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基于分布式结构提高新一代高校教务管理系统性能的研究
作者：赵力元
来源：《中国科技纵横》2012年第09期
随着我国高等教育改革的不断深化,我国的高等教育也逐渐进入到大众化教育阶段,特别是随着高校招生规模的扩大,学生人数迅速增长,多校区办学模式,传统的教务管理方式、教学管理工作手段和有限的教学资源已经很难满足现有的教学及教学管理需求。
网络技术的迅猛发展以及多媒体、面向对象、系统集成和数据库等领域新技术的不断发展和融合,深刻地改变了现代化信息系统的结构和形式。近年来,各地高校的计算机和计算机网络应用进入到了一个崭新的阶段,为建设信息化学校提供了有力的保证。在日益复杂的异构化网络分布式环境中,采用分布式结构开发教务管理信息系统是一个新的课题,它的研制和使用对于提高高校的管理水平、工作效率以及高校的对外交流能力具有重要意义[1]。 1、系统现状及特点 1.1 高校教务管理系统现状
随着中国高校规模的扩大、学校管理水平的提高,必然对信息系统平台带来新的挑战,同时也带来新的发展机遇。虽然许多高校已自行开发了针对实际问题的信息系统,不过应当注意到,现阶段国内信息系统还存在不少问题,主要集中在以下几个方面[2]:
(1)传统的工程开发造成对系统应变适应能力和系统互连能力的制约,使得类似系统不断重复开发。由于早期开发的系统应变适应能力不强,面对新的流程或功能改变,不能在现有的基础上添加或改变,不得不重新再开发,造成了资源的巨大浪费。
(2)信息系统由“有路无车”现象变成“交通混乱”现象。由于早期的网络规划不适应新的办学规模,遇到师生集中使用时段易造成网络拥堵,系统瘫痪,造成使用上的极大不便。
(3)信息实时性差,造成系统之间信息资源无法交换和顺利查询,作为学校不易统一有效地管理这些信息,尤其是掌握信息的准确性且及时形成反馈,从而浪费了大量的时间。 1.2 分布式软件系统特点
分布式软件系统(Distributed Software Systems)是支持分布式处理的软件系统,是在由通信网络互联的多处理机体系结构上执行任务的系统[3]。作为一种新兴的结构,分布式系统主要具有
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两个特征:一是系统内具有大量独立的、自治的和可通信的CPU;二是对用户来说,该系统就像一个单一的系统。可以将这两个本质特征归纳为分离性和透明性。分离性是分布式系统固有的性质,它要求有通信能力、系统管理能力和实现统一性的技术。透明性是指对用户和程序员隐藏分离性,使系统成为一个整体而不是一堆处理机的集合。透明性是分布式系统最重要的特征,是影响系统软件设计的主要因素[4]。此外,分布式系统还有一些其它特征,如并行性、模块性、高性能、经济性、灵活可靠等[5]。
2、结合分布式结构的新一代系统设计与实现
根据高校教务管理的一般需要,采用Client/Server（简称C/S）和Browser/Server（简称B/S）结构相结合的方式开发思路。将整个系统划分为校级教务、二级学院教务、网络入户教师网上办公3个级别。其中,校级教务、二级学院教务采用C/S方式。校级教务面向二级学院教务管理部门,主要对教务数据进行维护和管理,以及从整体的角度进行数据分析和统计;二级学院教务侧重对本学院的教务数据的录入、查询、打印等。校级教务和二级学院教务功能划分相同。网络入户教师网上办公和学生使用B/S方式,通过学校机房或家庭入网机器使用浏览器进行成绩输入、修改、查询等工作,使得客户端的维护工作量几乎为零。
传统的二层C/S和B/S结构存在以下几个局限:单一服务器且以局域网为中心,难以扩展至广域网或Internet,无法适应现今高校多校区大规模的情况;软、硬件的组合及集成能力有限;难以管理大量的客户端。因此,本文对三层C/S和B/S结构进行研究及应用。
三层C/S和B/S结构是将应用功能分成表示层、功能层和数据层三部分。由于在这种形态中三层是分别放在各自不同的硬件系统上的,所以灵活性很高,能够适应客户机数目的增加和处理负荷的变动。例如,在追加新业务处理时,可以相应增加装载功能层的服务器。因此,系统规模越大这种形态的优点就越显著。 2.1 系统网络拓扑结构
本系统由多个二级学院客户端及网上教务系统不定时并且独立向系统提供数据,这在很大程度上提高了系统的效率,但同时,大量的数据源增加了系统的负担,尤其当学生集中选课或教师集中登录成绩时,对系统的通信效率提出了较高要求。另外,由于高校教务管理的工作需要,要在局域网内及Internet多个客户端同时查看数据,如何有效利用网络资源,处理多个数据源、多个客户端的情况,通过分布式系统结构对系统的网络资源进行合理配置,结合有效的通讯组网方法,可以有效的解决此矛盾。
图1为系统的分布式网络拓扑结构,该拓扑结构可实现三套客户机/服务器系统,第一套为应用服务器/数据源服务器,第二套为客户端/数据库服务器,第三套为网络客户端/应用服务器。它们之间独立运作,各司其职,可以最大限度减轻服务器的工作强度和提高其网络通信和逻辑计算的安全稳定性。
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局域网由各级交换机和路由器连接而成，整个局域网遍及高校各校区，包括校教务处及所有二级学院。各个数据源通过各层交换机向应用服务器发送教学数据。数据源，包括二级学院客户端及网上教务系统，根据统一的通信标准如Modbus/TCP和HTTP协议与客户端进行通信。而这里，作为客户端的机器则是系统的核心——应用服务器，应用服务器将数据源设备的数据采集并实时处理后，将重要参数保存到数据库，供用户终端查询、打印等。因此，各个数据源服务器对用户终端来说是屏蔽的，用户终端只需要与应用服务器进行通信，而应用服务器负责与各个数据源通信获取参数。这就利用分布式结构的透明性和分离性，一方面简化了用户的操作，另一方面避免多个客户端同时向数据源服务器要求相同的数据，大大减少了数据源服务器的网络通信与响应压力，由应用服务器对用户请求进行处理整合后，以效率最优形式下发给数据源服务器。采用此种拓扑结构对节约成本、提高系统稳定性、提高系统效率都有明显的效果。
图1 高校教务管理系统网络拓扑结构 2.2 系统三层C/S结构