基于云计算的分布式教育管理系统的设计开发

1、电 子 科 技 大 学 UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA 专业学位硕士学位论文 MASTER THESIS FOR PROFESSIONAL DEGREE 论文题目 基于云计算平台的分布式教育管理系统的基于云计算平台的分布式教育管理系统的 设计开发设计开发 专业学位类别 软件工程软件工程 学 号 作 者 姓 名 指 导 教 师 分类号 密级 UDC 注 1 学 位 论 文 基于云计算平台的分布式教育管理系统基于云计算平台的分布式教育管理系统 的设计开发的设计开发 指导教师 申请学位级别 硕士硕士 专业学位类别 软件

2、工程软件工程 工程领域名称 软件工程 提交论文日期 论文答辩日期 学位授予单位和日期 电子科技大学电子科技大学 年年 月月 日日 答辩委员会主席 评阅人 注 1：注明国际十进分类法 UDC的类号。 DESIGN AND DEVELOPMENT OF EDUCATION MANAGEMENT SYSTEM BASED DISTRIBUTED CLOUD COMPUTING PLATFORM A Thesis Submitted to University of Electronic Science and Technology of China Major: Author: Advisor: S

3、chool : 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 获得电子科技大学或其它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。 作者签名： 日期： 年 月 日 论文使用授权 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有

4、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、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后应遵守此规定） 作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 摘 要 计算机使用的普及，带来的是高新技术的浪潮，在推进社会的发展同时，也 给人们的生活带来了极大的便利。而计算机管理系统也应运而生，逐步得以完善。 通过学习国外的计算机教学管理理念和技术，国内的教育管理也渐渐地实现了信 息化、智能化。 云计算平台的分布式教育管理系统是通过对现实教育管理体制的弊端分析， 融合云计算平台的服务，从而在给高校教师职工提供基本管理功能的同时，拓展 整个教育管理系统相关功能。从而真正实现用高科技来促进传统教育管

5、理体制的 革新，用高效的运行系统给职工提供便利，对学籍信息、师生信息、课程安排、 成绩信息等关键的信息予以科学合理的管理。整个系统的用户将主要分成系统管 理员、教师以及学生，通过系统后台的权限管理来控制各个用户的权限，从而将 数据进行保护，也实现了教育系统的人性化管理。系统主要就是管理教育过程中 的学生信息以及老师课程，就需要对一系列的资源进行数据挖掘之后得到用户的 需求，然后予以整合，并提供一系列扩展功能，方便教职工的使用。 本文中提到的系统是基于 Windows 平台，采用 ASP 语言编程和 Oracle 数据 库技术，界面使用 Dreamweaver 设计动态 B/S 模式网页。简要阐

6、述了教学信息管 理系统开发的背景，必要性以及系统的功能设计与分析。 从用户的角度出发， 对基于云计算的分布式教育管理系统的功能进行了全面的分析。本系统实现的主 要模块有课程管理模块、成绩管理模块、用户管理模块、教学计划管理模块、考 务管理模块和系统维护管理 6 大模块，基本实现开题报告的模块划分。由于篇幅 有限，本文仅系统分析、系统设计和模块详细设计等方面阐述了课程信息、调停 课信息、督导信息、课表信息、成绩信息、教师信息、学生信息等信息管理的设 计过程与实现，从该系统的开发背景、系统功能、设计思路及其流程等方面进行 了论述。尤其是详细说明了主功能模块：课程管理模块、成绩管理模块和用户管 理模

7、块，尤其是对课程管理模块中的课程信息、调停课管理、督导信息管理、课 表管理的设计以及实现均予以细致的展示说明。 关键词：关键词：云计算，教育管理系统，B/S 模式，模块 AB/STRACT With the global information era, the development of computer science, the positive role information management technology played in social life is more and more obvious; computer-aided management has gone

8、from scratch, from immature to mature development process. Draw a lot of computer-aided teaching of foreign management experience, our computer-aided education management has gradually developed. Education management system based on cloud computing platform is distributed through the real shortcomin

9、gs of the education management system analysis, integration of cloud computing platform services, resulting in the university teacher unions to provide basic management functions at the same time, expanding the entire education management system related functions. Thus truly realize use of technolog

10、y to promote innovation of traditional education management system, with the efficient operation of the system to facilitate workers for student information, student information, curriculum, performance information and other critical information to be scientific and rational management. Users of the

11、 system will be mainly divided into system administrators, teachers and students, through rights management system to control the background of each users permissions, which will protect the data, but also to achieve a humane management of the education system. Management system is mainly students i

12、n the educational process information, and the teacher course, we need a range of resources for data mining obtained after the needs of users, and then to be integrated, and provides a range of extended functionality to facilitate the use of faculty members, so as to improve education management eff

13、iciency, saving staff time and expense purposes. Systems mentioned in this article are based on the Windows platform, using ASP programming language and Oracle database technology, interface design using Dreamweaver dynamic B/S mode pages. Briefly describes the functional design and analysis of teac

14、hing information management system development background, the necessity of the system. From the users point of view, the education management system based on a distributed cloud computing functions carried out a comprehensive analysis. The main module of the system to achieve curriculum management

15、module, performance management module, the user management module, management module teaching plans , test management module and system maintenance and management six modules , basically opening report module division . Due to limited space, this article only system analysis , system design and modu

16、le design and other aspects elaborated detailed course information , tune suspension information , supervisory information, design and implementation of curriculum information, performance information , teacher information , student information , such as information management , from development Bac

17、kground of the system, system functions, design ideas and other aspects of the process are discussed . In particular, a detailed description of the main functional modules: Course Management module , performance management module and user management module, especially for curriculum management modul

18、e course information , tune suspension management , supervisory information management, curriculum design and realization of management are to be detailed show instructions. Keywords: Cloud computing, education management system, B/S mode, the module 目 录 摘 要.I 第一章 绪论.1 1.1 研究背景及意义 .1 1.1.1 研究背景.1 1.

19、1.2 研究意义.2 1.2 国内外研究现状 .4 1.2.1 国外云计算产业现状.4 1.2.2 国内研究现状.4 1.3 研究内容和目标 .5 1.3.1 课题研究内容.5 1.3.2 课题目标.6 1.4 论文组织结构 .7 第二章 相关理论与技术.8 2.1 技术基础 .8 2.1.1 云计算.8 2.1.2 分布式文件系统.9 2.1.3 B/S 架构.9 2.2 本章小结 .10 第三章 系统需求分析.11 3.1 课程管理模块 .11 3.1.1 教师功能需求.11 3.1.2 学生功能需求.14 3.1.3 管理员功能需求.15 3.2 成绩管理模块 .18 3.2.1 教师、

20、管理员功能需求.19 3.2.2 学生功能需求.21 3.3 用户管理模块 .22 3.3.1 教师功能需求.22 3.3.2 学生功能需求.25 3.3.3 管理员功能需求.26 3.7 本章小结 .29 第四章 云计算平台的系统设计.30 4.1 云计算系统体系结构 .30 4.1.1 体系结构.30 4.1.2 拓扑结构设计.31 4.1.2 设计目标.31 4.2 云计算平台存储功能特点 .33 4.3 云计算平台服务设计 .34 4.3.1 数据存储服务设计.34 4.3.2 数据计算服务设计.35 4.3.3 资源调度设计.36 4.4 WSAP 服务统一访问平台设计.38 4.5

21、 云计算平台数据库模型设计 .39 4.5.1 逻辑模型设计.39 4.5.2 物理模型设计.41 4.6 云计算管理系统具体设计 .43 4.6.1 任务分析.43 4.6.2 操作步骤.44 4.6.3 增加操作.46 4.6.4 类图实现.46 4.7 本章小结 .47 第五章 系统的实现.45 5.1 数据存储服务的实现 .45 5.2 数据计算服务的实现 .46 5.3 资源调度算法的实现 .46 5.4 课程管理模块 .47 5.4.1 教师功能实现.48 5.1.2 学生功能实现.54 5.1.3 管理员功能实现.58 5.2 成绩管理模块 .68 5.2.1 教师管理员功能实现

22、.68 5.2.2 学生功能实现.71 5.3 用户管理模块 .71 5.3.1 教师功能实现.71 5.3.2 学生功能实现.73 5.3.3 管理员功能实现.75 5.4 本章小结 .80 第六章 系统测试.81 6.1 系统测试目的 .81 6.2 系统各组件功能测试 .81 6.2.1 课程管理模块测试.81 6.2.2 成绩管理模块测试.84 6.2.3 用户管理模块测试.84 6.3 本章小结 .87 第七章 总结.88 致 谢.89 参考文献.90 第一章 绪论 自 1995 年我国正式把“科教兴国”放到战略层次以来，科学技术的发展在 政府的大力推崇下，得到了更加迅猛的发展，给人

23、们的生活带来了巨大的便利的 同时，也将推动教育管理方向的革新。传统的教育管理理念有着资源分散、效率 低下等种种弊端，用高科技信息平台来改良管理模式刻不容缓，而基于云计算的 分布式管理系统对解决教育管理的不足有着先天优势，因此课题的开发与研究很 有必要。 1.1 研究背景及意义 随着人民生活水平的提高、祖国经济的腾飞，教育事业也有了长足的进步， 而各个高校的扩招让之前存在的教育管理缺陷更加显现出来。传统的模式使用的 仍然是将公告、信息统计用文档以及表格的方式手工进行，准确性、安全性无法 得到保障不说，各个信息单独一块得不到统一管理，用一个科学合适的系统来对 教育资源进行统一管理势在必行。 1.1

24、.1 研究背景 在这个社会高度信息化的时代，中国若想真正实现崛起于世界各国，必然要 足够重视教育的现状。尽管在总体来说财政对教育已经逐步提高了拨款，但是除 沿海以及知名高校意外，学校的硬件设施仍然相当落后，自然已经远远落后与这 个信息化时代的发展，毕竟区域要想实现信息技术的高端化，必然离不开高科技 设备以及人才的支撑。首先学校就在硬件设备上先天不足，其次微薄的薪水很难 吸引到有知识文化、有科学技术、有理想的青年。当然，截至今日，各个高校的 设施已经得到了很大的改善，但与之相对应的软件方面的发展就落后了。 教育管理系统应用还比较少，各个高校采用的仍旧是手工操作，各种通告、 成绩整理以及信息的管理

25、都要手工去录入文档或者表格，然后再用传输工具活在 网络进行上报以及下发，这其中不仅浪费了大量的人力物力，还难免有失误的地 方，甚至导致严重的后果1。并且在流程的审批过程中，若是出现不合格的情况， 还需将资料文件重新返回给各个部门，然后部门重新进行整理录入修改之后再次 提交给上级，这样出现的次数一多，严重降低了效率。 再就是教育资源分散在各个部门得不到统一的管理，在教育行业相关的信息 资料甚多，有时一个文件的下发就需要财政处、计划科等部门进行协调，其中就 涉及到了从相关的各个部门得到信息资源2。例如，教师申报的项目有所改动之 后，要经过计划科审核，然后下发给了财务处去核算，接着教师才能去报销项目

26、 经费。这里面的流程需要审批、信息需要进行整合，这就要消耗不少的时间与精 力，并且每个学院可能提交给计划科的信息格式不同，这样计划处就要花时间来 进行统一处理，然后才能整合统一起来。 尽管当前各大学院一般都有着小型系统进行相关的资源整合以及管理，却也 因为相互之间没有很好地集成，所以数据不能很好地共用，这样一来难免会出现 一些脏数据（实际已经删除，但是还在另外的小系统中没有得到及时删除） ，也 会引发大量的无用信息堆积导致数据库膨胀，最终出现系统访问速度缓慢，甚至 出现崩溃的局面3。由此可见，开发出一个适合于中国教育现状的管理系统迫在 眉睫，也势在必行。 云计算作为技术高速发展的结晶，它站在互

27、联网各大主流技术的基础上，主 要通过的是将海量的数据保存在远程的大规模服务器集群中，以及给网络用户的 需求在互联网的大数据中心进行计算服务，从而拓展到各种服务领域4。而云计 算面对的就是分布式系统处理。分布式文件系统因为广域网以及大数据需要的推 动，通过参考了那时先进的对称多处理器的设计理念，加利福尼亚大学从而设计 开发出了 XFS 文件系统5，它的出现很好地注重解决了曾经分布式大多只能应用 在局域范围的不足，通过在万维网领域里面进行存储，来降低了网络拥堵的麻烦。 此外，它采用的结构是多层次的，这个正好满足文件系统局部进行访问的特征， 若是无效就回滚的缓存一致性协议6，还降低了网络的拥塞程度，

28、提高了本地储 存空间的利用效率，让它能有更好的性能7。 此后，云计算的提出，就吸纳了分布式文件系统的这一技术，从而利用网络 计算机来解决实际需求。 1.1.2 研究意义 本文的分布式教育管理系统是通过对现实教育管理体制的弊端分析，融合云 计算服务，从而在给高校教师职工提供基本管理功能的同时，拓展整个教育管理 系统相关功能。从而真正实现用高科技来促进传统教育管理体制的革新，用高效 的运行系统给职工提供便利，对学籍信息、教学计划、课程安排、成绩信息等关 键的信息予以科学合理的管理。整个系统的用户将主要分成系统管理员、学校职 工以及学生，通过系统后台的权限管理来控制各个用户的权限，从而将数据进行 保

29、护，也实现了教育系统的人性化管理。系统主要就是管理教育过程中的学生信 息以及老师课程，就需要对一系列的资源进行数据挖掘之后得到用户的需求，然 后予以整合，并提供一系列扩展功能，方便教职工的使用，从而达到提高教育管 理的效率、节省教职工时间以及开支的目的8。 分布式教育管理系统作为云计算管理系统的重要一环，扮演着不可或缺的角 色。各种应用也对分布式文件系统提出了更多的需求。大容量、高性能、高可用 性、可拓展性、可管理性、按需服务都是现在优秀的分布式文件系统所需要具备 的。本系统首先要实现的是教育管理的几大基本业务功能，其次就是通过对高新 技术的使用来加快教育管理领域的发展。因为系统的业务需求调查

30、以及分析是有 着事实的依据，通过了对各大高校教育管理体制的现状调研，从而了解当前教育 管理模式下的不足，针对性地将各大资源进行整合，这样在方便老师和学生学习 以及工作的前提下，无形之中促进学校整体工作的良好氛围形成，让教师能用更 多的时间用在科研上，花更多的心思在对学生的因材施教上面。学生在能从教育 管理系统获取基本信息的情况下，省去了一些错误信息存在的可能性，不仅促进 了师生的和谐关系，还通过教师教学跟学生接受教育这两个基本的业务作为根本， 来构建一个新型的教育管理模式。 系统拓宽了学校信息以及学生课程信息的访问方式，给教职工以及受教育的 人提供了一个交流沟通的途径，将根据师生的实际情况来安

31、排科学合理的教学课 程，并且在教师指定考试时间、考试科目之后，能进行合理的考试教室、考试地 点安排9。并且学生能根据自己的学习情况在系统里下载相应的学习资料，再在 实际考试中获知自己的学习情况，从而建立一个符合自身情况的学习计划，这样 就真正地实现了以学为本模式，让教育资源能得到更加合理的规范管理，学生根 据自身情况学得轻松愉快却高效，只有这样才能刺激学生的潜力，让学生从被动 化为主动，改变了学生学习的态度以及气氛。当然，教职工还能根据每个班的不 同情况，来进行合理的课外任务的安排，这样合乎实际需求的作业任务让学生获 得进步的同时不致对学习失去兴趣，从而改善当前的学生被动学习的不良现状。 由此

32、可见，基于云计算的分布式教育管理系统是各大高校必不可少的管理系 统，这是从各大学校实际情况出发，开发的需求完备、操作方便的管理系统10。 它用高效的途径极大程度地减少了高校教职工的工作任务，系统的搭建能对行政 机构的管理很有帮助。给三类不同的用户都有着不同方式的搜索途径，传统的管 理模式用人工录入、修改、统计相关信息的途径，这样的操作有着种种弊端，往 往消耗了太多的人力物力、却还会出现错误、不安全等隐患，并且随着业务操作 的增多，不少的信息堆积在不同的文件里面，搜索相关信息时非常麻烦，术语典 型的吃力不讨好状况。云计算分布式教育管理系统能对教育管理中的大量信息进 行分门别类的处理，相对于以前的

33、管理模式有着搜索反应及时、高效快捷、安全 方便、处理流程及时、劳动消耗小、准确率高失误少等等长处，这样就很好地改 善了学校工作的效率问题，相应地提高了学生学习的热情11。 以上的优点必然能够改进各个高校的管理方式，让高科技走进校园，用科学 技术来管理现代教育信息，最终实现科学合理的规范化、自动化管理方式12。这 正是高校正规性管理的开始，必然会提高整个教育流程的办公效率，逐步实现跟 现代科技接轨的目标。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 国外云计算产业现状 在云领域，不同环节的提供商的核心技术会不同，因此只有价值链强强联合， 整合资源，进行优势互补，这样才能够给用户提供更好的产品解决方案，从

34、而一 起营造发展市场，创造更高的价值13。 云计算是建立在能够自动负载平衡、均衡分配资源、虚拟化管理的平台基础 上的，所以能够提供优质软硬件的厂商在云服务提供上面占有着更大的优势，例 如易安信、甲骨文、红帽、惠普等公司。这些提供厂商往往在服务提供上面更加 富余灵活性，并且更为优质低价。 2009 年的时候，易安信跟其它公司合作开发了 Atmos 云存储系统，并在此基 础上提出了进行云架构的设计。2003 年，它收购了 VMware，而之前 VMware 在 虚拟化领域遥遥领先于其它提供商，全球 84%所有的虚拟化应用都是应用在 VMware 上的，其产品并且其 VMwareFare 给各个公司

35、提供了良好的云应用平台。 红帽公司给企业提供了云计算的解决方案，它会通过云对资源进行合理分配，然 后使用其服务的企业可以根据按需进行付费。惠普提供的解决方案给云计算也提 供了很好的平台，并降低了平台的成本以及计算的难度。 云计算提供商会帮客户企业搭建云平台，例如甲骨文、谷歌、亚马逊、惠普 等公司，它们都有着很强的技术研发团队，所以能给客户企业提供完善的解决方 案和产品。甲骨文在 05 年收购了解决方案提供厂商 Siebel 以后开始涉及到了云 这个行业。 1.2.2 国内研究现状 教育管理系统主要用于高校的平日工作上面，跟学校的教务管理、课程安排、 成绩信息管理等息息相关，在整个教育领域的革新

36、浪潮下，尤其是各大高校的扩 招加重了学校教务管理、学生信息管理的负担，越发提升了对功能齐全，简单易 学的教育管理系统。 国外的教育体制，拥有着为数不少的高新技术人才来开发以及维护信息化应 用系统。而国内的教育信息化体系跟计算机技术的发展都晚于国外产业，当然随 着国家的高新技术发展，财政部门都给各大高校的硬件设备提供了基础保障，此 外，学校还请专业公司开发制作教育管理系统，都促进了教育事业的信息化之路。 毋庸置疑的是，整个国家计算机技术相对于前沿的技术强国仍有不小的差距，并 且教育信息化的经济投入仍显不够，所以国内教育信息化程度不论是在硬件设施 还是管理系统都有待提升。 当前的国内教育管理系统，

37、在系统开发以及信息安全方面仍有着一些缺陷， 各个管理系统没有共用数据，没有做到满足用户的全部需求，甚至一些比较无用 的功能也嵌套在系统里面14。所以教育管理系统应该以师生实际需求为开发目标， 将教学流程、课程安排、行政业务等信息进行统一的管理，让教育管理系统走向 智能化、自动化之路，但这途中将经历两个过程： 首先是将目标确定为将手工劳动向系统操作转变。传统教育管理模式教职工 有着相当沉重的包袱，不仅要教学，还要一系列的手工信息管理。这个过程相对 比较容易实现，耗时也不长。不过系统仍然有着共用数据少、子系统没有很好地 整合等缺陷。事实情况是，95 年时候国内就有一部分的高校实现了这一过程，但 仍

38、有相当多的高校还在超这个目标奋斗。 其次的目标是集成相关信息。学分制的实行冲击了传统的教育管理模式，学 生也要有相应的权限去选秀课程并查看学分情况，这样就涉及到了信息的共用。 前些年，各大高校就开始倾注精力于教学管理、课程安排、成绩管理等功能实现 的教育管理系统，从而来解决学分制模式下的需求。学分制的诞生，导致教育管 理系统的重心逐步向学生倾斜，加上整个教育界的体制革新，教育管理流程也发 生了一系列的变化，信息化技术应用在教育事业中也越来越广泛。 1.3 研究内容和目标 1.3.1 课题研究内容 1系统开发技术的研究 通过对云计算、分布式文件系统、.NET 技术、ASP 技术和分页等技术的学 习，对云计算分布式管理系统进行了详细的阐述，说明其基于云计算的教育管理 系统的优越性。 2BS 模式体系结构的研究 通过对 BS 模式体系结构的理解，研究了 CS 和 BS 架构编程体系，同 时具体分析了 BS 架构软件的优势与劣势，指出本系统基于云计算的分布式教 育管理系统在开发设计中采用了三层 BS 体系结