（计算机应用技术专业论文）基于混合模式的高可用高考信息管理平台研究.pdf

摘要 随着计算机技术和软件开发技术的快速发展，高考的信息化管理 得到越来越广泛地应用。高考工作的信息化管理因其能有效地提高工 作效率和服务水平、加快信息的交流、增强信息的透明度、提高资源 的共享率，成为近几年来教育领域的新兴重点研究课题。 论文结合高考信息管理的实际需求，提出了一种基于新型c s 与 b s 混合模式的高考信息管理平台体系结构，以提供密集型高可用服 务。采用多层c s 架构保证c s 系统的高可用性，设计了基于心跳机制 的服务端与客户端通讯、基于事件驱动的文件传输方式来提高c s 系统 运行效率，并介绍了采用c s 系统实现业务模块的思路。采用多层b s 架构保证b s 系统的高可用性，针对b s 系统常见的数据存取瓶颈问题 提出了自适应连接池和基于p l r u 的动态缓存策略，以优化b s 系统性 能，并介绍了采用b s 系统实现业务模块的思路。论文还对该平台中的 权限控制、自动升级、数据的一致性及性能的优化等关键问题提出了 有效的解决方案，以更好地发挥混合模式的优越性，使系统达到更好 的可扩展性、可维护性和高可用性。 论文论述的混合模式不同于已有的混合模式，其客户端系统不局 限于局域网内，可实现基于i n t e m e t 环境的联机或脱机操作，还可实现 数据的本地安全存储。客户端选用轻量级的s q l i t e 力h 密文本型数据 库。服务端o r a c l e 与客户端s q l i t e 数据库的分离思想在高考这种面 向用户非常多的应用中，可以较好地缓解服务器的压力。该平台在2 0 0 8 年、2 0 0 9 年湖南省高考的实际应用中取得较好的效果。 关键词高考信息管理平台，混合模式，高可用，高访问量，文本型数 据库 a bs t r a c t w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fc o m p u t e rs c i e n c ea n ds o f t w a r e d e v e l o p m e n tt e c h n o l o g y , t h ei n f o r m a t i o n i z a t i o nm a n a g e m e n to fc o l l e g e e n t r a n c ee x a m i n a t i o nh a sa l r e a d yb e e nm o r ea n dm o r ew i d e l ya p p l i e d ， w h i c hc a ni m p r o v ew o r ke f f i c i e n c y , s p e e du pi n f o r m a t i o ne x c h a n g e ， i n c r e a s ei n f o r m a t i o nt r a n s p a r e n c ya n di m p r o v er e s o u r c e s h a r i n g ，t h u si t h a sb e c o m ea ne m e r g i n gr e s e a r c hf o c u si nr e c e n ty e a r s a c c o r d i n gt ot h e a c t u a ln e e do fc o l l e g ee n t r a n c ee x a m i n a t i o n i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ，t h et h e s i sp r o p o s e san e wa r c h i t e c t u r ef o r c o l l e g ee n t r a n c ee x a m i n a t i o ni n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tp l a t f o r mb a s e d o nn o v e lc sa n db sm i x e d m o d e s oa st ot op r o v i d ed e n s ea n dh i g h a c c e s ss y s t e mw i t hh i g ha v a i l a b i l i t y u s i n gm u l t i t i e rc sf r a m e w o r kt o e n s u r eh i g ha v a i l a b i l i t yo fc ss y s t e m ，t h et h e s i sp r o v i d e ss o m ek e y t e c h n o l o g i e ss u c ha st h ec o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s mb e t w e e n s e r v e r sa n d c l i e n t sb a s e do nh e a a b e a t f i l et r a n s f e rm o d e lb a s e do ne v e n t d r i v e ns oa s t o i m p r o v e t h ec s s y s t e mp e r f o r m a n c e 。 a n di n t r o d u c e s也e i m p l e m e n t a t i o na b o u tm a i nb u s i n e s sm o d u l e so fc ss y s t e m u s i n gn t i e r b sf r a m e w o r kt og u a r a n t e eh i g ha v a i l a b i l i t yo fb ss y s t e m ，t h et h e s i s p r o p o s e ss o m eg o o di d e a ss u c ha sa d a p t i v ec o n n e c t i o np o o la n dd y n a m i c c a c h em e c h a n i s mb a s e do np l r ui no r d e rt oo p t i m i z eb ss y s t e m p e r f o r m a n c e a n di n t r o d u c e s t h ei m p l e m e n t a t i o na b o u tm a i nb u s i n e s s m o d u l e so fb ss y s t e m i na d d i t i o n ，s o m em a i np r o b l e m ss u c ha sa c c e s s c o n t r o l ，s y s t e ma u t o - u p g r a d e ，d a t ac o n s i s t e n c y a n dp e r f o r m a n c e o p t i m i z a t i o nt e c h n i q u e sa r ep r o v i d e dw i t he f f e c t i v es o l u d o n st o t a k e a d v a n t a g eo ft h es u p e r i o r i t yo fm i x e d m o d ea n dm a k et h es y s t e mt o a c h i e v eb e t t e rs c a l a b i l i t y , m a i n t a i n a b i l i t ya n da v a i l a b i l i t y i nt h i sm o d e ，u n l i k et h eo l dm i x e d m o d e ，c l i e n t sa r en o tl i m i t e dt ob e u s e di nl a n ，a n dc a nb eu s e do n l i n eo ro f f i i n e ，a n dr e a l i z ed a t as t o r a t i o n s a f e l yi nl p e a l c l i e n t ss e l e c tl o w w e i g h ts q l i t ea st h el o c a l t e x t d a t a b a s e f a c i n gw i t ht o om a n y u s e r si nc o l l e g ee n t r a n c ee x a m i n a t i o n ，t h e s e p a r a t i o no fs e r v e rd a t a b a s eo r a c l ea n dc l i e n td a t a b a s es q l i t ei s e f f e c t i v ei ne a s i n gt h eo v e r h i g hp r e s s u r eo fs e r v e r s ，w h i c hh a sb e e n l i p r o v e d i n2 0 0 8a n d2 0 0 9h u n a n c o l l e g e e n t r a n c ee x a m i n a t i o n a p p l i c a t i o n k e yw o r d s c o l l e g ee n t r a n c ee x a m i n a t i o ni n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t p l a t f o r m ，m i x e d m o d e ，h i g ha v a i l a b i l i t y ，h i g h ta c c e s s ，t e x td a t a b a s e i i i 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特, 另t i ：d n 以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：二单 日期：丑年土月坐臼 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 日期：望咀年月尘日 硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 随着信息化建设的飞速发展，计算机的应用已经渗透到人们生活的各个方面， 同样，在高考领域计算机的应用也逐步广泛，信息技术以其本身具有的快捷、准 确、安全等特点，在高考领域逐步取代了传统的管理方法。随着高考信息化浪潮 的到来，以服务考生为中心的理念成为高考信息化的建设目标，对于如何提高高 考服务水平己成为高考信息化领域的研究热点。 1 1 课题的研究背景 本课题是中南大学与湖南省教育考试院合作的“高考信息管理平台 项目。 其主要目标是要实现高考工作的信息化管理，达到全面提高工作效率和工作质量 的目的。 随着教育的普及，高考在现代生活中的地位进一步提高。对于高校，高考是 高校选拔优秀人才的重要依据；对于考生，高考是决定考生能否进入高校接受高 等教育的重要门槛。高考工作涉及到很多方面，如计划管理、报名管理、体检管 理、考务管理、成绩管理、志愿管理、录取管理，整个过程非常繁多。因此，科 学高效的管理手段对高考工作尤为关键。 信息化作为大势所趋，已经渗透到高校教学、科研、管理和工作生活的方方 面面。面对网络的蓬勃发展，信息化管理以其跨地域性、实时性和用户广泛性等 特点，越来越成为改善人们工作生活的一个有力手段。传统的高考纸质招生手段， 在安排组织、统计数据等过程中，要花费大量的时间、人力和物力。其中不可避 免存在大量的重复劳动，工作效率比较低，并且很难避免人为因素的影响。随着 计算机的普及，现在的许多复杂工作都利用计算机来管理，随着网络时代的到来， 用计算机进行高考信息管理已经成为了一种不可逆转的趋势。 高考信息管理平台可以为高考招生工作人员、学生、家长等提供方便，减少 中间的周转环节，减少了考生数据的出错几率，同时也增强了考务管理的可操作 性，实现对高考工作全过程的动态管理，加强省招生办公室与各个报名点各招生 院校的联系，降低报名点的工作量，提高了工作效率，实现考生数据的实时更新 和统一管理，全面、快捷、及时地了解到考生的情况，提高考生、家长及社会的 满意程度，增加透明度。 硕士学位论文第一章绪论 1 2 课题的研究现状 1 2 1 高考信息化的研究现状 现代化手段的充分应用，使全国诸多省份招生工作驶入了高效、快捷、科学 的信息化快车道，实现了招生工作手段的跨越式发展。许多省纷纷采取措施加快 高考工作信息化管理步伐。 文献 1 】给出了一种基于s o a 的三层b s 广东省高考报名系统，将应用系统 的各个独立模块之间的交互显式地构建为“服务 ，采用面向服务的架构思想来 设计业务系统，加大公用功能的封装力度，抽取成为基层服务提供接口供其它服 务调用，而变动频率比较大的功能流程也应形成服务，从而增强系统的可重用性。 文献 2 】针对山东省成人高考网上报名系统，采用j a v a 、j s p 、d e l p h i 开发的 b s s 和c s s 结构相结合的多层数据交换系统；系统采用r u p 作为丌发过程， 以用况为驱动、以构架为中心、增量和迭代的丌发；使用u m l 作为建模语言， 通过原型法获取需求和业务模型，并在风险驱动下逐步完善系统构架。 文献 3 】针对江苏省网上录取系统，探讨了基于c s 模式的高校远程录取子系 统实现及其弱点，给出了基于w e b 的高校远程录取子系统的方案和实现框架， 进而引入s o a p 技术将各省网上录取服务集成到教育部，为网上录取系统的改进 找到了一条可行途径。 文献【4 】针对海南省普通高考信息网上采集和发布中的突发性大规模访问问 题，提出了用多机模式来代替传统的单机模式的一种解决方案；采用动态的加权 最小连接数算法作为主要的均衡调度算法；采用基于l i n u x 的虚拟服务器作为系 统解决方案，选取直接路由负载均衡模式，从而提高服务器的性能。 湖南省作为走在高考信息化队伍前列的省份，在近几年的改革发展中，也取 得了长足的进步，基本实现了从报名、体检、填志愿、成绩查询、再到录取等的 信息化管理。由纸质文件传送，到基于网络的b s 模式，高考工作取得了较大的 改观，高考工作人员也从繁杂的工作信息采集统计中解脱出来了，工作效率较大 地提高了，信息的实时性、透明性赢得了用户的好评。但是，随着访问量的局部 膨胀性及并发访问性，许多潜在的性能问题逐步彰显出来。在湖南省，2 0 0 7 年高 考考生人数达5 2 万，2 0 0 8 年达历史高峰超过5 3 万。如果考生人数加上各招办用 户、各院校用户等，那么整个系统承载的用户数将8 0 万。而根据高考工作的特殊 性，一般在报名、成绩查询、填报志愿、录取等情况下访问量大，具有集中并发 性特征。 高考信息管理平台有别于其他的门户系统，如新浪，搜狐，网易等大型的门 户网站。其他的门户网站每日的访问量也是非常的膨大的，但是它们对系统的实 2 硕十学位论文 第一章绪论 现方式与高考系统不同。它们一般把文章通过转换程序转换成静态网页，然后在 全国各地做服务器镜像来实现。然而，高考信息管理平台受当地环境等各方面条 件的制约。 针对高考信息管理系统的研究一直在不断地进行【5 1 0 1 。单纯提升处理器等服 务器性能是比较直接的解决办法，但会带来巨大的开销。而应用w e b 服务器集 群技术，将一组服务器构成一个单一的服务器映像，可以达到较高性能。文献【5 】 给出了一种基于l v s ( l i n u xv i r t u a ls e r v e r ) 项目w e b 集群的解决方案，主要采用 d r ( d i r e c tr o u t i n g ) 模式，减轻w e b 服务器网络负载。文献 6 】介绍了基于缓存动 态网页数据、优化服务器端程序和系统架构等方式来提高高访问量交互式网站性 能。文献【7 提出了基于j 2 e e 的b s 模式的高考网上报名系统设计及实现思络， 主要采用客户层、应用处理层和数据服务层三层体系结构。这些方案虽然在一定 程度上实现了缓解服务器压力的功效，但对整体平台架构没有全面的解决方案， 如系统结构的选型、系统权限控制问题、系统的性能优化问题等。因此，本文在 对高考信息管理平台深入研究基础上，提出适合各省高考业务或类似业务平台的 设计与实现思络。 1 2 2 高可用技术的研究现状 i s 0 9 2 4 1 1l 中的定义是：可用性是一个多因素概念，涉及到容易学习、容易 使用、系统的有效性、用户满意，以及把这些因素与实际使用环境联系在一起针 对特定目标的评价。 g b t 3 1 8 7 9 7 对可用性的定义：在要求的外部资源得到保证的前提下，产品 在规定的条件下和规定的时刻或时间区间内处于可执行规定功能状态的能力。它 是产品可靠性、维修性和维修保障性的综合反映j 。 总的来说，可用性包含三个方面：( 1 ) 有效性，用户完成特定任务和达到特定 目标时所具有的正确和完整程度；( 2 ) 效率，用户完成任务的正确和完整程度与所 使用资源之间的比率；( 3 ) 满意度，用户在使用产品过程中所感受到的主观满意和 接受程度。 可用性可以用系统的失效率来计算，结果为平均无故障工作时间脚 ( m e a nt i m eb e t w e e nf a i l u r e s ) ；也可以用系统的平均故障修复时间来计算，结 果为平均故障修复时间m i t r ( m e a nt i m et or e p a i r ) ，将m t t r 时间平均分摊到 m t b f 周期内就可以计算出任意元件对平均故障的贡献。于是可用性可以定义 为：m t t f ( m t t f + m i t r ) * 1 0 0 。 高可用性h a ( h i g ha v a i l a b i l i t y ) 指的是通过尽量缩短因日常维护操作( 计划) 和 突发的系统崩溃( 非计划) 所导致的停机时间，以提高系统和应用的可用性【1 2 1 。服 3 硕士学位论文 第一章绪论 务器高可用方案是利用更少的冗余部件同时由软件检测故障，一旦故障发生立即 隔离损坏部件，通过提供故障恢复实现最大化系统和应用的可用性。 高可用一方面通过冗余技术设计，从硬件设备上采用冗余配置来保证可靠性。 例如，n 冗余系统指的是采用了被隔离划分为多个独立故障区域的多相同资源的 系统。文献 1 2 ，1 3 从服务器集群可用性的角度出发，阐述了应对同益增长的数据 量、急剧增长的用户量、不断攀升的并发访问给网络带宽和服务器端都带来巨大 的挑战的相关集群优化措施。高可用性还体现在系统的体系结构、开发方案及应 技术等方面。一个高可用系统，应能应对高访问量的要求，随着访问量的变化， 自动作相应的调整，即便在高访问量情况下仍可保证工作正常完成，具有较好的 可伸缩性；应能根据用户需求的变化灵活地进行更改，具有较好的可扩展性；应 考虑到后期系统的维护升级，具备较好的可维护性等。本文的高可用高考信息管 理平台是建立在高可用服务器集群环境的基础上，着重从结构和应用技术的角度 对系统的可用性、可扩展性和可维护性等方面进行深入探讨。 1 3 课题的研究意义和内容 高考信息管理平台是一种利用计算机技术实现高考信息化管理的重要工具， 不仅为招生工作节约大量的人力、财力和时间，同时为招生工作的“公正、公平、 公开”提供了技术保证，具有良好的经济效益和社会效益。 本课题主要研究内容：构建一个新型混合模式下具有较高性能、较高可靠性 和较高安全性的易扩展易维护的高考信息管理平台。该新型混合模式将在第二章 2 3 1 节介绍。具体研究内容为： ( 1 ) 研究高考信息管理平台的系统需求、设计原则，提出一种基于新型混合 模式的系统体系结构，采用客户端数据库与服务端数据库分离的思想来缓解高考 中高访问量时服务器负载压力，同时对于高考应用中信息采集量大、信息采集点 多、时间较集中且短暂的情况提供有效的解决方案，提高工作效率，达到服务高 考的目的。 ( 2 ) 研究高可用c s 高考信息管理平台的构建技术。传统的两层c s 呈现出 可维护性、可扩展性、可重用性差等问题，已无法满足应用的需要。对此系统设 计分层c s 架构思想，以保证系统的可维护性、可扩展性和可重用性。客户端与 服务端的通讯方式、文件传输方式是本文要重点研究的问题。 ( 3 ) 研究高可用b s 高考信息管理平台的构建技术。基于w e b 的开发架构在 近几年来已取得飞速的发展，选取合理的b s 系统架构，既达到较好的可维护性 和可扩展性，又能对b s 系统在应用程序层面上尽可能缓解“性能瓶颈”压力。 4 硕+ 学位论文第一章绪论 “好的架构是成功的一半”。为此，本文在多层架构基础上，深入研究连接池和 缓存策略来优化系统性能。 ( 4 ) 研究混合模式下高考信息管理平台存在的权限一致性问题、系统自动升 级问题、数据一致性问题及性能优化技术等，提出有效的解决方案，以更好地发 挥混合模式的优越性，使系统达到更好地可扩展性、可维护性和可用性。 1 4 论文的组织结构 论文共分为六章。 第一章是绪论。这一章主要介绍课题的研究背景，并介绍高考信息化的研究 现状及高可用技术的研究现状。最后，介绍课题的研究意义和内容。 第二章是高考信息管理平台的分析与设计。这一章分析了系统的功能与性能 需求及前期建设现状，介绍了系统的设计原则，并提出基于新型混合模式的平台 体系结构，介绍了系统的主要功能模块和模块划分原则。最后分析了系统实现存 在的一些难点。 第三章是高可用c s 高考信息管理平台构建技术研究。这一章首先介绍了多 层c s 平台架构，然后设计与实现了基于心跳机制的通讯模型和基于事件驱动的 文件传输模型，最后介绍了c s 系统主要业务模块的实现思路。 第四章是高可用b s 高考信息管理平台构建技术研究。这一章首先介绍了多 层b s 平台架构，然后针对b s 系统常见的“数据存取瓶颈”问题在程序应用层 面上提出了自适应连接和动态缓存设计思想，以优化系统的性能，最后介绍了b s 系统主要业务模块的实现思路。 第五章是混合模式下高考信息管理平台的关键问题研究。这一章提出了改进 r b a c 权限控制模型、基于反射技术的动态菜单生成策略和考生数据控制策略来 解决混合模式下一致性权限控制问题，采用灵活的自动升级策略来解决混合模式 系统的可维护性问题，利用触发器机制、基于主动的强制更新和基于被动的强制 同步思想来解决客户端数据库与服务端数据库的数据不一致问题，采用数据库参 数优化、索引的优化和语句的优化思想来提高整体数据库访问性能。 第六章结束语。对所做的研究和开发工作进行了总结，并阐述了将来扩展与 完善高考信息管理平台需要考虑的一些问题及进一步的研究工作。 5 硕十学位论文第二章高考信息管理平台的分析与设计 第二章高考信息管理平台的分析与设计 随着网络技术的飞速发展，如何实时有效地采集和管理高考数据，己成为高 考工作的一项重要问题。高考信息的网上采集与发布，属于访问规模大、访问时 间密集且分布严重不均的信息交互。它面向的用户有考生、报名点、县招办、市 招办、省招办和全国各院校招办等。大量用户同时访问量可达几十万至几百万次， 这种大规模的并发访问易造成服务器负载过重，出现无法提供服务等问题。本文 在充分利用本地数据存储和网络优势的基础上，借鉴当前信息管理技术，结合高 考信息管理中用户量大、采集信息量多和采集信息点多等特点，提出了一种基于 新型混合模式的高考信息管理平台设计方案，以提供密集型高可用服务。 2 1 系统需求分析 2 1 1 系统功能需求 系统设计目标，是建立面向湖南省的高考信息化管理，使分布在全国各地的 所有用户，包括考生、报名点、考点、各级招办和全国各高等院校用户，随时随 地都可以在计算机上访问业务系统，获取所需要的信息。工作人员可以通过系统 对考生的各项信息资料进行操作、统计等，所有的改变都会及时保存在数据库中。 各上级招办都可以向下发布公告，使各项通知和信息及时传达。数据分年度存放， 使所有工作都能查询到历年高考信息。 考生通过系统注册个人信息，在预报名期间可修改个人信息，通过系统查询 各招生院校的招生计划情况、各报名点和考点的具体位置，及时了解到考试成绩 和录取动态。艺术考生可通过系统进行专业考试报名、联考成绩查询、校考成绩 查询等。体育类考生也可通过系统进行专业考试报名、成绩查询。 各报名点通过系统实现考生报名、考生数据修改、现场摄像、报名确认、报 名统计、体检数据录入、体检数据编辑、各种复杂报表打印等。 各级招办通过系统实现对高招信息进行管理，实时统计报名情况、试卷需求 情况、各考点考务工作人员安排情况、准考证打印、考生数据审批等。 各考点通过系统实现网上考室分配、统计各考室的试卷需求情况、考务工作 人员安排、考生诚信记录录入和考生缺考情况登记。对于艺术联考，系统提供成 绩快速输机功能。对于外省艺术类校考，系统提供校考组考、现场考生报名确认、 数据导出、报表打印等功能。 6 硕士学位论文第二章高考信息管理平台的分析与设计 各高考招生院校通过系统进行专业计划核对，上载院校基本信息，下载考生 报名库、考生成绩库、考生录取库，打印考生报名、成绩、录取等名册，报送拟 取消录取名册等。 省招办通过系统对高考信息进行管理。通过系统进行计划管理，与招生院校 进行计划校对交互；实时统计报名情况，及时掌握报名进度；审批各招办提交的 考生数据修改的申请，减少数据修改的环节，降低出错率；考务管理，分配准考 证号码，进行各科目试卷需求统计，掌握各市州、县区及各考点的试卷需求情况； 建立考务工作人员库，对加强高考招生考试考风考纪起到监督作用；进行考生诚 信记录录入和缺考情况登记，考生诚信记录在网上录入后可减轻在评卷现场录入 信息的工作量，缺考情况登记，可解决以往无法统计实际缺考数；审核各招生院 校报送的拟取消录取名册等。 经过上述的分析可知，参与系统的角色主要有：考生、报名点用户、考点用 户、县区用户、市卅i 用户、省级用户及院校端用户。以考生用例和报名点用户用 例这两个为例，它们的用例图分别对应图2 1 和图2 2 所示。 图2 1 考生的用例关系图图2 2 捐名点用户的用例关系图 7 硕士学位论文 第二章高考信息管理平台的分析与设计 图2 1 描述了考生在整个平台中主要参与的用例，反映了考生从报名呻考务 查询一成绩查询 填报志愿 录取的整个过程。图2 2 描述了报名点用户在 整个平台中主要参与的功能，反映了报名点用户在整个高考业务流程中负责的任 务。考生可以通过系统进行网上报名、志愿填报、成绩查询等，考虑到各地的实 际硬件环境问题，也可由报名点用户来进行批量考生报名、志愿填报、成绩单打 印等，以提高工作效率。 报名点用户只能操作本报名点考生数据。报名点的上一级别是县区级，县区 级只负责本县区内考生数据。县区级的上级是市州级，同样，市州级只能操作 本市州内考生数据。而市州级的上一级是省级，省级负责全省的数据管理。 2 1 2 系统性能需求 该平台是面向高考工作的信息化服务平台，主要目的在于提高工作效率，确 保高考工作的顺利完成。为此，系统性能必须满足以下的要求： ( 1 _ ) 可用性 这是衡量系统性能的重要指标。在湖南省，2 0 0 7 年高考考生人数达5 2 万， 2 0 0 8 年达历史高峰超过5 3 万。如果考生人数加上各招办用户、各院校用户、考 生家长等，那么整个系统承载的用户数将超过8 0 万。而根据高考工作的特殊性， 一般在报名、成绩查询、填报志愿、录取等情况下访问量大，具有集中并发性特 征。因此系统应要有较高的响应性能，应能应对几十万用户的并发访问，甚至即 使某一时间点出现过载情况，仍能使用系统保证工作的照常进行。 ( 2 ) 准确率 所有功能的实现都应确保数据准确无误，不容许任何差错。 ( 3 ) 易用性 系统的安装、配置、维护应该简单方便，操作界面友好，易学易用，且对于 报名信息采集、体检信息采集、成绩输机、志愿填报等，由于时间有限、信息量 大且信息采集点多，故应具备快速输入及快速响应特点。 ( 4 ) 安全性 系统应提供较高安全性的身份认证机制，对所有用户操作均有详尽的日志记 录，对数据的安全访问控制等。 ( 5 ) 容错性 用户在系统中进行不当操作时，能进行相应提示，不能影响系统的正常运行。 2 1 3 前期建设分析 自2 0 0 5 年起，湖南省招生考试信息工作逐步推进以信息化、网络化为特征的 现代化管理，迈出了信息化的第一步。前期采用b s 模式开发，主要实现了网上 硕士学位论文第二章高考信息管理平台的分析与设计 报名系统、网上编制计划系统、网上填报志愿系统等。但是从前两年的系统的使 用情况来看，原有系统主要存在以下缺点： ( 1 ) 用户普遍反映的问题足网速太慢，登录困难，这是限制信息化发展的一 个重要瓶颈。究其原因，有设备问题、程序问题，也有技术和操作的问题：有自 身内部的问题，也有电信方面的问题，就内部而言，有全省大环境的问题，也有 县区、中学小环境的问题。 对此，整合了原有网络及设备资源，调整优化网络结构，加大投入力度，淘 汰部分性能和特性已经无法满足目前业务服务和安全需要的设备，添置性能更高 的服务器和网络及安全设备，将公共服务和业务服务及办公环境之间进行物理隔 离，将湖南招生考试信息港与工作门户网站网络线路出口分离，相互独立。建立 由省院到市州、县区及有关中学的虚拟专用宽带网络系统，省里由一条1 0 0 0m 专线联入c e r n e t 、两条1 0 0 m 专线联入i n t e r n e t ，1 4 个市州和有条件的县市 区开通2 m 1 0 0 m 宽带专线，其他的县市区、中学也要采用专线联接，为招生考 试各类业务的处理和信息的发布提供给可靠的、安全的网络运行平台。 ( 2 ) 除了前面从硬件环境的改观外，还在原有系统的结构进行了深入分析， 发现原有系统结构存在可扩展性、重用性、可维护性、可用性较差等问题。这是 影响系统可用性的关键。建设初期，系统各层耦合严重，导致可维护性较差，而 且代码冗余严重。每年由于国家政策的变化系统有些需求会有所变动，而每次部 分功能一旦变化，许多代码基本上得重写。而且最重要的问题是，原有b s 系统 性能上存在严重问题，在用户访问量较大时出现系统无法使用状况，在大数据处 理方面性能运行很慢。此外，某些功能不够完善，例如之前的体检信息采集基本 上采用d b f 直接开库操作，安全性较差，且极易出错，采集完毕还需由各地上报 光盘，这既增加了工作人员的劳动强度， 人员不按规定擅自更改信息等问题。 鉴于以上原因，于2 0 0 7 年1 1 月初， 也浪费了工作人员的时间，还存在部分 湖南省教育考试院提出建立一套高可用 的高考信息管理平台。它应能摒弃原有系统的诸多弊端，充分发挥计算机网络的 数据高效采集、快速查询统计等优势，利用计算机强大的数据处理能力，进行数 据操作，从而有效地提高工作效率，达到全面提高高考服务水平的目的。 2 2 系统设计原则 “高考信息管理平台是一个覆盖面广、意义重大的信息管理系统，在系统 建设中应该遵循下列设计原则【1 4 】： ( 1 ) 统一性原则 9 硕士学位论文第二章高考信息管理平台的分析与设计 系统设计要根据“统一管理、统一样式、统一摄像、统一考务”的要求，按 照国家标准和教育部统一系统信息编码，根据教育部规定的高等院校招生考试基 础信息要求统一考生基础信息： ( 2 ) 可靠性原则 系统设计要保证高等院校招生信息的安全性和正确性，保证系统数据的可靠 性和一致性，完成任意一个功能操作都要保证相关数据的一致性和准确性，并提 供实现由于意外造成丢失数据的可恢复操作的途径； ( 3 ) 通用性原则 系统设计要体现全省各市州、县区、报名点、考点及各相关招生院校工作的 不同管理体制和实际工作要求，通过权限和不同参数设置，实现高考招生信息分 级管理、完成高考招生信息管理从报名至录取的工作流程的工作目标； ( 4 ) 规范性原则 系统设计要注重在信息编码、数据接口、程序设计、用户界面、安全体系等 方面的规范性，开发完成后应提供规范、完整的技术文档及用户使用手册； ( 5 ) 实用性原则 系统设计要面向全省信息管理员，要结合各市州、县区、报名点、考点、各 相关高等院校的信息工作流程，提供良好的操作界面和简单的操作方式，提高系 统的灵活性和容错性； ( 6 ) 开放性原则 系统设计要充分考虑后续开发的要求，在完成各功能模块软件开发的同时， 提供便于进行二次丌发的数据接口和软件接口。 2 3 系统方案设计 2 3 1 系统体系结构 c s ( c l i e n t s e r v e r ) 模式与b s ( b r o w s e r s e r v e r ) 模式是目前两种应用最为广泛 的系统开发模式【l6 1 。下面分别对这两种模式的优缺点进行分析。 1 c s 模式的优缺点 c s 模式在使用中的优点主要表现在以下方面： ( 1 ) 交互性强。在c s 模式中，客户端有一套完整的应用程序，在出错提示、 在线帮助等方面都有强大的功能，并且可以在子程序间自由切换。 ( 2 ) 提供了更安全的存取模式。由于c s 是配对的点对点结构模式，采用适 合于局域网、安全性比较好的网络协议( 例如：n t 的n e t b e u l 协议) ，安全性可 以得到较好的保证。 l o 硕士学位论文 第二章高考信息管理平台的分析与设计 ( 3 ) 降低了网络通信量。c s 模式由于纵向的层次较少，网络通信量主要是 c l i e n t 与s e r v e r 之间的通信量，处理大量信息的能力较强。 ( 4 ) 减轻服务器的负载，执行速度快，更利于处理大量的数据。 在c s 模式下开发的应用系统有一些方面尚不够完善，主要体现在系统之间 交流较困难；用户界面风格不一，升级维护复杂，对客户端配置要求较高【”】。 2 b s 模式的优缺点 b s 模式在使用中的优点主要表现在以下方面： ( 1 ) 简化了客户端，客户端只需安装通用的浏览器软件。这样不但可以节省 客户机的硬盘空间写内存，而且使安装过程更加简便、网络结构更加灵活。 ( 2 ) 简化了系统的开发和维护。由于客户端无需专用的软件，系统的开发者 就不必再为不同级别的用户设计开发不同的客户应用程序。只需把所有的功能都 在w e b 服务器上实现。在系统进行升级和维护时也只需维护和更新服务器软件， 减轻了系统维护的成本和工作量。 ( 3 ) 适用于网上实时信息发布。t c p i p ，h t t p 协议的标准性使b s 模式可以 直接进入i n t e r n e t 进行信息发布，这种新增的网上信息发布功能是现代管理系统 所必需的，企业的大部分书面文件可以被电子文件取代，从而提高工作效率，简 化工作手续，节省人力物力，提高了信息的共享程度。 b s 模式在某些方面相对于c s 模式有了巨大改进。但其不足之处主要是： 交互性较差，当网络通信量大时，系统容易产生网络瓶颈，并且执行速度受到一 定的限制，因而不利于处理大量数据。 综合上述的分析可以看到，单一的b s 模式和单一的c s 模式都存在这样或 那样的问题。既考虑到b s 模式的先进性，又考虑到c s 模式的成熟性，于是出 现将两种模式结合起来应用于实际项目中。 在现有的混合模式应用中，大多是采用客户端与数据库服务器直接相连的方 式。文献 1 6 2 1 提出了在局域网内使用c s 模式解决复杂数据采集问题，在广域 网内使用b s 模式实现数据实时发布等。即便是用x m l 文件实现数据的本地缓 存，在数据访问效率和安全性方面都较差。显然，这种方式对于高考信息管理平 台并不合适。高考面向的业务流程复杂，信息量非常大，要求有较快的响应速度 和实时数据发布能力。但是，高考面向的用户，大多不在同一局域网内，而是分 布在广域网上，况且如果采用客户端与数据库服务器直接相连，服务器压力仍得 不到缓解。 为此，结合高考的实际业务特点，本文提出一种基于新型混合模式的系统体 系结构方案，以提供密集型高可用服务。该平台的网络拓扑结构如图2 3 所示， 逻辑结构如图2 4 所示。 硕+ 学伉论文 第一章高，薯信息管理下台的分析，设计 塾蛰较 6 白”9 “白 s q ii ij s q l i ie - t - s q l ie $ m w 4m n 自“m 囤2 - 3 基于新型混合模式的高考信包管理平台的网络拓扑结构图 图2 - 4 基于新型混台模式的高考信息管理平台的逻辑结构图 硕十学位论文第二章高考信息管理平台的分析与设计 对该新型系统体系结构分析如下： ( 1 ) 服务器工作环境 从服务器工作环境角度来看，采用高可用服务器集群和数据库集群技术，由 多台刀片式服务器构建集群环境，改善服务器运作性能。服务器集群系统使用八 个守候线程，分别用于处理请求；数据库集群系统使用两个守候线程分别用于处 理客户请求、管理认证服务等，以达到负载均衡。 刀片式服务器是一种高可用高密度的低成本服务器平台，是专门为特殊应用 行业和高密度计算机环境设计的。刀片式服务器的特点在于刀片不仅具备了机架 式服务器的所有优势，继承了原有服务器的传统特性，更具备了更强的易用性和 可管理性：硬件成本更低；部署和维修简单；所占空间更少。集群【2 2 】：是指一组 独立的计算机系统构成的一个松耦合的多处理器系统，它们之间通过网络实现进 程间的通信。应用程序可以通过网络共享内存进行消息传送，实现分布式计算机。 集群技术是一种较新的技术，通过集群技术，可以在付出较低成本的情况下获得 在性能、可靠性、灵活性方面的相对较高的收益。 ( 2 ) 软件平台结构 这是本文的研究重点。从软件开发平台来看，n e t 与j 2 e e 是当前两大主流 开发平台【2 6 1 ，各有优势。这里选用n e t ，它可以支持高性能桌面应用，以及企业 规模快速应用开发例2 7 。数据库服务器选用大型数据库管理系统o r a c l e10 g 2 3 1 ， 客户端系统采用轻量级的s q l i t e 文本型数据库实现本地数据加密存储。 o r a c l e 作为数据库服务器，能提供强大的并发处理能力【2 4 1 ，它的优势不言 而喻，这里不作较多的介绍。s q l i t e 是一款轻型的数据库【2 引，是遵守a c i d 的关 联式数据库管理系统：它的设计目标是嵌入式的，而且目前已经在很多嵌入式 产品中使用了它，它占用资源非常的低，在嵌入式设备中，可能只需要几百k 的 内存就够了；它能够支持w i n d o w s 、l i n u x 、u n i x 等主流操作系统，同时能够 跟许多程序语言相结合，比如c 、p h p 、p e r l 、j a v a 、a s p n e t 等，还有o d b c 接口，与m y s q l 、p o s t g r e s q l 这两款开源世界著名的数据库管理系统相比，处理 速度比它们更快；同时它还支持事务处理功能，支持跨平台，操作简单，能够 使用很多语言直接创建数据库，而不象a c c e s s 需要o f f i c e 的支持，也不象x m l 存储安全性差且破坏原有数据表结构。s q l i t e 的“零安装 ，占用资源非常低， 处理速度快，较高的安全性，是客户端数据库的最佳选择。 这种新型混合模式的优势主要在于： 客户端数据库与服务端数据库的分离，可以真正达到缓解服务器负载的目的。 即使当客户端与服务端断开，即客户端处理“脱机 状态时，客户端仍能照常使 用。这也是这种新型混合模式的与众不同之处。尤其是对高考信息化工作这种访 1 3 硕士学位论文 第二章高考信息管理平台的分析与设计 问量大、时间比较集中、信息采集量大、信息采集点多的应用非常适合。图2 4 描述了整个平台的基本系统结构，c s 系统部分改变了以往的架构思想，充分考 虑到系统的可用性，采用多层架构思想；b s 系统部分在多层架构基础上，加入 了连接池和缓存等性能优化思想，以保证系统的可用性。各部分具体架构将在第 三章和第四章详细阐述。 2 3 2 系统主要功能 该平台是集权限管理、计划管理、报名管理、考务管理、志愿管理、院校端 管理、成绩录取管理等为一体的综合信息管理平台，如图2 5 所示。 图2 5 高考信息管理平台的功能模块 ( 1 ) 权限管理系统 它是整个平台的权限控制中心，包括用户管理、权限管理、功能管理和公告 管理四个大模块。平台中各项功能均以“积木”形式提供给用户。用户管理：添 加用户，用户权限管理，组员管理，组长功能分配，批量用户授权，批量用户回 收权限，用户上限设置。权限管理：组功能管理，批量组授权，批量组回收权限。 功能管理：系统设置，添加系统功能，系统功能管理，个人资料管理，系统同志 查询，开启关闭系统，功能对应用户。公告管理：公告发布，公告查看，公告维 护等。 1 4 硕士学位论文第二章高考信息管理平台的分析与设计 ( 2 ) 计划管理系统 招生计划是招生工作的龙头和指挥棒，计划管理系统主要是用于接收教育部 下达的招生计划，产生专业的省标代码，与招生院校进行计划核对交互，生成计 划册，统计各类计划情况。具体功能包括：接收计划、编制计划、审核计划、计 划信息分析统计、导出专业计划信息等。 ( 3 ) 报名管理系统 学生报名端主要完成对考生报名信息的网上采集工作