（计算机应用技术专业论文）高校机房管理信息系统的设计与实现.pdf

中文摘要 随着信息化社会的发展，社会各行业对计算机人才的需求大幅度增加，以及 近年来各大专院校招生的扩大。全社会对计算机实验室的建设出现了迅猛发展， 尤其在高等院校。与此同时，如何科学地安排学生教学用机，充分发挥设备作用 以及有效地进行机房收费计时管理。利用计算机实现机房自动化管理，达到辅助 教学的目的，已成为计算机管理者普遍关注的问题。 本论文以长治学院机房管理为依托。研究和比对了现有机房管理系统，提出 了一套可行的，适合多种机房环境和用户需求的混合模式设计模型。系统可选择 运行于四种工作模式：门禁帐号模式、单门禁模式、帐号模式和预约模式。达到 了无人职守，自动计费。可按照预先录入的课表判断是自费上机还是课内上机， 做到了课内上机与自费上机的自动转换。利用管理机完成对学生机的远程控制与 管理，如远程关机、启动、文件传输、屏幕监视等。 系统采用了d e l p h i 6 0 开发工具，s q ls e r v e r2 0 0 0 为后台数据库。运用c s 多层结构模型实现机房计算机管理。按照数据库设计方法结合系统数据实际的输 入输出详细分析设计了系统数据库。在系统网络通讯和数据传输中依据不同情况 采用了u d p 协议和t c p 协议。 关键词：分布式管理，计算机控制，数据库，u d p ，c s 模式 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ei n f o r m a t i o ns o c i e t y ，t h en e e df o rt h ep e o p l ew i t h c o m p u t e rk n o w l e d g ei sg r e a t l yi n c r e a s e di n a l lk i n d so fw o r k i nr e c e n ty e a r s ， d i f f e r e n tk i n d so fa d v a n c e dh i g hs c h o o l sh a v ee n l a r g e dt h es c a l eo ft h es t u d e n t s e n r o l l m e n t ，a tt h es a m et i m e ，t h e r ea r eg r e a td e m a n d si nc o m p u t e rl a b o r a t o r i e sa n d 也e yh a v ea l s od e v e l o p e dr a p i d l yi n 。s o c i e t y ，a n de s p e c i a l l yi na d v a n c e dh i 【g hs c h o o l s h o wt oa r r a n g es t u d e n t s t e a c h i n gm a c h i n e ss c i e n t i f i c a l l y ，h o wt om a k ef u l lu s eo f c o m p u t e r si no r d e rt os u p e r v i s ec o m p u t e rr o o m se f f e c t i v e l yb yc h a r g i n gi nh o u r s ，a n d h o wt or e a l i z ea u t o m a t i cm a n a g e m e n to fc o m p u t e rr o o m sw i t ht h eh e l po f c o m p u t e r s t oa s s i s tt e a c h i n g ，h a v eb e e nt h ei s s u e sg e n e r a l l yc o n c e r n e db yc o m p u t e r t h ep a p e r ，b a s e do nt h em a n a g e m e n to fc o m p u t e rr o o m si nc h a n gz h ic o l l e g e ， r e s e a r c ha n dc o m p a r e sp r e s e n tm a n a g e m e n ts y s t e m so fc o m p u t e rr o o m sa n dd e s i g n s as e to ff e a s i b l em i x e dm o d e l sa p p l i e dt om a n yk i n d so fc o m p u t e rr o o m sa n da d j u s t e d t om a n ys o r t so fu s e r s n e e d s t h e r ea r ef o u rm o d e l st oc h o o s e ：e n t r a n c e c o n t r o l a c c o u n tm o d e l ，s i n g l e - c o n t r o lm o d e l ，a c c o u n tm o d e la n dr e s e r v e dm o d e l c o m et oa t h et m m a n n e dj o bg u a r d , a u t o m a t i cc h a r g e c a na c c o r d i n gt oi na d v a n c er e c o r dt h e l e s s o nf o r mj u d g m e n tf o rg oi n t oi sa to n e so w n e x p e n s e st os t a r tu po rs t a r tu pi n s i d e l e s s o n ，a n dc o m p u t e r sc a nt r a n s f e ra u t o m a t i c a l l yb e t w e e nl o g g i n go ni nt h ec l a s sa n d o u to fc l a s sb yc h a r g i n g t h ea d m i n i s t r a t o r sw i l ls u c c e e dl o n g - d i s t a n c ec o n t r o l l i n g a n ds u p e r v i s i n gs t u d e n t s m a c h i n e sw i t ht h ea s s i s t a n c eo fa d m i n i s t r a t o r sm a c h i n e ， s u c ha ss h u t t i n g ，s t a r t i n g ，f i l es e n d i n g ，s c r e e ns u r v e i l l a n c e ，e t c t h es y s t e ma d o p t sat o o ln a m e dd e l p h i 6 0 ，b a s e do nd a t a b a s es q ls e r v e r 2 0 0 0 m a k eu s eo fc ss e v e r a ls t r u c t u r em o d e l sr e a l i z ea u t o m a t i cm a n a g e m e n to f c o m p u t e rr o o m s t h ed a t a b a s eh a sb e e nd e s i g n e da c c o r d i n gt ot h em e t h o d sf o r d a t a - b a s e ，c o m b i n e dw i t ht h e d e t a i l e da n a l y s i so ft h ea c t u a li n o u ti n f o r m a t i o n t h e u d p a g r e e m e n ta n dt c pa g r e e m e n th a v eb e e ni n t r o d u c e dd e p e n d i n go ns i t u a t i o n si n t h ep r o c e s so fn e t w o r kc o m m u n i c a t i o na n dd a t as e n d i n g k e yw o r d s ：d i s t r i b u t em a n a g e m e n t ，c o m p u t e rc o n t r o l ，d a t a b a s e ，u d p ，c sm o d e l 独创性声明 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和取得的 研究或果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，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：墨鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我同_ l ：作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者虢微极签字嗍伽7 年7 月7 同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盘盗盘堂一有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丕星盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据唪进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 签字闩期：哦7 7 年 啄建水钐 7 月 7 开 导师签名： 物司 签字同期：岬年夕月7 r 第一章绪论 1 1 课题的研究背景及意义 第一章绪论 随着计算机科学技术与网络通讯技术的迅猛发展，信息大社会的出现，计算 机在社会各行业的迅速普及，要求各高等院校输出的各类人才要掌握计算机基本 应用，同时高等院校的扩大招生，使得高校计算机数量急剧增多。在目前，经过 了各高校资金大的投入，大多数高校已经完成了他们的基础硬件建设，现在正开 始软件方面的建设。同时，在互联网飞速发展的具体背景下，教学平台的转变， 计算机机房环境也全部连入i n t e m e t 网，教学内容、教学方法、教学思想都起了 根本性变化。作为教学和管理的重要环节，机房管理和维护出现了新的问题。除 了硬件维护外，机房上课教学，业余上机的计费统计等工作需要花费机房管理人 员大量的时间来完成。计算机网络的安全要求则更高，涉及面更广，不但要防治 病毒，还要提高系统抵抗外来非法黑客入侵的能力，提高对远程数据传输的安全 性等等。这些问题轻则影响教学效果，重则造成系统瘫痪。因此，重视和提高高 校计算机机房的管理水平，对提高教学质量，减轻机房管理人员劳动强度，都有 十分重要的意义。 长治学院即原晋东南师范专科学校，2 0 0 4 年升为本科院校。在2 0 0 0 年全校 微机总数不达3 0 0 台，学生人数不足3 0 0 0 人。为了发展，早日迈入本科院校完 成升本工作，学校增加、增快各方面投入。到2 0 0 4 年学生人数为7 0 0 0 人，全院 微机总数达到一千多台、同时建成了南北校区高速校园网。期问计算机的管理经 过了人工管理，主要是课时上机采取以班级为组学生登记，课余上机以买机票记 时结算。纯软件管理( 如美萍大师) ，学生课堂上机管理员不开启管理端可自由 使用计算机，课余上机主要以押金方式在管理端控制下上机。i c 卡电源控制管 理，学生课时上机时，管理端只要不登录中心数据库，可开启电源控制限时上机， 课余上机时，在管理端登录中心数据库，学生刷卡后选择机位电源开启即可上机。 经过近几年的机房管理，发现上述几种方式存在很多局限性，弊端和隐患。 具体可见下节分析。基于当前计算机发展和管理现状，考虑到长治学院机房管理 情况。开发一套能适合多种管理模式，不同环境的计算机管理系统将带来重大的 意义。 第一章绪论 1 2 目前机房管理系统现状 社会各行业对计算机人才的需求，以及社会上各种网吧的投入，使得计算机 的数量迅猛增长。从几十台到几百台甚至上千的计算机管理，引起了计算机管理 的各色问题，营造了计算机管理系统开发的背景。行业的一些公司开发了各种计 算机和网吧管理的软件，还有各高校相应的开发了针对本院校机房管理的应用软 件。这些软件大都是量身定做，应用面较窄。这些管理系统主要可分为四种形式： 单机i c 卡方式，软硬件结合方式，纯软件方式，门禁方式n 2 3 】。 1 2 1 传统机房管理方式的弊端 信息化社会的到来，计算机及其网络技术已日益成为现代教学活动中必不可 少的学习内容和使用工具。越来越多的单位购置了大量的计算机设备并实现了连 网，为教师和学生的学习创造了良好的学习环境，极大地改善了学习条件。计算 机硬件设备的添置，在改善教学条件的同时，也给管理方面增加了工作量，带来 了新问题。目前大部分单位或采用购金额票，或人工登记上机金额的方法来进行 上机管理。传统的管理方法都或多或少地存在下面一些问题和漏洞。 1 在整个上机过程中，管理人员需随时进行上下机查卡登记、人数核查、超 时检查等工作，特别是在上下机高峰或机房较大，微机台数较多的情况下，更是 忙作一团，往往要安排多人值班才行，造成管理混乱和费用增大的问题。 2 计算机机房采用人工管理，学生凭机票自由上机。学生进入机房后，有意 或无意删除某些有用软件或破坏机器，造成机器使用混乱，机器出了问题无法找 到责任人，增加了机房值班人员的劳动强度。 3 上机往往是收费服务的，由于记时和费用换算问题，购机票和人工登记不 适用于随上随下和根据不同时间、机型等条件实行不同收费标准的管理方式，往 往造成学生不满收费标准合理性的情形。比如，不到整时按整时计算，各种机型 按同一标准计算等，费用收取不合理，从而影响学生上机的积极性。另外，由于 学生当时没买上机票，直接拿着钱来上机，这样就使机房值班人员和钱直接打交 道。不论是上机票还是人工登记的管理方法，都存在着伪造和人为徇私舞弊行为 的极大可能性，无法进行有效、准确、方便的财务核查和统计工作，必然造成经 济损失和管理混乱。 4 有时在机房会出现部分学生自费上机，部分学生课上上机。如何区分上课 学生与非上课学生极不方便。 2 第一章绪论 5 没有数据日志管理，为后来的安全带来了隐患。由于没有科学的管理方法 和手段，机房设备损坏严重，维修费用巨大，巨大的投入没能充分发挥其应有的 效益。 为解决以上问题，提高机房管理效率，降低工作强度，并及时处理机房发生 的故障，采用机房信息化管理势在必行。随着计算机网络技术与数据库技术，以 及智能卡技术的发展，为实现机房管理自动化提供了可能。 1 2 2 目前机房管理系统的优缺点 1 纯硬件控制方式 主要基于学校单机控制的需要而开发，属早期硬件单片机控制模式，即每台 计算机上加一块控制卡和一个i c 卡和读卡机。据调查和询问，纯硬件产品问题 比较多。现在使用纯硬件产品的学校，大多数苦不可言。读卡机和i c 卡总是出 莫名的错误，非常麻烦，多次造成教学事故。每天的维护量太大。因为正常的上 课时间也需要学生插卡，所以有时影响学生的正常上课。另外，纯硬件产品的前 期安装费用和后期维护费用非常高。每台计算机都需要安装一台读写器。因为质 量好的读写器一般价格较高，而纯硬件产品开发商为了降低成本，所以选取的是 质量比较差的产品，这样读写器的寿命不会太长。经调查，一般为0 5 2 年，甚 至更短。这样，后期的维护投资非常大。另外，从管理的角度上考虑，纯硬件产 品的维护也要耗费大量的人力资源。而且功能简单，数据采集不便，对机器仅起 到控制作用，无法完成管理功能，现已逐渐淡化出市场。 2 软硬件结合控制方式 后台管理机安装软件，机房每台单机安装计费控制器，学生插卡上机。这种 方式便于实现机房分布式控制和多级管理，但成本较高，难于扩充，难于维护。 3 纯软件帐号方式 纯软件产品的安全性太差。现在从网上可以下载到免费的纯软件机房管理系 统，经试用，非常容易逃费。有些纯软件产品，下机时还要学生操作，软件隐藏 性不好。还有一些产品，如果死机还要请管理人员注销，使用起来不是太方便。 纯软件方式一般采用账号管理，点分布可较广，易于扩充，成本低；但管理和监 控混为一体，过于依靠网络。 4 门禁方式 上下机，要分别在门禁机刷一次卡。实现刷卡管理和计费，成本较低、易拓 展、易接入校园一卡通、易管理，但对机房网络环境的稳定性有一定的要求。 长治学院现有机房的管理皆采用刷卡集中电源控制管理，这种方式方便了管 理员的管理，能够达到无人值守，完成一定的查询统计工作。但还有很多不完善 3 第一章绪论 的地方：一不能生成上机记录日志文件，对日后维护管理不能责任到人；二没有 和课表结合，考察学生上课情况，如一个班上课，却要整个机房无卡上机，一些 其他人员乘机进入机房，造成对机房的破坏记录不能做到准确；三计算机的电源 受智能插座控制，到规定时间插座切断电源，这样往往不能做到正常关机，现实 中对计算机造成了很大损坏，尤其是硬盘。 我们通过对现有机房管理系统的分析，具体考虑到本学院计算机机房分散 性、经营管理统一核算，各单位自主使用计算机情况，经过调查与研究系统采用 了基于c s 模型的门禁帐号双层认证管理方式。考虑到系统将来的应用，能适合 于不同环境、不同用户要求。我们从功能上把本系统设计成可应用于四种模式的 管理系统。 1 3 课题研究的主要内容 本系统有四种运行模式选择，用户可依据上机情况和机房环境选择不同模 式。 本论文的研究，是为了通过一个完整的项目策划和实践来综合运用所学的知 识，该项目中将涉及到网络通信技术、操作系统的控制、数据库、数据的统计、 报表的生成、数据的安全等。 在项目的研制过程中，我们要解决的计算机机房管理中的常规问题，比如： 自动关机：学生在下机，计算机被锁定。锁定的计算机在一定时间内如没人 登录回自动关闭，避免频繁开机节约能源。 远程关机：有的学生离开时不关机，或下班前大量机器未关，可以使用远程 关机命令关闭所有的计算机； 课程表管理：有时机房的开放与课余上机需同时进行，借助课程表可以区分 该学生是免费上课还是自费课余上机； 计费方式：学生想上机时，不收票价的限制，可根据上机时长和费率自动计 算出上机费用，也省去了管理员检票和售票过程中与现金接触的不规范管理； 数据统计：可以统计出各课学生的出勤情况，课余上机的情况，甚至可以利 用数据挖掘技术分析学生的上机规律，找出上机高峰期和低谷区，再利用费率杠 杆来人为调整机房的利用率。 设备管理：登记各个机房设备情况，统计使用情况，报废、维修、借出；依 据配置写入机型。 注册售票管理：学生上机必须先注册，可以批量注册也可单个注册。金额不 足时可以续额，每学期按照课表完成学生补贴录入，可按班级集体录入也可单个 录入。 4 第一章绪论 该项目既有硬件又有软件，是计算机机房管理中较典型的软硬结合型。通过 利用计算机的串口通信实现对门禁的读写，通过基于w i n s o c k 的网络编程，实现 数据在网络中的传输，结合w i na p i 接口编程达到计算机远程控制的目的。该 技术可以推广到其他项目的应用中。 通过本项目的规划到实际应用的全过程，能综合实践软件工程中关于软件 的规划、设计、测试、和维护的全过程，是自己所学知识的综合检阅和练兵，为 以后设计、规划、实践更大的项目打下基础。 1 4 论文结构 本论文共分为五章，各章内容安排如下： 第一章绪论，对目前机房管理系统的现状以及研究动态进行比较、分析；提 出了系统实现的目标，介绍本文的研究内容。 第二章系统分析，对现机房的管理和管理要求做了分析和调查，提出了新的 解决方案，进一步规划了系统框架结构和模块划分。 第三章机房管理系统后台数据库的设计与实现，对本系统的数据库设计做了 详细分析和规划。给出了系统数据库连接的方式。 第四章系统设计与实现，针对现有计算机机房实验室的管理提出了计算机局 域网内的远程控制和机器管理模式的设计。利用了流行的w 烈a p i 接口编程， 采用基于w i n s o c k 的网络编程，灵活应用了钩子技术实现计算机控制与管理。系 统的设计与实现上，主要介绍了利用基于m i d a s 的多层数据库应用技术实现机 房的信息化、自动化管理。采用较成熟的c s 三层模型和早期的二层模型的混合 模式开发本系统，给出了不同运行模式下的流程。 第五章结束语，陈述了本人完成的工作，系统的特点。分析了系统存在的不 足，同时给出了系统将来的展望。 第二章系统分析 第二章系统分析 弟一早尔现万忻 机房管理信息系统主要存在于各类高等院校，目前甚至各类中专、职业技术 学校、中小学都拥有自己的机房。社会各行业对计算机的需求推动了计算机的普 及同时也带来了计算机管理上的一系列问题。要求实现计算机管理的信息化、数 字化、自动化和网络化，为此系统的开发必须遵循安全可靠、稳定、维护性好等 原则，以便于系统既能满足目前的需要，又能适应将来扩展的需要。本系统主要 是依据长治学院对机房管理的要求，同时参考了其他兄弟院校的机房管理模式开 发和设计的。 2 1 需求分析 2 1 1 机房现状 机房情况：全院仅计算机科学系、物理与电子信息系以及数学系拥有自己管理的 机房，另外还有社会投资建设的机房。全院机房分布在南北两校区 的不同楼间，机房分布位置比较分散，各个机房机子配置不同，而 且在同一机房有多种型号的机子。全院机房被划分为专业机房、公 用机房及校私合营机房。专业机房，即各系独立管理维护的计算机 实验室，主要完成本系教学任务，课外不对外开放。公用机房，即 全院各系共用的机房，主要完成计算机基础的教学任务，机子多， 任务重，工作量大。校私合营机房，即社会投资，学校提供场所， 部分时间学校可无偿上课使用，部分时间投资方可对外开放。全院 各个机房可通过校园网接入i n t e m e t 网，由网络中心管理负责。 上机模式：计算机机房承担了全院计算机教学、c a i 教学、计算机培训以及课余 上机，同时节假休息日可对外包机。存在上机人多，人员杂，上机 方式多样化。我们依据上机性质的不同，主要分为学生以班级课 堂集体上机学生以个人自由上机依据老师安排免费上机培训 考试用机对外包机五形式。 管理方式：全院所有机房资源利用统一由院教务处分配，专业机房由所属部门 独自管理维护，有一定的独立自主权，但不对外开放无盈利，维护 费由学院负责。公用机房委托各部门经营管理，使用权归教务处， 课下对外开放，维护费用由学院和委托部门共同负责。校私合营机 房由投资方全权负责，只在一定时间内为学院无偿提供上课服务， 6 第二章系统分析 要满足上课要求。公用机房通过门禁上机，学生刷卡；正常上课管 理员可屏蔽门禁，学生无卡上机。专业机房只在上课或实训时开放， 平时不对外，没有盈利。 存在问题： 1 专业机房利用率低：主要由于学生人数多，人员杂；基本为人工管理， 要做到机位与上机者对号，工作量大，且经常出错；对于一些不负责任的 上机人员经常不能责任到人。而且管理员的投入却是无偿，造成管理员的 积极性不高。 2 现有机房门禁，主要通过对电源的控制完成学生的上下机，经常出现上 机时间到不能给出提示或给出提示学生没有关机，即造成断电关机，机子 损坏较大。 3 全院机房实行统一价格收费，而各个机房的计算机配置高低不同，影响 了学生上机的积极性。 4 对上机情况没有记录，不利于日后的统计工作；同时对于故意破坏的学 生无法追究。 计算机机房管理的目标： 1 学生的用机情况和操作员操作有详细完整的记录，对设备的使用直接责 任到人，杜绝恶意损坏机器或违规操作机器的情况； 2 结合课表可统计学生的出勤情况，为老师提供平时成绩的参考依据； 3 学生上机必须通过刷卡认证，结合课表判断是课堂上机，还是课余上机， 同时要在学生机端登录方可上机：下机要在学生机端注销，否则在下机刷 卡时不允许退卡，给出没注销提示； 4 学生机端在无人使用时锁定，一定时间后自动关闭； 5 机房管理员可以实时监控学生用机情况； 6 可以远程控制学生机； 7 管理机应能自动计费： 8 实现不同档次的计算机不同时间段采用不同的费率。 9 完成统计与报表的生成；按条件查询统计机器使用情况，机房完成的工 作量，机器维护情况，对实验室的评估提供依据。 1 0 系统有完整的设备管理库，为院设备科提供机房设备情况的参考。 2 1 2 解决方案 为了使系统能很好地满足目前机房管理的需求，根据调查和分析，结合全院 机房分布情况、管理的特点和要求。我们制定出如下初步的方案。 7 第= 章系统分析 整个系统体系结构采用分布式管理：网络结构拓扑图如图2 - i 所示 图2i 机房管理信息系统网络结构拓扑图 硬件方面： l 我院已组建成南北两校的校园网各个机房也都组建了局域网，拥有本机 房的p c 服务器。依据充分利用好现有校园网络资源，减少不必要的重复投入： 将中心数据服务器放在网络中心挂在校园主干网上，达到各机房用户对公用数据 共享、统一管理、统一核算。 2 利用现有机房已有网络，每个机房可配一台管理机和门禁机，可分别配置， 也可共用一台，都经应用服务器访问中心数据库。需要给管理机配一台u p s ，防 止断电数据损失，停电后学生能正常下机。 3 依据机房分布和规模，对于大型机房可独用一应用服务器放在该机房，小 型集中的机房可共用一个应用服务嚣放在某一机房或网络管理中心。应用服务器 根据情况可用原有的p c 服务器。 软件方面； 1 通过对现有机房管理系统的比较我们把本系统定位到能够应用于多种机 房管理的工作环境，可适应于各类不同管理模式要求。易采用多种工作模式相结 合，依据现有要求选择不同模式：门禁帐号模式，单门禁模式，仅帐号模式，预 约模式“”。 门禁帐号模式：用户进入机房必须通过门禁确认，同时要在学生客户端登陆才能 上机，这种方式增加了系统的安全性，防止了学牛利用任何一种方 式逃避交费。同时进一步保护了学生的利益。 i14一 第二章系统分析 单门禁模式：我们可以根据用机环境采用仅需门禁认证模式，如班级集体上课时 可采用该模式，简化上机确认。 仅帐号模式：在机房管理金费短缺的情况下，采用纯软件认证模式，可减少对门 禁机的投资，或在门禁系统出现问题时，可利用此模式。 预约模式：用于集体预约上机，或计算机培训，计算机考试等。 2 系统软件结构上采用了基于m i d a s 的多层数据库应用开发技术。 3 系统通讯采用了基于t c p 、u d p 协议的组件编程。 4 系统计算机控制采用了w i na p i 编程技术和钩子技术。 2 2 系统总体框架分析与模块划分 1 系统框架分析与模块划分 依据上面的需求分析，经过反复研究与论证，结合机房管理实际情况，我们 将机房管理信息系统分为七大部分： 第一部分中心数据库，主要存放全校的公用数据，如用户注册信息，基本管 理信息，统计信息等。客户端的身份认证要通过访问中心数据库来确认，是自由 上机还是课内上机也必须访问中心数据库。中心数据库为机房管理系统的查询统 计提供了全部的数据。 第二部分应用服务器端，主要响应各客户端的信息请求，进行分析处理来执 行不同的事务。应用服务器可以直接访问中心数据库，而各客户端必须通过应用 服务器来访问中心数据库。 第三部分中心数据管理端，主要实现对中心数据库的信息管理，如设备信息 管理，全校课表的管理，权限管理的设置，机型设置与费率设置及基础数据的管 理等。在超级管理端采用了c s 的二层结构直接访问中心数据库，与中心数据库 放在同一网段。中心数据库管理端功能结结构框架图，如图2 - 2 所示。 图2 - 2 机房管理信息系统数据库服务器功能结构图 9 第二章系统分析 第四部分用户注册充值管理客户端，完成管理员的登录验证及密码更改，负 责用户注册、帐户充值，退卡结算，查询管理员和售票记录信息等。是机房管理 系统的重要部分。用户注册充值管理端功能结构框架图，如图2 - 3 所示。 图2 3 用户注册充值管理端功能结构图 第五部分机房管理机客户端，负责对整个机房学生机的控制、本机房设备的 管理，信息的查询统计。学生机端与其直接连接，系统的计费、远程控制、计费 监控等安装在管理机上，它是机房管理系统的核心部分。机房管理机客户端功能 结构框架图，如图2 - 4 所示。 图2 4 机房管理机客户端功能结构图 第六部分用户上机登录客户端，在这部分安装了机房控制管理的部分程序， 按照工作模式可才用验证登录和直接登录，用户可在学生机端查询余额补贴，更 l o 第二章系统分析 改密码和用户名，注销下机。用户上机登录客户端功能结结构框架图，如图2 5 所示。 图2 - 5 学生登录客户端功能结构图 第七部分本地数据库即系统的前台数据库，主要存储本机房的基本数据和临 时表，如本机房的课程表、机器设备表、上机记录表以及上机在线监视临时表。 可以安装在管理机端。 2 各模块之问的关系，见图2 - 6 所示。 2 3 系统数据库方案分析 图2 - 6 模块结构关系图 基于上述分析，系统采用了分布式管理的方式，前台数据库与后台数据库相 结合。根据不同情况在不同校区可以安装若干个数据库服务器，利用s q l s e r v e r 的复制技术来保证各数据库服务器之间的数据同步h 1 。 在本系统中，前台数据库使用了微软的v f p ，它和后台的s q ls e r v e r 同为 微软的产品，可以非常好的实现数据的交流，v f p 和s q ls e r v e r 的交流，可通 过3 种方式进行哺：远程视图，a d o 控件，s p t ( s q lp a s st h r o u g h ) ，3 种方式各有优缺点，开发本系统时，我们选择了第三种方式。远程视图和a d o 都在v f p 和s q ls e r v e r 中间加了一个层次，而这层次就相当于一个黑箱，你不 清楚它们到底怎么操作数据的，只需按照它们的规则进行设置，使用相应的命令 第二章系统分析 就可以，作为程序员，如果喜欢清楚地知道程序每一步都在干什么，可以选用 s p t 。 s p t 技术【6 j 是通过v f p 的函数s q l c o n n e c t ( ) 来和s q ls e r v e r 建立连接， 然后用s q l e x e c 0 函数把要执行的s q l 命令送至u s q ls e r v e r 上去执行，所有对 数据的操作都是通过这些s q l 命令来进行的，每一个细节都由自己的代码来控 制。注意一点是在用s p t 技术更新数据时，必须通过s q l 命令进行，s q l 命令必 须符合a n s i 或者t s q l ( 微软的t r a n s a c t i o ns q l ) ，因为命令是通过v f p 的 s q l e x e c 0 函数送至u s q ls e r v e r 去执行的，语法必须遵守s q le r v e r 的规则， 而不是v f p 的规则。 在本系统中，后台数据库我们选用了微软的s q ls e r v e r ，s q ls e r v e r 是基于网络数据的数据模型，常用在分布式数据管理中。 我们选用以上结构方式主要基于如下考虑： 分布式数据库系统是在集中式数据库系统的基础上发展来的。采用集中式数 据库，所有系统成分均驻留在单个计算机内或在单个场地( s i t e ) ，集中式数据库 可以通过与它连接的终端进行远程存取。这样虽然有利于数据的维护和保持它的 一致性，但一旦中心数据库发生了故障，整个系统都将瘫痪。 而近若干年以来，计算机系统已趋向于通过网络连接起来形成的分布式计算 机系统。数据库技术、计算机网络技术不断发展促进了在数据库应用系统中分布 式数据库结构的应用，采用分布式数据库结构的理由有如下几点： 1 目前一些数据库应用已具有分布式特色。许多数据库应用已经被自然地分 布在不同位置上。如一个公司在多个城市设立分公司，一个高校有不同的校区或 院系，地理分布较广等等。分布式数据库技术在这些应用中很自然可将它分布在 其相应位置上。比如，大多数局部用户只在他们所在地存取数据，而有些全局用 户( 如：公司董事长，校集团领导) 可能要查询存储在多个场地上的相应的数据。 2 增加了可靠性和可用性，这是分布式数据库最有吸引力的优点。可靠性是 说系统在特定时刻能达到的能力，而可用性是说在一定时间间隔内系统继续能用 的能力。当数据和软件分布在几个场地上时，某个( 或几个) 场地出现故障，其 他场地仍可以继续操作而只有出现故障的场地上的数据和软件不能存取或操作， 这就可以改善系统可靠性和可用性。对于集中式系统，单个场地出现故障则所有 用户对整个系统都无法使用。 3 提供局部自治的数据共享。在采用分布式数据库结构的系统中，希望局部 数据库有一定的自治权，这种基于局部自治的数据共享在整个分布式管理信息系 统中相当重要。 1 2 第二章系统分析 4 改善系统性能。当一个大型数据库分布在多个场地上时，在每个场地上只 有较小的数据库了。由于其规模较小，在单个场地上的局部查询和事务处理会有 较好的性能。此外，单个场地事务执行数比起将所有事务均提交给一个集中式数 据库会少得多。对事务而言，可以调用多个场地上的数据，在不同场地上平行处 理以减少响应时间。 第三章系统数据库设计与实现 第三章系统数据库设计与实现 机房管理系统从其信息管理出发与任何管理信息系统一样，数据库管理系统 和数据是其主要部分之一。所谓数据库管理系统是对系统所用到的数据进行登 录、修改、删除、查询等日常数据维护的计算机系统。机房管理信息系统对数据 处理的主要特征是数据量大、数据类型多、数据之间的关系复杂和数据分布存储， 而对数据的加工比较简单。依据信息工程原理，数据位于现代数据处理的中心， 具有一个稳定的数据基础是建设m i s 最本质的问题，数据库设计的合理与否将 直接影响到系统的性能和后期开发的难易程度。 3 1 数据库设计方法 数据库设计方法通常可分为四类：直观设计法、规范设计法、计算机辅助 设计法和自动化设计法【7 ，8 】。 ( 1 ) 直观设计法。直观设计法主要凭借设计者对整个系统的了解和认识， 以及平时所积累的经验和设计技巧。完成对某一数据库系统的设计任务。这种设 计法带有很大的主观性和非规范性。对于一个信息结构复杂、应用需求全面的综 合性要求强的大型数据库系统有它的局限性。如能与规范化设计结合能为数据库 的设计带来很高的效率。 ( 2 ) 规范化设计法。规范化设计法将数据库设计分为若干阶段，明确规定 个阶段的任务，采用自顶向下、分层实现、逐步求精的设计原则，结合数据库理 论和软件工程设计方法，实现设计过程的每一细节，最终完成整个设计任务。常 用的规范化设计方法主要有：基于3 n f 的数据库设计方法、基于实体联系的设 计方法、基于视图概念的数据库设计方法等。 基于3 n f 的数据库设计方法其基本思想是在需求分析的基础上，识别并 确认数据库模式中的全部属性和属性问的依赖，将它们组织在关系模式中，然后 再分析模式中不符合3 n f 的约束条件，用投影方法将其分解，使其达到3 n f 的 条件。 基于实体联系( e r e n t i t y r e l a t i o n s h i p ) 的数据库设计方法是通过e - r 图的形式，描述数据问的关系。其基本思想是在需求分析的基础上，用e r 图构 造一个纯粹反映现实世界实体( 集) 之间内在联系的组织模式，然后再将此组织 模式转换成选定的d b m s 上的数据模式。 基于视图概念的数据库设计法，其基本思想是先从分析各个应用的数据 着手，为每个应用建立各自的视图，然后再把这些视图汇总起来合并成整个数据 1 4 第三章系统数据库设计与实现 库的概念模式。 ( 3 ) 计算机辅助设计法。计算机辅助设计法是指在数据库设计的某些过程 中，利用计算机和一些辅助设计工具，模拟某一规范设计方法，并以人的知识或 经验为主导，通过人机交互方式实现设计中的某些部分。 ( 4 ) 自动化设计法。自动化设计法是一种缩短数据库设计周期、加快数据 库设计速度的方法。往往是直接用户，特别是非专业人员在对数据库设计专业知 识不太熟悉的情况下，较好地完成数据库设计任务的一种捷径。 机房管理信息系统应用于各类高等院校和各色网吧，设计上要求规范合理、 性能高效。数据库的设计采用了直观设计法与规范设计法相结合的方式。 3 2 系统数据库设计实施 3 2 1 合理设计数据库 本系统的开发主要涉及两大问题：一是网络通讯，二是数据库。而数据库是 所有信息保存的场所，它的设计是否合理直接影响到系统软件的质量，影响到软 件对数据访问的速度。因此在建立数据库时需要考虑的问题如下： 1 数据的正确性和一致性 在系统中，多用户共享数据库时，由于并发操作，可能影响数据的一致性， 因此必须对并发操作加以控制，保持远程数据与本地数据的一致。 2 合理的数据冗余 在非网络的集中式数据库中要尽可能减少数据的冗余度，以节省存贮空间， 使数据易于保持一致性。冗余数据虽易造成不一致性，且系统为了维护冗余数据 要付出一定的代价，但在分布式数据库中适当增加数据的冗余是有好处的。适当 的增加冗余，在应用中可以减少查询时所用到的复杂联结，从而提高数据库的网 络性能。增加冗余分两个层次：一是数据库层，二是表层。数据库层数据冗余： 机房管理系统采用两层c s 和三层c s 相结合的模式，此种冗余数据以数据库副 本的方式出现，副本的存在使许多应用可以“本地性”，大大减少了网络通信， 提高了系统的性能；再有当某一结点出现故障时，由于拷贝副本的存在，系统仍 可对此副本操作，而不至于因一处故障而使系统无法使用。表层数据冗余：数据 库的规范化其实质是概念的单一化，所以规范后的数据库中的表一般都较小，使 表中相关列最少，这虽然增强了数据库的可维护性，但在系统要完成一些检索时， 可能要用复杂的联结才能实现。这种操作有时需要网络i o 上的较大开销，这将 导致性能的下降。对这一问题的解决方案，一是建立临时表或定义视图以减少频 繁出现的多表联结，二是在数据库的设计时仅采用恰当的范式等级。 第三章系统数据库设计与实现 3 合理的数据类型选择 数据类型的合理选择对于数据库的性能和操作具有很大的影响，因为不同的 数据类型所占用的存储空间、运算速度都不一样，所以对数据类型的选择是否合 理对程序性能的优劣有很大影响。 4 合理的数据规范化存储 规范化的数据存储不但有利于我们养成良好的数据库设计习惯，提高程序的 质量，而且对日后的数据库维护也有很大的益处。但是不能单纯为了规范化而规 范化，高范式等级的数据库在网络中不一定有高性能。因为使数据库规范化的方 法是把表拆分成相关列最少的表，这样查询时就需要用复杂的联结，占用较多的 c p u 资源和i o 操作，才能查到客户端所需的数据。这样的开销是我们所不希望 的，因为这会导致复杂度的增加和性能的下降。所以在网络环境下有必要对规范 化进行必要的平衡，使系统有最优的性能。 5 合理增加标识列 当一个表需要多个列的组合才能组成主键时，可以在表中合理的增加一列作 为主键，唯一标识此表，一般这- - n 用的值是一个编号或是时间戳( t i m e s t a m p ) 等。在这种情况下增加列虽然多占了存贮空间，但是在索引中以此列代替大的组 合键，可获得性能的提高。 3 2 2 系统数据库设计 依据第二章的分析，我们在机房管理系统数据库设计中定义了机房、机器、 用户( 学生) 、权限组、教师、操作员、课程、班级、院系等实体。下面我们给 出机房管理系统数据库的概念模型，即建立实体之间的e r 图，如图3 一l 所示。 同时按照e r 图向关系模式转换的方法原则生成对应的关系模式。 注：在机器与学生的联系( 使用) 隐含了自费、补贴、预约等上机方式。图 各实体的属性和联系属性见表3 - 1 所示。 表3 - 1 实体和联系及其属性 实体( 集) 或联系实体( 集) 或联系包含的属性 权限组组号，组标题，组说明 操作员编号，姓名，性别，用户名，密码 院系院系代码，院系名称 教师教师编号，姓名，性别，用户名，密码 作息时间星期，节次，开始时间，结束时间 班级班级名 学生 学号，姓名，性别，入学日期 1 6 第三章系统数据库设计与实现 课程课程代码，课程名称 机器 设备编号，配置，购置日期，有效标志 机房机房号，分配i p 机型 机型组，费率 排课2周次 注册注册日期，预存金额，存入总额，余额，补贴时数，用户名，密码，用 户类型 注销 注销日期，退还金额 充值充值日期，金额，补贴机时 使用上机时间，下机时间，上机日期，消费金额，补贴消费 图3 - 1 机房管理信息系统e - r 图 1 概念模型转换为关系模型的原则m 8 1 ( 1 ) 将一个实体型转换为一个关系模式。实体的属性就是关系的属性，实 体的关键字就是关系的关键字。 第三章系统数据库设计与实现 ( 2 ) 将一个m ：n 联系转换为一个关系模式，两个相关联实体的关键字以 及该联系本身的所有属性均为该关系模式的属性，其关键字为两个相关联实体关 键字的组合。 ( 3 ) 一个1 ：1 1 联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与n 端对应的 关系模式合并，如果为一个独立的关系模式，则两个相关联实体的关键字以及该 联系本身的所有属性均为该关系模式的属性，其关键字为n 端实体的关键字。 ( 4 ) 一个l ：1 联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意一端对 应的关系模式合并，如果转换为一个独立的关系模式，则与该联系相关联实体的 关键字以及该联系本身的所有属性均为该关系的属性，可选其中任一实体关键字 为该独立关系模式的关键字；如果与某一端实体对应的关系模式合并，则需要在 该关系模式的属性中包含另一端实体的关键字及联系本身的所有属性，可选其中 任一实体关键字为该合并关系模式的关键字。 ( 5 ) 上述规则通常适合于二元联系，对于三个以上实体间的多元联系构成 的关系模式，和两实体间的m ：n 联系一样，与该多元联系相关联各实体的关键 字以及该联系本身的所有属性合并组成该关系模式的属性，其中关键字为各相