基于B/S的網(wǎng)上考試系統(tǒng)高并發(fā)性能優(yōu)化研究與應(yīng)用

徐曉鶴（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司自動(dòng)化部,山東 萊蕪 271104）

基于B/S的網(wǎng)上考試系統(tǒng)高并發(fā)性能優(yōu)化研究與應(yīng)用

徐曉鶴
（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司自動(dòng)化部,山東 萊蕪 271104）

摘 要：網(wǎng)上考試系統(tǒng)隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展不斷得到推廣應(yīng)用。隨著應(yīng)用對(duì)象、考試規(guī)模的不斷擴(kuò)大，高并發(fā)高數(shù)據(jù)量成為網(wǎng)上考試系統(tǒng)性能提升的瓶頸。該文結(jié)合萊鋼網(wǎng)上考試系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)踐，分析了系統(tǒng)在高并發(fā)應(yīng)用條件下的瓶頸，并給出了解決方案。

關(guān)鍵詞：network exam；high—concurrency；研究應(yīng)

0 引言

網(wǎng)上考試是延伸了傳統(tǒng)考試考場(chǎng)的涵義，它利用網(wǎng)絡(luò)的無(wú)限廣闊空間，把考場(chǎng)從學(xué)校延伸到了家中、計(jì)算機(jī)房、辦公室及其它任何網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的區(qū)域，并可隨時(shí)對(duì)考生進(jìn)行考試，加上數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的利用，使考試變得更公平公正、更具權(quán)威性和可靠性。與傳統(tǒng)考試方式相比，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)考試可以突破地域限制、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)閱卷評(píng)分等特性，大大節(jié)約人力、財(cái)務(wù)、物力。由丁B／S模式具有客戶端無(wú)需配置、開發(fā)效率高、易于管理和維護(hù)等特點(diǎn)，基于B／S模式的網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)正在逐漸成為主流應(yīng)用。但每個(gè)客戶端用戶的訪問(wèn)，都會(huì)占用服務(wù)器一定的資源。因此，在硬件設(shè)備和軟件算法復(fù)雜度不變的情況下，每臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器一般都存在一個(gè)最高用戶并發(fā)數(shù)，一旦并發(fā)訪問(wèn)的用戶數(shù)量超過(guò)這個(gè)數(shù)量，就會(huì)引起系統(tǒng)性能急劇下降，甚至出現(xiàn)用戶訪問(wèn)無(wú)響應(yīng)等服務(wù)器拒絕服務(wù)的情況。

萊鋼網(wǎng)上考試系統(tǒng)主要用于業(yè)務(wù)技能競(jìng)賽．需要保持各參賽人員試卷內(nèi)容一致，試題隨機(jī)排序，下載、上傳必要的附列資料文檔，一般同時(shí)參加考試人數(shù)在六千人左右，甚至多達(dá)上萬(wàn)人，經(jīng)常出現(xiàn)并發(fā)訪問(wèn)和提交大量數(shù)據(jù)，因此，如何優(yōu)化網(wǎng)上考試系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略，提升服務(wù)器性能，使之能滿足高并發(fā)大數(shù)據(jù)量的應(yīng)用，是必須解決的問(wèn)題。

1 接入層負(fù)載均衡

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)七層協(xié)議定義，在服務(wù)器端，可以在傳輸層或應(yīng)用層對(duì)系統(tǒng)的介入層進(jìn)行負(fù)載均衡考慮?？荚囅到y(tǒng)為B/S架構(gòu)，目前使用基于應(yīng)用層HTTP協(xié)議的負(fù)載均衡技術(shù)較為成熟，且應(yīng)用廣泛，使用既有的開源技術(shù)即可達(dá)到接入層的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡的目的。雖然在越底層做負(fù)載均衡效率越高，資源利用率越小，但是基于傳輸層TCP協(xié)議的LVS（Linux Virtual Server）維護(hù)難度較大，因此在應(yīng)用層做負(fù)載均衡是最佳選擇，在本系統(tǒng)中LVS作為輔助方案。

NGINX是開源的基于HTTP的反向代理，除了具有HTTP包轉(zhuǎn)發(fā)的功能外，還能通過(guò)配置實(shí)現(xiàn)HTTP協(xié)議的負(fù)載均衡。在服務(wù)器上部署多套考試系統(tǒng)Server端程序后，在NGINX的配置文件nginx. conf中，添加負(fù)載均衡配置項(xiàng)，并根據(jù)各自服務(wù)器的性能及部署情況設(shè)置各自的權(quán)重，即可達(dá)到按需負(fù)載均衡的目的。

下面的配置表示，每6個(gè)對(duì)考試系統(tǒng)的HTTP請(qǐng)求中，3個(gè)請(qǐng)求會(huì)被轉(zhuǎn)發(fā)到10.10.10.110服務(wù)器，2個(gè)被轉(zhuǎn)發(fā)到10.10.10.111服務(wù)器，1個(gè)被轉(zhuǎn)發(fā)到10.10.10.112服務(wù)器。

upstream exameServer { server 10.10.10.110:8080 weight＝3; server 10.10.10.111:8080 weight＝2; server 10.10.10.112:8080; }

2 核心業(yè)務(wù)和非核心業(yè)務(wù)分離

考試系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)為考試功能，除此外還包含了非核心業(yè)務(wù)如試卷生成、評(píng)分、查分、統(tǒng)計(jì)、通告等。一般情況下，考試功能是考試系統(tǒng)的核心，保證考試功能不被其他非核心業(yè)務(wù)的影響至關(guān)重要。系統(tǒng)需要將考試功能獨(dú)立成為單獨(dú)的進(jìn)程，防止非核心業(yè)務(wù)功能因宕機(jī)、資源利用率過(guò)高等造成對(duì)考試的影響。

3 根據(jù)題型劃分服務(wù)端程序

一次考試試卷中，往往有多種題型，題型不同，用戶在WEB界面上停留的時(shí)間長(zhǎng)短不同，對(duì)后端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)讀寫請(qǐng)求數(shù)也不相同。以選擇題和問(wèn)答題為例，用戶在選擇題上停留的時(shí)間一般較短，短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)讀寫請(qǐng)求較多，單條數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度較??；但用戶在問(wèn)答題上停留的時(shí)間一般會(huì)較長(zhǎng)，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)讀寫請(qǐng)求較少，但是單條數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度往往較大。

因此，可以根據(jù)題型的不同，將讀寫頻繁的頁(yè)面和讀寫較少的頁(yè)面獨(dú)立成不同的應(yīng)用，并合理分配兩者之間的比例，將有利于提高對(duì)服務(wù)器資源的利用。根據(jù)統(tǒng)計(jì)用戶在選擇題上的平均停留時(shí)間為1分鐘，在問(wèn)答題傷的平均時(shí)間為5分鐘，那么相對(duì)更多地部署選擇題對(duì)應(yīng)的服務(wù)器端應(yīng)用。在較大的并發(fā)讀寫請(qǐng)求情況下，將其進(jìn)程部署個(gè)數(shù)分配為5:1將是比較合理的選擇。

4 數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫分離

考試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)持久化層使用了數(shù)據(jù)庫(kù)作為存儲(chǔ)工具，多并發(fā)讀寫數(shù)據(jù)庫(kù)的情況下，鎖操作頻繁將導(dǎo)致系統(tǒng)花費(fèi)大量時(shí)間在數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫上。因此，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行讀寫分離將顯得尤為重要。

考試系統(tǒng)讀寫分離后，對(duì)數(shù)據(jù)的寫操作如考試功能作用于主庫(kù)，對(duì)數(shù)據(jù)的讀操作如查分功能作用于備庫(kù)。若單個(gè)備庫(kù)不能滿足查詢業(yè)務(wù)需求時(shí)，可建立多個(gè)備庫(kù)，并根據(jù)業(yè)務(wù)量合理分配備庫(kù)的使用程序。

4.1 數(shù)據(jù)庫(kù)分庫(kù)分表

考試系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)分為題庫(kù)和用戶考題數(shù)據(jù)，題庫(kù)用于記錄考題元數(shù)據(jù)，用戶考題數(shù)據(jù)用于記錄用戶的考試題目、用戶考試答案，以及考試時(shí)間等信息。題庫(kù)一般數(shù)據(jù)條數(shù)不多，使用單表即可滿足日常應(yīng)用。但是用戶考試記錄隨著年限的增長(zhǎng)，當(dāng)達(dá)到百萬(wàn)級(jí)別的時(shí)候，讀寫性能將明顯降低。根據(jù)需要，為每一個(gè)庫(kù)（也可以到表級(jí)別）設(shè)置一套數(shù)據(jù)文件（元數(shù)據(jù)文件、索引文件和數(shù)據(jù)文件），不同數(shù)據(jù)庫(kù)的文件又放置在不同的磁盤中，將大大提高磁盤的讀寫效率。

4.2 為考試設(shè)計(jì)的分庫(kù)分表

考試過(guò)程中的數(shù)據(jù)讀寫并發(fā)量，主要是用戶對(duì)自己的考試數(shù)據(jù)的讀寫與更新，可以按照用戶維度，進(jìn)行分庫(kù)分表。在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，單庫(kù)單表只能支撐p人的同時(shí)考試，那么為了滿足t人同時(shí)考試，可以建立m個(gè)庫(kù)n張表，其中t ＜＝ m*n*p。在用戶考試時(shí)，根據(jù)用戶的登錄名稱或內(nèi)部號(hào)碼等Hash到這m*n個(gè)庫(kù)表中，從而讓這些庫(kù)表共同分擔(dān)了t個(gè)人考試的讀寫請(qǐng)求。

作者簡(jiǎn)介：徐曉鶴（1983-），男，山東濟(jì)南人，本科，工程師，研究方向：工業(yè)自動(dòng)化控制軟件工程。