邵冬華，王 剛

（1.南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南通 226010；2.江蘇金智教育信息技術(shù)有限公司，南京 211100）

0 引 言

隨著高校信息化建設(shè)的發(fā)展，各高校大部分都已經(jīng)建立了校內(nèi)的數(shù)據(jù)中心，通過(guò)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成和共享，累計(jì)了大量的各類(lèi)教務(wù)、科研、管理方面的數(shù)據(jù)。同時(shí)，主管部門(mén)對(duì)所屬高校的數(shù)據(jù)采集由于受到各高校內(nèi)部數(shù)據(jù)的異構(gòu)性、數(shù)據(jù)一致性等問(wèn)題，一直不能實(shí)時(shí)地進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，大部分依靠手工的數(shù)據(jù)整理工作，耗時(shí)耗力。

近年來(lái)，云計(jì)算技術(shù)迅猛發(fā)展，以資源聚合和虛擬化為基本特征，支持應(yīng)用服務(wù)化、專(zhuān)業(yè)化，具有彈性服務(wù)、資源池化、按需服務(wù)、服務(wù)可計(jì)費(fèi)等特點(diǎn)[1]。近年，包括 Google，Amazon，IBM 與Microsoft在內(nèi)的幾乎所有的IT行業(yè)巨頭都將云計(jì)算作為未來(lái)發(fā)展的主要戰(zhàn)略之一[2－4]。

各高校所建立的內(nèi)部數(shù)據(jù)中心，對(duì)于主管部門(mén)而言，是一個(gè)很大的 “云”，而多個(gè)高校的數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)采集和使用，則是這個(gè) “云”上的服務(wù)。本文引入云計(jì)算的思路，通過(guò)使數(shù)據(jù)對(duì)象虛擬化和服務(wù)的構(gòu)建，為建立跨校的信息平臺(tái)提供新的思路。

1 云計(jì)算概述

云計(jì)算 （Cloud Computing）是一種新型的資源和服務(wù)交付方式，在目前還沒(méi)有普遍一致的定義，是分布式計(jì)算的延伸，通過(guò)整合、管理、調(diào)配分布自網(wǎng)絡(luò)各處的計(jì)算資源，以按需分配、按用計(jì)費(fèi)、通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)分發(fā)統(tǒng)一的交互接口的同時(shí)向多用戶提供服務(wù)的一種服務(wù)模式[5]。也是一種由規(guī)模經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)的大規(guī)模分布式計(jì)算模式，通過(guò)這種計(jì)算模式，實(shí)現(xiàn)抽象的、虛擬的、可動(dòng)態(tài)擴(kuò)展、可管理的計(jì)算、存儲(chǔ)、平臺(tái)和服務(wù)等資源池，由互聯(lián)網(wǎng)按需提供給外部用戶[6]。云計(jì)算技術(shù)研究尚處于起步階段，目前主要應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)、商業(yè)和科學(xué)計(jì)算等領(lǐng)域[7－8]。

云計(jì)算有如下幾個(gè)主要特點(diǎn)：

（1）大規(guī)模：只有大規(guī)模的分布式計(jì)算才能體現(xiàn)出云計(jì)算的高效。才能體現(xiàn)資源整合和服務(wù)提供的優(yōu)勢(shì)。

（2）可擴(kuò)展性：由于云計(jì)算使用的是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)提供服務(wù)交互方式，服務(wù)可隨著使用人數(shù)的增長(zhǎng)動(dòng)態(tài)的擴(kuò)展。

（3）動(dòng)態(tài)配置：服務(wù)是按需定制和供應(yīng)的。

（4）虛擬化：終端用戶從云中獲取應(yīng)用服務(wù)，而不需要關(guān)心服務(wù)的具體實(shí)現(xiàn)和具體位置。這就要求服務(wù)的提供者必須是抽象的實(shí)體，是虛擬化的，否則無(wú)法滿足服務(wù)的動(dòng)態(tài)、按需等需求。

（5）安全性：云端的用戶信息可分布在地理上相互隔離的數(shù)據(jù)庫(kù)主機(jī)中，用戶自己也無(wú)法判斷信息的備份地點(diǎn)，從而大大提高系統(tǒng)的安全性容災(zāi)能力。

2 跨校信息平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)

通常情況下，上級(jí)部門(mén)會(huì)采用新增信息管理系統(tǒng)、各個(gè)高校將需要采集的數(shù)據(jù)通過(guò)頁(yè)面錄入、導(dǎo)入的方式提交數(shù)據(jù)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，數(shù)據(jù)的及時(shí)性也很難得到保障。而目前，大部分的高校校內(nèi)已經(jīng)或者逐步開(kāi)始建設(shè)校內(nèi)的數(shù)據(jù)中心庫(kù)。這兩層數(shù)據(jù)的及時(shí)有效的對(duì)接已經(jīng)成為研究高校數(shù)據(jù)使用的研究熱點(diǎn)。

云計(jì)算的出現(xiàn)及其特點(diǎn)，給跨校信息平臺(tái)的研究帶來(lái)了新的思路。各個(gè)高校之間的數(shù)據(jù)中心是存放在各個(gè)學(xué)校的，分布比較廣，數(shù)量也較多。而上級(jí)部門(mén)采集的信息也會(huì)隨著政策、業(yè)務(wù)等發(fā)生多樣性的變化。要求跨校信息平臺(tái)的服務(wù)能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)配置、具有較好的可擴(kuò)展性。

參照云計(jì)算的體系結(jié)構(gòu)，跨校信息平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在跨校信息平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)中，主要分為四層，分別是資源層、虛擬化層、服務(wù)層和應(yīng)用層。

資源層主要有分布在各高校內(nèi)部的數(shù)據(jù)中心組成，主要包含硬件服務(wù)器、操作系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用軟件等。這些資源隨著高校數(shù)量的增加會(huì)越來(lái)越龐大。由于資源的歸屬等原因，分布式的協(xié)同計(jì)算等在跨校數(shù)據(jù)平臺(tái)中應(yīng)用較少，本文不作過(guò)多描述。

圖1 跨校信息平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)

虛擬化層是實(shí)現(xiàn)跨校信息平臺(tái)的基礎(chǔ)層，只有將各高校的數(shù)據(jù)對(duì)象虛擬化后，才能夠構(gòu)建服務(wù)和應(yīng)用。虛擬化層主要是將各高校數(shù)據(jù)中心中的數(shù)據(jù)實(shí)體轉(zhuǎn)換成虛擬數(shù)據(jù)對(duì)象，即將物理上的表、視圖等轉(zhuǎn)換成邏輯上的數(shù)據(jù)對(duì)象，以便屏蔽來(lái)自不同高校的多數(shù)據(jù)源、多訪問(wèn)方式等問(wèn)題。同時(shí)，將各個(gè)高校也進(jìn)行虛擬化描述。

服務(wù)層是在數(shù)據(jù)對(duì)象虛擬化之后，對(duì)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步服務(wù)封裝。服務(wù)的封裝依據(jù)于業(yè)務(wù)的不同，服務(wù)的分類(lèi)顆粒度也不同。以跨校學(xué)生基本信息為列，在平臺(tái)中需要查詢多個(gè)高校的學(xué)生人數(shù)、單個(gè)學(xué)校的學(xué)生明細(xì)。這個(gè)應(yīng)用中，服務(wù)就分為學(xué)生人數(shù)統(tǒng)計(jì)服務(wù)和學(xué)生明細(xì)查詢服務(wù)。而學(xué)生明細(xì)查詢服務(wù)，則可以分為學(xué)生自然信息查詢服務(wù)和學(xué)生在校系想你查詢服務(wù)。

應(yīng)用層主要是在服務(wù)層的基礎(chǔ)上，構(gòu)建針對(duì)具體業(yè)務(wù)的應(yīng)用。包含用戶認(rèn)證、服務(wù)的權(quán)限管理、服務(wù)的配置 （由細(xì)顆粒的服務(wù)組建粗顆粒的服務(wù)）、服務(wù)訂閱等。

使用以上的體系結(jié)構(gòu)，解決了在構(gòu)建跨校信息平臺(tái)時(shí)的幾個(gè)基本要求：

（1）擴(kuò)展性。當(dāng)增加一所新的高校時(shí)，不會(huì)帶來(lái)體系結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度的增加。只需要按照其他高校的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)象虛擬化，并在服務(wù)層中注冊(cè)新的虛擬對(duì)象。

（2）分布計(jì)算性。分布式計(jì)算的范圍大小取決于服務(wù)的粗細(xì)度。比如：對(duì)學(xué)生信息的統(tǒng)計(jì)和查詢。如果服務(wù)中只有基本信息查詢服務(wù)，當(dāng)構(gòu)建應(yīng)用的時(shí)候，統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)就需要由跨校信息平臺(tái)統(tǒng)一來(lái)完成，無(wú)法分布計(jì)算。而如果服務(wù)細(xì)分為統(tǒng)計(jì)和查詢，則統(tǒng)計(jì)工作則分布在各個(gè)高校的數(shù)據(jù)中心，服務(wù)則直接從虛擬的學(xué)生數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)對(duì)象中獲取統(tǒng)計(jì)信息。

（3）數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性?？缧Ｐ畔⑵脚_(tái)本身并不存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在各高校的數(shù)據(jù)中心，并由相應(yīng)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)支撐進(jìn)行數(shù)據(jù)的維護(hù)工作。當(dāng)平臺(tái)接受用戶請(qǐng)求的時(shí)候，會(huì)通過(guò)構(gòu)建的服務(wù)到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)中心中獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

（4）穩(wěn)定性。平臺(tái)中包含了多個(gè)高校的數(shù)據(jù)，當(dāng)一個(gè)高校的數(shù)據(jù)物理訪問(wèn)出現(xiàn)故障時(shí)，并不妨礙其他高校的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)范圍和系統(tǒng)功能使用。

（5）節(jié)省投入。有效利用了現(xiàn)有的高校數(shù)據(jù)中心資源，減少了在構(gòu)建平臺(tái)過(guò)程中可能會(huì)涉及的數(shù)據(jù)中心建設(shè)和維護(hù)?？s短了項(xiàng)目見(jiàn)效的時(shí)間。

3 數(shù)據(jù)對(duì)象虛擬化

數(shù)據(jù)對(duì)象虛擬化是構(gòu)建跨校信息平臺(tái)的基礎(chǔ)和核心。由于各高校的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源基本上都是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，且大部分使用了Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，所以本文使用了目前較為流行的Oracle的ODI（Oracle Data Integrator）組件，作為數(shù)據(jù)對(duì)象虛擬化工具。

目前，ODI組件可以支持絕大部分的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)反向操作。比如通過(guò)驅(qū)動(dòng)連接MS SqlServer數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)建立ODBC數(shù)據(jù)源，連接Excel文件等。

數(shù)據(jù)對(duì)象虛擬化主要使用ODI組件中的數(shù)據(jù)反向操作，將數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)體對(duì)象轉(zhuǎn)換成XML的對(duì)象描述。當(dāng)物理上可連接到對(duì)方的數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，ODI可以將有權(quán)限訪問(wèn)的數(shù)據(jù)對(duì)象反向成邏輯數(shù)據(jù)對(duì)象，即轉(zhuǎn)換成XML文件。在此過(guò)程中，主要生成連接信息描述，庫(kù)信息描述，數(shù)據(jù)對(duì)象描述。連接信息描述主要包含連接名稱(chēng)、ID、連接驅(qū)動(dòng)類(lèi)型、連接關(guān)聯(lián)的學(xué)校ID、連接的賬號(hào)和密碼等；庫(kù)信息描述主要包含庫(kù)名稱(chēng)、ID、使用的連接信息、庫(kù)類(lèi)型等；數(shù)據(jù)對(duì)象描述主要包含數(shù)據(jù)對(duì)象的描述、包含的列描述、主鍵描述等信息，如圖2所示。

對(duì)于高校對(duì)象的虛擬化描述，主要包含高校名稱(chēng)、ID等信息。高校對(duì)象的虛擬化描述是作為索引，在多個(gè)高校數(shù)據(jù)對(duì)象虛擬化描述統(tǒng)一命名規(guī)則的前提下，提供快速的檢索。這樣，既提高了索引的效率，又能在新增高校的時(shí)候，使得服務(wù)層只需要遍歷高校對(duì)象即可，這樣就不需要改變服務(wù)層的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

圖2 一個(gè)虛擬化數(shù)據(jù)對(duì)象的XML描述

4 數(shù)據(jù)服務(wù)的構(gòu)建

本文以跨校信息平臺(tái)中的學(xué)生信息查詢的應(yīng)用為例，描述數(shù)據(jù)服務(wù)的構(gòu)建過(guò)程。

對(duì)于學(xué)生信息查詢的應(yīng)用而言，平臺(tái)需要提供學(xué)生總數(shù)的查詢、學(xué)生男女生人數(shù)的查詢、學(xué)生專(zhuān)業(yè)信息的查詢，以及對(duì)應(yīng)的學(xué)生明細(xì)的查詢等。這樣學(xué)生信息的數(shù)據(jù)服務(wù)就分兩個(gè)層次，提供兩個(gè)調(diào)用接口。一個(gè)是統(tǒng)計(jì) （TJ＿BZKS），一個(gè)是明細(xì)（MX＿BZKS）。

對(duì)于統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)服務(wù)，就統(tǒng)計(jì)而言，接口中包含＜學(xué)校ID，統(tǒng)計(jì)對(duì)象ID，字段名＞，其中學(xué)校ID表示具體指的哪個(gè)高校，輸入的值是高校編碼，空表示所有注冊(cè)的高校；統(tǒng)計(jì)對(duì)象指的是統(tǒng)計(jì)是在哪個(gè)類(lèi)別里面，對(duì)于學(xué)生信息查詢而言，輸入的是BZKS；字段名表示以學(xué)生信息中的哪個(gè)字段為統(tǒng)計(jì)維度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，為空表示統(tǒng)計(jì)的是學(xué)生信息的總數(shù)。接口的返回是一個(gè)ResultSet的XML描述。包含學(xué)校ID、統(tǒng)計(jì)對(duì)象、字段名、統(tǒng)計(jì)值。

對(duì)于明細(xì)的數(shù)據(jù)服務(wù)，接口中包含＜學(xué)校ID，統(tǒng)計(jì)對(duì)象ID，字段名列表＞，其中學(xué)校ID和統(tǒng)計(jì)對(duì)象ID同統(tǒng)計(jì)接口的定義一致，字段名表示明細(xì)顯示的列，是一個(gè)字段名列表。接口返回的ResultSet是依據(jù)接口中指定的字段名列表為列，數(shù)據(jù)明細(xì)為行的XML描述。

在服務(wù)對(duì)虛擬化對(duì)象的調(diào)用和執(zhí)行過(guò)程中，如果學(xué)校ID為空，則依據(jù)學(xué)校ID的虛擬化對(duì)象為索引，遍歷各學(xué)校的虛擬化的統(tǒng)計(jì)對(duì)象。在執(zhí)行過(guò)程中分為兩層實(shí)現(xiàn)，分別為邏輯層實(shí)現(xiàn)和物理層實(shí)現(xiàn)。邏輯層時(shí)間主要是依據(jù)接口的調(diào)用，形成對(duì)各高校虛擬化數(shù)據(jù)對(duì)象的操作，物理層則依據(jù)各高校的連接信息、庫(kù)信息和對(duì)象信息進(jìn)行物理連接和查詢，并返回結(jié)果。如圖3所示，使用SQL語(yǔ)句對(duì)上述過(guò)程進(jìn)行了描述。

圖3 服務(wù)對(duì)虛擬化對(duì)象的調(diào)研和執(zhí)行

5 數(shù)據(jù)調(diào)用的安全性

自從各高校開(kāi)始建設(shè)數(shù)據(jù)中心庫(kù)以來(lái)，數(shù)據(jù)的安全性就受到了高度的重視。本文討論的跨校信息平臺(tái)的建設(shè)，需要自上而下的從各個(gè)所屬高校的數(shù)據(jù)中心庫(kù)直接讀取數(shù)據(jù)，這對(duì)各個(gè)高校的數(shù)據(jù)安全帶來(lái)了影響。

針對(duì)安全問(wèn)題，采用兩層數(shù)據(jù)安全防護(hù)，即從網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。

在網(wǎng)絡(luò)層，在各高校內(nèi)部，對(duì)可訪問(wèn)數(shù)據(jù)中心庫(kù)的IP地址進(jìn)行限制，只有上級(jí)部門(mén)的有限的幾個(gè)IP地址才可訪問(wèn)本校的數(shù)據(jù)中心庫(kù)。

在應(yīng)用層，在連接數(shù)據(jù)中心庫(kù)之前，進(jìn)行連接的安全驗(yàn)證。數(shù)據(jù)是通過(guò)二次加密后的密文傳遞的。加密是利用MD5算法依靠雙方約定的密鑰和服務(wù)器時(shí)間進(jìn)行第一次加密，接著對(duì)密文進(jìn)行固定位數(shù)的向左移位，即第二次加密。

加密協(xié)議如下：

MD5（密鑰＋時(shí)間戳）＋位移數(shù)；

此驗(yàn)證方法中，密鑰是雙方約定的、可定期變化的；時(shí)間戳在經(jīng)過(guò)取舍處理后，可允許在10分鐘內(nèi)都有效，即允許此請(qǐng)求在雙方服務(wù)器時(shí)間一致情況下10分鐘內(nèi)有效，或者服務(wù)器時(shí)間誤差10分鐘內(nèi)，請(qǐng)求有效。位移的數(shù)量是通過(guò)傳遞的密文的最后一位標(biāo)記的，可定期變化的；MD5的加密方法采用32位小寫(xiě)。

在驗(yàn)證過(guò)程中，首先依據(jù)約定好的密鑰和時(shí)間戳進(jìn)行MD5加密；其次對(duì)密文進(jìn)行二次加密，即根據(jù)獲取傳遞過(guò)來(lái)的位移數(shù)進(jìn)行密文的位移；最后將二次加密后的密文同傳遞過(guò)來(lái)的前32位密文進(jìn)行比對(duì) （區(qū)分大小寫(xiě)），如果一致則驗(yàn)證通過(guò)，如果不一致則拒絕連接。

6 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)在構(gòu)建跨校信息平臺(tái)的研究過(guò)程中，結(jié)合平臺(tái)的實(shí)際需求，引入了云計(jì)算的思路，著重介紹了在引入云計(jì)算后，跨校信息平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)，以及對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象的虛擬化和數(shù)據(jù)服務(wù)的構(gòu)建過(guò)程。本文的研究同時(shí)也為進(jìn)一步利用已用的各高校數(shù)據(jù)中心資源提供了一種新的思路。后續(xù)，將逐步完善跨校信息平臺(tái)的研究，對(duì)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中會(huì)涉及得到的統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、跨校虛擬網(wǎng)絡(luò)、非關(guān)系型數(shù)據(jù)等方面進(jìn)行進(jìn)一步的研究和實(shí)現(xiàn)。

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