（计算机软件与理论专业论文）数字化教学中家长与学校互动平台的设计与实现.pdf

摘要 二十一世纪是知识经济的世纪，是网络化的世纪，我国教育的发展迎来了新 的机遇和挑战。通过采纳高效的计算机技术、先进的网络技术和丰富的应用软件， 并且结合教育信息化的理念，数字化教学逐渐向传统教学中渗透，而家长与学校 的交流也是数字化教学过程中的一个重要环节，基于这样的背景，我们设计和开 发了数字化教学中家长与学校互动平台。 浏览器n 务器结构实现了“瘦”客户端，使得整个系统的维护量很少，而 且系统减少了向数据库服务器发送s q l 请求，使系统性能更佳。另外，这种结 构能够实现更为细致的授权定义，从而增强整体系统的安全性。这种结构也体现 了分布式应用系统的含义，分布式应用系统结构把系统不同的运作部分分布到独 立的机器中，使整个应用系统的延展性大为提升，已成为众多厂家争相采用的新 型体系结构。 本文对浏览器服务器结构和以前的网络计算模型进行了分析比较，阐述了 浏览器n 务器结构的工作原理及其特点，说明了平台所选用结构的合理性和优 越性。另外，本文对开发家长与学校互动平台所采用的a s p n e t 技术、 a d o n e t 数据访问技术、c 撑、组件技术以及x m l 技术等都进行了详细论述， 说明平台所采用技术的先进性、优越性和适用性。 本平台实现了信息浏览与查询、网上讨论、留言等多种功能，并且给管理员 提供了基于角色的平台管理功能，在平台的吸引力和亲和力等方面也做了很多工 作，对于家长和学校相互交流的一些特殊要求给予了充分考虑。本平台提高了家 长与学校相互交流的效率，是一个基于互联网的、功能完善的、扩展性好的、安 全可靠的、实用性强的家长与学校之间相互交流的平台。 关键词：互动平台，浏览器n 务器结构，c o m ，c o m + ，a s p n e t ，x m l a b s t r a c t t h e t w e n t y f i r s tc e n t u r yi st h ec e n t u r yo fk n o w l e d g ee c o n o m ya n dn e t w o r k ，t h e e d u c a t i o ni no u rc o u n t r ym e e t sn e wc h a n c e sa n dc h a l l e n g e s i n t e g r a t e dt h et h e o r yo f e d u c a t i o ni n f o r m a t i o n i z e ，e - t e a c h i n gi sg r a d u a l l yp e n e t r a t i n gt ot r a d i t i o n a le d u c a t i o n b yu s i n g e f f e c t i v e c o m p u t e rt e c h n i q u e ，a d v a n c e d n e t w o r ks k i l la n da b u n d a n t a p p l i c a t i o n s o f t w a r e a n dt h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e np a r e n t sa n ds c h o o li sa l l i m p o r t a n tc o m p o n e n t o fe t e a c h i n g b a s e do nt h e b a c k g r o u n d ，t h e i n t e r a c t i v e p l a t f o r mb e t w e e np a r e n t sa n d s c h o o li sd e s i g n e da n d d e v e l o p e d t h e t h i n c l i e n to ft h eb ss 缸1 l c n l r em a k e sm u c hl e s ss y s t e mm a i n t e n a n c ea n d r e d u c e st h es q l r e q u i r e s t od a t a b a s es e r v e r s ot h es y s t e mp e r f o r m a n c er e a c h e st ot h e b e s t f u r t h e r m o r e ，t h es t r u c t u r ei sc a p a b l eo fm a k i n ga u t h o r i z a t i o na n dd e f i n i t i o n m o r e p a r t i c u l a rs oa st oe n h a n c e t h es y s t e ms e c u r i t y t h eb se m b o d i e st h ed e f i n i t i o n o fd i s t r i b u t e da p p l i c a t i o ns y s t e m t h ed i s t r i b u t e da p p l i c a t i o ns y s t e ms t r u c t u r ep u t t s d i f f e r e n tr u n n i n gp a r t st oi n d e p e n d e n c em a c h i n er e s u l ti ng r e a ti n c r e a s eo ft h es y s t e m d u c t i l i t y s om a n ye n t e r p r i s e ss t r i v et oa d o p t t h en o v e ls t r u c t u r e t h ed i s c i p l i n e s ，c h a r a c t e r i s t i c so ft h eb sa n d c o m p a r i s o n t oo l dn e t w o r k c o m p u t a t i o nm o d e l s a r ed e e p l ya n a l y z e di nt h i st h e s i s t h er a t i o n a l i t ya n d s u p e r i o r i t y o f t h es t r u c t u r eo nt h ed e v e l o p e d p l a t f o r m i sa l s od e p i c t e d a n da s e n e t , a d o n e t , c # c o m p o n e n ta n dx m l a r ed i s c u s s e di nd e t a i l s s ot h et e c h n i q u e si nt h ew o r k p o s s e s sa d v a n t a g e s ，s u p e r i o r i t i e sa n da p p l i c a b i l i t y t h ef o l l o w i n gf u n c t i o n sa r ei m p l e m e n t e do nt h ep l a t f o r m ，i n f o r m a t i o nb r o w s e a n dr e t r i e v e ，o n l i n e d e b a t e ，m e s s a g ea n dr o l e s b a s e d p l a t f o r mm a n a g e m e n tf o r a d m i n i s t r a t o r m a n y w o r k sa r ef o c u s e do np l a t f o r m sa t t r a c t i o na n d a p p e t e n c y s i m u l t a n e o u s l y , a l o to fc o n s i d e r a t i o n sa r eg i v e nt os o m e s p e c i a ld e m a n d w i t h r e s p e c t t ot h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e np a r e n t sa n ds c h 0 0 1 a n y w a y , t h i sp l a t f o r mi n c r e a s e s i t h ec o m m u n i c a t i o ne f f i c i e n c y a n di t i sa ni n t e m e tb a s e dp l a t f o r mw i t hp e r f e c t f u n c t i o n s ，s t r o n ge x p a n s i b i l i t ya n dp r a c t i c a b i l i t ya n d r e l i a b l es e c u r i t y k e yw o r d s ：i n t e r a c t i v ep l a t f o r m ，b s ，c o m ，c o m + ，a s p n e t , x m 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 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 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 为获得酉j 竖太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：题笪签字日期：继年互月旦日 引言 二十一世纪是知识经济的世纪，是网络化的世纪，我国教育的发展迎来了新 的机遇和挑战。积极应用现代教育技术，全面推进教育改革和实施素质教育，培 养具有创新精神和实践能力的高素质人才，已成为现代教育发展的共识。 通过采纳高效的计算机技术、先进的网络技术和丰富的应用软件，并且结合 教育信息化的理念，传统的教学正向以学生为主体的、交互式的、协作式的和探 索性的现代教育转换，学生作为整个教学过程的主体，如何充分地发挥学生在学 习过程中的能动性，是构建整个数字化教学的关键；家长作为这个主体的社会老 师，如何更准确、及时、方便地了解到自己子女在校的学习情况，从而更好地配 合老师为学生创造一个更有利于个人发展的空间，也是数字化教学过程中的一个 重要环节。随着信息技术的发展，教育信息网、其它教育网站的逐步发展、并通 过光纤等高速网络环境实现了学校与社会、学校与家庭等的联结，从而形成了一 个全社会的终身学习环境。 数字化教学的实现目标之一，就是在现代化教学模式的装备下，为家长与学 校相互交流提供方便的平台，家长可以通过互联网随时登录家长与学校互动平 台，了解子女的详细情况，学校的教师和学生也可以通过这个互动平台和家长进 行交流，达到相互之间及时沟通的目的。 现在已经有许多成熟的数字化教学软件产品，但是通过仔细的查看与分析这 些数字化教学软件产品，我们发现这些软件产品中对于家长与学校互动的内容涉 及很少。作为一个孩子的父母，迫切地希望了解孩子在校的学习情况、心理健康、 在校生活情况等。可是，在如今的经济飞速发展的时代里，家长己没有太多的时 间专门到学校去了解孩子的情况，而且传统意义上的家访、学校统一组织家长会 等沟通形式，已经不能适应新型教学的发展，如果学校能借助信息技术，开展与 家长之间的信息互通，就可以增强家长与学校之间的信息透明度，促进现代化的 教育体制更加完善。 家长与学校互动平台就是一个实现在网络环境下、家长与学校之间相互沟通 的完善的软件平台。家长与学校互动平台专门关注了家长这个角色的需求，弥补 了现有的数字化教学软件中对于家长与学校互动的内容涉及很少的不足，使得家 t 长借助信息技术与学校进行信息互通，及时地了解子女在校情况，实现了家长、 教师和学生三方相互沟通，并且可以使得家长参与到校外的自主教育活动中，从 而使家庭教育达到一定的高度，提高教育质量，共同培养孩子。同时，学校也将 从中获益。 本平台结合教育信息化理念，利用浏览器服务器结构、a s p n e t 技术、 a d o n e t 数据访问技术、c # 、组件技术和x m l 技术实现了信息浏览与查询、 网上讨论、留言等多种功能，并且给管理员提供了基于角色的平台管理功能，因 此是一个设计统一规范的、功能完善的、涵盖面广的、安全可靠的、实用性强的 家长与学校之间相互交流的平台。 本论文共分为七个部分： 引言：主要介绍研究背景。 第一章，绪论。介绍了国内外教育信息化和教育手段现代化的现状、数字化 教学中家长与学校互动平台的特点以及主要工作和关键技术。 第二章，浏览器服务器结构与分布式系统。介绍了网络计算模型的发展， 浏览器服务器结构的特点和分布式系统，从而阐明本平台所选用结构的合理性 和优越性。 第三章，平台开发所采用的关键技术。对开发平台所采用的m i c r o s o f t n e t 、 c o m d c o m c o m + 技术和x m l 技术进行了详细介绍，说明平台开发所采用的 技术的先进性、优越性和适用性。 第四章，家长与学校互动平台的分析与设计。从建站主导思想、可行性分析、 系统需求分析、平台结构设计、主要功能的设计、数据库设计和平台的安全性设 计方面详细介绍了平台的分析与设计过程。 第五章，家长与学校互动平台的实现。介绍了本平台在开发过程中所采用的 关键技术和本平台的主要功能的具体实现。 第六章，总结与展望。总结了本平台的研究与设计实现中所做的工作，并提 出了今后可以继续开展的研究工作。 第一章绪论 自2 0 世纪中叶计算机诞生以来，计算机技术就以罕见的速度迅速发展和普 及，渗透到人类生活的各个角落。自2 0 世纪9 0 年代以来，国际教育界出现了以 信息技术( i t ) 的广泛应用为特征的发展趋向，国内学者称之为教育信息化 1 】 现象。 教育技术作为教育深化改革的突破口和制高点已逐渐成为人们的共识，并且 与素质教育、教育信息化、创新人才培养、促进终身教育体系的建立等重大问题 紧密相关。现代科学技术的发展，己经成为现代教育发展的重要驱动力。现代教 育技术学在电子技术、传播技术和信息技术等现代科学技术的推动和影响下，已 成为正在堀起的现代教育科学的一个重要分支。从技术上看，教育信息化的基本 特点【2 1 是数字化、网络化、智能化和多媒体化。数字化的学习环境就是指利用多 媒体技术、网络技术，将学校的主要信息资源数字化，并实现数字化的信息管理 方式和沟通传播方式，从而形成高度信息化的人才培养环境。 利用多媒体网络促进新型教学方式的实现，鼓励以学习为中心的教学模式。 教师将从传统的知识传授者转变为学生学习的导航者、学习活动的主持者。各门 课程的学习更多地围绕着高水平的闯题讨论而展开，与有关的项目和课题结合起 来，学生可以利用各种网络资源库搜索自己需要的信息，进行研究性学习，解决 各种问题，完成一定的项目，同时利用互联网与其他学习者进行广泛的合作探索 和讨论交流。教师也可以利用互联网将学校以外的信息资源和智力资源引迸到教 学中。 建立满足高水平的学生和教师之间的互动需要，促进主动式、协作式、研究 型的学习，从而形成开放的、高效的教学模式，更好地培养学生的信息素养以及 解决问题的能力和创新能力。建立既能满足学生和教师互动需要，又能适应学生 自主的、交互的、协同式的学习，并且具有研究型教学功能的网络教育支撑平台 和网站。 自从互联网兴起以来，美国非常重视互联网在学校的应用，他们要把所有的 教室都接入互联网，为学生学习提供一对一的解决方案，即更加关注学生的个性 和成长过程，关注学生与教师的沟通，关注学校与家长的沟通，这是传统手段难 以解决的。 1 1 国内外教育信息化和教育手段现代化的现状 现代计算机和信息技术的高速发展在客观上帝动了教育信息化和教育手段 现代化的进程。特别是i n t e r n e t 业务的普及，构筑和运行高性能、低价格的远程 教育系统在技术上和经济上成为可能。到目前为止，已初步形成了以计算机多媒 体技术和网络技术为核心的远程教育系统的雏形。目前，世界各国对教育的发展 给予了前所未有的关注，都试图在未来的信息社会中让教育处于一个优势的位 置，从而走在社会发展的前列，为此许多国家都把信息技术应用于教育，作为民 族发展的重要推动力【3 1 。 1 政府立法，增加投入，把信息教育列入大中小学正式课程，抢占国际教 育化新的制高点。 我国为教育信息化和教学手段现代化的发展提出了明确的任务：( 1 ) 大力提 高教育技术手段的现代化水平和教育信息化程度。( 2 ) 国家支持建设以中国教育 科研网和卫星视频系统为基础的现代远程教育网络。( 3 ) 充分利用现有资源和各 种音像手段，继续搞好多样化的电化教育和计算机辅助教学。( 4 ) 在高中阶段的 学校和有条件的初中、小学普及计算机操作和信息技术教育。( 5 ) 使教育科研网 络进入全部高等学校和主要中等职业学校，逐步进入中小学。( 6 ) 采取有效措施， 大力开发教育教学软件。( 7 ) 运用现代远程教育网络为社会成员提供终身学习的 机会，为农村和边远地区提供适合当地需要的教育。所有这些措施都将对中国教 育带来深刻的影响。 美国总统克林顿曾经在国情咨文中指出，2 0 0 0 美国必须实施1 0 0 与国际互 联网连通，并建议国会通过立法执行使美国从小学到大学都实行“人、机、路、 网”成片的唯一国家，克林顿的这一行动旨在为美国教育界抢占国际教育新的制 高点做准备。 法国曾制定三年教育信息化发展方案，重点放在教育信息化大发展对相应信 息教育师资的培训上，重点倾向于应用多媒体教学和微机操作水平的提高，提高 现有信息设备的使用效率。 日本教育课程审议会发表的题为“关于教育课程基本走向”咨询报告书中 明确了信息教育课程的运作细则。首先在小学、初中、高中各个阶段的所有学科 都要使用微机进行教学。小学在“综合学习时间”课上要适当地运用计算机等信 息手段，初中要把现行的“信息基础”选修课改为必修课。 芬兰政府拟定了信息社会发展战略，把“全体公民掌握和使用信息技术的能 力”列为五大方针之一，旨在“使每一芬兰国民掌握信息社会的基本技能”。教 育当局规定，从1 9 9 5 年开始，受过九年义务教育的学生必须达到使用计算机和 上网的技能标准。 2 教育信息、软件资源开发和建设始终是教育信息化和教学手段现代化发 展的重点。 中国已经着手实施“现代远程教育工程”，形成开放式教育网络，构建终身 学习体系。教育部1 9 9 8 年1 2 月制定，国务院1 9 9 9 年1 月批转的“面向2 l 世纪 教育振兴行动计划”明确指出要：( 1 ) 实施“现代远程教育工程”，有效地发挥 现有教育资源的优势，是在我国教育资源短缺的条件下办好教育的战略措施，要 作为重要的基础设施加大建设力度。( 2 ) 以现有的中国教育科研网( c e r n e t ) 示 范网和卫星视频传输系统为基础，进一步扩大中国教育科研网的传输容量和联网 规模。( 3 ) 继续发挥卫星电视教育在现代远程教育中的作用，改造现有广播电视 教育传输网络，建设中央站，并与中国教育科研网进行高速连接，进行部分远程 办学点的联网改造。2 0 0 0 年，争取使全国教育电视节目办好，重点满足边远、 海岛、深山、林牧等地区的教育需求。( 4 ) 开发高质量教育软件，重点建设全国 远程教育资源库和若干个教育软件开发生产基地。 德国的教育信息开发把眼光投向了全方位的全民开发模式，不仅针对学校而 且面向家庭和社会。德国的方法是不仅使学生应用、操作和收集教育信息水平得 到提高，而且重点放在创新和预测教育信息的能力上，旨在培养对信息资源的主 动创新和教学软件的开发上，这一点显示了德国教育信息资源开发、利用和预测 的特色。 发展中的突尼斯要求全国的科研单位、大中小学和图书馆一律上因特网。第 一步全国图书馆联网，做到教育信息资源的整体开发和盘活，为发展中国家走上 信息化发展之路开创一种新的运作模式。此外，成立全国儿童信息中心、各省份 中心，统领全国小学生的教育信息资源开发教育，做到从小掀起的信息化教育和 开发意识的新生代行动战略，在发展中国家是很有见地的。再有马来西亚建立 “多媒体超级走廊”，使教育信息化达到国际水平。 以上这些信息可以看出当代各国重视教育信息化进程的资源开发和创新能 力的国际化大趋势。 3 在师资教育信息化培训和相应教育手段现代化装备方面实行政策倾斜， 在经费和投资力度上实行优先保证的方案。 我国这些年加大了对教育信息化的实施的投入。“校校通”工程，在教育部 的统一部署下，于2 0 0 0 年底开始启动，目前已在全国中小学校展开，特别在东 部经济发达地区已经取得了很好的效果，如上海、江苏等地基本实现了“校校 通”。同时加强师资教育信息化的培训。 英国政府在实施“全国上网学习计划”时重点放在“为全国教师提供机会， 以更新他们的信息和通信技术技能”上。英国政府对于整个基础教育信息化的发 展是逐年增加投资，扩大信息受益面，确保信息时代在有利于所有公民方面起主 要作用。 在美国，网络学习现已普及全社会，内容十分丰富，呈现多元化之趋向，但 从发展源头来看，还是从重视中小学网络学习的信息化教育运作开始的。针对实 施美国教育行动计划美国曾经投入巨资，旨在使每一位美国国民都能用m i t ( 现 代信息技术) 进行终身学习。具体而言，先从中小学教师信息化的应用培训和掌 握人机教学本领开始。为此，规定教师首先需要教育信息化的条款占有十分重要 的地位，并列举了教师能够掌握现代计算机技术、网络技术和远程教育教学技能 标准，从而使政府投入的信息硬件设备发挥最佳效益，使中小学生迅速地在高水 平教师的指导下学会网络学习。 日本前首相桥本龙太郎曾经指出进一步加强对师范教育在校生和学校现任 教师信息化培训l 及对学生指导能力的培养，并为此开设“教育信息化方法与技 术”的教师课程，在教师培训阶段设立“信息设备操作”的实用课程，并经列入 培训体制的计算机考核范畴。 1 2 数字化教学中家长与学校互动平台的特点 随着教育信息化和教育手段现代化的发展，现在的数字化教学发展很快，但 是现在的数字化教学多数还是注重学生这个主体。家长作为学生这个主体的社会 老师，如何更准确、及时、方便地了解到自己子女在校的情况，从而更好地配合 老师为学生创造一个更有利于个人发展的空间，也应该是数字化教学过程中的一 个重要环节。基于这个思想，我们开发了数字化教学中家长与学校互动平台。本 平台的设计和开发都有其自身的特点： 1 设计理念上的新颖性 专门注重了家长这个角色的需求，实现了家长、教师和学生三方的相互交流， 这是以往在数字化教学中很少专门关注的部分，是本平台在设计理念上的特色。 2 人性化的设计 在设计的过程中不仅从实际调查、实际需求出发，而且加入了人性化的设计， 从教育心里学的角度结合实际需求来充分考虑家长与学校之间相互交流的要求 和进行功能设计。 3 。通用性 平台及一些功能模块具有一定的通用性，适合各类中小学使用。 4 可扩展性 本平台的设计支持组件化的开发方式，这使得平台具有极好的可扩展性。 5 交互性 通过多种渠道实现家长、教师和学生之间的相互交流。 6 开放性 一个互动平台应该是开放的，它的开放不仅是时间和空间上的开放，更重要 的是有一定的交流自由度。例如在学校论坛中用户可以自由发表主题，显示发表 主题的用户的身份，依据发表主题者的身份查看相关主题，实现有选择性的主题 回复与交流等。但是开放不等于放开，平台有专门的管理员对其进行全面维护。 1 3 主要工作和关键技术 下面描述平台开发所傲的主要工作和所采用的关键技术。 主要工作： 1 充分理解浏览器n 务器结构和分布式系统的原理，利用a s p n e t 技术、 a d o n e t 数据访问技术、c 拌、组件技术和x m l 技术，结合自己的理解和灵活 运用，实现了一个基于w e b 的家长与学校之间相互交流的平台。 2 本平台实现了信息浏览与查询、网上讨论、留言等多种功能，并且为管 理员提供了基于角色的信息管理功能。 3 平台采用用户身份认证、授权控制、监视跟踪以及系统备份和故障恢复 等技术，保证了平台的安全。 4 平台在构思设计、提高吸引力和亲和力等方面都做了大量的工作，使得 平台界面友好、层次清晰、操作简便、实用性强。 关键技术： 1 平台采用了浏览器n 务器结构和分布式系统。浏览器服务器结构在经 济性、可维护性、可伸缩性、强壮性、软件重用及可剪裁性、兼容性、异构性、 安全性、独立性和稳定性等方面都具有自身的特点。而且浏览器n 务器结构体 现了分布式应用系统的含义，分布式应用系统结构把系统不同的运作部分分布到 独立的机器中，使整个应用系统的延展性大为提升。 2 平台的开发采用了a s p n e t 技术。它本身在编译的代码、支持的语言、 开发人员环境、服务器控件、浏览器独立性和用户界面从业务逻辑中的分离等方 面都具有新的特性。它的这些新特性适合用于本平台的开发。 3 平台采用了a d o n e t 数据访问技术。它是以n e t f r a m e w o r k 为基础， 专门为n e t 平台上的数据存取操作而建立的全新的数据库存取模型。它具有离 线存取数据、使用x m l 文件交换数据、新的数据浏览方式、采用d a t a s e t 对象 显示数据和程序化接口等特点。 4 平台采用了c o m 、c o m + 技术。c o m 具有语言无关性、进程透明性和 可重用性等特点，而c o m + 为程序开发人员使用c o m 提供了方便的操作环境， 使得在分布式环境中使用c o m 技术变得简单易行而且十分有效，从而提高了编 程效率，而且增强了系统的执行性能与效率。 5 平台的开发采用了现在流行的x m l 技术，利用它的可扩展、内容与显 示分开、自描述能力强、结构化和形式化、比s g m l 更容易存取、平台独立和 开放等这些特点来开发一些模块。 第二章浏览器i n t 务器结构与分布式系统 本文所叙述的数字化教学中家长与学校互动平台采用的是浏览器服务器结 构和分布式系统。在本章中首先阐述网络计算模型的发展以及浏览器n 务器结 构的原理和特点，从而阐明本平台所选用结构的合理性和优越性。然后对分布式 系统的原理作以介绍。 2 1 网络计算模型的发展 随着计算机技术和网络技术的飞速发展，计算机软件的复杂程序在不断地增 加，系统结构在软件设计和开发过程中所起的作用越来越重要。软件采用何种体 系结构在软件的开发过程中起着关键作用，它不仅影响到系统设计和开发的进 度，还直接影响到系统的后续发展潜力，甚至会决定系统的成败。 2 1 1 客户机服务器结构出现以前的模型 网络计算经历了从基于宿主机的计算模型到客户机n 务器计算模型的演 变。 在集中式计算技术时代广泛使用的大型机d , 型机计算模型是通过一台物理 上与宿主机相连接的非智能终端来实现宿主机上的应用程序。在多用户环境中， 宿主机应用程序既负责与用户的交互，又负责对数据的管理；宿主机上的应用程 序一般也分为与用户交互的前端和管理数据的后端，即数据库管理系统 ( d b m s ) 。集中式的系统使用户能共享贵重的硬件设备，如磁盘机、打印机和 调制解调器等。但随着用户的增多，对宿主机能力的要求很高，而且开发者必须 为每个新的应用重新设计同样的数据管理部件1 4 1 。 8 0 年代以后，集中式结构逐渐被以p c 为主的微机网络所取代。个人计算机 和工作站的采用，永远改变了协作计算模型，从而导致了分散的个人计算模型的 产生。一方面，由于大型机系统固有的缺陷，如缺乏灵活性，无法适应信息量急 剧增长的需求，并为整个企业提供全面的解决方案等等。另一方面，由于微处理 器的日新月异，其强大的处理能力和低廉的价格使微机网络迅速发展，已不仅仅 是简单的个人系统，这便形成了计算机界的向下规模化( d o w n s i z i n g ) 。其主要 9 优点是用户可以选择适合自己需要的工作站、操作系统和应用程序：p c 的应用 程序非常丰富，且易于开发；工作站上的数据是属于个人自治的信息集合。 网络文件服务器计算模型的产生用以解决p c 和工作站的数据和外部设备 共享问题。在一个局域网中共享数据，需要将文件存放在文件服务器上，所有用 户都通过这个存储数据文件的中央节点访问数据文件。这个节点也是局域网 ( l a n ) 中共享外部设备的中枢。但网络文件服务器计算模型的内在设计，使 得它无法像大型机那样对多用户请求、共享数据的应用提供足够充分的服务。网 络文件服务器计算模型不提供多用户应用要求的数据并发性，当某一用户封锁 一个文件便阻止了其他用户共享该文件；如果l a n 中许多工作站请求和发送很 多文件，网络很快就达到信息传送的饱和状态，造成瓶颈，降低整个网络的性能。 2 1 2 传统客户机i t 务器计算模型分析 以p c 机为主体的文件服务器并不能满足分布式计算的需求，而客户机服 务器技术正是一种分布式计算模式，它集中了大中型系统及文件服务器的优点， 并且具有良好的系统开放性和可扩展性，即寻找一种适当规模化( r i g h t s i z i n g ) 。 客户机服务器计算模式定义了台式机如何和服务器相连，以实现数据和应用的 共享，并利用台式机的处理能力将数据和应用分布到多个处理机上。这种模式当 时被用于工作组和部门的资源共享。 在客户机服务器结构中通常是由客户端的机器执行应用程序，然后连接到 后端的数据库服务器中存取应用系统需要的资料。图2 1 说明了一般客户机服 务器的结构： c l i t 客户机 图2 1 客户机朋务器结构示意图 客户机服务器系统有三个主要部件：数据库服务器、客户端应用程序和网 络通信软件。数据库服务器负责有效地管理系统的资源，其任务集中于：数据库 安全性的要求；数据库访问并发性的控制；数据库前端的客户应用程序的全局数 据完整性规则；数据库的备份与恢复。客户端应用程序的主要任务是：提供用户 与数据库交互的界面；向数据库服务器提交用户请求并接受来自数据库服务器的 信息；利用客户应用程序对存在于客户端的数据执行应用逻辑要求。网络通信软 件的主要作用是，完成数据库服务器和客户端应用程序之间的数据传输。 客户机n 务器系统比文件服务器系统能提供更高的性能，因为客户端和服 务器端将应用的处理要求分开，同时又共同实现其处理要求，对客户端程序的请 求实现“分布式应用处理”。服务器为多个客户端应用程序管理数据，而客户端 程序发送、请求和分析从服务器接受的数据，这是一种“胖客户机( f a tc l i e n t ) ”、 “瘦服务器( t h i ns e r v e r ) ”的网络计算模式。 在一个客户机i n 务器应用中，客户端应用程序是针对一个小的、特定的数 据集，如对一个表的行来进行操作，而不是像文件服务器那样针对整个文件进行； 对某一条记录进行封锁，而不是对整个文件进行封锁，因此保证了系统的并发性， 并使网络上传输的数据量减到最小，从而改善了系统的性能。客户机服务器模 型的优点主要在于系统的客户端应用程序和服务器部件分别运行在不同的计算 机上，系统中每台服务器都可以适合各部件的要求，这对于硬件和软件的变化显 示出极大的适应性和灵活性，而且易于对系统进行扩充和缩小。在客户机服务 器模型中，系统中的功能部件充分隔离，客户端应用程序的开发集中于数据的显 示和分析，而数据库服务器的开发则集中于数据的管理，不必在每一个新的应用 开发中都要对一个数据库进行编码。将大的应用处理任务分布到许多通用网络连 接的低成本计算机上，从而极大地降低了费用。 在数年前客户机朋匣务器结构兴起之后，许多系统便使用这种结构来设计。 随着客户机服务器结构技术的成熟，使用这种结构的应用系统也运行的非常的 平顺。由于客户机月艮务器结构很适合一般的管理信息系统( m i s ) ，只要应用系 统的客户端数目在2 0 0 个用户之内并且是在同一个区域中，那么客户机n 务器 结构在执行m i s 时便已经足够了。客户机服务器结构虽然能够平顺地运行一般 的m i s 系统，但是这种结构本身包含了一些问题。客户机服务器结构的问题在 于它常把应用系统的企业逻辑都编写在客户端的应用程序之中，因此当应用系统 需要改变时，所有的客户端的应用程序都必须改变，这对于m i s 系统的维护来 说成本实在太高了。虽然有一些企业把系统逻辑改写在数据库之中，但是这样的 机构有更大的问题，因为如此一来不但应用系统都绑死在特定的数据库之中，而 且许多应用逻辑的程序代码并不适合在数据库中执行，因为使用大量计算的程序 代码会严重的拖累数据库的执行效率。 总的来说，两层c s 结构的应用具有以下的局限性： 1 它是单一服务器且以局域网为中心的，所以难以扩展至大型企业广域网 或i n t e m e t ：软、硬件的组合及集成能力有限：难以管理大量的客户机。 2 c s 结构的系统一般都是非开放的，这使得开发难度大，通用性、可移 植性差，代码不易重用。客户端软件和服务器端软件只能工作在特定的硬件平台 和操作系统环境下，开发、维护成本高。 3 服务器端的数据库必须同每一个活动的客户保持连接，这些连接消耗了 大量的服务器资源，其结果是随着客户数目的增加，性能不断下降。 4 两层模式下的安全管理不适用于非局域网环境，多用户、多数据库的连 接存在死锁和系统崩溃的潜在可能。由于业务处理逻辑驻留在客户端，所以在这 种基于用户授权方式的安全管理下，一旦用户拥有了某项权限就有可能绕过客户 端的应用逻辑直接操作数据。 5 客户端用户界面风格不统一，使用繁杂、枯燥，不利于推广使用，用户 对系统的掌握需要一个过程，当系统升级或使用新系统时，用户必须从头开始学 习。 6 c s 结构往往无法采用新技术，因此限制了扩展性，无法包容已有的系 统。 7 随着应用变得越来越复杂和数据交换量不断增长，客户机端控制了大量 的信息，而数据需要在客户机与服务器之间不断交流，使网络系统变得十分紧张， 日益增多的客户连接数和系统用于管理、协调所有客户连接的开销也耗费了服务 器大量的c p u 和内存资源。 2 1 3 浏览器i l l 务器结构 为了解决两层结构应用软件中存在的f 3 题，人们提出了三层结构。三层结构 表现为b s 结构( b r o w s e r s e r v e r ) 即浏览器服务器结构，是目前流行的网络 软件系统结构，它正逐渐取代c s 结构，成为网络软件开发的首选。 在三层结构应用软件中，整个系统分为三个组成部分：客户机、应用服务器 和数据库服务器。客户机上只需要安装应用程序，它负责处理与用户的交互和与 应用服务器的交互。应用服务器负责处理应用逻辑，具体的说就是接受客户机方 面应用程序的请求，然后根据应用逻辑将这个请求转化为数据库请求后与数据库 服务器交互，并将与数据库服务器交互的结果传送给客户机方的应用程序。数据 库服务器软件根据应用服务器发送的请求进行数据操作，并将操作结果传送给应 用服务器。三层结构应用软件的模型如图2 2 所示： 圈2 2 三层结构不惹图 三层结构应用软件中的特点是用户界面与应用逻辑位于不同的平台上，并且 应用逻辑被所有用户共享。由于用户界面与应用逻辑位于不同的平台上，所以系 统必须提供用户界面与应用逻辑之间的连接，它们之间的通讯协议是由系统自定 义的。这个协议必须定义正确的语法、语义以及同步规则，以保证传递数据的正 确并且能够从错误中恢复过来。 13 从应用功能上，可以将三层的b s 结构划分为表示层、功能层和数据层， 如上图2 2 所示。表示层是客户机上的用户接口部分，它负担着用户与应用间的 对话功能。它用于检查用户从键盘等输入的数据，显示应用输出的数据。为使用 户能直观的进行操作，一般要使用图形用户接口( g u i ) ，该接口操作简单，易 学易用；功能层相当于应用的本体，它是将具体的业务处理逻辑编入程序中；数 据层就是d b m s ，负责对数据库的读写，它必须能迅速的执行大量数据的更新和 检索。现在的主流还是关系型数据库管理系统( r d b m s ) ，因此，一般从功能层 传送到数据层的要求大都使用s q l 语言。 2 2 浏览器服务器结构的特点 与传统的结构相比较，b s 结构有其自身的特点。 2 2 1 浏览器服务器结构与客户机服务器结构的e 匕较 在传统的两层客户机服务器结构中，开发工作主要集中在客户方面，客户 方面软件不但要完成用户交互和数据显示工作，而且还要完成对应用逻辑的处 理，即使用户界面与应用逻辑位于同一个平台上。这样就带来了两个突出的问题， 即系统的可伸缩性较差和安装维护较困难。 由于在一个系统中并不是所有用户要求都相同，因此他们要求程序的功能也 不尽相同。使用两层结构应用软件时，开发人员提供给所有用户的程序都是相同 的，除非开发人员不厌其烦地根据不同用户的需求将大的软件裁剪成不同的小软 件分发给用户。 在基于两层客户机n 务器结构的系统开发完成后，整个系统的安装也非常 复杂。在每一台客户机上不但要安装应用程序，而且还必须安装相应的数据库连 接程序，还要完成大量的系统配置工作。如果系统有大量用户，并且用户是分布 的和流动的，例如广域网环境下的应用系统，那么整个系统的安装将非常困难。 在系统进行修改后，所有客户机上的应用软件都会受到影响。 应用逻辑被所有用户共享是两层结构应用软件与三层结构应用软件之间的 最大区别。中间层即应用服务器是整个系统的核心，应用必须具有处理系统应用 而提供事物处理、安全控制以及为满足不同数量的客户机的请求而进行性能调整 1 4 的能力。应用服务器软件中可以根据处理逻辑的不同被划分为不同的模块，从而 使客户机方的应用程序在需要某种应用服务时只与应用服务器上处理这个应用 逻辑的模块通信，并且一个模块能够同时响应多个客户机方面应用程序的请求。 使用三层结构应用软件开发系统，它使整个系统被划分为不同的逻辑块，层 次非常清晰：它使“肥”客户机变成“瘦”客户机：它使开发和管理工作向服务 器方转移，使得分布数据处理成为可能：它使管理和维护变的相对简单。 另外引进三层结构体系，客户机便可省去与数据库系统直接互动的麻烦。客 户机直接调用服务器上的应用逻辑，应用逻辑则代表客户机对数据库进行存取。 这样就可减少向服务器发出s q l 查询和更新要求，使性能比两层结构更好。此 外，由于客户机不会直接连接数据库系统，而服务器能够实现更细致的授权定义， 因此，三层结构能增强整体系统的安全性。 2 2 2 浏览器1 1 1 ；务器结构的特点 总的来说，浏览器n 务器结构有以下特点： 1 经济性、可维护性。在客户端只有简单的浏览器，这样，在企业内部部 署硬件时，客户端有时仅需要简单的网络计算机( n c ) 即可，大大降低了成本。 由于浏览器执行的应用程序j a v aa p p l e t 或a s p 是从w e b 服务器上下载来的， 因此客户端不必安装及配置应用软件，而系统维护人员只需要在服务器端对服务 器进行集中的维护。这给应用软件的维护、升级带来了巨大的好处。 2 可伸缩性。分布式w e b 计算将复杂的业务处理分割成相互之间可交互调 用和通信的若干业务功能部件或对象，并可将其分配到多个网络互联的应用服务 器中实现负荷分担。这些应用服务器还具备对分布对象管理和实时调度的功能， 能够迅速地将请求交给当时可用的对象，并随着请求的增多调用更多驻留在其它 应用服务器上的对象，从而只要通过添加应用服务器便能满足日益增长的业务处 理需要。 3 强壮性。当某台应用服务器发生故障或失效时，分布式系统会自动把该 应用服务器正在处理的事务请求移交给另外一台工作正常的服务器。 4 软件重用及可裁剪性。在分布式w e b 计算中，业务处理是由许多分布式 对象交互协作完成的。将来会出现更高层次的分布式对象组件和商务对象组件， 可以针对每个企业的具体情况，选用不同的分布式商务对象组件来构筑应用系 统。 5 兼容性。由于对象可以建成与现有系统接合的方式，所以分布式对象是 可以与现有系统一道工作的。一个对象如果具有与现有系统的接口，就可以在分 布式系统中调用以前的程序，同时，使用分布式对象时，不必重建传统的应用程 序。这样便大大加快了系统的开发速度，也节省了大量资金。 6 异构性。网络分布的业务处理对象可访问不同的后台数据库，适合多种 异构数据库环境，达到分布数据开放的效果。它提供了异种机、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。 7 安全性。b s 结构有严密的安全管理。对业务处理对象的调用和数据库 的存取权限是按层设置的，即使外部入侵者突破了客户机层的安全防线，若在应 用服务器层中采用基于组件的授权方式，同样可以保证系统的安全性。 8 。独立性。在三层结构中，各层都具有相对独立性，于是每一层都可选取 各自的最优解决方案、最佳的开发语言和开发工具。 9 稳定性。它具有最稳定的技术平台。在c s 时代由于以前的技术基础 不是网络，因此自然地发展出众多的、互不兼容的技术平台。当进入到网络计算 时代之后，由于上亿用户都联接在网上，其技术才获得了高度稳定性。它只能发 展，不能被推翻，所有人只能支持和遵循它，不能控制和随意改变它。 2 3 分布式系统 浏览器n 务器结构已经体现了分布式系统的含义，它包含应用程序服务器， 为了降低重复开发应用系统的成本，以及为了增加应用系统的重复使用性，发挥 面向对象分析面向对象设计的功能，软件开发人员以一种特定的组件形态，例 如m i c r o s o f t 的c o m d c o m ，c o r b a 对象，或是e n t e r p r i s ej a v ab e a n 等，封 装企业的逻辑程序代码。分布式系统将三层中整个应用系统的执行分成数个不同 的部分并且执行在不同的机器之中5 1