云計算環(huán)境下高校信息管理系統(tǒng)的設(shè)計

李宏偉，王 博

(1.太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030027；2.廈門市行政學(xué)院，福建 廈門 361027)

云計算就是在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算基礎(chǔ)上，利用互聯(lián)網(wǎng)的高速傳輸和運(yùn)算能力，將數(shù)據(jù)存儲過程從個人PC端轉(zhuǎn)移到互聯(lián)網(wǎng)計算機(jī)集群，通過計算機(jī)集群的磁盤空間和高效運(yùn)作的CPU完成數(shù)據(jù)的集中運(yùn)算和存儲[1-2]。云計算具有幾個基本特征：一是數(shù)據(jù)存儲安全性強(qiáng)，在云計算模式中，將數(shù)據(jù)保存在云端，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動備份，系統(tǒng)具有良好的容錯機(jī)制，能夠強(qiáng)化數(shù)據(jù)管控，能夠提升安全性能和可靠性能[3]；二是數(shù)據(jù)分析處理性能突出，能夠?qū)⒋笠?guī)模普通計算機(jī)聯(lián)系起來，利用該模式完成單臺計算機(jī)無法完成的數(shù)據(jù)任務(wù)[4]；三是數(shù)據(jù)利用效率高，云計算模式下，用戶能夠隨時隨地獲取網(wǎng)絡(luò)信息和海量數(shù)據(jù)，有效提升數(shù)據(jù)的利用效率。

高校信息管理系統(tǒng)能夠為用戶提供學(xué)生信息管理、考試信息管理、選課信息管理等全面的信息管理服務(wù)，是提升教育水平和信息管理效率的重要措施?；谠朴嬎悱h(huán)境的高校信息管理系統(tǒng)，就是利用云計算技術(shù)框架，將高校信息數(shù)字資源交付給服務(wù)商，并簽訂數(shù)據(jù)安全保障合同，完成信息的存儲，進(jìn)而利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建數(shù)據(jù)處理中心，實(shí)現(xiàn)不同終端和存儲設(shè)備上數(shù)據(jù)資源的集中，形成虛擬資源庫，為網(wǎng)絡(luò)受眾提供所需服務(wù)。建設(shè)云計算環(huán)境下的高校信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)資源共享、信息安全存儲、多層次的服務(wù)和信息智能推送是其關(guān)鍵所在：首先是借助云服務(wù)平臺的虛擬現(xiàn)實(shí)功能，在云體系中存儲高校信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共享，有效的解決了傳統(tǒng)的信息管理系統(tǒng)中服務(wù)器承載過大以及線上資源無法均衡分布的問題；其次是基于云計算的信息管理系統(tǒng)能夠提供豐富的定制服務(wù)，用戶指令發(fā)出之后，系統(tǒng)根據(jù)指令調(diào)整服務(wù)的類型，用戶可以對平臺提供的服務(wù)方式進(jìn)行靈活調(diào)整；第三是在云計算環(huán)境下建立信息管理系統(tǒng)，通過多IP平臺實(shí)現(xiàn)分散化、虛擬化的數(shù)據(jù)存儲，管理平臺發(fā)揮數(shù)據(jù)資源集合調(diào)動的功能，確保存儲介質(zhì)的安全，為用戶提供便捷的數(shù)據(jù)訪問與存儲服務(wù)；第四是按照用戶需求層次的多元化發(fā)展，立足于強(qiáng)大的平臺服務(wù)和管理功能，能夠為處于不同層次的用戶提供信息服務(wù)；最后是對客戶需求進(jìn)行跟蹤分析，按照用戶瀏覽記錄，為用戶提供同類型的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)智能推送和人性化管理。

1 基于云計算的高校信息管理系統(tǒng)分析

1.1 信息管理系統(tǒng)需求分析

1．用戶需求分析

用戶管理：管理員根據(jù)用戶角色進(jìn)行權(quán)限配置，用戶可以利用分配好的用戶名，登錄系統(tǒng)之后進(jìn)行密碼修改等操作。

個人信息管理：學(xué)校人事管理人員可以對教師個人信息資料進(jìn)行查詢、修改、刪除、創(chuàng)建等操作；教務(wù)處可以對學(xué)生信息數(shù)據(jù)進(jìn)行操作；教職工、學(xué)生等可以對自己的數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)。

教學(xué)科目：教師可以查詢課程信息、學(xué)分，并進(jìn)行相應(yīng)的操作；學(xué)生可以查詢自己的成績、績點(diǎn)等信息。

科研管理：科研秘書、教師等可以對科研成果進(jìn)行錄入統(tǒng)計，同時可以為其他用戶提供資料共享。

2．非功能性需求

界面設(shè)計需求：界面設(shè)計必須符合簡潔友好的要求，布局要合理，確保為用戶提供便捷的操作。對用戶來說，通過讓自己滿意的方式獲得查詢結(jié)果，是用戶使用本系統(tǒng)的初衷，如果界面設(shè)計不友好，則會降低用戶滿意度。

系統(tǒng)性能需求：確保系統(tǒng)的響應(yīng)速度和時間符合用戶要求，如果操作系統(tǒng)過于繁瑣，系統(tǒng)運(yùn)算時間過長，用戶可能會放棄繼續(xù)使用。

系統(tǒng)安全性需求：非法用戶無法訪問系統(tǒng)，合法用戶僅在自己的賬號權(quán)限范圍內(nèi)進(jìn)行操作，并且所有操作過程都要記錄，系統(tǒng)能夠較好地抵抗外部攻擊。

1.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖

高校信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)流如圖1所示。

數(shù)據(jù)流圖屬于圖形技術(shù)分支之一，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流的寫入，然后從數(shù)據(jù)終端到數(shù)據(jù)起始端的交換。數(shù)據(jù)流圖并不包含物理設(shè)備，只是描述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的流程和處理邏輯。數(shù)據(jù)流圖可以通過圖形化的表現(xiàn)形式來展示系統(tǒng)數(shù)據(jù)運(yùn)算邏輯，即使操作人員為非專業(yè)人員，也可以直觀的理解邏輯關(guān)系。所以，數(shù)據(jù)流圖能夠為用戶和技術(shù)開發(fā)人員之間搭建溝通橋梁。除此之外，數(shù)據(jù)流圖設(shè)計過程中，只需要描述系統(tǒng)功能，并不需要進(jìn)行功能設(shè)計開發(fā)，這也是未來軟件開發(fā)的全新方向。

圖1 高校信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖

2 高校信息管理系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 系統(tǒng)開發(fā)及運(yùn)行環(huán)境

按照系統(tǒng)的需求、特點(diǎn)，采用Windows7、CentOS 64位平臺，MyEclipse 8.6+Tomcat7.0集成開發(fā)環(huán)境，Web開發(fā)采用JSP和JAVA語言。JSP具有良好的可視化界面，設(shè)計便利，與HTML5配合設(shè)計的動態(tài)網(wǎng)頁多樣化和豐富性更強(qiáng)。

2.2 系統(tǒng)框架

高校信息管理系統(tǒng)框架如圖2所示。

圖2 高校信息管理系統(tǒng)框架

通過對圖2的分析，可以發(fā)現(xiàn)高校信息管理系統(tǒng)的設(shè)計首先劃分層次，然后劃分功能模塊，采用分布式思想進(jìn)行內(nèi)容設(shè)計。

表現(xiàn)層：包括業(yè)務(wù)系統(tǒng)、高并發(fā)前端接入技術(shù)等。這種技術(shù)手段適宜處理用戶信息，預(yù)計PV值5000萬級用戶，UV值50萬終端高并發(fā)接入。

數(shù)據(jù)處理與存儲層：體現(xiàn)云計算核心思想，包括分布式并行處理、大數(shù)據(jù)處理和存儲、HDFS分布式文件體系等。

數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)采集層：主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、清洗和分析處理。

功能層：包括系統(tǒng)管理應(yīng)用，監(jiān)控數(shù)據(jù)庫、hadoop集群運(yùn)行情況，例如安全用戶文件管理、元數(shù)據(jù)管理、任務(wù)管理、資源管理。

2.3 業(yè)務(wù)流程設(shè)計

采用Mahout進(jìn)行流程設(shè)計，能夠幫助開發(fā)人員更加便捷的創(chuàng)建程序。Mahout中已經(jīng)包含關(guān)聯(lián)分析、聚類分析和分類分析算法，同時結(jié)合Apache Hadoop庫，將其進(jìn)一步擴(kuò)展到云層面，實(shí)現(xiàn)云計算環(huán)境下的系統(tǒng)開發(fā)。基于MapReduce框架，利用Mahout算法在HDFS分布式文件系統(tǒng)中保存算法。

2.4 系統(tǒng)安全體系設(shè)計

系統(tǒng)主要是在廣域網(wǎng)中應(yīng)用，系統(tǒng)安全需求較高，應(yīng)該做到安全性和全面性，對于可能出現(xiàn)的問題，提前做好問題解決預(yù)案，保證系統(tǒng)能夠在7*24小時內(nèi)提供訪問。系統(tǒng)安全包括以下幾點(diǎn)要求：

首先，分析系統(tǒng)要求，確保程序設(shè)計的規(guī)范性、合理性和安全性能，做好常見的安全漏洞的防護(hù)工作。

其次，分析服務(wù)器端的安全防護(hù)方案，對系統(tǒng)權(quán)限設(shè)置、本地安全設(shè)置和賬戶策略等安全防護(hù)方案進(jìn)行評估。加強(qiáng)數(shù)據(jù)庫安全防護(hù)，修改默認(rèn)的賬號以及密碼，賬戶授權(quán)要合理。

最后，做好硬件防護(hù)工作，安裝防毒軟件，確保系統(tǒng)遭受病毒侵害時能夠第一時間采取有效的殺毒措施。安裝系統(tǒng)防火墻，確保系統(tǒng)的良好運(yùn)轉(zhuǎn)。建立安全的防護(hù)機(jī)制，定期進(jìn)行安全檢查、備份。

2.5 系統(tǒng)模塊設(shè)計

登錄模塊：管理員可以對用戶進(jìn)行管理，設(shè)置用戶權(quán)限，設(shè)置初始化用戶名和密碼，用戶名為學(xué)生、教師編號，初始密碼設(shè)置為“000000”，管理員掌握root賬號。

用戶管理模塊：系統(tǒng)管理員能夠?qū)λ匈~號進(jìn)行管理。

用戶信息查詢模塊：根據(jù)需要查詢相應(yīng)的信息，系統(tǒng)為用戶提供可視化數(shù)據(jù)更新和數(shù)據(jù)記錄更新，由教學(xué)秘書完成教師信息的維護(hù)。學(xué)生能夠根據(jù)需要查詢權(quán)限范圍內(nèi)的信息，教師有權(quán)對該模塊進(jìn)行維護(hù)。

學(xué)科管理模塊：系統(tǒng)管理員負(fù)責(zé)維護(hù)課程信息，并錄入學(xué)生成績，學(xué)生或者教師可以在系統(tǒng)中查詢相關(guān)課程信息。

科研管理模塊：管理員負(fù)責(zé)更新學(xué)校科研信息等，教師也可以查詢最新信息。

2.6 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于Web設(shè)計數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫后臺程序的設(shè)計為關(guān)鍵環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)庫構(gòu)架的設(shè)計能力直接決定了系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)?？茖W(xué)的數(shù)據(jù)庫架構(gòu)能提升數(shù)據(jù)存儲能力，確保數(shù)據(jù)存儲流程的順利實(shí)施。數(shù)據(jù)架構(gòu)示意如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)架構(gòu)示意圖

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 登陸模塊設(shè)計

不同用戶的賬號具有不同的權(quán)限，用戶登錄賬號，首先要進(jìn)行數(shù)據(jù)驗證，通過驗證才能成功登錄，否則會給出提示。登錄模塊邏輯示意圖如圖4。

圖4 用戶登陸邏輯示意圖

登陸界面需要用戶提供用戶名和密碼，還需要選擇登陸方式，登陸部分的代碼設(shè)計如下：

3.2 數(shù)據(jù)上傳

系統(tǒng)管理員可以利用數(shù)據(jù)上傳和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的功能，完成寫入文件的批量處理。對Mysql數(shù)據(jù)庫中的所有數(shù)據(jù)需要導(dǎo)入到本地系統(tǒng)，然后上傳到Hadoop平臺中的HDFS文件系統(tǒng)上。在數(shù)據(jù)上傳過程中，需要檢查用戶權(quán)限，確認(rèn)用戶為管理員之后，則可以進(jìn)行上傳數(shù)據(jù)。如果無法確認(rèn)用戶為管理員，則中止上傳數(shù)據(jù)，屏幕顯示“非法操作”。

3.3 Kmeans算法調(diào)用

系統(tǒng)調(diào)用Kmeans算法，對Hadoop平臺上的HDFS系統(tǒng)中的所有用戶進(jìn)行聚類分析，得出聚類中心向量，同時對所有的用戶進(jìn)行分類組別。Kmeans獲取了參數(shù)之后開啟進(jìn)程，啟動Mahout的算法引擎。運(yùn)算完成之后，停止監(jiān)控界面刷新，發(fā)起ClearnAction對算法結(jié)果進(jìn)行分析，然后將結(jié)果寫入到本地的文件系統(tǒng)中，導(dǎo)入Mysql數(shù)據(jù)庫中。

調(diào)用算法界面的HTML代碼如下所示：

4 結(jié)語

云計算環(huán)境下的高校信息管理系統(tǒng)的設(shè)計，建立在高并發(fā)和云計算基礎(chǔ)上，采用Web頁面形式，選擇主從式數(shù)據(jù)庫，建立功能完善的系統(tǒng)，為用戶提供信息錄入、查詢、修改以及刪除等操作，最終實(shí)現(xiàn)高效的檔案管理。