數(shù)字化校園平臺基礎(chǔ)架構(gòu)的設(shè)計與實現(xiàn)

摘 要：數(shù)字化校園系統(tǒng)是高校信息化的重要應(yīng)用平臺，它深刻改變了高校管理、教學(xué)和發(fā)展模式。本文分析數(shù)字化校園的應(yīng)用現(xiàn)狀，通過負(fù)載均衡技術(shù)努力提高數(shù)字化校園平臺的可用性。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化校園；負(fù)載均衡；基礎(chǔ)架構(gòu)

中圖分類號：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2013）15-0063-02

一、引言

隨著數(shù)字化校園平臺的正式發(fā)布和運行， 用戶對平臺的訪問量急速增加，性能和可用性逐漸成為困擾高校數(shù)字化校園平臺正常運行的瓶頸。本文通過構(gòu)建高可用和高性能的數(shù)字化校園平臺基礎(chǔ)架構(gòu)，并在運行階段不斷完善設(shè)計方案，最終為數(shù)字化校園平臺的性能和穩(wěn)定起到了優(yōu)化系統(tǒng)和軟件程序所不能達(dá)到的作用，為全校帶來了綜合效率的顯著提升。

二、數(shù)字化校園平臺基礎(chǔ)架構(gòu)的設(shè)計

數(shù)字化校園是對校園內(nèi)的教學(xué)、科研、管理和生活服務(wù)等有關(guān)的信息資源進(jìn)行收集、處理、整合、存儲、傳輸和應(yīng)用的平臺，因此數(shù)字化校園平臺是使用最頻繁的、訪問量最大的系統(tǒng)。用戶首先訪問此系統(tǒng)，通過認(rèn)證后才能使用數(shù)字化校園的各種應(yīng)用，一旦承載數(shù)字化校園的基礎(chǔ)設(shè)備出現(xiàn)問題，不能提供服務(wù)，整個學(xué)校的信息化應(yīng)用就會處于癱瘓狀態(tài)。綜上，數(shù)字化校園平臺應(yīng)該具有以下特點：

（1）高可用性：將服務(wù)停止時間降低到最低甚至是提供不間斷服務(wù)；

（2）可擴(kuò)展性：隨著業(yè)務(wù)量的增加，系統(tǒng)應(yīng)具備良好的伸縮能力；

（3）可管理性：系統(tǒng)和服務(wù)處于實時的監(jiān)控下；

（4）高性能：數(shù)字化校園平臺用戶總量為2萬、在線用戶數(shù)為不低于2500人、并發(fā)用戶數(shù)為不低于700人，保證7×24小時運行，最大延時不超過3秒；

（5）安全性：運用結(jié)構(gòu)及主機(jī)的安全策略。

為了提高數(shù)字化校園的可用性和可靠性，需要對數(shù)字化校園平臺進(jìn)行分析并結(jié)合學(xué)校自身的特點設(shè)計出符合要求的基礎(chǔ)架構(gòu)。如圖1所示，將平臺的基礎(chǔ)架構(gòu)分成三層：第一層包括負(fù)載均衡和測試服務(wù)器，可以將訪問頻繁，用戶量大的對象采用合理的方式負(fù)載到多個服務(wù)器上，同時區(qū)分內(nèi)外網(wǎng)保證系統(tǒng)安全；第二層包括應(yīng)用服務(wù)器、認(rèn)證服務(wù)器、數(shù)據(jù)清洗服務(wù)器和監(jiān)控服務(wù)器，多服務(wù)器配置提升可用性和可擴(kuò)展性；第三層則為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

三、數(shù)字化校園平臺基礎(chǔ)架構(gòu)的實現(xiàn)

1.服務(wù)器選型

根據(jù)TPC-C的計算原則：以單臺服務(wù)器性能進(jìn)行計算，即確保單臺服務(wù)器工作的時候可以滿足系統(tǒng)正常運行的需要。對數(shù)字化校園數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行TPC-C計算。

假設(shè)系統(tǒng)同時在線用戶數(shù)為2500人；平均每個用戶每分鐘發(fā)出2次業(yè)務(wù)請求；系統(tǒng)發(fā)出的業(yè)務(wù)請求中，更新、查詢、統(tǒng)計各占1/3；平均每次更新業(yè)務(wù)產(chǎn)生3個事務(wù)；平均每次查詢業(yè)務(wù)產(chǎn)生7個事務(wù)；平均每次統(tǒng)計業(yè)務(wù)產(chǎn)生9個事務(wù)；一天內(nèi)忙時的處理量為平均值的5倍；經(jīng)驗系數(shù)為1.6；考慮服務(wù)器保留30%的冗余。服務(wù)器需要的處理能力為：TPC-C=在線用戶數(shù)×每分鐘業(yè)務(wù)請求×（更新、查詢和統(tǒng)計產(chǎn)生的事務(wù)）/3×忙時處理量×經(jīng)驗系數(shù)/冗余系數(shù)則應(yīng)用服務(wù)器的處理性能估算為：TPC-C= 2500×2×（3+8+9）/3×5×1.6/0.7=380，952tpmC。

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器關(guān)系到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，考慮到高可靠性和高可用性，并注重設(shè)備的可擴(kuò)展性和性價比，系統(tǒng)將配置兩臺TPC-C值不小于38萬的高性能數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。并將應(yīng)用服務(wù)器和認(rèn)證服務(wù)器各配置2臺，既分擔(dān)了訪問壓力也規(guī)避了單點故障。

2.負(fù)載均衡

負(fù)載均衡器根據(jù)負(fù)載均衡策略把客戶端請求分發(fā)到服務(wù)器群中最合適的服務(wù)器上，實際上負(fù)載均衡器只對新會話進(jìn)行負(fù)載均衡。對于需要進(jìn)行會話保持的客戶端請求，負(fù)載均衡器則交給會話模式和應(yīng)用層會話保持機(jī)制來處理。

基于服務(wù)器組中的所有服務(wù)器都有相同的軟硬件配置并且平均服務(wù)請求相對均衡的情況，我們采用輪詢調(diào)度算法。它是假設(shè)所有服務(wù)器的處理性能都相同，而且不關(guān)心每臺服務(wù)器的當(dāng)前連接數(shù)和響應(yīng)速度，通過把來自用戶的請求輪流分配給內(nèi)部中的服務(wù)器，從1開始，直到N（內(nèi)部服務(wù)器個數(shù)），然后重新開始循環(huán)。

3.數(shù)字化校園壓力測試及性能評估

（1）本次性能評估與驗證過程中用例選取的原則如下：

①數(shù)字化校園平臺日常運行中，使用頻率較高的功能模塊；

②數(shù)字化校園平臺日常運行中，業(yè)務(wù)容易產(chǎn)生相對大并發(fā)量的功能模塊；

③用戶比較重視其性能（如事務(wù)響應(yīng)時間）的功能模塊。

（2）測試結(jié)果及評估

從圖2的匯總信息可見本次測試運行一次，最大運行用戶數(shù)是500，總的流量（網(wǎng)絡(luò)吞吐量）約25G，平均流量約每秒35M，總的點擊率約2，524，834次，平均點擊率是每秒3，444，521次。

從圖3的事務(wù)匯總信息可見本次測試共通過了9087個事務(wù)，失敗38個，失敗率0.004%。提交事務(wù)的平均響應(yīng)時間為0.231秒。

從圖4響應(yīng)時間分布圖中我們可以看到：在500人并發(fā)的情況下，登錄事務(wù)分布的響應(yīng)時間集中在0秒到1秒期間。

從圖5 吞吐量圖中，綠色代表每秒點擊率，每秒平均點擊次數(shù)為3434.953次；紫色代表吞吐量，每秒平均吞吐量為：34979058.707bytes字節(jié)。可以看到點擊率和吞吐量成正比。

通過500用戶的并發(fā)測試，證明在正式的環(huán)境及調(diào)優(yōu)參數(shù)下數(shù)字化校園平臺500并發(fā)的各項指標(biāo)是可接受的，登錄系統(tǒng)和訪問首頁是成功的。?

參考文獻(xiàn)：

[1]門華.數(shù)字化校園中門戶服務(wù)負(fù)載均衡的分析與實現(xiàn)[J].重慶工商大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007（1）.

[2]劉嫚，黃維平.淺析高校數(shù)字校園建設(shè)方案及實施模式[J].現(xiàn)代計算機(jī)（專業(yè)版），2012（18）.

[3]孫榮，孟凡立，張慰.論數(shù)字校園環(huán)境下高校教學(xué)資源的整合運行策略[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2012（5）.

[4]馬永忠.高校數(shù)字化校園建設(shè)規(guī)劃與實施思考[J].科技致富向?qū)В?013（8）.

（編輯：楊馥紅）