基于云計算SaaS 模式OA 系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)*

冀汶莉，李向軍，戴 旭

(1.西安科技大學 通信與信息工程學院，陜西 西安710032;2.杭州市數(shù)字城管信息處置中心，浙江 杭州310003)

0 引 言

辦公自動化(Office Automation，OA)系統(tǒng)開始于美國，70 年代后期逐步發(fā)展成為一門涉及通信、系統(tǒng)科學等多種技術(shù)的新型學科［1］。第一代OA系統(tǒng)利用個人電腦上的Office，WPS 等辦公軟件，實現(xiàn)了辦公流程中數(shù)據(jù)統(tǒng)計和文檔寫作的電子化。第二代OA 系統(tǒng)引入了協(xié)同工作流的概念，利用網(wǎng)絡技術(shù)基于C/S 結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了工作流程自動化。第三代OA 系統(tǒng)是融合信息處理、業(yè)務流程和知識管理于一體的基于B/S 結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡協(xié)同工作階段［2］。中國辦公自動化是80 年代中期才發(fā)展起來的，大多提供公文審批、文檔存儲、管理、查詢這些公眾化功能，遠遠不能適應目前可擴展性、可移動性以及企業(yè)的多樣化的要求。

云計算是隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種先進的理念和技術(shù)，在Google，IBM，Amazon 等眾多著名IT 公司的積極推動下迅速發(fā)展［3］。云計算的核心理念是將計算和存儲形成大規(guī)模資源池，通過云平臺的管理和虛擬化技術(shù)，使計算資源和存儲資源按照用戶需求進行彈性伸縮，按需提供服務［4］。SaaS(Software as a Service)軟件即服務作為一種新型的軟件架構(gòu)與應用模式，也是云計算所提供的服務之一，近年來得到學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。軟件開發(fā)者可以利用基于云平臺的SaaS 模式，給某類用戶或組織以服務的方式開發(fā)通用或特殊的應用。

目前中小企業(yè)都非常重視企業(yè)辦公自動化的建設(shè)和實施。傳統(tǒng)B/S 模式的辦公自動化軟件系統(tǒng)開發(fā)成本相對較低，但每個中小企業(yè)都需要購置相關(guān)的數(shù)據(jù)庫服務器和應用服務器，還需要定期進行應用系統(tǒng)維護，無形中會增加企業(yè)的運行成本。對于軟件開發(fā)公司也需要針對每個客戶，耗用人力和物力開發(fā)相似的產(chǎn)品。目前隨著云計算在企業(yè)界的出現(xiàn)和快速發(fā)展，以及基于云平臺SaaS 軟件開發(fā)模式的提出，可以更好的解決上述的問題。因此，將OA 系統(tǒng)置于“云”端為眾多企業(yè)提供服務，是文中探索和實踐的方向。由于Google 公司的云平臺是目前技術(shù)最成熟的公有云平臺之一，文中就以Google App Engine 云平臺為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了一個面向中小企業(yè)的基于云平臺SaaS 模式的OA 系統(tǒng)。

1 Google App Engine 平臺的關(guān)鍵技術(shù)

Google 云計算平臺首先為其著名的搜索引擎提供服務，其次為普通用戶提供了一系列基于SaaS 模式的云應用(例如郵件系統(tǒng)、Google 云端文檔系統(tǒng))服務和開發(fā)接口。Google 云計算的基礎(chǔ)架構(gòu)包含四個相互獨立又緊密結(jié)合在一起的系統(tǒng)，包括提供分布式文件管理的文件系統(tǒng)Google File System，Google 提出的特有的Map/Reduce 編程模式，分布式的鎖機制Chubby 以及模型簡單的大規(guī)模分布式數(shù)據(jù)庫BigTable［5］。

1.1 Google App Engine(GAE)

Google 的GAE 平臺的服務之一是為開發(fā)者提供應用程序托管服務，服務對象是擁有大量并發(fā)用戶的Web 應用系統(tǒng)。在GAE 上運行的應用程序隨著用戶人數(shù)的增多，GAE 會自動為其分配更多的計算和存儲資源，并提供自動管理，應用程序不需要考慮使用資源的分配情況。在GAE 上應用程序所使用的資源包括CPU 使用率、每月存儲容量、出入口帶寬以及其他特定于App Engine 服務。與Web 托管或自管服務不同的是用戶無需按月付費或者預付費，只需要為那些使用到的資源付費。

GAE 可分為3 大塊:運行時環(huán)境、數(shù)據(jù)存儲區(qū)、以及提供的服務。其中與系統(tǒng)開發(fā)關(guān)系密切的是數(shù)據(jù)存儲區(qū)。在GAE 中通過數(shù)據(jù)存儲區(qū)對應用系統(tǒng)提供事務的支持，數(shù)據(jù)存儲區(qū)在其分布式網(wǎng)絡中使用“實體組”實現(xiàn)事務，事務處理單個組中的實體，同一組中的實體存儲在一起以提高事務執(zhí)行效率。在數(shù)據(jù)存儲區(qū)中使用開放式并發(fā)性控制，應用程序可以在一個事務中執(zhí)行多個數(shù)據(jù)存儲區(qū)操作，這些操作要么全部成功要么全部失敗，從而確保了數(shù)據(jù)的完整性［5-6］。在GAE 中提供了基于消息驅(qū)動的服務協(xié)調(diào)技術(shù)，可以讓開發(fā)者透明的快速實現(xiàn)業(yè)務流中不同模塊間的互操作。

1.2 基于GAE 的數(shù)據(jù)存儲

1.2.1 BigTable 基本概念

在云環(huán)境中也需要某種存儲模式來保存虛擬機映像、用戶的應用和應用所需的持久化數(shù)據(jù)，因此在云中也具有數(shù)據(jù)庫的概念。Google 采用Big-Table 作為它的云數(shù)據(jù)庫，BigTable 是“鍵-值”的NoSQL 結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型的典型代表，它的首要任務是保證Google 的快速搜索所涉及的海量數(shù)據(jù)。BigTable 本質(zhì)上是稀疏的、分布式的、持久化存儲的多維度排序Map，它的物理存儲模式采用了類似數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中B+樹索引組織表的模式，稱為多維度的分類映射，其中的分支和葉節(jié)點可以分布在多臺機器上，通過在成千臺計算機上分布數(shù)據(jù)，提供了對PB 級數(shù)據(jù)的快速訪問。由于節(jié)點是分布式的，隨著樹的增長節(jié)點會拆分，根據(jù)應用需求量獲得高伸縮性成為可能［6］。

1.2.2 BigTable 的應用實例

下面是結(jié)合文中的開發(fā)實例給出的一個完整的BigTable 數(shù)據(jù)模型，用來描述公文實體數(shù)據(jù)，如下段(1)所示:

其中table 表示一張表，row 表示表中1 行的數(shù)據(jù)。title，content，state，realseState，flowId，create-Time，createTime 為該行的列，setting 為列族包括2列:isSendTelephone，isSendMessage，其中每一列保存不同的版本，以時間戳來區(qū)分。伴隨著行的增多Table 會根據(jù)行鍵自動劃分為tablet，這些tablet會分布在不同的計算機上，tablet 中的數(shù)據(jù)最終會存儲到GFS 文件系統(tǒng)中［7］。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)實例簡介

本項目以實際A 公司結(jié)合多家同等公司的需求為開發(fā)背景。A 公司原有的OA 是一個B/S 模式的MIS 系統(tǒng)，但該系統(tǒng)已經(jīng)不能適應目前的辦公需要。例如在公文審批的整個環(huán)節(jié)中，當有新公文需要處理或者公文處理失敗和成功時，沒有向相關(guān)人員發(fā)送任何形式的提醒，公司人員只能頻繁的登陸系統(tǒng)查詢公文的處理信息，這嚴重影響了工作效率。該系統(tǒng)也無法擴展移動辦公，同時公司需要能在新OA 系統(tǒng)中可以共享某種常用的辦公軟件(例如電子文檔系統(tǒng))和郵件系統(tǒng)，云平臺的出現(xiàn)可以為上述的需求提供一種新的思路。

由于Google 云平臺中不但提供開發(fā)接口，同時也提供SaaS 模式的Google 文檔系統(tǒng)和郵件系統(tǒng)，可以在不增加企業(yè)成本的情況下快速創(chuàng)建共享電子文檔、電子表格等協(xié)同應用。因此本項目以Google 的GAE 為開發(fā)平臺，設(shè)計實現(xiàn)了SaaS 模式的OA 系統(tǒng)。

系統(tǒng)包括公文審批、短信管理、人事管理、公告管理、訂餐管理、考勤管理、規(guī)章制度管理、分享平臺及注冊和登錄功能，其中公文審批功能包括待審批公文管理、已審批公文管理、創(chuàng)建公文、創(chuàng)建審批流程等功能。在公文審批中將會伴隨系統(tǒng)消息，發(fā)送郵件提醒，短信發(fā)送等子功能。以上功能都可以按照企業(yè)需求進行有效組合。系統(tǒng)的功能如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)功能圖Fig.1 System module function frame

2.2 數(shù)據(jù)模型設(shè)計

2.2.1 OA 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)模型是對業(yè)務數(shù)據(jù)的抽象化。GOA 項目主要涉及的數(shù)據(jù)模型有:用戶、部門、公文、工作流程、公文處理、工作流-用戶、任務、短信、群組、群組-用戶、系統(tǒng)消息等。模型如圖2 所示。

2.2.2 GAE 中的Datastore 對象

在Google 云平臺上開發(fā)應用軟件，仍然可以采用目前流行的Web 開發(fā)方法。但GAE 中數(shù)據(jù)存儲是基于BigTable 設(shè)計的，它不是一個關(guān)系型的數(shù)據(jù)庫，更像是一個分布式的、分類的哈希表，這種分布式的設(shè)計讓并行數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)查詢非常高效［8-9］。本系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵問題是如何將數(shù)據(jù)模型的實體形式對應于云平臺的存儲形式，也就是數(shù)據(jù)對象的映射和持久化問題。Google 云平臺通過Datastore 對象提供了數(shù)據(jù)對象的映射和數(shù)據(jù)持久化的支持。

圖2 數(shù)據(jù)模型圖Fig.2 Database model

Datastore 中的對象稱為實體。數(shù)據(jù)存儲區(qū)中的每個實體使用鍵來唯一地標識該實體。每個實體具有一個或多個屬性，支持的數(shù)據(jù)類型是整數(shù)、浮點值、字符串、日期、二進制等常用數(shù)據(jù)類型。Datastore 中的每個實體都屬于一個特定的類型，類型是由應用程序指定的一個名稱。與關(guān)系數(shù)據(jù)庫不同的是，同一類型的2 個實體不必具有相同的屬性。每個實體的唯一鍵的一部分可用作該實體的標識符。應用程序可以分配要在鍵中使用的它自己的標識符(稱為鍵名稱)，也可以在首次存儲實體時由數(shù)據(jù)存儲區(qū)分配的數(shù)字ID。由于標識符是鍵的一部分，所以在創(chuàng)建實體后，實體的ID 或名稱無法更改。

2.2.3 GAE 中的持久化對象

GAE 分別支持Java Data Object(JDO)以及Java Persistence API(JPA)2 種標準接口來調(diào)用數(shù)據(jù)對象［10-11］。這2 種接口都允許用戶使用類型安全的Java 類來描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在本項目中使用JPA來實現(xiàn)數(shù)據(jù)實例化的功能。

JPA(Java Persistence API，Java 持久化API)定義了對象-關(guān)系映射(ORM)以及實體對象持久化的標準接口［12］。在利用JPA 持久化對象時，首先要獲取EntityManager 實例，可以通過在EntityManagerFactory 類的實例上實例化并調(diào)用一個方法來獲取此實例。如以下代碼(2)所示。

通過Psistent 類，可以創(chuàng)建EntityManager 實例，如以下代碼(3)所示。

當獲取到Entity Manager 對象，就可以調(diào)用其API 提供的方法對數(shù)據(jù)做存儲、更新、查詢、刪除的操作。

如以下代碼(4)執(zhí)行對User 對象的保存。

如以下代碼(5)執(zhí)行對User 對象的查找。

如以下代碼(6)執(zhí)行對User 對象的更新。

如以下代碼(7)執(zhí)行對User 對象的刪除。

2.3 系統(tǒng)實現(xiàn)

應用系統(tǒng)采用Struts2. 0 + spring3. 0 開源框架，開發(fā)語言采用Java 語言。在Eclipse 4.2 的開發(fā)工具下，需要安裝Google App Engine Java SDK 1.7.7，它是GAE 支持Java 開發(fā)應用的軟件開發(fā)工具包;以及Eclipse4.2 版本專用的Google 插件程序Google Plugin for Eclipse 4.2［12］。

1)系統(tǒng)的主要模塊-公文審批具體實現(xiàn)如圖3 所示。

2)公文流轉(zhuǎn)的過程會伴隨著短信息的發(fā)送，本項目將短信功能獨立出來，不但可以嵌入公文審批功能中，給用戶發(fā)送短信提醒，而且可以作為一個獨立的功能模塊，提供給用戶發(fā)送短信。

圖3 審批公文模塊Fig.3 Archives examine and approve modular

短信功能模塊主要包括短信發(fā)送、群組管理、黑名單管理和已發(fā)送短信。短信模塊功能采用了SMGP 形式，SMGP 是GOA 項目中的短信模塊和運營商網(wǎng)管之間的橋梁。短息模塊通過Http 的形式，將數(shù)據(jù)提交給SMGP，SMGP 最終將短信提交給運營商網(wǎng)管。系統(tǒng)成功的在云平臺下的Web 系統(tǒng)中調(diào)用非云平臺下的系統(tǒng)。在SMGP 中采用線程池的技術(shù)來處理短信的發(fā)送，具體處理流程如圖4所示。

圖4 SMGP 處理短信流程Fig.4 SMGP note-dealing note modular

系統(tǒng)的具體實現(xiàn)如圖5 所示。

圖5 發(fā)送短信Fig.5 Note-sending modular

3)可定制化。本項目是以企業(yè)的實際OA 需求出發(fā)，每個公司都可以根據(jù)自己實際需求在該項目中定制相應的功能。中小企業(yè)以租用SaaS 服務的方式申請這些服務的使用權(quán)，基于Web 使用這些服務，管理自己的數(shù)據(jù)，以滿足企業(yè)多樣化的需求［13］。下圖為2 個不同的企業(yè)所定制的GOA系統(tǒng)。

4)項目開發(fā)完成后，需要在GAE 中部署應用程序。

圖6 不同公司需求的定制化服務Fig.6 Custom-made service modular

首先需要線下編輯工程war 目錄下的appengine-web.xml 文件，將 ＜application ＞＜/application ＞元素更改為已注冊的ID:GOA. 隨后選擇google- ＞deploy to app engine，點擊配置工程信息，配置好工程信息以后，就可以將工程上傳到GAE 云平臺之上。GAE 提供了Eclipse Google Plugins 的上傳界面來將應用程序上傳到GAE 云平臺中。工程上傳以后，可以在GAE 的應用管理頁面看到上傳的應用，完成部署。

當部署完成后，用戶利用GoAgent 代理服務器(Google App Engine 的服務器充當代理)，通過瀏覽器就可以進行功能使用和訪問。用戶不但可以體驗利用Google 云平臺的數(shù)據(jù)存儲和并行處理的優(yōu)勢提供的應用軟件按需服務，同時還可以共享Google 的云端的文檔系統(tǒng)及郵件系統(tǒng)，增加OA 系統(tǒng)的網(wǎng)絡協(xié)同和共享特性。

3 系統(tǒng)測試

本系統(tǒng)分別在普通環(huán)境下和GAE 環(huán)境下測試，其中普通環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫采用MySql. 測試主要包括數(shù)據(jù)存儲，讀取速率的測試以及系統(tǒng)性能測試。在進行數(shù)據(jù)存儲、讀取速率測試時，測試了同時插入以及讀取100、1000、10000 條數(shù)據(jù)的所需時間。性能測試主要測試ART(AverageResponse-Time，平均響應時間)和TPS(RequestsPerSeeond，每秒可相應的請求數(shù))。測試結(jié)果見表1.

表1 普通環(huán)境數(shù)據(jù)讀寫速度Tab.1 Data reading and writing speed in normal circumstances

表2 GAE 環(huán)境數(shù)據(jù)讀寫速度Tab.2 Data reading and writing speed in GAE

表3 GAE 環(huán)境下系統(tǒng)壓力測試Tab.3 System stress test in GAE

從表1 和表2 可以看出，GAE 環(huán)境中BigTable的存儲速率遠遠大于普通環(huán)境下數(shù)據(jù)的存儲速讀，并且隨著數(shù)據(jù)量的增大，這種優(yōu)勢會越來越大。但是GAE 環(huán)境中數(shù)據(jù)的讀取速率小于普通環(huán)境下數(shù)據(jù)讀取的速率，這與BigTable 的設(shè)計有關(guān)，BigTable 并不完全支持關(guān)系數(shù)據(jù)庫，在數(shù)據(jù)的查詢中沒有像關(guān)系數(shù)據(jù)庫那樣對查詢做了優(yōu)化。由于Web 系統(tǒng)中大數(shù)據(jù)量的獲取可以通過分頁技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分批加載，因此可以忽略BigTable 讀取數(shù)據(jù)速率方面的不足。

表3 描述了在GAE 環(huán)境下系統(tǒng)的性能測試結(jié)果。性能測試采用Loadruuner 自動化測試化工具，測試分2 組進行。第一組設(shè)定200 個vuser(虛擬用戶)，第二組設(shè)定400 個vuser，2 組的測試時間均為2 min.從圖中可以看出隨著虛擬用戶的增加，用戶請求數(shù)會增多，同時也會有部分丟失的情況，但是這與并發(fā)用戶數(shù)有關(guān)，而實際情況并不會有如此高的并發(fā)。2 組測試數(shù)據(jù)的ART 結(jié)果，符合Web 壓力測試標準，可見系統(tǒng)的性能良好。

從上面的分析可以看出，GAE 環(huán)境下的Web應用在數(shù)據(jù)的存儲以及性能方面均高于普通環(huán)境中的Web 應用。GAE 環(huán)境下的Web 應用在數(shù)據(jù)讀取方面等同于傳統(tǒng)的基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的應用系統(tǒng)。

4 結(jié) 論

文中分析了傳統(tǒng)OA 系統(tǒng)的缺陷，提出了將云計算技術(shù)應用于傳統(tǒng)OA 系統(tǒng)。根據(jù)大多高科技中小企業(yè)的實際需求，基于GAE 平臺設(shè)計并實現(xiàn)了一個云端的OA 系統(tǒng)。并將其成功的部署到Google 云平臺下，目前系統(tǒng)運行穩(wěn)定，正在對A 企業(yè)提供OA 系統(tǒng)的支持。作者通過對本系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)，認為目前在云端適合開發(fā)部署一些基于請求-應答的高伸縮性的互聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)(例如電子商務系統(tǒng));或一些非戰(zhàn)略的不涉及多表關(guān)聯(lián)查詢的公共應用系統(tǒng)，例如人事管理系統(tǒng)、OA系統(tǒng);還可以應用在智慧城市的建設(shè)中。

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