可擴(kuò)展計(jì)算能力的在線(xiàn)專(zhuān)業(yè)計(jì)算平臺(tái)設(shè)計(jì)

摘 要：網(wǎng)絡(luò)軟件越來(lái)越顯示出其優(yōu)勢(shì)性，專(zhuān)業(yè)計(jì)算軟件也可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化模式。本文提出一種在擴(kuò)展計(jì)算能力的在線(xiàn)專(zhuān)業(yè)計(jì)算平臺(tái)。該平臺(tái)采用B/S結(jié)構(gòu)搭建，采用服務(wù)器和計(jì)算引擎分離的方法，將計(jì)算引擎作為一個(gè)終端接入。該設(shè)計(jì)有可保護(hù)軟件知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)、升級(jí)維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，能夠適時(shí)調(diào)整計(jì)算吞吐能力，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：在線(xiàn)計(jì)算；Matlab引擎；跨平臺(tái)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311.52

在高速發(fā)展的當(dāng)今社會(huì)中，各行各業(yè)越來(lái)越多依賴(lài)計(jì)算機(jī)軟件來(lái)提高生產(chǎn)和管理效率。隨著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，信息化又給軟件業(yè)帶來(lái)新技術(shù)升級(jí)，極大的促進(jìn)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。傳統(tǒng)的單機(jī)版本軟件已經(jīng)被壓縮到了有限的專(zhuān)業(yè)軟件領(lǐng)域，并且專(zhuān)業(yè)軟件領(lǐng)域也開(kāi)始出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化版本，軟件網(wǎng)絡(luò)化，是必由之路。

網(wǎng)絡(luò)版本的專(zhuān)業(yè)軟件與單機(jī)版本的專(zhuān)業(yè)軟件相比較，有許多優(yōu)點(diǎn)。（1）軟件安裝上，單機(jī)版軟件必須在每臺(tái)使用軟件的PC機(jī)上安裝，網(wǎng)絡(luò)版軟件則能實(shí)現(xiàn)任何電腦無(wú)須安裝軟件，僅需電腦能實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)即可；（2）軟件兼容性上看，單機(jī)版軟件極大地受制于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟硬件平臺(tái)。網(wǎng)絡(luò)版本軟件則只需服務(wù)器滿(mǎn)足軟件運(yùn)行的軟硬件需求即可；（3）軟件的升級(jí)上，單機(jī)版軟件的功能升級(jí)后，如果用戶(hù)不主動(dòng)安裝升級(jí)，則新功能并不能得到有效的推廣。網(wǎng)絡(luò)版軟件則能實(shí)現(xiàn)服務(wù)器一次升級(jí)，所有用戶(hù)的功能同步升級(jí)，一切由管理員操作完成；（4）版權(quán)保護(hù)上，單機(jī)版軟件由于復(fù)制了一份拷貝給用戶(hù)，無(wú)論軟件做了如何等級(jí)高的版權(quán)保護(hù)手段，都不可能完全避免軟件被盜版的情況。而網(wǎng)絡(luò)版的軟件，由于核心算法放在服務(wù)器上，訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限被限制，用戶(hù)只能接觸到相關(guān)服務(wù)接口，因此網(wǎng)絡(luò)版軟件被盜版的可能性非常小，目前未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道；（5）軟件穩(wěn)定性上，單機(jī)版軟件要考慮現(xiàn)存的幾個(gè)操作系統(tǒng)版本，每個(gè)版本都要進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試。網(wǎng)絡(luò)版軟件則只需在服務(wù)器平臺(tái)上做單一平臺(tái)測(cè)試，能夠最大限度測(cè)試可能出現(xiàn)的各種錯(cuò)誤；（6）跨平臺(tái)性，單機(jī)版軟件一般無(wú)法實(shí)現(xiàn)同一軟件的跨平臺(tái)運(yùn)行。網(wǎng)絡(luò)版軟件由于可基于B/S框架構(gòu)建，在手機(jī)、平板電腦這些移動(dòng)設(shè)備上只需支持上網(wǎng)功能，就可實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)使用軟件。

因此，專(zhuān)業(yè)軟件若走網(wǎng)絡(luò)發(fā)展方向，將能進(jìn)一步提升專(zhuān)業(yè)軟件的發(fā)展?jié)摿?，擴(kuò)大市場(chǎng)份額，降低使用難度，為專(zhuān)業(yè)軟件的普及提供一個(gè)較好的解決方案。本文我們將設(shè)計(jì)一個(gè)專(zhuān)業(yè)計(jì)算軟件（如數(shù)據(jù)處理、科學(xué)計(jì)算等）的網(wǎng)絡(luò)化版本。

1 平臺(tái)框架總體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)計(jì)算軟件網(wǎng)絡(luò)版系統(tǒng)主要功能是數(shù)據(jù)處理及科學(xué)研究等復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算，這些計(jì)算過(guò)程通常耗時(shí)較長(zhǎng)。當(dāng)用戶(hù)較多、計(jì)算任務(wù)并發(fā)時(shí)，計(jì)算任務(wù)較為繁重，影響計(jì)算機(jī)響應(yīng)速度，因此本軟件平臺(tái)不宜將計(jì)算任務(wù)放在服務(wù)器上。

本系統(tǒng)框架分為兩大部分：服務(wù)器平臺(tái)和計(jì)算引擎。本系統(tǒng)搭建是基于B/S框架結(jié)構(gòu)，因此客戶(hù)端的界面UI無(wú)需另外設(shè)計(jì)。服務(wù)器平臺(tái)設(shè)計(jì)完成后，用戶(hù)直接登陸服務(wù)器平臺(tái)即可實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)效果。服務(wù)器平臺(tái)用于處理用戶(hù)請(qǐng)求，管理用戶(hù)數(shù)據(jù)及用戶(hù)狀態(tài)。用戶(hù)向平臺(tái)提交相關(guān)計(jì)算請(qǐng)求后，服務(wù)器平臺(tái)將用戶(hù)請(qǐng)求記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中。計(jì)算引擎從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取用戶(hù)請(qǐng)求，將計(jì)算任務(wù)下載到引擎所在計(jì)算機(jī)，進(jìn)行相關(guān)科學(xué)計(jì)算。計(jì)算完成后，引擎自動(dòng)將計(jì)算生成的成果上傳至服務(wù)器。用戶(hù)通過(guò)服務(wù)器平臺(tái)可以得到相關(guān)計(jì)算成果。

在這樣的框架中，計(jì)算引擎也成為一個(gè)能夠理論上無(wú)限擴(kuò)張的網(wǎng)絡(luò)終端。引擎可以放在任何安全的地方，便于知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)。當(dāng)一個(gè)計(jì)算引擎不足以應(yīng)付眾多用戶(hù)的計(jì)算請(qǐng)求時(shí)，可以適當(dāng)增加幾臺(tái)計(jì)算引擎專(zhuān)用的計(jì)算機(jī)，服務(wù)器的用戶(hù)請(qǐng)求任務(wù)將被按隊(duì)列分派至各計(jì)算引擎，完成計(jì)算后將自動(dòng)上傳計(jì)算成果等相關(guān)件。

2 服務(wù)器平臺(tái)設(shè)計(jì)

服務(wù)器平臺(tái)是系統(tǒng)處理用戶(hù)請(qǐng)求及管理服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)的中樞，因此，服務(wù)器平臺(tái)包括兩大部分：用戶(hù)頁(yè)面設(shè)計(jì)及接口設(shè)計(jì)。用戶(hù)頁(yè)面設(shè)計(jì)主要分為三大版塊：用戶(hù)管理版塊、軟件功能分布版塊及參數(shù)設(shè)置版塊。用戶(hù)管理版塊主要用于管理本平臺(tái)的用戶(hù)，包括申請(qǐng)賬號(hào)、審批賬號(hào)、賬號(hào)權(quán)限管理等；軟件功能分布版塊是系統(tǒng)的主體，是系統(tǒng)提供計(jì)算服務(wù)的功能區(qū)，用戶(hù)在這里可以進(jìn)行相應(yīng)的科學(xué)計(jì)算，并得到計(jì)算結(jié)果；參數(shù)設(shè)置版塊提供用戶(hù)設(shè)置個(gè)性化平臺(tái)界面、自定義計(jì)算參數(shù)及相關(guān)系統(tǒng)設(shè)置等。

接口設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)庫(kù)接口設(shè)計(jì)和計(jì)算引擎接口設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫(kù)選型采用Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)，在考慮數(shù)據(jù)庫(kù)接口時(shí)，重點(diǎn)關(guān)注Mysql在Java下的連接、查詢(xún)、插入、修改、刪除等SQL接口，并應(yīng)用這些接口設(shè)計(jì)平臺(tái)專(zhuān)用的數(shù)據(jù)庫(kù)交互接口。計(jì)算引擎接口主要考慮與計(jì)算引擎的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交互，包括計(jì)算引擎獲取任務(wù)、下載數(shù)據(jù)、上傳數(shù)據(jù)等，相關(guān)功能可以使用TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)。

服務(wù)器平臺(tái)設(shè)計(jì)工具軟件采用MyEclipse，MyEclipse是一個(gè)十分優(yōu)秀的用于開(kāi)發(fā)Java、J2EE的Eclipse插件集合，MyEclipse的功能非常強(qiáng)大，對(duì)各種開(kāi)源產(chǎn)品的支持十分不錯(cuò)。服務(wù)器平臺(tái)Web服務(wù)器選用Tomcat服務(wù)器，Tomcat服務(wù)器是一個(gè)免費(fèi)的開(kāi)放源代碼的Web應(yīng)用服務(wù)器。

3 計(jì)算引擎設(shè)計(jì)

計(jì)算引擎開(kāi)發(fā)環(huán)境選用Matlab。由于計(jì)算引擎數(shù)量相對(duì)較少，且多數(shù)由管理員維護(hù)，因此引擎的開(kāi)發(fā)采用擅長(zhǎng)于科學(xué)計(jì)算的Matlab軟件有較大的優(yōu)勢(shì)。Matlab環(huán)境下，可以快速的將科研課題成果轉(zhuǎn)換為直接可使用的系統(tǒng)模塊，可以省去大量的算法開(kāi)發(fā)時(shí)間。

Matlab軟件提供了使用外圍環(huán)境開(kāi)發(fā)的Java軟件包，通過(guò)調(diào)用外圍Java軟件包，Matlab可以通過(guò)Java語(yǔ)言去實(shí)現(xiàn)自身不能實(shí)現(xiàn)的功能。本計(jì)算系統(tǒng)的計(jì)算引擎訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器平臺(tái)http服務(wù)器的功能可以采用該種方法實(shí)現(xiàn)。

引擎主線(xiàn)程設(shè)計(jì)如下：進(jìn)入主線(xiàn)程首先進(jìn)行查看本地引擎數(shù)據(jù)庫(kù)是否有新的計(jì)算任務(wù)需要計(jì)算，若無(wú)計(jì)算任務(wù)，則跳轉(zhuǎn)到收發(fā)數(shù)據(jù)模塊；若有計(jì)算任務(wù)，則根據(jù)任務(wù)的類(lèi)型調(diào)用相應(yīng)計(jì)算模塊進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算成功則存儲(chǔ)計(jì)算成果，并向引擎數(shù)據(jù)庫(kù)更新相關(guān)信息；計(jì)算失敗則向數(shù)據(jù)庫(kù)登記相關(guān)的出錯(cuò)信息。完成計(jì)算后，主線(xiàn)程進(jìn)行計(jì)算成果的數(shù)據(jù)上傳，完成一個(gè)工作流程。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文搭建的計(jì)算平臺(tái)系統(tǒng)基于B/S結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，可以適應(yīng)當(dāng)前知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)、軟件升級(jí)維護(hù)及用戶(hù)使用多方面的需求，能夠根據(jù)當(dāng)前不同的用戶(hù)需用提供不同的計(jì)算服務(wù)，并能適時(shí)調(diào)整計(jì)算吞吐能力。本文設(shè)計(jì)的這種專(zhuān)業(yè)計(jì)算軟件的設(shè)計(jì)模式值得推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]（英）薩默維爾.程成，譯.軟件工程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2]（美）霍爾澤.Eclipse集成開(kāi)發(fā)工具[M].南京：東南大學(xué)出版社，2005.

[3]（美）埃克爾.Java編程思想（第4版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[4]（美）穆?tīng)?高會(huì)生，譯.MATLAB實(shí)用教程（第二版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

作者單位：安徽省城建設(shè)計(jì)研究院，合肥 230051