基于云計算平臺的高校網(wǎng)站群系統(tǒng)框架研究

林 堅

1 引言

云計算技術的飛速發(fā)展，給網(wǎng)站群[1]系統(tǒng)的設計和開發(fā)帶來了新的思路和方法。網(wǎng)站群技術最初是從普通的網(wǎng)站開發(fā)技術發(fā)展而來，從最簡單的“網(wǎng)站集合”，到統(tǒng)一設計、統(tǒng)一開發(fā)部署，再到統(tǒng)一開發(fā)、分布式部署，經(jīng)歷了分散式——集中式——分布式的發(fā)展過程。云計算以服務為核心的理念，要求網(wǎng)站群開發(fā)不僅僅是實現(xiàn)功能，更重要的是要提供服務，滿足各類用戶的需求。根據(jù)NIST（美國國家標準和技術研究院）對云計算3層架構模型（IaaS、PaaS、SaaS，又被簡稱為SPI模型）的定義[2]，云計算系統(tǒng)提供5大關鍵功能[3]：按需自助服務、無處不在的網(wǎng)絡訪問、動態(tài)資源分配、快速彈性服務、可計量的服務。這就要求云計算平臺下的網(wǎng)站群系統(tǒng)從硬件架構、開發(fā)平臺、業(yè)務邏輯框架與功能模塊等各方面重新設計，以實現(xiàn)云計算系統(tǒng)的高可用性、高可靠性和易擴展性。

2 高校網(wǎng)站管理現(xiàn)狀與需求分析

目前高校實際應用中基于云計算架構網(wǎng)站系統(tǒng)并不多，大部份網(wǎng)站還是用單機環(huán)境下的技術進行建設和管理，隨著學校規(guī)模的擴大，網(wǎng)站的數(shù)量不斷增長，日常管理中出現(xiàn)了諸多問題[4][5]。

1)各類網(wǎng)站代碼版本繁多，運行平臺混亂。早期的部門網(wǎng)站通常由業(yè)務部門自行建設，網(wǎng)站代碼的來源比較復雜，同一套代碼可能存在多個版本，需要多個平臺去支撐這些代碼的運行。

2)占用大量服務器資源，安全隱患大、網(wǎng)站管理難度高。網(wǎng)站存在的大量代碼類型和運行平臺環(huán)境，需要占用大量的服務器資源?；靵y的代碼帶來了巨大的安全隱患，網(wǎng)站易受攻擊。

3)網(wǎng)站之間信息難以共享，形成“信息孤島”。各網(wǎng)站之間的信息互相孤立，同樣的信息可能在多個站點之間重復傳遞，信息共享極為不便，網(wǎng)站瀏覽者無法精確定位自己所需的信息。

通過對目前高校網(wǎng)站管理現(xiàn)狀、存在問題的分析，我們可以進一步確定云計算平臺下的網(wǎng)站群系統(tǒng)的需求，如圖1所示。

圖1 高校網(wǎng)站群系統(tǒng)需求分析

通過對圖1的分析可以發(fā)現(xiàn)，用戶希望網(wǎng)站群系統(tǒng)首先能夠提供安全可靠的訪問服務；希望能夠提供靈活的網(wǎng)站定制服務，能夠實現(xiàn)手機、PC、筆記本電腦、平板電腦等多種終端設備的訪問；希望可以實現(xiàn)內(nèi)容管理與系統(tǒng)管理分離，用戶只需要進行內(nèi)容維護，而不用操心系統(tǒng)的后臺運行情況。這些需求說明高校用戶對SaaS的需求是比較大的；用戶更希望網(wǎng)站是作為一種服務供他們使用。其次用戶希望各部門的網(wǎng)站信息實現(xiàn)共享，信息可以在站點之間快捷、準確的傳遞；這就要求網(wǎng)站群系統(tǒng)有統(tǒng)一的開發(fā)平臺，采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準。另外IT管理部門希望可以提高服務器的使用率，節(jié)能減排；系統(tǒng)可以進行統(tǒng)一管理，具備良好的擴展性，提高系統(tǒng)的生命周期，降低系統(tǒng)投入的總成本。這些都需要從 PaaS和IaaS層面對網(wǎng)站群系統(tǒng)進行重新設計。

3 系統(tǒng)邏輯結構設計

在需求分析的基礎上，結合高校網(wǎng)站建設的特點，利用云計算IaaS、PaaS和SaaS的優(yōu)勢及關鍵技術，可以對高校云平臺下的網(wǎng)站群系統(tǒng)進行進一步的設計。整個系統(tǒng)的邏輯架構如圖2所示：

下面本文依據(jù)云計算SPI模型對整個系統(tǒng)的邏輯架構進行詳細的分析。

3.1 SaaS層設計

SaaS層的設計需要解決如下幾個問題：統(tǒng)一的Web服務獲取、靈活的功能模塊搭配、豐富的頁面展示、嚴格的用戶訪問權限控制。

1)統(tǒng)一的Web服務。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術的爆發(fā)，Web訪問的方式并不局限于PC，智能手機、平板電腦等終端設備也占據(jù)了相當一部分的份額。網(wǎng)站群系統(tǒng)主要通過瀏覽器訪問來提供服務，因此首先要解決的是各個平臺瀏覽器訪問的兼容性問題?？梢圆捎肳eb標準化技術，利用XHTML+CSS來完成網(wǎng)站前端設計。采用標準化技術的好處是網(wǎng)站頁面能夠在不同的終端顯示，網(wǎng)站的信息能被不同類型的訪問者正確獲取。

圖2 網(wǎng)站群系統(tǒng)邏輯架構圖

2)功能模塊定制服務。網(wǎng)站群系統(tǒng)的面向群體主要是有建站需求的業(yè)務部門，每個部門都有自己的辦事流程和業(yè)務特色，每個子網(wǎng)站都有自己獨特的功能需求。另一方面，高校內(nèi)部可以大致劃分為行政管理部門、科研院所、后勤管理部門幾大子類，每個子類之間的業(yè)務需求在很大程度上存在重疊。因此在進行功能模塊設計的時候，需要對高校內(nèi)部各部門的業(yè)務需求進行分析、合并相同的業(yè)務需求進行統(tǒng)一開發(fā)，對特定的需求進行定制開發(fā)，久而久之，系統(tǒng)就擁有了一個豐富的組件庫，通過不同組件之間的搭配就能實現(xiàn)非常豐富的功能，滿足不同部門的需求。這種開發(fā)方式大大提高了整個系統(tǒng)的生命周期，每次只要投入很小的成本即可進行開發(fā)，而不必對整個系統(tǒng)進行“傷筋動骨”的改造。這使得整個網(wǎng)站群系統(tǒng)具備了很好的彈性和擴展性。

3)頁面定制服務。網(wǎng)站群系統(tǒng)最基本的功能是提供 Web訪問服務，每個部門既需要不同的功能實現(xiàn)，也需要風格各異的網(wǎng)站頁面呈現(xiàn)。因此可以根據(jù)不同的部門類型預先設計出不同的網(wǎng)站頁面模板，同時將頁面模板和組件模塊搭配起來，打包成一個完整的建站服務提供給每個部門使用。這樣就大大簡化了業(yè)務部門的網(wǎng)站開發(fā)工作，他們要做的就是選擇合適的模板包進行使用。當然，系統(tǒng)也應該提供頁面定制的服務，定制后完成后的頁面也即是一個新的模板包，可以完善到模板庫中，這是一種良性循環(huán)的開發(fā)過程。

4)訪問權限控制。良好的用戶訪問權限控制是云計算系統(tǒng)必須要實現(xiàn)的特性之一。網(wǎng)站群系統(tǒng)作為一種基本的Web服務，應該具備完善的權限控制功能。目前Web系統(tǒng)設計中比較成熟的訪問控制技術是基于角色的訪問控制技術[6](RBAC)。通過在用戶和訪問權限之間引入角色的概念，將用戶和角色聯(lián)系起來，通過對角色的授權來控制用戶對系統(tǒng)資源的訪問。另外，信息化建設程度較高的高?？梢酝ㄟ^配合校內(nèi)的單點登錄系統(tǒng)（例如LDAP系統(tǒng)）來實現(xiàn)網(wǎng)站群系統(tǒng)內(nèi)部的一站式登錄。通過和這類系統(tǒng)的集成，可以將網(wǎng)站的訪問權限細致到具體某一個人或者某個部門。

3.2 PaaS層設計

PaaS層主要涉及開發(fā)平臺的選擇。目前商用的中間件開發(fā)平臺很多，主流的有微軟公司的.NET框架、SUN公司的J2EE框架等等。從成本角度考慮，J2EE體系下的開源項目很多，JAVA語言的跨平臺移植性更好，更適合拿來做高校云計算系統(tǒng)的開發(fā)平臺。J2EE是一種利用JAVA2平臺來簡化應用軟件開發(fā)、部署和管理相關的復雜問題的體系結構[7]。J2EE的核心就是 JAVA平臺，其中所包含的各類組件、服務架構和技術層次，均有共同的標準和規(guī)格，提供了良好的兼容性和跨平臺特性。

基于中間件平臺之上的是網(wǎng)站群系統(tǒng)本身的統(tǒng)一管理平臺。這個統(tǒng)一管理平臺主要實現(xiàn)網(wǎng)站群系統(tǒng)的一些后臺管理功能，例如站點管理子系統(tǒng)主要負責子站點的域名分配和空間劃分；網(wǎng)站內(nèi)容管理子系統(tǒng)主要負責網(wǎng)站群系統(tǒng)內(nèi)容和欄目的添加、修改、刪除；模板管理子系統(tǒng)負責模板的導入、編輯、備份；組件管理子系統(tǒng)主要負責組件的定制開發(fā)、修改和調用；日志和統(tǒng)計子系統(tǒng)記錄了網(wǎng)站群系統(tǒng)的登錄日志和訪問日志，并對日志進行初步的分析，生成一系列圖表來輔助網(wǎng)站管理員進行管理。另外性能監(jiān)控子系統(tǒng)能夠對網(wǎng)站群系統(tǒng)的性能、響應速度、可用性進行一系列的監(jiān)控，安全訪問子系統(tǒng)能夠紀錄惡意訪問請求，對SQL注入、拒絕服務攻擊（DOS攻擊）等黑客行為進行記錄，同時阻斷相應的攻擊行為。

網(wǎng)站群統(tǒng)一管理平臺本身也是一個開放的PaaS開發(fā)平臺。管理平臺自身遵循J2EE的技術規(guī)范和標準，模板庫、組件庫的API接口也對外開放，可以很方便的對網(wǎng)站群自身的功能進行二次開發(fā)，豐富網(wǎng)站群系統(tǒng)的功能，這也是符合云計算彈性平臺的要求的。

3.3 IaaS層設計

云計算SPI三層模型中，IaaS層的技術實現(xiàn)是最成熟的，通過虛擬化[8]技術實現(xiàn)了硬件資源的統(tǒng)一管理和調配，云計算系統(tǒng)特有的動態(tài)資源分配、按需自助服務、快速彈性服務等關鍵功能在IaaS架構中得到了很好的體現(xiàn)。網(wǎng)站群系統(tǒng)的IaaS層架構主要涉及分布式數(shù)據(jù)庫設計和分布式Web服務器部署。

1)分布式數(shù)據(jù)庫設計。網(wǎng)站群系統(tǒng)作為高校信息發(fā)布的主要平臺，其發(fā)布的信息類型主要分為文本類數(shù)據(jù)和圖片視頻數(shù)據(jù)，相應的數(shù)據(jù)庫類型有關系型數(shù)據(jù)庫和文件數(shù)據(jù)庫。關系型數(shù)據(jù)庫最常見，典型的關系型數(shù)據(jù)庫有 Oracle、MySQL、PostgreSQL、SQLServer等，這些數(shù)據(jù)庫均有比較成熟的分布式解決方案，例如Oracle數(shù)據(jù)庫通過RAC集群方式可以實現(xiàn)兩個以上節(jié)點的分布式數(shù)據(jù)庫的部署，圖片視頻數(shù)據(jù)可以通過NFS共享服務實現(xiàn)多臺服務器的并發(fā)讀寫。

2)分布式Web服務器部署。利用負載均衡技術或者動態(tài)緩存技術，將外部訪問請求均勻分攤到若干臺Web服務器中，可以將多臺Web服務器（節(jié)點）的性能整合起來，一個或幾個節(jié)點失效并不會造成整個網(wǎng)站對外服務的癱瘓。通過虛擬化資源池的動態(tài)分配，當外部訪問過于頻繁時，可以自動將更多的計算資源加入到資源池中，大大提高了硬件資源的利用率和彈性。

4 結束語

隨著云計算技術的不斷發(fā)展，云計算的應用不斷深入到IT行業(yè)的各個領域中。隨著私有云、社區(qū)云概念的興起，高校內(nèi)部越來越多的系統(tǒng)也會基于云計算理念進行開發(fā)。本文僅僅從云計算SPI三層模型的角度對網(wǎng)站群系統(tǒng)的設計框架進行了初步的探討，更詳細的設計方法還需要進一步研究。同時云計算技術不單單改變了高校網(wǎng)站設計的思路，也在一定程度上改變了高校網(wǎng)站管理的模式和方法，云計算平臺能否解決傳統(tǒng)高校網(wǎng)站管理的頑疾，這也需要做更加深入的研究。

[1]山谷網(wǎng)絡.網(wǎng)站群技術的發(fā)展歷程、存在問題和解決方案[EB/OL].（2012-04-13）[2014-05-12]http://baike.baidu.com/view/1072376.htm.

[2]Peter，M.&Timothy，G.The NIST Definition of Cloud Computing[DB/OL].（2011-09-01）[2014-05-12]http://rszt.pmmk.pte.hu/uploads/8f/23/8f23a309550830fa62395163ecec6fd3/nist_SP800-145.pdf.

[3]周洪波.云計算技術、應用、標準和商業(yè)模式[M].北京:電子工業(yè)出版社,2011:140-142.

[4]郭建中,郭虎.關于如何建好政府網(wǎng)站群的思考[J].電子政務,2008(3):47-50.

[5]沈俊.高校網(wǎng)站群的建設和方案淺談[J].價值工程,2010，29(5):200-201.

[6]劉小園.Web信息系統(tǒng)中基于RBAC訪問控制機制[J].信息與電腦,2011(9):111-112.

[7]蔡明,陳永運.J2EE架構的研究與應用[J].計算機應用與軟件,2004,21(1):42-43,128.

[8]黎玉橋.服務器虛擬化架構研究[D].廣州：中山大學，2009.