云計算為校園數據處理提供新思路

文/龍宇翔 王丹

數字化校園是以數字化信息和網絡為基礎，在計算機和網絡技術上建立起來的對教學、科研、管理、技術服務、生活服務等校園信息的收集、處理、整合、存儲、傳輸和應用，使數字資源得到充分優化利用的一種虛擬教育環境。信息技術的快速發展，累計了大量數據，這對數據的采集、處理和傳輸提出了更高要求。以往建立的校園數據較為分散，數據存儲沒有固定的格式，所以形成了多樣的存儲樣式，早期克服這種困難主要是通過建立多個業務系統，但隨著數據量的越來越大，此種解決方式只能解決當前問題，卻為將來的數據采集、存儲及傳輸帶來了隱患。

現階段，數字化校園建設關鍵任務是實現數據集成，即在原有信息建設不變的基礎上，把現有的各種應用系統通過某種架構技術集成起來，形成統一的數據格式，以實現信息之間的通訊和共享。

我國數字化校園最早研究始于清華大學，其研究成果在清華大學本校得到應用。清華大學研究的URP 很好的解決了各業務系統間的傳輸共享性，即“信息孤島問題”。清華大學的成功實踐為科研人員研究我國數字化校園奠定了基礎。

云計算是當前較為熱門的一項新技術，國外許多科研院所對云計算進行了研究，并應用于產品實踐，微軟、Google 等公司的云計算研究處于領先地位。當前的云計算就是按需計算，用戶將自己的需求發送到云服務器（國家掌控或企業建設），用戶不必考慮資源存儲地點及存儲方式，云服務器根據用戶需求進行數據處理，用戶可以自行提取需求結果。

數字化校園中心系統的建設可以提高學校在教學、科研等方面的管理效率，也可以輔助學校建立完善的校園環境。

本文將云計算技術與數字化校園結合，開發設計一種創新性的校園數據處理系統。

云平臺概述

云體系

云體系是一個強大的網絡，其結構示意圖如圖1 所示。用戶端：云用戶的需求發送界面，云計算的入口，可以通過網頁及軟件注冊機登錄。服務窗口：用戶具備的權限，即用戶定制的服務。服務器：云計算主機，管理、計算及處理中心數據。數據中心：存放數據的中心文件，云體系對數據文件進行集中管理。

圖1 云體系結構

云計算特點

云計算與傳統的網絡模式相比較，具備以下特點：

1.技術虛擬化。即利用虛擬化技術將一臺服務器分成多臺服務器，且可以服務于一個或多個客戶。

2.靈活擴展性及靈活定制。云計算具備多個節點，當一個節點出問題時可以將其暫時拋棄，這個節點上的數據會轉移到其他節點，避免了數據的大量丟失；云計算過程中用戶可以根據自己的需求定制自己需要的應用功能，避免不必要的資源浪費。

3.性價比高。云計算對用戶的電腦配置要求很低，用戶的電腦作為一個數據顯示窗口，其計算、管理和存儲都是在云端服務器中進行。

系統需求

總體需求

信息化技術的快速發展使得多個服務器處理信息數據的模式效率低下，提高服務器數量可以得到改善，但需要投入大量的成本。基于此設計了一種基于云計算的校園數據處理中心系統，開發模式采用B/S，提高了日常管理工作及數據空間交流的效率。

該系統數據中心主要包括系統管理員、系統數據維護員、網頁門戶游客登錄等，實現了對不同角色人員展示不同數據。

在該系統中數據處理主要目的是讓管理員進行數據監控與存儲；日志管理是記錄系統主要板塊的業務服務狀態，可以對日志進行備份查詢；資源管理是管理員通過系統對系統內的資源進行分配、調度與管理；計量管理是對整個系統的人數訪問量、系統使用時長等信息的統計；系統警告是對一些病毒入侵或黑客攻擊的報警，可以是主動報警和手動警告。

云需求

校園數據處理中心系統具有較高的模塊化，利用WSDL 接口來實現云計算模塊之間的數據傳輸。主要利用云計算為校園數據中心提供如下服務：

1.模塊管理：管理員可以創建、刪除子類項目，通過云平臺反饋到學校系統的界面。

2.配置管理：對用戶占用云空間資源進行參數配置，主要包括虛擬機類型、云管理平臺及云節點。

需求分析

校園數據處理中心系統門戶主要有電腦終端或手持設備終端、用戶登錄界面、多角色登錄界面、信息公告、資料下載、安全保障。

1.角色分析

用戶通過注冊成為校園數據中心的云用戶。云管理員（學校主管部門領導和教師）可以通過云平臺查看修改云數據。

2.數據處理

數據處理主要是處理校園管理系統本身的數據。只有管理員具有操作權限，主要負責虛擬機對整個數據中心的監控，包括內存、CPU 及磁盤使用情況。

3.日志管理

日志管理主要是記錄系統使用操作狀況，主要記錄監控數據，日志等級可以分為警告和錯誤。

4.資源管理

資源管理是對校園數據系統中虛擬平臺中的資源進行管理，虛擬平臺中的資源主要分為硬件設備和軟件系統兩種，其中硬件設備提供計算服務類資源；存儲器主要提供存儲資源；虛擬交換機與路由器，主要提供虛擬網絡資源；虛擬模板，主要提供虛擬機類型資源；軟件系統，主要提供各種應用程序系統等。

5.計量管理

計量管理對整個數據中心的各項業務進行統計。此功能中的計量管理與云中的管理員所執行的功能大致相同,操作的對象都是學校申請的虛擬空間。該功能中的管理員和用戶都屬于校園數據處理中心。

6.系統警告

異常警告：支持自動警告，方便校園數據處理中心管理人員第一時間掌握系統運行情況，確保系統運行穩定。

該系統對校園數據處理中心中的各個資源進行自動獲取、自動監控，并結合預先自定義的異常情況進行報警。報警方式采取郵件、微信、短信等常用通訊形式。手動報警是管理員發現系統異常，人為干預并報警。

系統設計與實現

校園的云計算數據處理中心主要包含用戶管理員、維護人員及普通用戶，本文主要針對管理人員進行系統設計及開發。系統采用B/S 架構，Java 語言編寫。系統總體分為表示層、業務層及數據層。表示層分為模型、視圖及控制；業務層統一以Java Bean 形式存在；數據層采用Hibernate 實現，生成的數據供業務層使用。

云用戶及云管理設計

云用戶功能主要有用戶注冊、用戶登錄、用戶的角色判斷以及權限管理。通過模塊內嵌的規則判別用戶的角色，Role 代表用戶，Relationship 表示用戶關系。

Action 模塊來處理用戶請求，并將處理結果封裝在HttpServletRequest 返回給ActionServlet。

云用戶設計

云管理模塊主要包括創建云、刪除云、云基本信息管理和計算資源管理。

數據處理模塊的設計

數據處理實現數據中心整體運行,包括對虛擬機、存儲、網絡設備、數據庫、集中事件管理及各項業務應用使用情況的統一監控。主要包括DataMoniterMgrAction、DataMoniterManageImpl、DataMoniterManage、DataMoniterDAOImpl 以及DataMoniterDAO。

日志管理模塊的設計

日志管理類主要包括LogMgrAction、LogManagerImpl、DataMoniterManager、LogDAOImpl 以及LogDAO。

資源管理模塊的設計

資源管理主要包括ResourceMgrAction、ResourceManageImpl、DataMoniterManage、ResourceDAOImpl 以及ResourceDAO。

計量管理模塊的設計

計量模塊主要包括MeasureMgrAction、 MeasureManagerImpl、DataMoniterManager、MeasureDAOImpl 和MeasureDAO。

異常告警模塊的設計

設計了Alarm 類是實現類，來處理所有的報警功能。

基于上述編制規則，編制了校園數據中心系統。

通過分析當前校園數據中心存在的弊端，結合當前云計算設計編制了新穎的校園數據中心系統，給出了系統的部分設計思路、邏輯關系及應用界面。希望能為校園數據中心系統的改進提供一種新的思路。