【毕业学位论文】（Word原稿）阿克苏职业学院公共实验机房管理系统的设计与实现-软件工程

中图分类号： 学校代码： 10055 密级： 公开 硕 士 学 位 论 文 阿克苏职业学院公共实验机房管理系统的设计与实现 要 I 摘 要 为了满足信息化社会要求，提高学生竞争力，许多 高等职业院校 面向全校学生 开设计算机类基础课程。 高等职业院校 公共实验机房往往既是计算机上机实践基地，又是多媒体教室、电子阅览室、英语听力自习室，还要接待学生业余时间上机。学生人数不断增加，机房规模迅速扩大，校园网日益普及，机房管理作与维护负担更加沉重。怎样科学管理机房，提高开机率，更好的服务教学，使师生满意，是摆在我们面前的现实需求。 本文主要是根据阿克苏职业技术学院公共实验机房管理现状和发展的要求，设计了一套功能完善的新系统。阿克苏职业技术学院公共实验机房管理系统分为学生机客户端模块和管理机服务器模块两部分。学生机程序有开机登录、 修改个人密码、账户余额查询、个人上机记录查询、结账下机等功能。管理机程序是系统的控制中心，负责管理所有数据，具有权限管理、学生信息管理、充值、上机预约、计费结账、数据查询、打印报表等功能，并且允许远程控制学生机。 阿克苏职业技术学院公共实验机房管理系统能够提高机房管理效率，有良好的应用前景，对其他学校的机房管理也有一定的参考价值。 关键词： 机房管理；管理系统；数据库； C#； I t in to s to in is be in of of of s of of to of to s is a of is on of of be is of is of of it be to of a it a of in C# 目录 录 第 1 章 绪论 . 1 第一节 课题研究背景及意义 . 1 第二节 现状分 析 . 1 第三节 课题研究的主要内容 . 2 第四节 论文章节安排 . 3 第 2 章 相关关键技术介绍 . 5 第一节 C#网络编程 . 5 于 网络通信 . 5 用 C#实现网络通信 . 6 第二节 言简介 . 8 第三节 C#实现访问 据库 . 9 第四节 本章小结 . 10 第 3 章 系统需求分析 . 11 第一节 需求分析 . 11 克苏职业技术学院公共实验机房现状分析 . 11 在的问题 . 11 第二节 系统建设目标 . 12 第三节 系统功能需求分析 . 13 户端模块需求分析 . 13 务器端模块需求分析 . 14 第四节 系统的安全性分析 . 17 第五节 本章小结 . 18 第 4 章 系统总体设计 . 19 第一节 系统的网络架构设计 . 19 第二节 系统的开发环境 . 21 第三节 系统总体框架设计 . 22 第四节 系统逻辑模型设计 . 25 目录 系统的顶层数据流图设计 . 25 生上机数据流图设计 . 25 生下机数据流图设计 . 25 生更改密码数据流图设计 . 26 生查询个人账户余额数据流图设计 . 26 理员登录数据流图设计 . 27 理员设置数据流图设计 . 27 第五节 数据库设计 . 28 据库概念结构设计 . 28 据库物理结构设计 . 30 第六节 本章小结 . 35 第 5 章 系统详细设计与实现 . 36 第一节 系统公共类实现 . 36 第二节 客户端模块详细设计与实现 . 44 图设计 . 44 序图设计 . 44 录流程 . 45 录界面实现 . 46 心代码实现 . 46 第三节 服务器端模块的详细设计与实现 . 49 图设计 . 49 序图设计 . 49 录模块 . 50 面实现 . 51 理模块 . 52 证模块 . 55 机预约模块 . 56 第四节 系统功能测试 . 57 录测试 . 57 机 测试 . 58 费测试 . 58 目录 V 他功能测试 . 58 试结果 . 59 第五节 本章小结 . 59 第 6 章 总结与展望 . 60 第一节 总结 . 60 第二节 展望 . 60 参考文献 . 61 致谢 . 62 个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成 果 . 63 第 1 章 绪论 1 第 1章 绪论 第一节 课题研究背景及意义 21 世纪信息技术广泛应用快速发展，计算机已成为人们工作的好帮手。为了使学生既具有较高的计算机理论素养，同时又有比较强的实际动手能力，一二年级计算机基础课程已广泛的成为各 高等职业院校 的公共必修课程。 机房是开展上机实践的重要基地， 高等职业院校 非常重视机房建设，并投入大量资金进行升级改造。 高等职业院校 的公共计算机机房大多是由几百台计算机联网组成的多媒体教室，并通过校园网连接到互联网。公共实验 机房承担计算机上机实践的的教学任务，为了保证正常的教学秩序，就要求机房管理人员做好机器的日常软硬件维护工作，确保开机率。同时，在保障正常教学上机之余，往往还要面向学校全体学生开放，自由上机。由于计算机多，学生多，因此管理人员要花费大量时间做好机房日常管理维护工作，机房软硬件升级更新，机器硬件故障维修，防止病毒在机房内通过网络传播，提高系统抵御各种外来非法黑客入侵系统的能力，防范各种木马后门程序，给师生提供良好的实验环境。如果某个环节出了问题，没有及时解决，就很可能影响教学效果或教学秩序。 如何有效的对机房进 行管理，保障教学秩序，提高机房的利用率，成为现代教学的重要任务。利用计算机管理技术和信息安全技术，开发一套实用安全的机房管理系统，实现机房管理自动化，对提高机房管理水平，维护教学秩序，减轻机房老师工作量，具有非常现实的实际意义。 第二节 现状分析 阿克苏职业技术学院机房的主要职能是： （ 1）承担全校计算机类课程的上机实践； （ 2）作为多媒体教室使用； （ 3）为信息学院学生的实习和毕业设计提供场地； （ 4）面向全校教师提供多媒体课件制作环境； 第 1 章 绪论 2 （ 5）同时面向社会承接各类计算机培训与考试。 随着阿克苏职业技术学 院招生规模不断扩大，机房不断的升级与扩充，机房的管理方式也早从手工方式过渡到利用机房管理系统来进行管理。当然，所用的机房管理软件也不断的升级与变化。 现有的机房管理系统存在很多局限性和弊端，已经不能满足现在的管理需求。通过对阿克苏职业技术学院机房现有系统进行分析，存在以下不足之处： 1. 现有系统功能简单，未实现完全网络化管理，管理软件与机房各计算机之间没有建立联系，不能对机房内计算机进行实时控制。当管理人员预约某机房时，无论机房内多少台机器，预约班级学生人数是多少，该机房预约后机房内所有计算机都处于预约开 放状态。经常有学生钻空子，出现非该班学生免费蹭机时上网聊天打游戏等，严重影响了正常的教学秩序。 2. 存在收费漏洞，按照教学安排预约上课的同学已经下课，但是并不离开机房继续上机，超时部分无法收取任何费用。 3. 上下机高峰时，学生密集进出，需要排队刷卡，数据量大，经常造成网络拥堵或服务器死机，引起秩序混乱，学生滞留喧哗，影响正常的教学秩序。 4机房网络环境为教学提供了很多便利，也方便学生查阅检索各种资料。但是同时也有部分学生进行违规操作，甚至是恶意破坏设备，可是却无法追查。 由于原有的机房管理系统已经不能 适应现状，因此开发一套适合阿克苏职业技术学院的新系统具有重要的现实意义，这也是本课题研究的来源。 第三节 课题研究的主要内容 阿克苏职业技术学院公共实验机房管理系统采用 C#作为开发语言，后台采用 005 数据库。利用 络通信技术，实现 学生机客户端模块 与 管理机服务器模块 间的信息传递。这个通信部分是整个系统的基础，其它的功能都建立在它的基础上来实现。在服务器端建立多个通信线程，每个通信线程对应一个客户端并对它进行实时监控，客户端用户只有与服务器建立连接后才可以登录，同时用户登录还 受服务器的管理。服务器可以设置是否开通机房的连接、设置机房是上课机房还是自费机房、设置上课班级等。用户满足上机条件并合法登录后，服务器端将对用户资料及用户所使用的计算机进行记录，因此服务器的管理将可以定位到每个用户或每台机器，从而实现实时监控、不第 1 章 绪论 3 同机器或机房可以按不同价格收费、排除了收费漏洞等功能。阿克苏职业技术学院公共实验机房管理系统将对现有系统的缺陷和不足进行有效的解决与改善。 1结合本校具体实际情况，拟开发的公共实验机房管理系统的应实现： （ 1）提供多种上机计费模式：预约上机，自由收费上机等。 （ 2）根据学校的课程安排，预约机房； （ 3）学生自费上机必须通过刷卡认证，课内上机可不刷卡。 （ 4）一个帐号一次只能登录一台学生机。 （ 5）学生自费上机登陆时检查账户余额，是否低于最低金额； （ 6）如果是预约上机，下机时提前 5 分钟发送下机提示，确保学生有足够的时间进行存盘操作，到时自动关机。如果是自由收费上机，学生下机时，系统自动计费。 （ 7）机房内不同类型用户和不同配置的电脑，机房管理人员可以设定不同的费率。 （ 8）由于多个机房老师同时管理机房，可根据需要设置分级管理权限，防范越权操作； （ 9）机房管理员可以 对学生机使用情况进行实时监控； （ 10）机房管理员可以远程控制各机房的学生机； （ 11）生成日志文件，当机器被恶意损坏，或者出现违规操作时，可以利用日志文件进行追查； （ 12）提供数据备份与恢复、导入与导出的功能。 （ 13）查询统计与生成各种报表 (14）按班级批量创建学生帐号，方便快捷。 （ 15）客户端登录时锁屏，防止用户盗用学生机。 第四节 论文章节安排 本论文共分为 六 章，组织结构安排如下： 第一章 绪论，介绍课题 背景及意义 ；调研目前机房管理现状，分析阿克苏职业技术学院现行系统的不足之处；提出了阿克 苏职业技术学院公共实验机房管理系统 研究内容 。 第 1 章 绪论 4 第二章 相关技术。选择了 C#+现学生机客户端管理系统和管理机服务器端管理系统；采用 B/S 模式， 现学生 询。 第三章 系统 需求 分析，从系统的需求分析作为起点，提出新系统的解决方案，给出新系统框架结构，并划分功能模块，为系统实现打下基础。 第 四 章 系统总体设计 ，设计和规划阿克苏职业技术学院公共实验机房管理系统使用的数据库 和架构关系。 第 五 章 系统 详细 设计与实现，利用了 口，采用 程，并且应用钩子技术来实现计算机远程控制和管理；采用 C/S 模式 。 第 六 章 总结与展望 ，对本文所做的工作进行总结，同时给出了系统将来要解决的问题进行展望 。 第 2 章 相关关键技术 介绍 5 第 2章 相关关键技术介绍 第一节 C#网络编程 根据系统设计，我们可以看出，网络通讯模块是公共实验机房管理系统的重要组成部分，无论是客户端程序还是服务器端程序，都离不开这个模块。 当学生机登录时，学生机的机号、 号、密码需要通过网络送至管理机进行验证，验证通过后的控制信息需要通过网络从管理机发送至学生机；管理机进行远程控制时，比如监控、 远程关机、发送文件等等功能的实现，都离不开网络通信；网络通信是机房管理系统的重要技术。 计算机之间网络通信是通过网络协议来进行信息交换和信息传输的，在广泛应用的是 P 协议。 P 协议是一组协议集，里面包含了一百多个子协议，如网络层协议有 议，传输层协议有 议、 议，应用层常见协议有 议等，如图 示。 的层 功能 P 协议族 应用层 文件传输，电子邮件，文件服务，虚拟终端 示层 数据格式化，代码转换，数据加密 会话层 解除或建立与别的接点的联系 传输层 提供端对端的接口 络层 为数据包选择路由 据链路层 传输有地址的帧一级错误检测功能 理层 以二进制数据形成在屋里媒体上传输数据 P 的核心部分由网络操作系统的内核实现， 其中 境下的通过应用程序编程接口 (访问 P，给我们带来很大方便。 于 包含在 名空间，是建立在传输层协议上的套接字规范，是最基础的网络编程接口。当两台计算机需要进行网络通信时，只要安装了 议，我们可以为这两台计算机分别建立套接字，相当于在这两台计算机之间建立一个通信的 “通道 ”。套接字隐藏了网络底层复杂的结构和协议，以及所第 2 章 相关关键技术 介绍 6 用操作系统的差异。 用 C#实现网络通信 利用 接字 )，在进行网络通信编程时，使编程人员能够抽象而简单地对网络进行操作。 #将套接字抽象化为类，只需创建 对象，即可使用套接字。 主要由两种 类型 组成 。 1、 式 供面向连接的网络信息包传输， 议使用这种连接方式。其特点是通信可靠，对数据有重发和校验机制。 用过程，如图 示： 图 用过程 服务器端 客户端 建立流式套接字返回 S 套接字 S 与本地地址相连 服务器准备好接受链接 接受链接 等待客户连接 连接建立 返回 得到新的数据套接字 /在套接字读或者写数据，指导数据交换完成 关闭套接字 关闭 S 服务结束 建立流式套接字返回 S 将套接字 S 与服务器连接 /在套接字读或写数据，指导数据交换完成 关闭套接字 话 求应答 服务请 建立连接 第 2 章 相关关键技术 介绍 7 信时，客户与服务器双方的应用程序之间先建立一个虚拟的连接，然后开始传输数据，传输完毕后断开双方的连接。 在 #中实现面向连接网络通信的步骤： （ 1）服务器端程序的基本结构 首先创建 例，通过此 例的 法绑定到用于 信的本地 端口；然后设置 例处于监听状态，等待用户请求；如果有用户请求，可以发送数据或接受数据；最后关闭 （ 2）客户端程序的基本结构 首先创建 例，通过此 例建立与服务 器的连接；进行数据的发送或接受；最后关闭 2 据报式 面向无连接的数据报方式， 议使用这种连接方式。其特点是数据传输不可靠，但是传输速度快，可以实现组播功能。 用过程，如图 示： 图 用过程 在 #中实现面向连接网络通信的步骤： （ 1）服务器端程序的基本结构 首先创建 例，通过此 例的 法绑定到用于 信的本地 端口；用 方法接收数据，用 法接收数据；最后关闭 （ 2）客户端程序的基本结构 首先创建 例，通过此 例的 法绑定到用于 行第 2 章 相关关键技术 介绍 8 的本地 端口；用 法接收数据，用 方法接收数据；最后关闭 第二节 所谓 就是一种结构化的数据库查询语言，被广泛用来访问和操作数据库计算 机语言。在当今所有的数据库，从 样的大型数据库到 这样的小型数据库，都支持 询语言。这种语句的主要功能，就是建立数据库中的各类表格相互之间的联系，使数据进行共享和沟通。因为 句具有很高的执行效率，所以被用来作为关系型数据库管理系统的标准化语言。例如，数据的查询、添加和删除，可以通过 句实现；对表格进行添加、删除、复制，对表格中的数据进行分类和排序等复杂操作也可以通过 句实现。 结构化查询语 言是一个综合的、通用的、功能极强的关系数据库语言 10。 成为国际标准，主要特点包括： （ 1）功能综合统一 言中，各种功能语句的语法风格基本一致，包括数据操作语言、数据定义语言和数据控制语言。每种语句都可以在数据库中独立使用，完成各自的操作、实现各自的功能。这些功能主要包括：定义关系模式的数据表格、建立或删除数据库、数据库的重构以及数据库的安全控制等。当然还可以对表格进行记录的添加、查询、删除等操作。这些特性，可以为数据库应用软件开发提供了一种新的思路和良好 的开发手段。 （ 2）高度非过程化 数据操纵语言，如果是基于非关系数据模型的，则都是面向过程的语言，在实现具体某一个功能的时候，还得指出相关的数据存取路径。在使用 言进行相关的数据操作过程中，只是需要给出执行相关功能的语句，具体怎么做，有系统控制实现，其中不需要设置相关数据存放的路径，由系统自动实现。这样的特性，可以有效减轻开发人员的负担、提高编程效率和数据的独立性。 （ 3）面向集合的操作模式 基于非关系模型的数据操作模式，主要以各类记录作为对象，是一种面向记录的操作模式。 句采用集合操作模式，操 作的对象和查找的结果是同类的第 2 章 相关关键技术 介绍 9 元组集合；另外，插入数据、删除数据和更新数据的操作对象，也是元组的集合。 （ 4） 言的用两类使用方式 言包括自含式、嵌入式两类使用方式。自含式语言可以独立在联机交会场合运用，如用户通过键盘等终端输入 言对数据库进行操作。嵌入式语言就是将 句嵌入其它高级语言，程序员设计程序时，可以根据实际需求，使用 言操作数据。需要强调的是， 言的两类使用方式的语法结构是可以通用的。 （ 5）简单好用，简捷方便 询语言功能非常的强大，设计的非常灵活桥面， 语法简单。完成主要的功能所需要的关键字不超过 10 个，另外，语言风格接近英语口语表达习惯，容易学习，方便使用 第三节 C#实现访问 据库 由于阿克苏职业技术学院公共实验机房管理系统中许多功能模块都需要与据库进行连接，通过对数据库访问操作来实现。因此设计与实现时，需要考虑如何进行数据库连接与访问，以及确保数据库安全，提供数据备份和恢复功能等问题。 C#通过 持对数据库的访问操作。在 境中流行的客户端数据库编程技术，是 程环境中常用数据访问的接口。 核心组件包括 据提供程序和 据集，如图 示。 第 2 章 相关关键技术 介绍 10 图 系结构 C#中提供两种数据访问方式，分别是： （ 1）通过 象访问方式； 如果执行命令返回结果集，可以使用 象读取数据，把 数据库中数据进行检索，访问时只读只进，因此系统所需开销是非常少的。 （ 2）通过数据集 象访问 . 使用 从数据源获得的数据加载到 数据进行操作，操作完成后用 更改写回数据库。 第四节 本章小结 本章依据阿克苏职业技术学院公共实验机房的实际情况，选择了适合 阿克苏职业学院公共实验机房管理系统 的相关技术和数据库，为以后的工作打下了坚实的基础 。 第 3 章 需求分析 11 第 3章 系统 需求分析 目前许多 高职院校 都投入巨资进行公共实验机房建设，机房计算机数量达到数千台，大中型公共实验机房的日常管理和维护工作量非常大，出现的问题也比较多。利用 计算机管理技术和信息安全技术，开发一套实用安全的机房管理系统，实现机房管理自动化，对提高机房管理水平，维护教学秩序，减轻机房老师工作量，具有非常现实的实际意义。进行系统开发时，系统应当安全可靠，既能够满足当前的需要，还要便于维护和扩展。 为了做好本次开发工作，首先对阿克苏职业技术学院现有管理系统进行分析，找到不足之处，同时考察借鉴兄弟院校的机房管理模式，提出新系统的目标，为设计开发满足阿克苏职业技术学院机房管理需求的新系统打好基础。 第一节 需求分析 克苏职业技术学院公共实验机房现状分析 公共 实验机房承担了全校计算机公共课和信息学院计算机专业课的上机实践、多媒体教学、英语听力练习、各类计算机培训与考试以及自费上机。机房周一至周日正常开放，机房没课时，本校学生可自费上机。 我们依据上机性质的不同，主要分为： 1. 课内上机：教务处安排的正常教学任务，学生按班级集体在机房上多媒体课程，免费； 2. 课外自费上机：学生课外自费上机，收费； 3. 面向社会举办各类计算机培训，组织各类计算机考试，收费； 4. 校内各单位的因公使用，免费。 在的问题 1现有系统功能简单，未实现完全网络化管理 ，管理软件与机房各计算机之间没有建立联系，不能对机房内计算机进行实时控制。当管理人员预约某机房时，无论机房内多少台机器，预约班级学生人数是多少，该机房预约后机房内所有计算机都处于预约开放状态。经常有学生钻空子，出现非该班学生免费蹭机时上网第 3 章 需求分析 12 聊天打游戏等，严重影响了正常的教学秩序。 2管理机不能动态查看各个机房的使用状态，也不能随时查看学生机的工作状态，需要不断的在机房各楼层巡视。 3存在收费漏洞，按照教学安排预约上课的同学已经下课，但是并不离开机房继续上机，超时部分无法收取任何费用。 4现有系统采用刷卡 方式，学生课内上机和自费上机时，进出都必须刷卡。由于课间休息时间短，进出学生人数众多，经常造成人员拥堵，学生意见很大； 5对刷卡机以及机房网络的稳定性要求很高，经常出现在上下课高峰刷卡系统瘫痪的情况，造成大批学生无法正常登录开机，影响教学秩序。 6预约上机到规定的下机时间就自动断电，对学生机硬件损坏较大。并且关机前没有给学生反馈下机提示，经常导致学生无法及时存盘。 7. 学生不能查看个人上机记录。经常出现学生关机离开机房，但是因为没有正常下机，在服务器上该生帐号还是在线状态，上机时间连续计算，学生经常因为账户余额与机房管理人员产生争执。 第二节 系统建设目标 阿克苏职业学院公共实验机房管理系统 的建设目标如下： （ 1）提供预约上机，自由收费上机等多种上机计费模式。 （ 2）可以根据学校的课程设置机房预约表； （ 3）一个帐号一次只能登录一台学生机。 （ 4） 学生自费上机登陆时检查账户余额，是否低于最低金额； （ 5） 如果是预约上机，下机时提前 5 分钟发送下机提示，确保学生有足够的时间进行存盘操作，到时自动关机。如果是自由收费上机，学生下机时，系统自动计费扣款。 （ 6）机房内不同类型用户和不同配置的电脑，机房管理人 员可以设定不同的费率。 （ 7） 由于多个机房老师同时管理机房，可根据需要设置分级管理权限，防范越权操作； （ 8） 可实时监控学生机，上课时禁止学生玩游戏、聊天； （ 9）可远程控制各机房内的学生机； （ 10）建立学生上机日志文件，存放学生机使