李蘭友+陳立+陳建紅

摘要：教務(wù)管理系統(tǒng)是高校的核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)，針對(duì)教務(wù)管理系統(tǒng)存在的井噴型，并發(fā)式，大流量，潮汐式的訪問瓶頸問題，以及產(chǎn)生的強(qiáng)者愈強(qiáng)、弱者愈弱的“馬太效應(yīng)”式使用體驗(yàn)，給出了一種基于私有云的DRX技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)解決方案。實(shí)踐應(yīng)用表明，該方案能有效改進(jìn)系統(tǒng)訪問性能，解決大流量并發(fā)訪問的請(qǐng)求堵塞問題。

關(guān)鍵詞：私有云；DRX；動(dòng)態(tài)資源擴(kuò)展；教務(wù)管理系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）04-0087-02

Optimization design of Educational Management System Based on Private Cloud DRX Technology

LI Lan-you， CHEN Li， CHEN Jian-hong

（Office of Information Construction and Management， Nanjing Institute of Technology， Nanjing 211167， China）

Abstract： Educational Management System is the core business system for colleges. According to the blowout， concurrent， mass flow and tidal request bottleneck problems of Educational Management System， and the existence of Matthew Effect which strengthens the strong and weakens the weak， we show the optimization design strategy based on private cloud DRX technology. The practical application improves the efficiency of system access performance and provides the methods to solve the traffic concurrent access request problems.

Key words： private cloud； DRX； dynamic resource eXtension； educational management system

1 概述

教務(wù)管理系統(tǒng)是高校教學(xué)管理中核心的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，其性能的好壞直接影響到學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量。教務(wù)管理系統(tǒng)的訪問存在著并發(fā)式井噴型潮汐式的特點(diǎn)，主要是在學(xué)期末老師錄入成績階段，學(xué)生查詢成績階段和學(xué)期初學(xué)生選課階段。大多數(shù)高校學(xué)生都有上萬人，再加上稀少的優(yōu)質(zhì)課程資源因素，導(dǎo)致學(xué)生們爭先恐后地去“搶”心意的課程，當(dāng)并發(fā)會(huì)話數(shù)達(dá)到一定的數(shù)量時(shí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)架構(gòu)的教務(wù)管理系統(tǒng)承受能力，從而出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰、無法訪問的現(xiàn)象，學(xué)生們?cè)孤曒d道，意見很大，給教務(wù)管理人員和技術(shù)支持人員帶來很大的壓力，也給學(xué)校的正常教學(xué)秩序帶來一定的影響[1]。

隨著云技術(shù)的快速發(fā)展，將基于私有云的DRX技術(shù)引入到教務(wù)管理系統(tǒng)優(yōu)化方案中，對(duì)其傳統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，是一種行之有效的解決方案。

2 教務(wù)管理系統(tǒng)DRX技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1教務(wù)管理系統(tǒng)訪問瓶頸剖析

系統(tǒng)遭到并發(fā)訪問時(shí)，瞬時(shí)訪問量巨大，并且存在著“馬太效應(yīng)”現(xiàn)象，就是強(qiáng)者愈強(qiáng)、弱者愈弱。表現(xiàn)為當(dāng)系統(tǒng)優(yōu)化的非常好，最大會(huì)話承受能力比較強(qiáng)，先登錄進(jìn)去的學(xué)生順利完成評(píng)教，查詢成績，選課等操作后，一般會(huì)自然退出，短時(shí)間內(nèi)再次登錄的可能性不大，這樣就為后來登錄的學(xué)生減輕訪問壓力，使得系統(tǒng)更加的良好運(yùn)行；反之，先前登錄的學(xué)生不能正常完成操作的話，會(huì)不停地重新登錄和刷新，和后來登錄的學(xué)生擠在一起，使得系統(tǒng)越來越慢，從而導(dǎo)致?lián)頂D加劇，網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)差，甚至引發(fā)系統(tǒng)崩潰[2]。這就要求必須要對(duì)教務(wù)管理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，使得能夠承受著學(xué)校最大學(xué)生數(shù)的并發(fā)訪問。但是這種大流量并發(fā)訪問的時(shí)間點(diǎn)是集中的，并不是一直都這樣。到了“淡季”，教務(wù)管理系統(tǒng)的訪問負(fù)荷比較小，而如果將最大訪問負(fù)荷時(shí)的服務(wù)器資源沒有進(jìn)行回收利用的話，這將是一種資源的浪費(fèi)。這就要求優(yōu)化設(shè)計(jì)的方案還要考慮平時(shí)服務(wù)器資源的回收再利用，最大化的進(jìn)行物理資源的優(yōu)化配置。而基于私有云的DRX技術(shù)具有彈性伸縮、自適應(yīng)的特點(diǎn)，正好滿足了優(yōu)化方案的要求。

B/S架構(gòu)的教務(wù)管理系統(tǒng)訪問瓶頸主要體現(xiàn)在WEB應(yīng)用服務(wù)器和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)。后臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)可以通過建立強(qiáng)大的分布式核心數(shù)據(jù)庫和高性能的硬件平臺(tái)進(jìn)行支撐。而WEB應(yīng)用服務(wù)器單臺(tái)的會(huì)話承受能力撇開硬件的因素和其采用的應(yīng)用服務(wù)軟件產(chǎn)品有關(guān)。而能有效統(tǒng)一的管理多個(gè)WEB應(yīng)用服務(wù)，并能將訪問的請(qǐng)求數(shù)據(jù)流按照的一定的算法負(fù)載到每臺(tái)WEB應(yīng)用服務(wù)上，就需要基于DRX技術(shù)的集中云平臺(tái)管理軟件來自動(dòng)控制[3]。

2.2 DRX技術(shù)簡介

DRX（Dynamic Resource eXtension）即動(dòng)態(tài)資源擴(kuò)展，是H3C公司研發(fā)的基于私有云的一種動(dòng)態(tài)資源擴(kuò)展解決方案。它由H3C CAS管理平臺(tái)、負(fù)載均衡設(shè)備、私有云彈性資源組構(gòu)成。并有以下幾個(gè)特點(diǎn)：面向用戶的全面監(jiān)控、基于負(fù)載均衡的資源彈性無縫伸縮、自動(dòng)化免人工干預(yù)、實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)整合等[4]。

DRX解決方案可以在云平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)基于用戶業(yè)務(wù)負(fù)載的資源彈性擴(kuò)展功能。即當(dāng)用戶某項(xiàng)正常運(yùn)行的業(yè)務(wù)面臨突發(fā)流量訪問時(shí)，H3C CAS虛擬化平臺(tái)能夠監(jiān)測到業(yè)務(wù)所在私有云虛擬機(jī)性能不足，并將虛擬機(jī)進(jìn)行快速復(fù)制，配合負(fù)載均衡LB設(shè)備對(duì)外提供服務(wù)，當(dāng)訪問高峰過后，H3C CAS平臺(tái)能夠動(dòng)態(tài)的收縮，刪除過剩的私有云虛擬機(jī)，釋放計(jì)算資源給其他“潮汐式”業(yè)務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源隨需而動(dòng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)校硬件資源的優(yōu)化配置[5]。

2.3 DRX技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

DRX優(yōu)化部署軟硬件環(huán)境如下表1所示。以H3C UIS8000刀箱為基礎(chǔ)，配置3套H3C FlexServer B390刀片和H3C FlexStorage D3000刀片存儲(chǔ)，1臺(tái)H3C Secpath L1000-A負(fù)載均衡設(shè)備，2臺(tái)冗余H3C E528-X以太網(wǎng)交換機(jī)組成私有云平臺(tái)的硬件資源基礎(chǔ)，以6CPU授權(quán)的H3C CAS云計(jì)算管理平臺(tái)軟件為軟件資源基礎(chǔ)，搭建起優(yōu)化后的基于DRX技術(shù)的教務(wù)管理系統(tǒng)[6]。搭建的步驟如下：

Step1：為業(yè)務(wù)指定可擴(kuò)展的物理資源：選擇擴(kuò)展虛擬機(jī)所在資源池：以服務(wù)器集群為單位，選擇選課Web端服務(wù)器擴(kuò)展的位置，考慮到系統(tǒng)穩(wěn)定，限制最大擴(kuò)展數(shù)量為24（以學(xué)校實(shí)際情況界定）；

Step2：指定復(fù)制業(yè)務(wù)時(shí)所克隆的模板：指定復(fù)制的虛擬機(jī)模板，此模板中的虛擬機(jī)中的WEB應(yīng)用服務(wù)要經(jīng)過教務(wù)管理人員測試無誤后方可實(shí)施；

Step3：為業(yè)務(wù)配置資源調(diào)度策略：監(jiān)測時(shí)間設(shè)置為20S，監(jiān)控指標(biāo)為當(dāng)每臺(tái)虛擬機(jī)連接數(shù)超過400時(shí)，觸發(fā)擴(kuò)展，當(dāng)連接數(shù)小于10時(shí)，回收資源。 另外，為了快速承載業(yè)務(wù)，每次擴(kuò)展虛擬機(jī)數(shù)量設(shè)置為2臺(tái)。目前DRX觸發(fā)的指標(biāo)有三種，分別是CPU、內(nèi)存、連接數(shù)。在這里使用了“連接數(shù)”指標(biāo)。也可以通過“或" "與"的邏輯關(guān)系將這三個(gè)指標(biāo)都納入調(diào)度策略中。觸發(fā)條件：“或”的關(guān)系，只要有一個(gè)滿足即觸發(fā)。回收條件：“與”的關(guān)系，必需三個(gè)條件同時(shí)達(dá)到才觸發(fā)回收；

Step4：部署負(fù)載均衡：1）配置實(shí)服務(wù)：將規(guī)劃好的虛擬機(jī)IP提前在負(fù)載均衡LB上配置成為實(shí)服務(wù)，并開啟健康監(jiān)測，分發(fā)算法可采用“最小連接”算法；2）建立虛服務(wù)：設(shè)置虛服務(wù)的持續(xù)性方式為“源地址方式”，持續(xù)性生命值設(shè)置為“180秒”，為了保證每臺(tái)虛擬機(jī)不會(huì)被大量訪問沖擊癱瘓，對(duì)每個(gè)虛服務(wù)的連接數(shù)限制為500。3）配置網(wǎng)絡(luò)路由：配置好負(fù)載均衡的公網(wǎng)管理地址和私有管理地址，并相應(yīng)的配置好教務(wù)管理系統(tǒng)的公網(wǎng)訪問地址和對(duì)應(yīng)的虛擬機(jī)私有地址。當(dāng)通過公網(wǎng)地址訪問教務(wù)系統(tǒng)時(shí)，請(qǐng)求首先到達(dá)負(fù)載均衡設(shè)備，并通過負(fù)載均衡設(shè)備的路由轉(zhuǎn)換和分發(fā)連接算法，分發(fā)到具體的虛擬機(jī)上[7]。

基于DRX技術(shù)的教務(wù)管理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖1所示：

3 應(yīng)用實(shí)例

優(yōu)化設(shè)計(jì)部署后，結(jié)合正方教務(wù)管理系統(tǒng)的特點(diǎn)，進(jìn)行了定制，比如DCOM組件的Microsoft Excel 應(yīng)用程序的安全屬性之啟動(dòng)和激活權(quán)限、訪問權(quán)限、配置權(quán)限都設(shè)定為自定義模式，添加everyone用戶本地訪問權(quán)限，這樣才能保證老師打印學(xué)生課表的時(shí)候能夠在服務(wù)器上調(diào)用excel進(jìn)程，進(jìn)而在客戶端正常導(dǎo)出excel表格。選課操作進(jìn)行時(shí)，能夠監(jiān)測到同時(shí)在線人數(shù)為4000人左右，隨著并發(fā)用戶的上升，成功觸發(fā)業(yè)務(wù)配置資源調(diào)度策略，擴(kuò)展出5臺(tái)虛擬機(jī)（觸發(fā)前有6臺(tái)），成功承載了選課的巨大壓力。選課開通5小時(shí)后，已有15000人完成了選課。在此過程中，正方教務(wù)管理系統(tǒng)一直都能正常訪問，用戶體驗(yàn)良好。最后，在選課高峰過后，DRX成功回收了富余的虛擬機(jī)，將資源釋放，選課順利完成[8]。優(yōu)化后的教務(wù)管理系統(tǒng)H3C CAS管理平臺(tái)監(jiān)控界面如圖2所示。

4 結(jié)論

應(yīng)用實(shí)例表明優(yōu)化設(shè)計(jì)后的教務(wù)管理系統(tǒng)性能大大增強(qiáng)，配備單臺(tái)虛擬機(jī)的選課系統(tǒng)可承載每秒10個(gè)學(xué)生的同時(shí)登錄，最終完成6000學(xué)生的選課，適合于同時(shí)選課學(xué)生數(shù)量少、選課持續(xù)時(shí)間長的場景。隨著同時(shí)選課人數(shù)的上升，改造后的教務(wù)管理系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)增加虛擬機(jī)的數(shù)量，以保證學(xué)生選課的成功率。極限情況下，配備24臺(tái)虛擬機(jī)的教務(wù)管理系統(tǒng)可承載6000學(xué)生在線情況下每秒100學(xué)生的同時(shí)訪問。另外優(yōu)化后的教務(wù)管理系統(tǒng)擴(kuò)容簡單，通過DRX方案提供的可動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)擴(kuò)展虛擬機(jī)數(shù)量的機(jī)制可保證選課系統(tǒng)無縫擴(kuò)容。若當(dāng)前硬件資源不足，增加物理服務(wù)器的數(shù)量即可輕易提高同時(shí)選課的學(xué)生數(shù)量，最終承載的學(xué)生數(shù)量只受限于后臺(tái)數(shù)據(jù)庫的性能[9]。同時(shí)無需人工干預(yù)維護(hù)，擴(kuò)容和資源回收都是自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)而確保了教務(wù)管理系統(tǒng)資源的利用效率，因?yàn)榭臻e時(shí)可自動(dòng)釋放，可輕易用于其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)使用。

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