張?zhí)煨?/p>

（福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福州350007）

0 引言

數(shù)字化校園管理是以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和信息數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)，通過大量的有針對性的應(yīng)用軟件建立起來的一個用于滿足各類校園業(yè)務(wù)管理的大型計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。但其服務(wù)應(yīng)用支撐軟件開發(fā)和項目實施過程常碰到以下問題：

首先，業(yè)務(wù)和程序捆綁得較為緊密，大多數(shù)開發(fā)人員仍然適應(yīng)那種將每一個應(yīng)用程序作為一個獨立問題解決的方式。

其次，大量異構(gòu)系統(tǒng)并存，不同計算機(jī)硬件工作方式不同，操作系統(tǒng)不同、編程語言也不同；系統(tǒng)內(nèi)或系統(tǒng)間的接口不統(tǒng)一，系統(tǒng)一旦變大或變多則接口變得異常復(fù)雜，維護(hù)和升級的成本很高。

再次，在早期設(shè)計概念中，只包括構(gòu)件（也稱模塊）以及一些基本的模塊互聯(lián)機(jī)制，隨著軟件開發(fā)實踐，構(gòu)件間的互聯(lián)機(jī)制逐漸獨立出來［1］。傳統(tǒng)的點對點應(yīng)用連接方式將最終造成數(shù)字化校園管理架構(gòu)蛛網(wǎng)化，伴隨而來的是復(fù)雜僵化的應(yīng)用架構(gòu)、高額的維護(hù)成本和緩慢的服務(wù)響應(yīng)速度。

通過深入分析以上問題，作者按照軟件體系架構(gòu)的思想來梳理軟件開發(fā)工作方式，引入合適的集成方式和構(gòu)件設(shè)計規(guī)約，利用服務(wù)組件架構(gòu)（SCA，Service Component Architecture）標(biāo)準(zhǔn)來開發(fā)數(shù)字化校園管理服務(wù)控制系統(tǒng)，使其成為面向校園管理各類應(yīng)用服務(wù)架構(gòu) （SOA，Service Oriented Architecture）的信息傳輸龍骨，能夠幫助簡化IT架構(gòu)（減少應(yīng)用整合接口的數(shù)量和復(fù)雜程度），降低運作成本。

1 服務(wù)控制系統(tǒng)設(shè)計

1.1 設(shè)計目標(biāo)

面向服務(wù)，本質(zhì)就是以服務(wù)協(xié)同為中心，組織好各種服務(wù)間的工作［2］。

從數(shù)字化校園管理應(yīng)用軟件系統(tǒng)項目特點來看，教務(wù)管理、學(xué)籍管理、教學(xué)資源管理、招生熱線管理、數(shù)字化圖書館等外部服務(wù)形式主要體現(xiàn)為Web服務(wù)，HTTP Servlet服務(wù)，CORBA服務(wù)、Tuxedo服務(wù)、數(shù)據(jù)庫表接口和存儲過程接口等。服務(wù)控制系統(tǒng)需要將這些服務(wù)通過適配器集成到服務(wù)運行構(gòu)件中，并提供統(tǒng)一的服務(wù)接口供外部調(diào)用，通過不斷豐富其應(yīng)用適配功能，不斷開發(fā)新的面向典型應(yīng)用的組建標(biāo)準(zhǔn)，使得用戶通過簡單的配置就可以將已有的各種應(yīng)用遺留系統(tǒng)和新開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)集成到服務(wù)控制系統(tǒng)上來。

該服務(wù)控制系統(tǒng)支持服務(wù)交互功能，提供消息傳遞功能，并以事件基礎(chǔ)架構(gòu)來支持這些功能。還提供合適的服務(wù)級別和可管理性，支持在異構(gòu)環(huán)境中的組合應(yīng)用。依據(jù)SOA原則，需要使用與實現(xiàn)無關(guān)的接口，被調(diào)用的服務(wù)位置對于調(diào)用者應(yīng)該是透明的，需要支持可互操作性的通信協(xié)議，同時可以進(jìn)行相對粗粒度的、支持重用封裝的服務(wù)定義，可以作為分布式的異構(gòu)基礎(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行實現(xiàn)。在框架模型中，構(gòu)件根據(jù)承擔(dān)責(zé)任角度分為功能構(gòu)件和連接構(gòu)件，業(yè)務(wù)過程的擴(kuò)展體現(xiàn)在連接構(gòu)件中，同時連接構(gòu)件負(fù)責(zé)功能構(gòu)件之間的交互［3］，服務(wù)控制系統(tǒng)就起到了連接構(gòu)件的作用。在系統(tǒng)中被集成的對象明確被定義為服務(wù)，而不是傳統(tǒng)EAI中各種各樣的中間件系統(tǒng)，明確強(qiáng)調(diào)消息處理在集成過程中的核心作用，而且事件驅(qū)動成為重要特征［4］。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

對應(yīng)于SCA的概念，服務(wù)控制系統(tǒng)主要發(fā)揮服務(wù)注冊中心以及服務(wù)通道的作用，按主要功能分為4部分，如圖1。

圖1 服務(wù)控制系統(tǒng)架構(gòu)

1.2.1 服務(wù)配置管理

服務(wù)配置管理主要實現(xiàn)將開發(fā)好的應(yīng)用服務(wù)注冊在系統(tǒng)可引用的配置文件中。服務(wù)配置使用XML來描述服務(wù)的引用位置，這保證了軟件系統(tǒng)在運行過程支持在線演化，即意味著軟件在運行期間隨著配置參數(shù)改變則各個服務(wù)能被方便地增加、刪除［5］。

服務(wù)配置XML文件的最基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括服務(wù)的聲明、輸入／輸出端定義和服務(wù)這程序的位置。

圖2 服務(wù)配置文件結(jié)構(gòu)

1.2.2 服務(wù)安全管理

數(shù)字化校園管理的應(yīng)用軟件，很多對應(yīng)用的訪問是要進(jìn)行安全控制的。針對這一普遍需求，在系統(tǒng)設(shè)計了服務(wù)安全管理功能。

服務(wù)安全管理主要是實現(xiàn)安全配置，分布在各處的服務(wù)經(jīng)常被遠(yuǎn)程調(diào)用，服務(wù)組件本身必須實現(xiàn)安全設(shè)計來完成服務(wù)調(diào)用者驗證等工作。本系統(tǒng)采用的安全策略是應(yīng)用Spring Security對服務(wù)訪問進(jìn)行控制。

數(shù)字化校園管理許多應(yīng)用服務(wù)需要針對服務(wù)本身的動態(tài)特征提出訪問控制要求，即需要對用戶的各類角色設(shè)置權(quán)限。因此，安全配置設(shè)計采用Spring框架下的Spring Security相關(guān)組件作為安全管理組件，服務(wù)數(shù)據(jù)交換的 Mule系統(tǒng)也使用Spring Security。通過安全管理，可以在HTTP的輸入端（inbound）對用戶進(jìn)行認(rèn)證，配置組件的訪問權(quán)限。

Spring Security是通過Servlet Fileter的方式嵌入整個Web應(yīng)用，可以進(jìn)行用戶認(rèn)證和權(quán)限控制的管理，從而提供一種統(tǒng)一的跨應(yīng)用系統(tǒng)的安全管理。當(dāng)用戶訪問資源的時候，就會被相關(guān)的過濾器所攔截，進(jìn)行用戶認(rèn)證和權(quán)限判斷。

在具體設(shè)計中通過配置安全元素、配置組件訪問權(quán)限以及通過攔截器阻擋非法訪問來實現(xiàn)服務(wù)的安全訪問。同時，結(jié)合最常用的WebService方法，配置了CXF。

1.2.3 服務(wù)監(jiān)控

服務(wù)監(jiān)控用于確定監(jiān)控類型和被監(jiān)控的服務(wù)執(zhí)行過程數(shù)據(jù)內(nèi)容，通過圖形界面完成服務(wù)運行過程的監(jiān)控瀏覽，主要實現(xiàn)實時事件監(jiān)控和歷史事件查詢。

本系統(tǒng)開發(fā)了一個管理控制器實現(xiàn)對服務(wù)構(gòu)件運行過程的監(jiān)控，通過管理控制臺實現(xiàn)對服務(wù)注冊、服務(wù)調(diào)用身份登記、服務(wù)過程的監(jiān)控等，實現(xiàn)服務(wù)注冊、服務(wù)調(diào)用身份的增刪改查，以及上述安全設(shè)計。定制輪巡周期實現(xiàn)主動發(fā)現(xiàn)注冊的服務(wù)構(gòu)件是否可達(dá)。監(jiān)控服務(wù)構(gòu)件運行過程信息，即將存于運行日志庫的監(jiān)控信息通過界面展示，對于異常信息進(jìn)行提示。

在服務(wù)運行過程實現(xiàn)便捷的可視化監(jiān)控，既是了解服務(wù)是否穩(wěn)定運行的需要也是前期調(diào)試服務(wù)的必須。本監(jiān)控設(shè)計包括2部分，即如何將必要的監(jiān)控事件入庫保存和如何顯示這些監(jiān)控信息。前者又主要包括2類監(jiān)控事件；一是服務(wù)系統(tǒng)的運行情況，如服務(wù)是否被成功調(diào)用；二是服務(wù)組件本身執(zhí)行過程的日志。對于監(jiān)控信息的顯示設(shè)計，考慮到實時信息數(shù)量可能會很多，因此設(shè)計了“事件讀取狀態(tài)”（點擊記錄讀取信息內(nèi)容后該記錄被標(biāo)記為讀?。┓奖惚O(jiān)控者從大量信息中關(guān)注新出現(xiàn)記錄。

1.2.4 服務(wù)數(shù)據(jù)交換

服務(wù)數(shù)據(jù)交換主要負(fù)責(zé)服務(wù)數(shù)據(jù)的底層交換，此處引用開源共享技術(shù)來實現(xiàn)，完成對不同協(xié)議數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)義、過濾等處理。

1.3 系統(tǒng)應(yīng)用過程

在服務(wù)控制系統(tǒng)應(yīng)用過程，主要分為服務(wù)準(zhǔn)備、服務(wù)發(fā)布、服務(wù)調(diào)用3個階段：

1）服務(wù)準(zhǔn)備。根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用需求和運行環(huán)境完成應(yīng)用服務(wù)的制作，包括服務(wù)邏輯設(shè)計、服務(wù)編寫與編譯、可調(diào)用的接口設(shè)定。

2）服務(wù)發(fā)布。將業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)在配置文件中寫明可調(diào)用的位置，有特定要求的（如安全調(diào)用）需要在配置中說明，然后在服務(wù)控制系統(tǒng)中予以發(fā)布。

3）服務(wù)調(diào)用。將業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)的可調(diào)用接口情況提供給調(diào)用者，完成調(diào)用界面的設(shè)計，包括正常以及異常信息的顯示；調(diào)用過程中，在服務(wù)控制系統(tǒng)的服務(wù)監(jiān)控模塊可查詢服務(wù)執(zhí)行日志，了解服務(wù)運行情況。

1.4 系統(tǒng)實現(xiàn)環(huán)境

根據(jù)數(shù)字化校園管理信息門戶工作方式的需要，構(gòu)建面向用戶的服務(wù)模式時，需要將應(yīng)用服務(wù)基于Poetlet技術(shù)，實現(xiàn)統(tǒng)一信息門戶，有效實現(xiàn)校園各類應(yīng)用服務(wù)異構(gòu)系統(tǒng)的整合。

為適應(yīng)異構(gòu)環(huán)境，本系統(tǒng)選用Java作為開發(fā)語言，將XML作為數(shù)據(jù)格式語言用于服務(wù)配置的定義、數(shù)據(jù)傳遞等。

研發(fā)運行環(huán)境選擇PC服務(wù)器作為硬件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)選擇Oracle10g，服務(wù)數(shù)據(jù)交換選用開源系統(tǒng)MULE，目前版本為2.1.1。

本系統(tǒng)采用的MULE作為一個基于Java的輕量級消息框架，可以快速地將服務(wù)應(yīng)用連接起來，并且確保在這些應(yīng)用間交換不同協(xié)議的數(shù)據(jù)。MULE是遵循面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）的系統(tǒng)，它提供了對現(xiàn)有系統(tǒng)的簡潔集成方式，即可以集成JMS、Web Service、JDBC、HTTP 甚至其他的技術(shù)。MULE的可擴(kuò)展性框架允許開發(fā)者逐步將更多的應(yīng)用連接到它的系統(tǒng)，而且Mule透明地管理組件間的所有交互，不管這些組件在底層使用了怎樣的傳輸協(xié)議，都可以利用在多個應(yīng)用間讀取、轉(zhuǎn)換和發(fā)送數(shù)據(jù)的消息框架來解決這一問題。

2 服務(wù)設(shè)定

根據(jù)SCA的模型框架，本文將服務(wù)定義為由服務(wù)組件、服務(wù)輸入端和服務(wù)輸出端3部分組成，如圖3。

圖3 服務(wù)定義

形成的服務(wù)配置信息示例：

2.1 服務(wù)組件

基于Java的實現(xiàn)所提供的服務(wù)，可以有一個按下列方法之一定義的接口：1）Java接口；2）Java類。

產(chǎn)生自Web Services Description Language（WSDL）portType的Java接口，Java實現(xiàn)類必須實現(xiàn)服務(wù)接口定義的所有操作，如果服務(wù)接口是用一個Java接口定義的，那么基于Java的構(gòu)件要么實現(xiàn)此Java接口，要么實現(xiàn)接口的所有操作。

由Java類定義接口的服務(wù)（與Java接口相對）不是遠(yuǎn)程的。產(chǎn)生自WSDL portType的Java接口是遠(yuǎn)程的，于此實現(xiàn)的組件類型的XML描述如下：

2.2 服務(wù)輸入／輸出端

端點的傳輸類型有 WebService（CXF）、File、HTTP、HTTPS、TCP、FTP等多種形式。不同方式傳輸時，作為輸入／輸出端的屬性設(shè)置不同。其中常用的 WebService（CXF）是一個高性能的 Web－Service，同時還支持多種綁定，CXF比較適合創(chuàng)建各種不同傳輸協(xié)議的服務(wù)。

下面以一個“Hello響應(yīng)”作為簡單示例對以上的服務(wù)配置和應(yīng)用進(jìn)行說明。

1）服務(wù)端。代碼包括3個部分：

服務(wù)接口，一個Java的Interface（HelloSvc.java）；

服務(wù)實現(xiàn)，HelloService接口的實現(xiàn)類（HelloSvcImpl.java）；

SCA的服務(wù)組件配置文件，HelloSvc.composite，主體如下：

2）客戶端。對于客戶端的調(diào)用代碼，客戶端需要知道服務(wù)端組件提供了什么服務(wù)，實現(xiàn)了什么Java接口，而不需要接口后面的實現(xiàn)細(xì)節(jié)。

3 服務(wù)控制系統(tǒng)驗證

服務(wù)控制系統(tǒng)只是一個基礎(chǔ)，需要通過應(yīng)用場景進(jìn)行驗證。為了驗證以上服務(wù)控制系統(tǒng)的可用性，設(shè)計一個簡單的“用戶信息管理（Custmos－Manage）”應(yīng)用服務(wù)作為測試用例。采用的“用戶信息管理”系統(tǒng)，是在數(shù)字化校園管理應(yīng)用軟件中具有典型信息服務(wù)操作的小型管理系統(tǒng)，其應(yīng)用模塊都采用目前在業(yè)務(wù)開發(fā)中較常見的網(wǎng)頁方式。該系統(tǒng)需要達(dá)成如下驗證目標(biāo)：

1）服務(wù)配置信息須成功被讀取，被調(diào)用服務(wù)須被成功執(zhí)行；

2）服務(wù)運行過程監(jiān)控信息須成功被保存、讀?。?/p>

3）服務(wù)安全配置須成功被執(zhí)行。

“用戶信息管理”（CustmosManage）主要采用B／S模式開發(fā)，并調(diào)用后端的服務(wù)。在B／S的服務(wù)端采用JSP的方式提供界面訪問以及調(diào)用后臺的應(yīng)用服務(wù)，Web應(yīng)用服務(wù)器采用Apache Tomcat。應(yīng)用服務(wù)配置在服務(wù)控制系統(tǒng)內(nèi)，以 Web Service的方式提供，采用Java開發(fā)，數(shù)據(jù)庫使用Oracle10g。用例系統(tǒng)架構(gòu)如圖4。

用于服務(wù)調(diào)用的安全設(shè)計，在 Web服務(wù)器層面，采用Spring Security的安全管理模式，進(jìn)行Web應(yīng)用的登錄認(rèn)證。登錄認(rèn)證成功，才能進(jìn)行后繼的操作和服務(wù)調(diào)用。對于WebService應(yīng)用，則采用WS－Security的安全認(rèn)證。

經(jīng)測試驗證，通過Web頁面完成用戶登錄和各項服務(wù)調(diào)用，測試服務(wù)全部通過，在服務(wù)監(jiān)控界面可查到的日志信息如圖5。

圖4 用例架構(gòu)

圖5 客戶信息服務(wù)組件執(zhí)行日志顯示

通過事件查看器查看到的監(jiān)控信息如圖6。

圖6 客戶信息服務(wù)調(diào)用監(jiān)控日志顯示

4 結(jié)語

數(shù)字化校園管理應(yīng)用服務(wù)，由于功能需求與組織結(jié)構(gòu)的不同，硬件環(huán)境與軟件設(shè)計都存在很大的個性化與差異性，本系統(tǒng)以應(yīng)用為核心，以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以信息服務(wù)為表現(xiàn)，按照“服務(wù)型”主線，將各類應(yīng)用服務(wù)基于SCA架構(gòu)，通過適配器把這些服務(wù)集成到服務(wù)運行構(gòu)件中，并提供統(tǒng)一的服務(wù)接口供外部調(diào)用。

在實際運行中，數(shù)字化校園管理產(chǎn)生的其他應(yīng)用服務(wù)都可以參考“用戶信息管理”系統(tǒng)用例架構(gòu)模式，利用本系統(tǒng)來實現(xiàn)信息門戶統(tǒng)一配置服務(wù)的服務(wù)控制管理，有效解決系統(tǒng)集成、信息整合和個性化信息服務(wù)等問題。經(jīng)過實驗證明，本文研究的服務(wù)控制系統(tǒng)是有效可行的。

［1］梅宏，申峻嶸.軟件體系結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展［J］.軟件學(xué)報，2006，17（6）：1257－1275.

［2］馬曉星，余萍，陶先平，等.一種面向服務(wù)的動態(tài)協(xié)同架構(gòu)及其支撐系統(tǒng) ［J］.計算機(jī) 學(xué)報，2005，28（4）：467－477.

［3］麻志毅，陳泓婕.一種面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)參考模型［J］.計算機(jī)學(xué)報，2006，29（7）：1011－1019.

［4］張廣勝，蔣昌俊，湯憲飛，等.面向服務(wù)的企業(yè)應(yīng)用集成系統(tǒng)描述與驗證［J］.軟件學(xué)報，2007，18（12）：3015－3030.

［5］王曉鵬，王千祥，梅宏.一種面向構(gòu)件化軟件的在線演化方法［J］.計算機(jī)學(xué)報，2005，28（11）：1890－1897.