（机械设计及理论专业论文）cad实验中心信息管理系统的研究.pdf

摘要 摘要 根据目前广东省许多高校的实验室管理仍然停留在人工管理阶段和某些高校 现有的管理信息系统还比较落后的状况，本论文以华南理工大学“c a d 实验中心” 的实验室管理为对象，提出开发全新的符合高校实验室管理要求的信息系统，即 “c a d 实验中心的实验室信息管理系统”( l a b o r a t o r yi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t s y s t e m ，简称l i m s ) 。 本文对当前几种不同的应用程序结构进行了系统评价，选用了先进的三层客 户服务器结构作为c a d 实验中心信息管理系统的逻辑结构。根据广东省高校的管 理业务现状，在研究高校实验室基本业务流程的基础上，设计了c a d 实验中心管 理系统的功能逻辑结构和与实验室监控系统的接口设计。研究了以m i c r o s o f t 的 c o m ( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ，组件标准) d c o m ( d i s t r i b u t e dc o m p o n e n to b j e c t m o d e l ，分布式组件标准) 。技术为支持的三层c s ( c 1 i e n t s e r v e r ，客户机服务器) 结构在c a d 实验中心信息管理系统的具体应用，初步实现了满足c a d 实验中心要 求的l i m s 系统，包括设备报增管理、设备调拨管理、设备报废管理、软件管理、 人员管理、维护管理、设备资源的动态查询和报表制作、以及监控系统与c a d 实 验中心信息管理系统的接口。在设备管理系统的研究设计中，提出了将设备编码 与设备图片一一对应的新思路，将图像与数据结合起来，给管理人员以直观的查 询感受。通过与监控系统的接口设计，实现了在静态的管理信息系统里融合动态 监控系统的数据查询功能。 本文通过对以组件技术为基础的三层c s 结构在c a d 实验中心信息管理的应 用以及与监控系统的的接口的研究与设计，为c a d 实验中心信息管理的发展提供 了一个新的方向。 关键词：l i m s 系统；三层客户服务器：c o m d c o m t 监控系统接口 a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h ec u r r e n tr e a l i t yt h a tl a b o r a t o r yi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m o f g u a n g d o n gp r o v i n c es t i l lr e s to nt h ep h a s eo fm a n u a lm a n a g e m e n ta n dt h ee x i s t i n g i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m so ft h eu n i v e r s i t yl a b o r a t o r ya r eb e h a n d l a n d ，a i ma t m a n a g e m e n t o ft h ec a d l a b o r a t o r y c e n t e ri ns o u t hc h i n a u n i v e r s i t y t e c h n o l o g y , a n dt oe x p l o i t ab r a n d n e wi n f o r m a t i o n s y s t e mm e e t i n gt h en e e do f u n i v e r s i t yl a b o r a t o r y sm a n a g e m e n ti sp u tf o r w a r di nt h i sp a p e r ，n a m e l yl a b o r a t o r y i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t s y s t e m o ft h ec a d l a b o r a t o r yc e n t e r ，n a m e dl i m s s y s t e m i ce v a l u a t i o no n d i f f e r e n ta p p l i c a t i o ns t r u c t u r e si sg i v e ni nt h i sp a p e ra n d t h ea d v a n c e dt h r e e - t i e rc l i e n t s e r v e rs t r u c t u r ei ss e l e c t e da st h el o g i s t i cs t r u c t u r eo f l a b o r a t o r y i n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ts y s t e m o ft h ec a dl a b o r a t o r yc e n t e r t h e f u n c t i o n l o g i c s t r u c t u r ea n dm o n i t o rt r a n s i t i o no f l a b o r a t o r y i n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ts y s t e ma r ed e s i g n e db a s e d o nt h es t u d yo ft h eb a s i co p e r a t i o nf l o wi n a c c o r dw i t ht h ea c t u a l i t yo fm a n a g e m e n ta n do p e r a t i o no fu n i v e r s i t yi ng u a n g d o n g p r o v i n c e c o n c r e t ea p p l i c a t i o n o ft h r e e t i e rc ss t r u c t u r eb a s e do nm i c r o s o f t s c o m t d c o mt e c h n i q u ei nt h ec a dl a b o r a t o r yc e n t e ni n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t s y s t e m i s s t u d i e d ，a n dl i m si nc o n f o r m i t y w i t ht h e r e q u i r e m e n t o ft h ec a d l a b o r a t o r yc e n t e ni sc a r r i e do u ta tt h ef i r s ts t a g ew h i c hc o m p r i s e sm a n a g e m e n to f d e v i c e s m a n a g e m e n t o fi n c r e a s e d e v i c e s ，m a n a g e m e n t o f r e m o v e - d e v i c e s ， m a n a g e m e n to fd e l e t e d e v i c e s ，m a n a g e m e n to fs o f l w a r e s ，m a n a g e m e n to fp e o p l e ， m a n a g e m e n t o f f i x ，d y n a m i cq u e r y a n dm a k i n gr e p o r to fd e v i c e s ，a n dm o n i t o r t r a n s i t i o n t h en e wm e t h o d ，w h i c hc o r r e s p o n d se a c hd e v i c e sc o d ew i t he a c hd e v i c e s p i c t u r e 。i ss t u d i e da n du s e dt od e s i g nt h ed e v i c ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ，t k c o m b i n i n go fp i c t u r e a n dd a t ap r o v i d e sd i r e c t l yf e e l i n gt oq u e r y s y n c r e t i z e s t a t i c i n f o r m a t i o ni nl i m sw i t hd y n a m i ci n f o r m a t i o ni nm o n i t o rs y s t e mi sc a r r i e do u tb y d e s i g n i n g m o n o t e rs y s t e mt r a n s i t i o n t h r o u g h t h es t u d ya n dd e s i g no ft h ea p p l i c a t i o no f t h r e e t i e rc t ss t r u c t u r eb a s e d o nc o m t e c h n i q u e ，t h i sp a p e ro f f e r s an e wo r i e n t a t i o nf o rt h ed e v e l o p m e n to ft h e c a d l a b o r a t o r yc e n t e n i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t k e v 饔o r d ：l a b o r a t o r y i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ；t h r e e t i e r c l i e n “s e r v e rs t r u c t u r e ；c o m ( c o m p o n e n to b j e c t m o d e l ) d c o m ( d i s t r i b u t e d c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) ；m o n o t e rs y s t e m t r a n s i t i o n 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：骆雯占更日期：2 0 0 3 年4 月2 0 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口- ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名：骆雯g 套爻 日期：2 0 0 3 年4 月2 0 日 导师签名：邓学雄爱砖堆 日期：2 0 0 3 年4 月2 0 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 实验室信息管理系统基本概念 实验室信息管理系统是利用计算机网络技术、数据存储技术、快速数据处理 技术来对实验室进行全方位管理的计算机软、硬件系统。通过这一系统，实验室 可以达到自动化运行、信息化管理和无纸化办公的目的，对实验室提高工作效率、 降低运行成本起到至关重要的作用。 实验室信息管理系统技术实际上包括两个方面，其一是管理思想；其二是实 现这一思想的技术手段。各类实验室管理规范( 如；全国高校的设备编码规范，高 校实验室管理规范等) 均属第一个方面的内容，而为实现这一思想的软硬件环境 ( 如：网络系统、客户机服务器、操作系统、数据库等) 则是构成实验室信息管理 系统技术的另一重要平台。 1 2 实验室信息管理系统的研究动态 1 2 1 实验室信息管理系统的发展历史 实验室信息管理系统的产生是随着分析测试仪器自动化程度的提高、实验室 规模与处理能力的提高而逐步出现的。2 0 世纪8 0 年代初，大规模集成电路的普 及使得仪器的自动化水平大大增强，进而实验室单位时间内所能完成的测试任务 大大增加，这就对实验室的管理提出了新的要求。同时随着计算机数据处理能力 及数据吞吐量的极大提高，采用计算机信息系统来自动管理实验室成为可能。早 期的实验室信息管理系统以大中型计算机为主，造价比较商，进入9 0 年代后微型 计算机的迅速普及使得实验室信息管理系统的造价得到极大的下降，实验室信息 管理系统在西方发达国家迅速得到推广。今天，以s i s c 实验室信息管理系统为代 表，在总结前人经验的基础上，推出了以管理为中心、强调对实验室总体提供管 理、运行支持，达到自动化、信息化、无纸化的目标。同时采用最新软件工程方 法以及最新技术。 1 2 2 国内外实验室信息管理系统现状 国外实验室信息管理系统最早出现在6 0 年代末，由于当时计算机硬件条件所 限，实验室信息管理系统的自动化程度和管理手段还远远无法满足实际需求。实 验室信息管理系统技术是一种多学科交叉的综合应用技术，具有很强的专业性和 -z-，-一丝童耋三态耋三耋筌圭耋堡丝耋 技术性，所以与一般的软件有很大不同，如果只是简单地提供软件和安装服务， 用户不一定能正常应用起来。国外的统计结果表明，早期应用该类技术的实验室， 正常发挥效用的不到4 0 。分析其原因，主要有以下几方面的问题： 用户对实验室信息管理系统技术认识不够，配套措施跟不上： 实验室信息管理系统的管理模式不合适，又无灵活的变通方式； 所选实验室信息管理系统产品与实际需要差异太大，无法应用； 应用支持及后续服务不够，实施周期过长： 实施成本超出预算。 但它的管理思想却得到了肯定和完善。进入9 0 年代以后，伴随着微型计算机 系统的不断发展，实验室信息管理系统技术的应用系统进入了一个崭新的发展时 期。c s 构架的管理模式成为主流，普遍采用s q l 网络数据库，大大提高了数据 处理能力。近年来w i n d o 霄sn t 网络操作系统的兴起，使得基于该平台开发的商业 化的实验室信息管理系统产品开始流行。目前，采用i n t e r n e t ，i n t r a n e t 和w e b 技术的第四代实验室信息管理系统也已开始出现。统一的浏览器界面和以w e b 服 务器为中心的分布式管理体系是这一代产品的主要特点，它代表了最新的计算机 网络技术在实验室信息管理系统中的应用。随着计算机技术的飞速发展，特别是 网络通讯和数据库技术的日趋成熟，为实验室信息管理系统提供了先进的技术平 台和实现手段。结合科学的管理思想和质量保证体系，使得实验室信息管理系统 在提高分析实验室的整体水平方面发挥着越来越大的作用。实验室信息管理系统 引发了实验室在管理思想、组织机构和测试技术诸方面的升华和变革。目前，在 国外发达国家，实验室信息管理系统已得到普遍采用，共有近百家专业化的公司 提供实验室信息管理系统技术咨询服务和成熟的商品化产品。 与国外相比，国内的情况则有所不同。虽然早在7 0 年代末，就有人提出过实 验室信息管理系统思想，但由于计算机技术水平较低，加之分析测试设备比较落 后，所以当时的实验室信息管理系统仅限于完成简单数据处理的单机模式。8 0 年 代中期以来，我国地矿、石化、制药、商检等领域先后引进近十套实验室信息管 理系统。但由于管理模式、文化内涵以及计算机应用水平等方面的差异，使得系 统的大部分功能无法利用，造成巨大浪费。 而今，国内也掀起了实验室信息管理系统的热潮。有许多的大学，如清华大 学、北京大学等，还有中国科学院软件研究所、石油化工科学研究院等从9 0 年代 初就开始了这方面的工作，经过多年的探索和应用试验，结合国际实验室信息管 理系统的最新发展技术及国内实验室的实际状况，开发出了拥有自主知识产权的、 适合国内各大学及大企业分析测试实验室实际需求的实验室信息管理系统。实验 室信息管理系统从最初仅仅完成数据存储、有限的网络功能，发展到现在可以处 理海量数据，具备完善的管理职能，并且能够运行于i n t e r n e t 之上，极大地提高 第一章绪论 了实验室的运行效率，大幅度节约了实验室的运行成本。 通过近几年的信息化建设，国内大部分实验室都配备了自己的局域网系统， 各种计算机设备的配置也很高，但是运行于网上的软件系统却没有。这实际形成 了这样一种局面：实验室花大量经费建好局域网后却不知道拿他来干什么! 当然， 更多的则是在考虑下一步如何上实验室信息管理系统这一问题。特别是经过近几 年互联网热潮的影响，网络、信息化等观念已经深入人心。随着全球经济一体化 进程的加快，国家在大力提倡、资助各行业的信息化进程。 1 2 3 实验室信息管理系统的未来发展趋势一数字实验室 实验室信息管理系统经过了二十多年的发展，在国内也即将普及。但总的说 来，各种实验室信息管理系统产品( 国外、国内) 的技术水平参差不齐。大多数实 验室信息管理系统产品还是停留在数据存储、工作任务安排的水平上，少数实验 室信息管理系统产品达到了管理的层次，可以为实验室的管理者提供管理决策服 务，再深层次的应用目前都没有。 尽管如此，这些产品基本上可以让实验室达到自动化运行、信息化管理和无 纸化办公的目的，对实验室提高工作效率、降低运行成本起到很大的作用。这也 正好比较符合目前国内绝大多数实验室的要求。这些实验室的情况是：仪器设备 配备比较好，分析测试任务很繁重，迫切需要实验室信息管理系统来提供辅助管 理支持，提高工作效率、降低运行成本。 随着经济的飞速发展，特别是加入w t o 以后，各类实验室的业务也在快速的 发展着，这就对实验室信息管理系统提出了更高的要求。目前的实验室信息管理 系统产品在一个实验室应用超过五年甚至更短的时间就会失去作用。这还只是从 实验室的管理角度来看。未来的实验室应当是高度专业化、智能化、系统化、自 动化、空间跨距大以及多学科交叉的。因此，现有的以信息管理为主题思想的实 验室信息管理系统将不能适应实验室发展的要求。结合信息技术、数字技术的发 展，未来的实验室将是数字化的! 数字化的实验室除了自身专业技术的数字化， 实验室的管理、运行都将是数字化的。 为顺应这种发展的潮流，数字化的实验室信息管理系统首先要在专用分析方 法( 如：专家系统分析方法等) 上着手，为实验室提供更深层次、专门的、结合其 专业最新科研成果的分析方法。只有这样才能真正把实验室信息管理系统的应用 提升到技术的最前沿，满足数字化时代的要求。其次，目前比较热门的g i s ( 地理 信息系统，如：g i s 应用到实验室的管理后，可以提供在空间上更加方便直观的 方法) 、宽带网络、电子商务等等都可以引入到实验室信息管理系统中来。仪器远 程控制也是相当重要的一个方面。实验室信息管理系统作为实验室的管理工具， 必将随着实验室的发展而不断发展。 。 耋塞篓三盔誊苫耋墓：耋兰羹鎏耋 1 3 本漂瑟的选定 建立实验室蘩毖譬理系统总魏曩拣是馒嚣棱燕验教学管理、实验队氩蛰理、 实验仪器设备管理、实验物资供应管理等工作科举化、信息化、规范化、离效他。 主要侮臻在骥下鼹令方聪，一楚提蕊靛率，合理穗爱炎溪。运爆售怠住手袋，不 仅代替繁琐的人工操作，而且谢利于实现资源共窜、合理调腱与有效利用，从而 节省入力资源、耪瓷资源程时阉资源，摇赢管理磅效。二是援蠢管理零平，改罄 决蓑支接。遗速猴确地避括实验资源供霈勘态分橱，适时满足教学、科研需要， 为教学、科研提供优质服务。辅助财务核簿与分析，德于定期稀不窳期编铽梅瓷 供零诗楚，泽羝瘠毒，减少浪赞，貔织实验室警理工俸，菠突验室管理与决策工 作定嫩化、规范化、信息化、科学化。 随着离簿教静教学魏摹熬不繇深藏霹耧造蔑入方懿培养嚣蔻重视，翥梭实验 室建设与管理走向标准化、规范化、科学化、信息化融成为高校面临的一项十分 紧迫而重要盼任务。为了加强本稀教育，健学耄适应现代讫信惑瓣灌求，牮毒溪 王丈学藏立了“c a d 实验孛心”，增添了不少薪计箕规簿仪器设备。但目前该实验 中心对设备资源的管理仍然魑入工管理的老形式，还没有应糟计葬梳迸行管蘧_ j f 疆 监控翁办法。蠹了诖“c a d 实验孛心”实验室弱建设与管理邂囊标准弛、溉范织、 科学化、信息化，信息采集的实时性和快速性，因此迫切需臻对实验室设备资源 迸褥蓝控，对实验室鹣设餐繁源送嚣瓣络纯售息謦霪与莲控系统嚣獗究与开发。 本研究澡题遁过对国内外的实验室信息管理系绒的研究动态的把搬，结合 “c a d 实验中心”的实际情况，设计和开发一套适合“c a d 实验审心”运俸箨要豹实 验室僖惠甓理系统。 本课照是在“c a d 实验中心”蕊行管理的工作基础上开发的。传统的设备瓷 添等管璞方法存在一塑映酪；( i 搜器爱备譬理一壹郝是太工管理，费对费力，工 作量大，焱询，统计周期长，工作效率低。需鼹花费较多地时间和大量的重复劳 动。( 2 ) 准确往羲葺莲工佟效率低。簿年掌校黎要越“c a d 实骏中密”游霾定资产避 嚣戳糖对懊，以物对帐款垓焱。每次实验塞对嚣检查的项目内容，都是靠管理员 的工作记泶进行核对，这对入有很大静依赖性。( 3 记录静保存蔑莲。设蓊菠两逮 录登运表、设备静维轳维修诞录豹数握等不毙褥到长黠闻可靠保存e ( 4 ) 难以为决 策糟提供动态的参考依据。国于查询、统计的周期长，设备的使用倩况和维护情 凝不耱褥刘及时反浚，难敷摁供交态鹣数据壤惑。 为了觉跟上述困娥，就必须在管理中引入计算机信息技术。然而，目前学校 设铸处现宵静使器设备信息祷瑾系统，燕锌对全校兹绞器竣备，菠鋈秘：较广，浚 备数量多。对c a d 实验孛心的警理只毖起到辘助和攒导的作用。并不能深入到每 个工作的每个细节。在全过程的管理工作中，实验室的绝大部分具俸静管理工作 第一苹绪论 仍要求管理人员要从事大量的人工操作。因此学校的资产管理系统不能很好地解 决上面提到的几个问题。这对于缩短查询、统计的周期，提高记录的保存性、准 确性和工作效率，减轻管理者的劳动强度，同时为决策者提供咨询性信息，供其 决策时参考，都有很大的障碍。因此，需要使学校的信息管理系统得到延伸和发 展。为了顺应这种要求，拟开发一套适合c a d 实验中心的仪器设备信息管理系统。 以期达到提高工作效率，缩短查询和统计的周期，避免核查时的繁琐劳动，对该 实验室的仪器设备等实行动态、可靠、准确的管理。 1 4 论文研究的主要工作与结构 第一章绪论。全面了解国内外实验室信息管理系统的研究发展动态和未来发 展趋势，明确本课题研究的意义和目的。 第二章l i m s 系统结构体系。全面分析、研究当前系统结构体系及其实现技术 方法，提出c a d 实验中心的l i m s 技术解决方案。进行基于三层结构的l i m s 物理 结构设计。 第三章l i m s 系统分析。针对c a d 实验中心具体情况，研究建立l i m s 功能逻 辑结构模型 第四章l i m s 系统设计。根据l i m s 功能逻辑结构模型，进行l i m s 的总体结构 设计。 第五章l i m s 系统数据库设计和优化。根据l i m s 功能逻辑结构模型，抽象和 建立l i m s 的概念数据模型。研究数据依赖等集合论理论方法，根据数据库设计的 规范化理论对l i m s 的数据库进行优化设计和逻辑设计。 第六章l i m s 系统与监控系统的接口设计a 第七章数据库建立、程序编码、测试和试运行。 1 5 小结 本章首先介绍了信息管理系统的概念、信息管理系统的国内外研究动态，实 验室信息管理系统研究的目的，结合c a d 实验中心信息管理的具体情况，确定了 本研究课题；提出了研究的主要工作与系统结构；明确了本课题的研究意义。 。 。耋童鹜三奎耋兰兰鎏老兰堡黧茎 第二章实验室信息管理系统结构体系 一个应用程序的体系结构是指它的软件结构形式、物理拓扑结构、软硬件环 境以及与数撂痒的连接方式等构成体系的一些技承方面内容。本章酋先研究分橱 了常规的主机终端模式、文件服务器模式、c s 和b s ( 船o w s e s e r v e r ，浏览器 服务器) ，以及当今滚行的三层结梅模式五种应用程痔结褥，结合l i m s 具体需求 和结构特点，确定了l i m s 系统的三层程序结构形式；然后研究分析了c o m d c o m 、 c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ，公共对象请求代瑷结构) 两种常规构造三层结构的技术解决方案的不同特点，选择了c o m d c o m 组件技术作 为l i m s 的技术解决方案，根据c o m d c o m 原理，结合其体的软件歼发工具c + + b i u l d e r 对l i m s 的三层续掏原理、数据疼通讯枫铜进舒研究，并给出了一个具体 应用实例。最后介绍了l i m s 系统的网络拓扑结构、系统逻辑结构，以及系统软硬 件环境。 2 2 应用程序结构的研究 疲塌程淳结构豹发展经爨了五个锼用黢段；圭枫终端摸式、文馋服务器模式、 c s 和b s 模式。以及今流行的三层结构模式。 2 2 1 主机终端模式 在主辘终端傍真系绕中，主褪负责处理终溃发出戆会令，蒡将缝果以字舞形 式( 屏幕显示) 回送给终端；终端是没有智能的，只是将击键情况交给主机。 图2 1 主机终端模式 第二章实验室信息管理系统体系结构分析 如图2 一l 所示，为基于主机方式的结构即主机终端模式( 也称为集中式结构) 。 六、七十年代，微型计算机尚未进入商业舞台，而局域网也未问世，此时基 于大型机的主机终端模式是大型公司的首要选择。因为主机终端模式应用程序逻 辑和数据都驻留于同一台机器，所以它具有出色的安全性和可集中管理的优点。 但是，也正是由于应用程序逻辑和数据都驻留于同一台机器导致这种结构存在无 法克服的真正划分应用程序逻辑的弊端。另外，主机终端模式由于投资巨大，硬 件投资得不到保证，系统处理速度满足不了要求，己被逐步淘汰。 2 2 2 文件服务器模式 到了8 0 年代，随着微型计算机的普及和局域网的出现，文件服务器方案成为 无能力应用基于大型机的集中式结构方案的中小型企业首选方案。因为这种结构 实现的费用相当低廉，而且配置灵活，可根据需要配置计算机资源。 与集中式结构系统相反，文件服务器结构系统的应用程序逻辑是在客户机上 运行，而不是集中在服务器上运行。如图2 - 2 所示。应用程序逻辑可划分在不同 的客户机上运行：工作站的应用程序向文件服务器发出i o 请求，而文件服务器 提供文件服务，负责大量文件传输。在文件服务器中，当用户要求执行s o l ( 结构 化查询语句) 时，实际上是由驻留在工作站上的数据库引擎完成，该引擎使用标准 的文件读写操作在网络上搜索整个数据库文件，这给网络带来了沉重的负担。 图2 2 文件服务器模式 文件服务器模式主要以n e t w a r e 网络操作系统为典型代表，只适用小规模的 局域网。文件服务器的逻辑结构要求工作站应具有足够的计算能力、网络要有足 够的宽带，对于用户多、数据量大的情况会产生网络瓶颈，而且在互联网应用方 面不能满足用户要求，这在一定程度上限制了文件服务器结构的发展。现在在以 关系型数据库系统为主的管理信息系统中很少采用。因此，信息管理系统平台模 - - 。i e 童耋三盔耋三耋堡圭兰堡丝塞 式应主要考虑b s 模式、c s 模式和三层结构模式。 2 2 3 客户服务器模式 1 两层客户b e 务器模式 8 0 年代末，随着计算机软硬件的迅速发展，人们针对主机模式的价格和文件 服务器的性能等问题，提出了客户服务器( c l i e n t s e r v e r ，简称c s ) 模式，如 图2 - 3 所示。 图2 3 客户服务器模式 c s 模式，指在系统网络服务器上安放系统数据库，在系统的每个客户终端 安装相应的系统软件，客户终端软件通过网络线路和通信协议与系统服务器进行 通信，通过开放式数据连接( o d b c ) 接口访问系统数据库。 c s 模式主要由客户应用程序( c 1 i e n t ) 、服务器管理程序( s e r v e r ) 两个部件 组成。客户应用程序是系统中用户与数据进行交互的部件。服务器程序负责有效 地管理系统资源，如管理个信息数据库，其主要工作是当多个客户并发地请求 服务器上的相同资源时，对这些资源进行最优化管理。 2 三层客户服务器模式 早期的客户服务器结构是两层的，分为客户层( 包括人机界面接口及业务运 作规则) 和服务器层( 提供数据访问) 两部分。在应用初期，发挥了基于主机和基于 文件的系统无法比拟的优越性。但随着应用系统的大型化和基于i n t e r n e t 的应用 发展的要求不断提高及业务规则的不断变化，两层结构的缺陷和不足越来越明显， 主要表现在下面几个方面： ( 1 ) 客户层将用户界面和程序逻辑( 业务规则) 捆绑在一起，不利于代码重用， 重用只能通过对源文件代码c o p y p a s t e 的形式而不是二进制的形式来实现，程序 编制量大。 第二章 实验室信息管理系统体系结构分析 2 8 。1 8 1 。4 - _ _ _ _ - _ - _ 日口；_ 二二：；! l ；： ( 2 ) 随着业务规模的扩大，客户层应用程序也会臼益庞大，造成胖客户机的现 象。 ( 3 ) 在业务规则变化时，需要修改整个客户应用程序，维护日益困难。 ( 4 ) 事务处理逻辑驻留在客户层，在这种基于用户授权方式的安全管理下，用 户可在拥有某种权限下绕开客户端应用程序直接操作数据库，这在i n t e r n e t 的环 境下安全性很差。 从两层结构演变到三层结构是一个自然的过程。在两层结构中，如果把业务 逻辑放在客户层，则往往使得客户层非常笨重：如果把业务逻辑放在服务器层， 则往往难以在数据库系统中实现复杂的应用逻辑。为了解决上述问题，在三层结 构模式中，把业务逻辑单独提取出来，构成中间的一层，形成真正的分布式应用 系统。 三层结构的信息系统是按功能划分为表示、功能及数据三个层面，分别放置 在相同或不同的硬件平台上。 ( 1 ) 表达层：提供用户界面( 比如重绘窗口，捕捉鼠标点击，输入文本等) ， 它根据用户的操作做出相应的反应，不会直接访问后台数据库。它的主要功能是 指导操作人员使用已定义好的服务或函数，检查用户输入的数据，显示系统输出 的数据。模型不允许其它层有任何与用户的交互。 ( 2 ) 业务逻辑层：业务逻辑层是应用的主体，是负责处理所有用户的请求，并 把处理结果反馈给客户层。它包括了系统中所有重要的和易变的业务逻辑( 业务的 规划、运作方法、计算条件等) 。它要完成的功能通常是接收输入，进行处理并返 回结果。业务层作为表现层和数据层的中间服务层。 ( 3 ) 数据服务层：数据层就是d b m s ( 数据库管理系统) ，负责管理对数据库数 据的读写和维护，能迅速执行大量数据的更新和检索，提供数据库支持，负责应 用程序所要求的物理持久性。 在三层模型中，表示层( 用户界面) 位于客户端，功能层( 业务逻辑) 位于应用 服务器，数据层( 应用所需数据) 则位于数据库服务器。三层应用结构要求层与层 之间必须有明确的接口定义。如图2 4 所示为三层应用结构的示意图。 三层结构具有的优越性 ( 1 ) 提高代码的可重用性。业务层服务器利用c o m d c o m 等组件技术封装业务 规则供不同的客户应用程序调用，实现了二进制形式的代码重用。 ( 2 ) 提高安全性。将复杂的后端数据库与前端客户分离，避免客户直接访问数 据库，提高了系统的安全性。 ( 3 ) 提高性能。通过在计算机上配置计算密集的组件，使应用程序的执行达到 最佳状态，提高系统的整体性能。 9 z - t 。一兰查堡三奎耋三耋堡圭兰垡丝苎 图2 4 三层应用结构示意图 ( 4 ) 便于管理。将复杂的应用程序划分为功能独立、易于管理的模块，分别封 装到不同的组件，使得管理员的工作有的放矢。 ( 5 ) 便于维护。当业务规则变化时，只需修改相应组件代码，客户应用程序无 需改动。 ( 6 ) 可移植性好。遵循一定标准的组件可用任何种编程语言( c 、c + + 、v b 、 j a v a ) 来编写，程序员不会被束缚于单一的开发语言和工具。 三层c s 结构是开发信息管理系统的理想技术，同时由于分布式对象技术、 组件技术的采用，三层结构的彻底分离，使得系统具有很高的可维护性、可扩充 性， 2 2 4 浏览器, q l l 务器模式 浏览器服务器模式，指在系统服务器( w e bs e r v e r ) 上安装系统数据库和系统 应用程序，其它计算机终端通过局域网或i n t e r n e t 访问系统服务器，通过w e b b r o w s e t 访问w e bs e r v e r 。s e r v e r 将请求分析处理，通过c g i ( c o m m e n dg a t e w a y i n t e r f a c e ，公共网关接口) 等方法访问数据库管理系统( d b m s ) ，进行数据的查询统 计或事务的提交，c g i 根据d b m s ( d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m ，数据库管理系统) 返回的结果生成h t m l ( 超文本标记语言) 文档经过s e r v e r 向客户的b r o w s e r 返回 结果，完后由b r o w s e r 将h t m l 结果显示给终端用户。 基于b s 的i n t r a n e t 技术先进性与不足 先进性：( 1 ) 稳定的技术平台。( 2 ) 本质上是一种客户机技术，i n t r a n e t 原 1 0 第二章 实验室信息管理系统体系结构分析 _ _ _ _ _ i t 日1 日_ _ 日- _ _ _ _ 口_ _ _ _ _ _ _ 1 日l i 目_ i i ! ! 则上取消了所有在客户机上的维护工作。( 3 ) 提供了异种机、异种网、异种应用服 务的联机、联网、统一服务的最现实的开放性基础。通过i n t r a n e t 技术统一访问 异种数据库。 b s 模式是一种以w e b 技术为基础的新型的m i s 系统平台模式。存在客户端 “零”维护、开发成本低、移植性好等许多先进性，但目前由于b s 技术不十分 成熟，存在安全性差、扩展能力差、响应速度慢、缺乏友好的交互界面等不足。 2 2 5l i m s 系统应用程序结构的选择 通过2 2 节的分析，表中就系统性能及价格方面对不同的应用程序结构做了 相对的定性比较。可以看出，三层结构在性能方面的表现均是令人满意的。投资 低，而且性能价格比明显高出其它的应用程序结构。 表2 1 各种应用程序结构性能与价格比较 性能投 应用程序结构 计算网络数据库 安全性维护 资性能 能力负担规模量价格比 集中式结构最强低大高 难大较低 文件服务器结构中高小底 难小高 b s 结构差 高 大差易小较高 c s 结构 中低大中难小较高 三层较强底大高易小最高 集中式结构虽然计算能力最强，但系统初期投资巨大。文件服务器结构在网 络负担及安全性两方面不足。b s 模式是系统中速度最慢的一种结构形式，它主 要适合系统终端在地域上分布广而又经常变动的客户。为了克服两层c s 的不足， 选用代表当今技术潮流的三层结构作为本课题实验室管理信息系统的应用程序结 构。三层结构无论在运算速度、安全性、可移植性等性能方面都超过两层的c s 系统。这也是符合实验室管理信息系统要求和特点的。 2 3l i m s 三层结构的技术解决方案 2 3 1d c o m 与c o r b a 的比较 由于分布式结构的诸多优点，分布式数据库应用程序是软件开发的发展趋势， 越来越多的软件基于分布式技术开发。分布式结构按照应用程序服务器大致可以 分为两大类：一种是以微软制定的c 0 m d c o m c 0 m + 为主的结构；另一种是以 c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ，公共对象请求代理结构) 为主的结构。这两种结构都具有可扩展型和健壮性，但是二者也有很多不同点或 者是能力方面的差异。下表列出了两者的比较： 华南理工大学工学硕士学位论文 表2 - 2c o m d c o f ，c o r b a 技术比较表 项目c o m d c o mc o r b a 微软操作系统支持的硬件，w i n d o w ，u n i x ，l i a u x ， 执行平台 几乎只有w i n d o w s m a i n f r a m e 语言中立性 是是 负载能力 否 是 容错能力 否 是 完全功效 是是 对象位置透明性 是是 静态对象连接 是是 动态对象连接 是是 简单命名功能可以使用复杂的命名功能 对象命名机制 简单的机制传递接口 强劲的事件机制 e v e n ts e r vi c e s e r v e r ( 有限制的平台和 数据交易控制 数据库) o b j e c tt r a n s a c t i o ns e r v e r m i c r o s o f tm e s s a g eq u e u e m e s s a g e 机制 s e r v e r ( m s m q ) c o r b a 3 应用系统分布和组态 复杂，困难 简单 支持继承 单继承 多继承 执行效率 3 9 m s 3 3 m s 依赖对r p c ( 远程过程调用) 的 依赖i l o p ( i n t e r n e t 远程对象通信 调用来实现 i n t e r o r bp r o t o c 0 1 ) 协议 由上表可以看出，c o m d c o m 与c o r b a 各有所长，随着c o m + 标准的推出，组 件技术又上升到一个新的局面。 从纯技术上说，c o r b a 比d c o m 要略胜一筹，但w i n d o w s 拥有世界上最大的 装机容量，d c o m 将是事实上的标准。而且d c o m 在w i n d o w s 系列平台上的运作性 能却是比较好的，技术是最成熟的，编程也较为简单。另外，d c o m 是跟其它软件 捆绑销售的，可以说是免费的，使用c o r b a 技术的产品相对来说比较昂贵。考虑 到本系统运行的环境主要是p c 机和最常见的w i n d o w s 操作系统，因此从实际出发， 本系统采用c o m d c o m 技术来进行多层分布式应用程序的设计和开发。 2 3 2 基于c o m d c o m 的多层数据库应用程序原理研究 d c o l ( 分布式c o m ) 是对组件对象模型( c o m ) 技术的扩展，它是一个商层网络协 议，能使基于c 0 黼的组件在位于不同机器上的两个进程间通讯和协作，从而使应 用程序可以在位置上达到分布性，满足客户和应用的要求。c o m 运行库向客户和 组件提供了面向对象的服务，并且使用r p c ( 远程过程调用) 和安全机制产生符合 d c o l 4 线路协议标准的标准网络包。所以在进行分布式应用程序的设计和开发时， d c o m 处理网络协议的低层次的细节问题，从而使程序员能够集中精力解决用户所 要求的问题。 d c o m 允许共享两个不同机器上的对象。这意味着可以在一个应用程序中或 第二章实验室信息管理系统体系结构分析 _ 一i i i i i i i i ii i i i i i i i i - s _ 目_ _ | e _ _ _ _ _ _ = 日_ _ 自j _ 目e 自_ e = j - _ _ _ 每 d t l ( 动态连接库) 中创建对象，并从勇一台机器的应用程序谲用这一对象的方法。 此时，瘦爆理黪服务器加载于服务器机器的地址空间。d c o m 通过r p c 调用，并且 配置在机器之间作为参数传送的数据。 d c o m 具衣麴下特点： 规模可变 在构 牛之间提供丰富的、均衡豹通藩 银容易扩展新的功能 拥有大量现成的构件 蠢效傻用网络带宽，绘最终用户提供良好的响应 固有的安全性 容易送行有效静配置积管理 支持任何网络协议 使用t c p i p 协议 c o m 在设计初期，艰予本地服务。随着c o m 技术的深入，分布式对象模型 ( d is t r i b u t e dc o m p o n e n tm o d e l ，简称d c o m ) 应运黹生。d c o m 怒c o m 的无缝扩展， 楚一秘抉议。它充分裂用基于c o m 兹疲用、组件舞发工其及知识，并把它们转移 到分布式计算应用领域，实现了不同计算机上的组件对蒙与客户程序之间或组件 对象之间在鼹络上豹相互通信。它建交在分枣式计算环境( d i s t r i b u t e d c o m p u t i n ge n v i r o n m e n t ，简称d c e ) 的远程过程调用( r e m o t ep r