持高可用、高可靠、高可控的云計算編程模型，可迭代的分布式并行計算模型。該模型借鑒MapReduce云計算模型的思想，利用迭代計算支持云計算環(huán)境下的大規(guī)模數(shù)據(jù)的海量計算，利用分布式及高度并行的計算支持高性能要求的應用以及并行計算的需求。

首先，針對高密度在線應用的高可用性問題。教育云中在線考試系統(tǒng)面對多用戶同時考試這種高密度在線應用需求時，為了保證數(shù)據(jù)傳輸效率，需要可迭代的分布式并行計算模型能夠支持高性能的數(shù)據(jù)傳輸方法的計算，以彈性的、可伸縮的方法解決作業(yè)分發(fā)問題。故支持高性能數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠嬎隳繕?，需要研究云計算中訪問節(jié)點的彈性支撐問題。提出一種節(jié)點作業(yè)組播遷移方法，在保證并發(fā)性的前提下提高作業(yè)分發(fā)效率。根據(jù)節(jié)點數(shù)目變化研究彈性作業(yè)分發(fā)策略，根據(jù)不同的作業(yè)規(guī)模支持高并行、高性能的作業(yè)分發(fā)。

其次，針對多用戶數(shù)據(jù)的高可靠性問題。為了避免在線考試系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)冗余等數(shù)據(jù)不一致性問題，需要可迭代的分布式并行計算模型能夠支持運行過程中數(shù)據(jù)運算方法，保證數(shù)據(jù)結果的正確性及完整性，從而確保數(shù)據(jù)運算的可靠性。運算可靠性是指運算過程中的最終結果與中間結果的存儲、傳輸和運算可靠，當節(jié)點發(fā)生異常時確保結果的完整性和有效性。針對可靠的數(shù)據(jù)運算方法目標，需要研究云計算中訪問節(jié)點數(shù)據(jù)副本的量化及分布式存儲策略。并且，研究檢驗中間結果數(shù)據(jù)與副本數(shù)據(jù)是否一致的方法，以及副本的替換策略。

再次，針對作業(yè)的動態(tài)實時可控性問題。在線考試過程中，考生行為、桌面信息、試題信息可定義為作業(yè)。針對各個節(jié)點作業(yè)的實時監(jiān)控問題，需要可迭代的分布式并行計算模型能夠支持作業(yè)信息的動態(tài)、有效監(jiān)控策略，以及對監(jiān)控信息的分析與處理。為保證作業(yè)可控性需要不同角度作業(yè)監(jiān)控信息描述方法以及監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控異常的檢測。針對節(jié)點作業(yè)實時監(jiān)控計算目標，研究監(jiān)控作業(yè)的分類建模;節(jié)點作業(yè)監(jiān)控策略;通過研究對監(jiān)控數(shù)據(jù)的分析對監(jiān)控出現(xiàn)的異常情況進行檢測，給出監(jiān)控異常信息檢測方法。

4結論

對國內外考試系統(tǒng)現(xiàn)狀進行分析，從教育云計算模型視角出發(fā)，通過對云端大規(guī)模密集型數(shù)據(jù)存儲、運算和傳輸?shù)哪芰Φ姆治?，探究彈性的作業(yè)分發(fā)方法、可靠的數(shù)據(jù)運算方法和節(jié)點動態(tài)實時監(jiān)控技術來實現(xiàn)高可用、高可靠、高可控的云計算環(huán)境，探索大規(guī)模密集型動態(tài)應用的性能瓶頸，以期能夠指導教育云的構建并支持在線考試系統(tǒng)關鍵技術的研究。