基于云平臺的數字化校園信息門戶系統實踐研究

伍紹佳，杜 林，廖 麗

(肇慶廣播電視大學，廣東 肇慶 526060)

基于云平臺的數字化校園信息門戶系統實踐研究

伍紹佳，杜 林，廖 麗

(肇慶廣播電視大學，廣東 肇慶 526060)

本文針對國內大部分院校校園信息化發展現狀，利用先進的互聯網技術提出一種基于云平臺的數字化校園信息門戶系統建設方案，并根據實踐調研對該方案提出了具體的系統建設目標和詳細設計，在關鍵技術實現部分通過研究整合JavaWeb技術、Nginx服務以及Redis數據庫集群，證實了云平臺化的數字校園信息門戶系統的可行性和先進性。

互聯網技術；云平臺；集群；JavaWeb技術；Nginx服務；Redis數據庫

本文著錄格式：伍紹佳，杜林，廖麗. 基于云平臺的數字化校園信息門戶系統實踐研究[J]. 軟件，2017，38（1）：29-33

0 引言

隨著當今信息科學技術的發展，數字化校園信息系統也得到了廣泛的應用。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》明確指出：“信息技術對教育發展具有革命性影響，必須予以高度重視”[1]。但是由于最初設計模式不盡相同，編碼技術也多種多樣，導致現今各大高校內部的信息系統種類繁多，自成體系，系統之間信息不能共享，且需要不同的訪問授權和認證，給用戶帶來了很多不必要的繁瑣流程；同時隨著當今高等教育擴招，師生人數都有明顯增加，業務量和訪問量的快速增加導致數據流量呈幾何式增長，導致系統訪問資源受限，網絡擁堵，甚至在某些特殊情況下出現服務器癱瘓現象。

針對目前現狀，本文提出了一種基于云平臺的數字化校園信息門戶系統建設方案，能夠有效改善當前面臨的困境。使用互聯網技術致力于建設統一、靈活、開放的教育信息化平臺，對高校教育信息化發展具有重大的現實意義。

1 系統建設目標

數字化校園信息門戶系統目的是將學校各個部門之間的應用系統集成在一起，把校內數據資源和網絡上的資源有效的整合起來，組建成一個統一、共享的信息服務入口[2]。在數字化校園建設當中，信息門戶系統的建設尤為重要，不僅要解決目前所面臨的系統離散、重復建設等難題，還要綜合考慮未來系統的可維護性和高并發性。為此在現有資源的基礎上，本系統提出以下幾個建設方針[3]：

（1）統一門戶系統建設。統一門戶系統建設是指應用跨平臺的JavaWeb技術組建統一的校園系統入口，將各部門的系統服務接口集成到一個共享的門戶系統之下，以Web頁面的形式展現出來，用戶通過不同的操作來進入指定的系統，在保證原有功能不變的情況下進行相同的業務邏輯處理。

（2）統一身份認證與授權管理建設。統一身份認證與授權管理建設是為了解決校內各服務系統之間多套賬戶密碼的問題。采用共享的賬戶信息統一認證，并通過門戶系統進行甄別處理，賦予不同角色用戶不同的授權方式。

（3）共享數據中心建設。共享數據中心是為了方便各子系統之間可以相互進行數據訪問，減少共有資源重復建設而采取的措施。其本質在于保留各部門服務系統私有數據的前提下，抽取共享的數據資源集成到門戶系統數據庫中，實現公共資源的標準化、統一化管理。

（4）高性能存取服務建設。高性能存取服務建設是指在共享數據中心建設方案下，采用redis內存數據庫作為其中心存儲數據庫，利用高性能的redis集群搭建保證了即便在高并發模式下也可以流暢的進行數據獲取和存儲。

（5）云平臺集群建設。云平臺集群建設指充分利用現有的互聯網資源，對整個信息門戶系統進行云端化部署，利用云平臺的高可伸縮性滿足應用和用戶規模增長的長期需要。

基于以上建設目標的剖析，我們可以清晰的認識到云平臺集群建設是需要在其他四個建設目標完成的基礎上才可進行，是整個門戶系統的平臺支撐。根據互聯網行業調研可知，目前已經有提供對外服務的云平臺且技術較為成熟，如Google云平臺已經擁有100多萬臺服務器，亞馬遜、IBM、等公司的“云”均擁有幾十萬臺服務器，其可靠性和通用性都有保障。因此，我們只要按需租賃相應供應商提供的基礎硬件設施即可。

所以統一門戶系統建設、統一身份認證與授權管理建設、共享數據中心建設與高性能存取服務建設是我們需要重點關注和實施的，本文將在下面具體說明該系統的詳細設計以及實現過程中的關鍵技術。

2 系統詳細設計

系統設計流程圖如圖1所示，在架構方面，我

們可以進一步將統一身份認證與授權管理歸并為門戶系統建設下的一個重要子模塊，采用跨平臺技術的JavaWeb技術實現整個門戶系統的編碼，使用Servlet或者Filter攔截用戶的Http請求，運用Java面向對象的特點實現請求和響應的流程，整個系統服務程序運行在Tomcat服務器中。

圖1 信息門戶系統架構

在共享數據中心和高性能存取服務建設方面，采用redis內存數據庫來存儲各子系統的公有數據，利用redis集群來實現分布式存儲，通過分片進行數據共享，可以盡可能的提高共享數據中心的高效性和可靠性。

在云平臺集群建設方面，硬件基礎設施無需考慮，但若想實現整個信息門戶系統的云端集群化，我們仍需要使用Nginx服務器來實現負載均衡，保證每個Http請求按時間順序逐一分配到不同的后端服務器系統，采取多臺節點設備分別處理巨大并發訪問和數據流量，這樣可以大幅度減少系統的壓力和提供用戶體驗[4]。設計流程圖如圖2所示。

圖2 信息門戶系統云平臺集群

3 關鍵技術實現

3.1 JavaWeb跨平臺技術

Java Web，是用Java技術來解決相關web互聯網領域的技術總和。web包括：web服務器和web客戶端兩部分。目前純Java技術在解決互聯網問題方面并不常見，因為大量基于Java的第三方框架對Web領域的快速發展產生了強大的推動力。本文中的數字化校園信息門戶系統將采用當前優秀的SpringMVC框架進行整體架構的搭建。

3.1.1 SpringMVC框架的優勢

SpringMVC作為當前主流的Web MVC框架，是用Java語言編寫的輕量級框架，并以控制反轉原則和面向切面編程思想為基礎，提供管理業務對象服務[5]。其主要優勢（與Struct2對比）如下：

使用singleton單例模式，保證容器中只有一個實例對象，而不用針對每次Http請求創建新的實例。這種設計模式在系統處于高并發狀態下能夠充分保證應用程序的高效性。

基于組件技術，全部的應用對象,無論控制器和視圖，還是業務對象都是Java組件，并且和Spring提供的其他基礎結構緊密集成，實現無縫連接。

學習曲線低，相對于Struct2等復雜的MVC框架，SpringMVC只需將開發框架搭建完成之后，大部分人都能很快適應，并快速開發，提高開發效率，節約時間成本。

3.1.2 SpringMVC在本系統中的應用

在本系統中,無論從用戶請求到門戶系統的接口部分，還是統一身份認證和統一授權管理建設都與Spring MVC框架密切相關，系統業務邏輯流程圖如圖3所示。

圖3 系統業務邏輯流程圖

共享數據中心包括用戶的統一賬戶信息，在進入統一門戶系統后，首先進入認證/授權層。該層首先向共享數據中心獲取當前所要登錄賬戶的身份認證信息和訪問權限，完成統一身份認證和授權管理，只有認證成功的用戶才能進行共享數據中心和校內子系統不同授權級別的訪問。

對于擁有認證和授權的用戶，其訪問過程中，Http請求將從Web頁面發送到信息門戶系統，由SpringMVC中的DispatcherServlet類接收并分發到下一級業務層，在業務層有兩種處理策略：

其一，針對公有共享數據的訪問，我們將在業務層調用數據DAO層，通過DAO組件提供的統一數據庫接口來訪問共享數據中心，最后返回需要的數據包，完成一次Http請求。

其二，根據用戶發起的Http請求種類，業務層有針對性的作出判斷，統一轉發到校內各部門子系統中。

3.1.3 SpringMVC詳細配置

Spring MVC的配置主要包括前置控制器、映射請求和視圖解析器[6]。具體配置如下代碼：

添加Web.xml配置文件中關于SpringMVC的配置

3.2 redis數據庫集群

3.2.1 redis性能研究

Redis是一個開源的高性能鍵值對數據庫。它通過提供多種鍵值數據類型來適應不同場景下的存儲需求，支持字符串（String），哈希（Map），列表（list），集合（sets）和有序集合（sorted sets）等類型的存儲。同時redis是一個內存數據庫，所有數據都存儲在內存中，由于內存的讀寫速度遠快于硬盤，性能明顯優勢，無時延情況下Redis讀的速度是11 W次/s,寫的速度是8.1 W次/s。除此之外，Redis的列表類型鍵可以實現隊列，并且支持阻塞式讀取，可以很容易實現一個高性能的優先隊列。

3.2.2 redis集群設計

redis支持主從同步，在Slave啟動并連接到Master之后，它將主動發送一條SYNC命令。此后Master將啟動后臺存盤進程，同時收集所有接收到的用于修改數據集的命令，在后臺進程執行完畢后，Master將傳送整個數據庫文件到Slave，以完成一次完全同步。本系統將基于主從同步模式創建讀寫分離的高性能Redis集群，步驟如下：

設計讀寫分離，創建4個Redis節點，一個主節點，三個從節點。如圖4所示，一個主節點對應一個從節點，主節點負責寫，從節點負責讀，分別提高數據庫的讀寫能力。

利用Sentinel（哨兵）機制，由一個Sentinel監控多個主服務器，以及這些主服務器屬下的所有從服務器，并在被監視的主服務器進入下線狀態時，自動將下線主服務器屬下的某個從服務器升級為新的主服務器，然后由新的主服務器代替已下線的主服務器繼續處理命令請求，實現主從切換的功能。

圖4 Redis讀寫分離設計圖

3.2.3 集群配置實現

準備五個redis服務，依次命名文件夾子Master，Slave1，Slave2，Slave3，Sentinel。分別使用端口號為：6000，6001，6002，6003，6004。分別配置前四個Redis服務器中redis.conf文件和最后一個Sentinel 服務器中sentinel.conf如表1所示，分別啟動對應服務即可實現Redis集群化。

3.3 Nginx負載均衡實現云平臺集群

3.3.1 Nginx服務器介紹

Nginx是一款輕量級的Web服務器，同時也是一個高性能的HTTP和反向代理服務器。不僅可以按照調度規則實現動態、靜態頁面的分離，還能按照輪詢、ip哈希、URL哈希、權重等多種方式對后端服務器做負載均衡，同時支持后端服務器的健康檢查。因它的穩定性、豐富的功能集、示例配置文件和低系統資源的消耗而聞名。

目前很多企業級系統都采用多臺服務器來共同支撐企業的網站，這樣不僅可以加快企業網站的訪問速度，還可以避免突發情況造成的災難，但是會由于服務器本身原因或者某些外界因素會造成各個服務器的訪問速度不一，這時候我們就需要配置Http服務器的負載均衡來降低資源的浪費。

表1 Redis讀寫分離代碼配置

3.3.2 Nginx負載均衡實現

在本系統中，利用Nginx輪詢機制對后端服務器做負載均衡，如果云平臺后端某個服務器掛掉，則能自動剔除。找到Nginx服務器中 Nginx安裝目錄下的文件：nginx. conf，需要在Http節點里添加upstream和Server的配置。具體配置代碼如下所示：

Down：表示當前的server暫時不參與負載。

weight：表示輪詢權重值，默認為1，weight 和訪問比率成正比，當服務器性能不均時，可通過該值合理調整服務器負載。weight越大，負載的權重就越大[7]。

max_fails：允許請求失敗的次數，默認為1，當超過最大次數時，返回fail_timeout:max_fails次失敗后，暫停的時間。

backup：其它所有的非backup機器down或者忙的時候，請求backup機器。所以這臺機器壓力會最輕。

如果云平臺集群數目增加，則只需要在upstream節點中增加一個對應ip的server，即可快速完成Http請求的分流操作。

4 結語

本系統利用先進的互聯網技術將校園門戶系統云端化，提出一套集群化的建設方案，不僅能夠解決當前校內系統分散，信息孤島，資源浪費等問題，還能彈性擴容，即便面對高并發狀態，系統也能高效運行，滿足應用和用戶規模增長的需要。另外云平臺的虛擬化和高可靠性為校園門戶系統快捷、安全的運行提供了最大的保障，比本地服務器更加可靠。

本文為各大高校提供了一種實用的數字化校園門戶系統建設方案，尤其針對師生基數較大的高校有顯著的效果，從系統的建設目標、架構設計和關鍵技術實現證明了該解決方案的可行性和高效性。

[1] 劉屹. 基于云計算環境下的教育信息化資源平臺分析與設計[J]. 福建電腦, 2016, 32(8).

[2] 曾振東. 淺談數字化校園中信息門戶平臺的建設[J]. 價值工程, 2010, 29(14): 255-256.

[3] 王海燕. 數字化校園統一門戶的設計研究[J]. 煤炭技術, 2010, 29(2): 177-179.

[4] 嚴方東, 劉玉鳳. 利用Nginx實現網站負載均衡[J]. 數字化用戶, 2013(06).

[5] 張宇, 王映輝, 張翔南. 基于Spring的MVC框架設計與實現[J]. 計算機工程, 2010, 36(4): 59-62.

[6] 薛峰, 梁鋒, 徐書勛, 王彪任. 基于Spring MVC框架的Web研究與應用[J]. 合肥工業大學學報(自然科學版), 2012. 03, 35(3): 337-340.

[7] 肖明魁. 基于Nginx負載均衡技術初探[J]. 技術與應用, 2015(36): 125.

Research on The Practice of Digital Campus Information Portal System Based on Cloud Platform

WU Shao-jia, DU Lin, LIAO Li

(Zhaoqing Radio＆Television University, Zhaoqing 526060, Guangdong, China)

According to most of the domestic campus informationization’s development, this paper uses an advanced Internet technology to put forward a scheme of the construction of digital campus information portal Solution based on cloud platform. And on the basis of the research, we propose the concrete system construction goal and the detailed design. In the realization part of system’s key technology, through the integration of JavaWeb technology, Nginx service technology and Redis database cluster technology, we also prove the feasibility and progressiveness of the digital campus information portal system which is based on cloud platform.

Internet technology; Cloud platform; Cluster; JavaWeb technology; Nginx service; Redis database

TP311

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.01.007

廣東遠程開放教育科研基金項目(批準號：YJ1332)

伍紹佳，男，(1969-)，講師，主要研究方向：計算機應用與網絡技術。杜林，男，(1978-），講師，主要研究方向：計算機應用技術。廖麗，女，(1967-)，高級講師，主要研究方向：軟件技術應用。