基于云計(jì)算的移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

武玉坤

摘 要：基于云計(jì)算的移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)架構(gòu)采用資源虛擬化管理，減少了硬件資源建設(shè)投資。采用面向服務(wù)的分布式計(jì)算應(yīng)用架構(gòu)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)高性能、高可靠性和高擴(kuò)展的學(xué)習(xí)平臺(tái)。該平臺(tái)按需快速檢索和聚合，既能滿足日常學(xué)習(xí)與考試需要，又能應(yīng)付高并發(fā)狀況。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：云計(jì)算；移動(dòng)學(xué)習(xí)；高并發(fā)；分布式計(jì)算

DOIDOI：10.11907/rjdk.162405

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)文章編號(hào)：16727800（2016）011010102

0 引言

云計(jì)算是伴隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種IT相關(guān)資源整合模式，它既是多種技術(shù)（虛擬化、網(wǎng)絡(luò)、分布式計(jì)算、面向服務(wù)模式以及Web2.0）的整合共享，也是一種商業(yè)計(jì)算模型[1]?；谠朴?jì)算的移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)研究已有很多：如黃成云等[2]的基于云計(jì)算的移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，李樹波[3]的基于云計(jì)算的移動(dòng)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)構(gòu)建研究，任遠(yuǎn)鵬[4]的基于Hadoop的移動(dòng)學(xué)習(xí)模型設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，王琴等[5]的基于移動(dòng)云計(jì)算的移動(dòng)學(xué)習(xí)研究。上述研究都是圍繞如何使用已有的云計(jì)算技術(shù)來搭建移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)，未考慮移動(dòng)學(xué)習(xí)任務(wù)的突發(fā)性。在使用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)過程中，學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)內(nèi)容往往會(huì)出現(xiàn)二八規(guī)律，即80%的學(xué)習(xí)者集中學(xué)習(xí)20%的網(wǎng)絡(luò)課程和相應(yīng)內(nèi)容，同時(shí)在復(fù)習(xí)、考試時(shí)訪問量會(huì)驟增，這就需要系統(tǒng)能動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，而云計(jì)算正好具有按需分配功能。因此，本文根據(jù)學(xué)習(xí)規(guī)律設(shè)計(jì)了一個(gè)基于云計(jì)算的動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展的移動(dòng)學(xué)習(xí)模型。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)功能模塊

基于云計(jì)算的移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)功能模塊包括客戶端與云端兩部分，主要功能有課程學(xué)習(xí)、課件中心、在線練習(xí)、在線考試、用戶管理、課件管理、考試管理等模塊。由于移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)功能模塊多，聚合了大量的應(yīng)用和服務(wù)組件，導(dǎo)致編譯、部署困難、數(shù)據(jù)庫連接耗盡、新增業(yè)務(wù)困難等問題。基于上述問題，采取拆分的解決方案，把整個(gè)大應(yīng)用拆分為多個(gè)小應(yīng)用，采用面向服務(wù)的分布式計(jì)算應(yīng)用架構(gòu)，將模塊獨(dú)立部署，降低系統(tǒng)的耦合性，將復(fù)用的業(yè)務(wù)拆分出來，獨(dú)立部署為分布式服務(wù)。對(duì)學(xué)習(xí)、考試任務(wù)流程靈活編排和組合，新增業(yè)務(wù)只需要調(diào)用這些分布式服務(wù)，不需要依賴具體的模塊代碼，而當(dāng)模塊內(nèi)業(yè)務(wù)邏輯變化時(shí)，只要接口保持一致就不會(huì)影響業(yè)務(wù)程序和其它模塊。本文采用Web Service來整合及構(gòu)建分布式移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)，并借助發(fā)布—訂閱模式的消息隊(duì)列通信完成模塊間合作。

1.2 系統(tǒng)整體架構(gòu)

基于云計(jì)算的移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)主要包括知識(shí)管理、學(xué)習(xí)業(yè)務(wù)管理、考試等系統(tǒng)。其中，學(xué)習(xí)業(yè)務(wù)模塊與考試系統(tǒng)模塊是兩個(gè)非常重要的子系統(tǒng)，顯著特點(diǎn)是任務(wù)性和集中性。

根據(jù)學(xué)習(xí)業(yè)務(wù)與考試業(yè)務(wù)特點(diǎn)，結(jié)合云計(jì)算服務(wù)模式，本文構(gòu)建的基于云計(jì)算的動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)架構(gòu)分為 4層，如圖1所示。

（1）移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)應(yīng)用層。即系統(tǒng)的業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)，包括課件管理、在線練習(xí)、課程管理、題庫管理、考試等子系統(tǒng)。

（2）云計(jì)算中間件層。包括數(shù)據(jù)庫、中間件等軟件資源，中間件以及并行處理和集群處理等。

（3）基礎(chǔ)設(shè)施虛擬化層。主要是系統(tǒng)運(yùn)行所需的服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

（4）管理層。包括賬戶管理、運(yùn)維管理以及監(jiān)控、策略、仲裁和準(zhǔn)備4個(gè)模塊。

這種架構(gòu)模式正好和云計(jì)算的軟件即服務(wù)、平臺(tái)即服務(wù)、基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)相對(duì)應(yīng)。通過虛擬化技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施層向上提供動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展物理資源池，本文采用VMware vSphere虛擬化技術(shù)。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

通過云計(jì)算中間件層調(diào)度服務(wù)器集群、緩存服務(wù)、負(fù)載均衡、數(shù)據(jù)庫服務(wù)等，對(duì)資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度，滿足應(yīng)用的彈性伸縮。文獻(xiàn)[6]～[8]對(duì)云計(jì)算資源調(diào)度進(jìn)行了研究，本文采用文獻(xiàn)[7]提出的改進(jìn)遺傳算法的云資源調(diào)度算法。

緩存技術(shù)采用Squid作為服務(wù)器的前置緩存；負(fù)載均衡技術(shù)采用高性能的HTTP和反向代理服務(wù)器Nginx。

應(yīng)用層則由網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)以及考試系統(tǒng)構(gòu)成，利用現(xiàn)有技術(shù)保證系統(tǒng)操作便利和界面友好。采用頁面靜態(tài)化、數(shù)據(jù)的分類存儲(chǔ)等系統(tǒng)優(yōu)化策略。系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要包含結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用數(shù)據(jù)庫集群技術(shù)與庫表散列。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)像課件、音視頻、案例庫（由圖片、文字組成）等采用基于對(duì)象的云存儲(chǔ)存放。

管理層完成用戶賬號(hào)管理、平臺(tái)運(yùn)營管理和4個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模塊，監(jiān)控模塊主要記錄學(xué)習(xí)者訪問資源狀況以及系統(tǒng)資源利用率，實(shí)時(shí)監(jiān)控云計(jì)算對(duì)應(yīng)三層的運(yùn)行狀態(tài)，并及時(shí)向策略模塊反饋，滿足資源的彈性需求。策略模塊能夠設(shè)置教學(xué)策略、同時(shí)對(duì)系統(tǒng)資源負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測，對(duì)于那些訪問頻率高的學(xué)習(xí)資源進(jìn)行預(yù)調(diào)度以保障其高并發(fā)性需求。仲裁模塊主要根據(jù)策略來改進(jìn)資源分配，根據(jù)不同學(xué)習(xí)行為設(shè)置不同的資源使用方式。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 環(huán)境搭建

通過學(xué)習(xí)安排、資源準(zhǔn)備和壓力測試等流程，驗(yàn)證系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)的合理性。移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)驗(yàn)證平臺(tái)主要由云端管理服務(wù)、客戶端集群管理服務(wù)、客戶端應(yīng)用服務(wù)以及前臺(tái)代理服務(wù)組成。移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)初始化環(huán)境如表 1 所示。

2.2 仿真實(shí)驗(yàn)

使用LoadRunner工具對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行壓力測試，并發(fā)300個(gè)用戶登錄系統(tǒng)進(jìn)行集中學(xué)習(xí)，并查看事務(wù)的響應(yīng)時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間隨著并發(fā)壓力的增大而不斷增大，這表明用戶訪問系統(tǒng)開始變慢。壓力測試腳本運(yùn)行后，學(xué)習(xí)事務(wù)的響應(yīng)時(shí)間逐步加大，2′30″達(dá)到較高的響應(yīng)時(shí)長50s。

3 結(jié)語

基于云計(jì)算的可擴(kuò)展移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)可解決高并發(fā)帶來的系統(tǒng)瓶頸問題，監(jiān)控與策略模塊的運(yùn)用提高了學(xué)習(xí)系統(tǒng)的調(diào)度與響應(yīng)能力。本文給出了動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展云計(jì)算的移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)總體架構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)，并進(jìn)行了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與仿真實(shí)驗(yàn)，為快速靈活滿足業(yè)務(wù)變化提供了可靠的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型。

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（責(zé)任編輯：杜能鋼）