華中科技大學H U B系統：全校管理信息“連連看”

文/李昕

H U B系統是為全校師生員工和管理服務部門在本科生、研究生管理方面提供一個一攬子的信息訪問門戶。目前，H U B系統集成了華中科技大學1 1個專門業務管理系統和5個公共信息服務平臺，實現了信息匯聚和資源共享。

在華中科技大學的眾多信息化應用中，“華中科技大學HU B系統”是最重要的一個應用軟件系統。該系統旨在為全校師生員工和管理服務部門在本科生、研究生管理方面提供一個一攬子的信息訪問門戶。目前，H U B系統集成了華中科技大學1 1個專門業務管理系統和5個公共信息服務平臺。類似于計算機網絡中的“H U B”（集線器），華中科技大學H U B系統通過集成，實現了信息匯聚和資源共享。H U B系統始建于2 0 0 6年5月，由華中科技大學注冊中心負責建設維護。它是華中科技大學全校本科生、研究生的教學管理、學生管理、學位管理等一系列管理信息系統的集成綜合，實現了融本科、研究生于一體的數據集中管理，部署在采用多層集群架構的運載平臺上。

集成十六個系統平臺

H U B系統整合的1 1個業務管理系統包括：學生注冊管理信息系統、本科生教務管理信息系統、研究生教務管理信息系統、學生網上選課系統、網上學習中心、學位管理信息系統、研究生導師管理信息系統、學生國家助學貸款管理信息系統、學生獎學金管理信息系統、研究生三助管理信息系統、國際交流與合作管理信息系統。這些業務管理系統實現了教學服務和學生管理的全過程信息化，從學生入學報到、學期注冊、學習活動記錄、在校表現記載，到學生畢業離校，跨業務部門的管理流程在統一互通的信息系統中順暢流轉。

在公共信息服務方面，課程平臺、教師教學活動電子檔案、本科教學基本狀態數據庫、教師信息查詢系統、統一通信平臺等5個公共信息服務平臺在華中科技大學師生校園學習、工作、生活中發揮著較具影響的作用。

“課程平臺”是一個“資源匯聚、師生交互、生生交流”的信息平臺，匯聚了華中科技大學本科生、研究生課程電子資源，支持師生在線交流，有利于促進學生自主自助學習。同時，課程平臺還是面向社會公眾介紹華中科技大學學科專業設置及教學特色的信息公開平臺。

“教師教學活動電子檔案”原汁原味反映了華中科技大學每位教師每一年度在承擔教學任務、參與課程和教材建設、指導本科生和研究生、從事教學研究、實踐教學改革、取得教學成果等與教學相關方方面面的原始活動記錄。

“本科教學基本狀態數據庫”建立了反映華中科技大學本科教學基本狀態和特征的數據庫，實現指標采集和查詢，可分析對比各院系、各專業本科教學的特點，凸顯其優勢特色，找準其薄弱環節，為學校和院系、學科制訂本科教學發展改革規劃提供決策支持。

“教師信息查詢系統”匯聚介紹華中科技大學教師的學術、科研成果，有助于學校教師展現風采，介紹宣傳自己的學術特長和研究方向；有助于校內外學生和社會公眾認識教師，了解華中科技大學師資實力和人才資源。

“統一通信平臺”是華中科技大學機關部處、院系、教師廣泛使用的電子郵件列表系統，采用主動信息推送的方式為師生提供信息服務。經授權的教職工可以依托該平臺，方便快捷地向有關師生員工群發電子郵件通知。

在這些系統中，“教師教學活動電子檔案”、“本科教學基本狀態數據庫”與本科生、研究生相關教務管理和教學服務平臺集成，實現了所有原始數據的自動采集，既降低了管理成本，又杜絕了數據造假。H U B系統在各業務系統后臺集成了統一通信服務，當師生和管理人員在業務系統中進行某項操作（提交申請、錄入信息或者管理審批）時，H U B系統自動地向與該業務相關的其他師生發送通知、提醒和告知郵件。

這些系統實現了統一用戶管理，遵循統一數據交換標準，在H U B統一信息門戶中為師生員工和社會大眾提供信息化服務。

數據集中

數據庫規劃和建設是信息化建設中最核心、最有價值的部分。建設學校公共信息服務平臺，最核心的工作是建設學?；A數據庫。其基本特征是：學校建設集中、權威的數據庫，而不是將各類數據和信息分散在各個部門。數據凌亂、相互沖突的狀況必須扭轉。

選擇何種數據共享模式，對信息系統整合產生巨大的影響。從同行實施數據共享的實際做法來看，數據共享模式主要有兩種：一是采取數據交換的模式，另一種是采用統一數據庫的模式。

采用數據交換的方式，實施的關鍵點是“集成”；采用統一數據庫的方式，實施的關鍵點是“集中”。

華中科技大學HU B系統在建設之初，選擇了統一數據庫模式，即整個H U B系統，包括1 1個業務管理系統和5個公共信息服務平臺，共用一個統一數據庫。

十多個管理信息系統由不同參與方配合建設，要使用一個統一數據庫，工程浩大，困難重重。

經過對業務管理流程和數據交換需求的詳盡梳理和分析，華中科技大學H U B系統數據庫需要存儲的數據（信息），除去眾多的數據代碼定義之外，剩下的數據可以分為三種類型：基礎數據、業務數據、外聯數據。

根據H U B系統所整合的管理信息系統及其管理業務內涵，外聯數據主要包括財務數據和人事數據。這二類數據分別由財務處、人事處產生，HUB系統相關業務需要使用部分信息。通過部署E T L工具，可以實現財務和人事相關數據單向同步到H U B系統數據庫，滿足H U B系統管理業務需求。

HUB系統的1 0多個管理信息子系統各自需要大量業務數據。對于這些業務系統的自有數據，在一個統一數據庫中，各系統可根據統一約定的數據表定義規范自行定義業務數據表。

復雜應用系統采用統一數據庫的難點在于基礎數據的定義。對華中科技大學H U B系統而言，關鍵在于人員信息和課程信息的定義和管理。

在人員信息管理方面，華中科技大學注冊中心為每一位師生員工編制了一個惟一的標識符，稱之為“UUID”（Universally UniqueIdentifier）。UUID對師生員工而言是透明的，師生員工不需要記住本人的U U I D，在日常生活中也完全覺察不到UUID的存在。但是，U U I D在全局范圍內是惟一且不變的。當某位師生員工離開學校一段時間再次進入學校時，HUB系統將會自動重新使用原先的U U I D，而不會再次分配新的標識符。

此外，華中科技大學還授權注冊中心為全校師生員工分別編制了“華中科技大學人員編號”，并稱之為“UID”（UniversityIdentifier）。UID在全局范圍內也是惟一的。不同類型的師生員工，比如教職工、博士后、本科學生、碩士研究生、國際學生等，其U I D的編碼規則是有區別的。師生員工需要記住本人的UID，也就是俗稱的“教工號”或“學號”。當師生員工的身份發生改變時，其U I D也會發生改變，原有的U I D將不再使用，并會重新獲得一個新的UID。

一種典型情況是，一個人在華中科技大學攻讀碩士學位，將會獲得一個屬于碩士研究生的U I D，之后其繼續攻讀博士學位，也會獲得一個屬于博士研究生的U I D；博士研究生畢業之后留校工作，再次會獲得一個屬于教職工的U I D。當其以一種身份辦理離校手續時，與該身份對應的U I D將會注銷（失效）；而當其以新的身份辦理入校手續時，又會啟用一個新的U I D。但是，無論這個人的U I D如何變化，其U U I D始終不變。

表1 華中科技大學HUB系統應用服務器虛擬機部署

表2 華中科技大學HUB系統業務分組部署

圖2 服務單元CELL1~CELL4的結構

圖3 服務單元CELL5和CELL6的結構

按照上述思路，與人的自然屬性相關的信息，如身份信息、個人簡介、聯系方式等信息，與U U I D相聯存儲，作為全局統一的人員基本數據表；而與人的身份屬性相關的信息，如工作（學習）單位、工作（學習）內容、操作權限等，與U I D相聯存儲，分別建立相應的數據表。按照這種模式構建的一組人員信息表，是全局數據表，各系統根據業務需要對這些表進行讀寫，且不能隨意更改數據表定義。

對于課程（本科生課程、研究生課程）信息管理，也采用類似模式處理，既建立全局統一的課程目錄基本數據，也根據本科生教學、研究生教學的不同特點分別建立各自的附屬屬性數據表。

通過對基礎數據、業務數據、外聯數據的分類管理，華中科技大學H U B系統建立了統一數據庫。

硬件集群

為了向全校師生提供可靠服務，華中科技大學H U B系統運行在一套采用多層集群架構的專用運載平臺上，其拓撲結構如圖1所示。

除了在負載均衡設備上構建多個“服務器池”、數據庫服務器采用“實時應用集群”之外，華中科技大學H U B系統在We b服務器、應用服務器架構方面采用虛擬化技術。

在Web 服務器和應用服務器的配置上，華中科技大學HUB系統使用了10 臺物理服務器。這10 臺物理服務器分3 批在不同年份采購，其中，服務器Svr1～Svr4、Svr5～Svr8、Svr9～Svr10 配置分別相同。

為了構建穩健的應用服務平臺，華中科技大學HUB系統采用虛擬化方案，在物理服務器Svr1～Svr4 上構建了6 個虛擬機，分別為虛擬機Vmn1~Vmn6（其中，n=1~4），共24 個虛擬機；在物理服務器Svr5~Svr8上構建了7個虛擬機，分別為虛擬機Vmn1～Vmn7（其中，n=5~8），共28 個虛擬機。物理服務器Svr9、Svr10 沒有虛擬化。

圖4 服務單元CELL5中應用服務器集群的部署

為了提高虛擬機的可靠性，在實施虛擬化方案時，將上述8臺物理服務器（Svr1～Svr8）及其部署的5 2個虛擬機配置成H A群集，并配置“群集允許的主機故障數目”為1。通過合理部署，8臺物理服務器各剩余可用的C P U資源和內存資源均可支持一個“插槽”。

虛擬機管理軟件對物理服務器和虛擬機的運行狀態進行監控。一旦虛擬機本身或者虛擬機所在物理服務器發生故障，虛擬機能夠在H A群集內進行故障切換。如果僅僅是虛擬機出現故障而物理服務器仍然正常運行，則物理服務器本地自動重新啟動故障虛擬機，承擔原有工作負載；如果是1臺物理服務器發生故障，則其他7臺正常運行的物理服務器可利用其各自的“插槽”重新加載接管故障物理服務器上運行的虛擬機，承擔原有的工作負載。這種配置提供了系統的高可靠性。

上述5 2個虛擬機，根據其C P U資源和內存分配不同，分為3種不同配置的虛擬機，分別為虛擬機甲（共有2 4臺）、虛擬機乙（共有2 4臺）、虛擬機丙（共有4臺）。

根據華中科技大學HUB 系統的運行需要，在24 臺虛擬機甲上各自部署Web Server（分別為表1 中的Web11~Web68），在24臺虛擬機乙上各自部署Application Server（分別為表1 中的APP11~APP68），在4 臺虛擬機丙上各自部署用于JAVA 程序代碼發布管理的Deployment Manager（分別為表1中的DM1~DM4）。此外，物理服務器Srv9、Srv10 上也部署Deployment Manager（分別為表1 中的DM5、DM6）。

構建在不同虛擬機上的中間件服務盡量分布在不同的物理服務器上。這樣，當某一臺物理服務器發生故障時，對整體系統的影響最小。如在物理服務器Svr1 上的虛擬機WM11 上部署WebServer，命名為Web51；而在物理服務器Svr8 上的虛擬機VM86 上部署Application Server，命名為APP68；以此類推。

Web Server、Application Server和Deployment Manager在物理服務器和虛擬機上的具體部署如表1所示。

為了管理方便，華中科技大學HUB系統將所有的中間件服務器劃分為6個服務單元（CELL1~CELL6）。

服務單元CELL1~CELL4分別包括：2個Web Server（各使用1個虛擬機甲）、2個Application Server（各使用1個虛擬機乙），以及1個Deployment Manager（使用1個虛擬機丙，用于本單元內的Java應用程序發布管理）。2個Web Server上的負載分配，由前置的負載均衡機進行調度。如圖2所示。

對于服務單元CELL5、CELL6，各包括：8個Web Server（各使用1個虛擬機甲）、8個Application Server（各使用1個虛擬機乙），以及1個Deployment Manager（使用1臺物理服務器，用于本單元內的Java應用程序發布管理）。8個Web Server上的負載分配，由前置的負載均衡機進行調度。如圖3所示。

為了充分發揮應用服務器的性能，華中科技大學綜合采取了應用服務器中間件“垂直伸縮”和“水平伸縮”部署方式，在每個Application Server上創建4個Server。同時，利用應用服務器中間件的高可用性管理器，將每個服務單元中Application Server節點上的所有Server構建成一個應用服務器集群（Cluster），并且將其構建成一個核心組（Core Group）。服務單元CELL5的應用服務器集群部署如圖4所示。其余各服務單元的部署均類似。

由此，華中科技大學HUB系統的應用服務器平臺總共構建了6個服務單元，其中，前4個服務單元各擁有2組Web Server +Application Server的服務架構，且由負載均衡機實現應用負載的智能分配，后2個服務單元各擁有8組Web Server+ Application Server的服務架構，且也由負載均衡機實現應用負載的智能分配。

根據各業務系統的負載訪問特性，華中科技大學HUB系統將業務系統分組部署在不同的應用服務單元上，如表2所示。

在常態情況下，華中科技大學HUB系統的各個業務系統按照這種分組，分別部署在不同的服務單元上運行。在某些特殊時段（如學期初、學期末），某些業務系統負荷異常繁重，華中科技大學HUB系統通過靈活調度，臨時將其他服務單元內的資源（節點服務器）動態調整到目標服務單元中，進一步增強該服務單元的計算能力。

通過這種部署，按照隨需應變的調度原則，有效地實現了硬件設備的經濟性和可靠性。

華中科技大學始終堅持“硬件集群、數據集中、系統集成”的建設原則，致力于促進學校教學質量和管理效率的提高，不斷充實和完善HUB系統，為構建安全、快捷、協調、整合的數字化校園綜合信息服務平臺繼續探索實踐。