大規(guī)模在線教學(xué)應(yīng)用中文件存儲體系研究與應(yīng)用

【摘 要】本文闡述大規(guī)模在線課程教學(xué)特征，分析教學(xué)應(yīng)用中的文件存儲體系的需求，從總體設(shè)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)等方面介紹文件存儲體系的設(shè)計(jì)，認(rèn)為基于目前較為先進(jìn)的云存儲技術(shù)，大規(guī)模在線教學(xué)應(yīng)用中的文件存儲體系可以實(shí)現(xiàn)登錄、訪問、目錄、存取、租賃、管理等功能，從而確保大規(guī)模在線教學(xué)產(chǎn)生的海量文件得到安全有序存儲，并能夠?yàn)橄到y(tǒng)用戶提供可靠服務(wù)，增加在線學(xué)習(xí)的便利性。

【關(guān)鍵詞】大規(guī)模在線教學(xué) 文件存儲體系 存儲功能

【中圖分類號】G? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2021）27-0168-03

大規(guī)模在線開放課程（MOOC）是網(wǎng)絡(luò)時代的教育開發(fā)物，因其具有開放靈活、海量資源共享等特點(diǎn)，因此自2012年誕生以來，其教學(xué)應(yīng)用就成為人們討論的熱點(diǎn)。近年來，大規(guī)模在線開放課程教學(xué)的熱度更加高漲，國內(nèi)的大規(guī)模在線開放課程遠(yuǎn)超5000 門，而在線開放課程的選課群體主要是高校學(xué)生。我國在優(yōu)化推動“雙萬計(jì)劃”以期建設(shè)一流課程的過程中，更加注重在國家和省兩個層級的在線精品課程建設(shè)。隨著更多的在線課程的產(chǎn)生，課程所積累的文件將越來越多，必然需要以合理的方式完成文件存儲體系的建設(shè)，這樣才能在后期的課程調(diào)用中發(fā)揮更積極的作用。

一、大規(guī)模在線課程教學(xué)特征

大規(guī)模在線開放課程在發(fā)展過程中已經(jīng)持續(xù)向用戶展現(xiàn)出自己的典型特征：一是資源豐富，網(wǎng)絡(luò)中的各種共享信息都可以作為MOOC整合教學(xué)的數(shù)字資源;二是工具多樣，如今網(wǎng)課學(xué)習(xí)者可以通過不同的智能終端接入網(wǎng)絡(luò)，登錄不同的學(xué)習(xí)網(wǎng)站平臺完成學(xué)習(xí)，可利用的工具多元且靈活;三是課程限制少，網(wǎng)絡(luò)用戶可突破傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)時間、學(xué)習(xí)空間的約束，在有網(wǎng)絡(luò)的情況下學(xué)習(xí)不同國家地區(qū)、不同院校、不同師資的教學(xué)課程;四是受眾規(guī)模大，課程的發(fā)布并沒有設(shè)定可觀看、可使用受眾的上限，因此可滿足大規(guī)模的受眾學(xué)習(xí)需求;五是受眾參與自主性強(qiáng)，MOOC資源的學(xué)習(xí)者可隨之開始或結(jié)束某項(xiàng)課程的學(xué)習(xí)，因此學(xué)習(xí)的效率和成果與學(xué)習(xí)者自身的學(xué)習(xí)自主性、自律性有很大關(guān)系。

二、大規(guī)模在線教學(xué)文件存儲體系的需求分析

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、AI等技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對海量文件等數(shù)據(jù)存儲提出了更高的要求。大規(guī)模在線教學(xué)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，多是教師上傳的教學(xué)視頻文件，這些文件想要為更多的學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)便利，以滿足學(xué)習(xí)者隨機(jī)性的文件使用需求，就需要將教學(xué)文件保持較長時間的存儲效果。從現(xiàn)階段看，基于云計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)的云存儲系統(tǒng)可以滿足大規(guī)模在線教學(xué)應(yīng)用中的文件存儲需求。云計(jì)算是新的技術(shù)變革下計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展產(chǎn)物，作為一種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模式，其將服務(wù)器、存儲單元、軟件、服務(wù)等不同資源進(jìn)行融合共享后創(chuàng)造新的服務(wù)價值。云存儲則基于云計(jì)算而發(fā)展，所提供的網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)更加高效便利。下面具體分析大規(guī)模在線教學(xué)文件云存儲系統(tǒng)的需求。

（一）功能性分析

1.系統(tǒng)用戶角色

現(xiàn)階段看，大規(guī)模在線教學(xué)文件云存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)用戶角色主要可分為系統(tǒng)租戶和系統(tǒng)管理員，其中系統(tǒng)租戶應(yīng)是使用該云存儲系統(tǒng)的主體，因此可進(jìn)一步細(xì)分為教學(xué)用戶以及教學(xué)管理員，而教學(xué)用戶又最終體現(xiàn)在學(xué)生與教師兩個角色身份上。系統(tǒng)管理員則是負(fù)責(zé)對大規(guī)模在線教學(xué)文件云存儲系統(tǒng)進(jìn)行管理或?qū)嵤┚S護(hù)的角色。系統(tǒng)用戶角色分配如圖1所示。

2.功能模塊

大規(guī)模在線教學(xué)文件云存儲系統(tǒng)按六類功能配設(shè)計(jì)模塊，即登錄、訪問、目錄、存取、租賃、管理等模塊。其中登錄模塊設(shè)計(jì)為允許用戶在登錄頁面登錄，無身份登記的用戶需要先注冊再登錄;訪問模塊設(shè)計(jì)為對系統(tǒng)租戶以及教學(xué)用戶的訪問動作進(jìn)行管理控制，對角色設(shè)置必要的操作權(quán)限，在相應(yīng)的權(quán)限下可對應(yīng)使用相應(yīng)資源的功能;目錄模塊設(shè)計(jì)為允許對文件或目錄完成編輯、復(fù)制、移動、刪除、搜索等操作;存取模塊設(shè)計(jì)為允許文件的上傳下載以及回撤后退刪除等操作;租賃模塊設(shè)計(jì)為允許為用戶提供系統(tǒng)租賃或擴(kuò)容租賃服務(wù);管理模塊設(shè)計(jì)為實(shí)施元數(shù)據(jù)、設(shè)備、多租戶等相關(guān)管理。

（二）非功能性分析

在滿足功能新需求之外，大規(guī)模在線教學(xué)文件云存儲系統(tǒng)還應(yīng)該結(jié)合用戶體驗(yàn)度、系統(tǒng)服務(wù)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)綜合性能、安全表現(xiàn)、系統(tǒng)服務(wù)接口等方面，積極開發(fā)設(shè)計(jì)滿足用戶的非功能性需求。

1.用戶體驗(yàn)度

考慮到大規(guī)模在線教學(xué)文件云存儲系統(tǒng)的用戶角色多樣化，因此要全面把握不同用戶對系統(tǒng)的使用體驗(yàn)，力爭讓所有用戶都能體驗(yàn)到系統(tǒng)的友好、便捷，故須考慮將系統(tǒng)的前端和后端操作實(shí)施徹底分離，前端通過人機(jī)交互的簡潔界面、響應(yīng)流暢的功能操作、人性化的操作提示等提升用戶體驗(yàn)度，后端則去完成對復(fù)雜操作的處理。

2.系統(tǒng)服務(wù)結(jié)構(gòu)

大規(guī)模在線教學(xué)文件云存儲系統(tǒng)將依據(jù)SOA設(shè)計(jì)概念，將服務(wù)作為基本單位，通過協(xié)調(diào)工作，最終讓虛擬資源池可有效向用戶提供基于配套服務(wù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定服務(wù)。

3.系統(tǒng)綜合性能

大規(guī)模在線教學(xué)文件云存儲系統(tǒng)是面向用戶提供文件存儲服務(wù)的平臺，因此需要謹(jǐn)慎關(guān)注系統(tǒng)性能，如系統(tǒng)穩(wěn)定性、訪問文件數(shù)據(jù)的效率、系統(tǒng)存儲空間的配置及利用情況、系統(tǒng)故障恢復(fù)機(jī)制和效果等。

4.安全表現(xiàn)

大規(guī)模在線教學(xué)文件云存儲系統(tǒng)將課程相關(guān)的文件存于云端，必然需要關(guān)注數(shù)據(jù)安全問題，因此系統(tǒng)要對文件數(shù)據(jù)的存儲以及傳輸?shù)裙ぷ鲗?shí)施加密，同時還要針對性完成備份。而且為了增強(qiáng)安全性，要嚴(yán)格核查用戶身份，對于非法用戶或異常用戶要直接拒絕其訪問系統(tǒng)。

三、大規(guī)模在線教學(xué)文件存儲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

（一）總體設(shè)計(jì)

1.系統(tǒng)邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合以上的需求分析，可設(shè)計(jì)大規(guī)模在線教學(xué)文件存儲系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)，大規(guī)模在線教學(xué)文件存儲系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)如圖2所示。

其中，用戶層中包括系統(tǒng)管員、教學(xué)管理員、教師、學(xué)生等系統(tǒng)用戶;訪問層針對不同的用戶開辟了獨(dú)立的訪問空間;應(yīng)用層主要為用戶提供各類系統(tǒng)服務(wù)，包括目錄、存取、租賃、管理、數(shù)據(jù)等服務(wù);支撐層主要是為用戶提供公共服務(wù)，包括身份識別認(rèn)證、訪問權(quán)限控制、租戶管理等通用服務(wù);數(shù)據(jù)層可進(jìn)一步分為數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)管理層，可對系統(tǒng)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、文件數(shù)據(jù)以及服務(wù)數(shù)據(jù)等進(jìn)行科學(xué)管理，并對各類數(shù)據(jù)采取合理的技術(shù)實(shí)現(xiàn)存儲;基礎(chǔ)層主要對應(yīng)用服務(wù)器、文件存儲及緩存服務(wù)器等設(shè)備實(shí)施管理。

2.系統(tǒng)物理架構(gòu)設(shè)計(jì)

大規(guī)模在線教學(xué)文件存儲系統(tǒng)所用設(shè)備主要包括網(wǎng)絡(luò)、路由機(jī)和交換機(jī)等，實(shí)現(xiàn)與客戶端、數(shù)據(jù)庫、服務(wù)器、HDFS（分布式存儲子系統(tǒng)）等集群的連接。在服務(wù)器方面，Web服務(wù)器主要執(zhí)行指令轉(zhuǎn)發(fā)或處理請求等工作，而文件緩存服務(wù)器則可對臨時存儲在系統(tǒng)內(nèi)的文件建立索引，從而完成映射、緩存、解碼、合并等操作。數(shù)據(jù)庫主要整合三類技術(shù)形成數(shù)據(jù)庫集群，其中MySQL數(shù)據(jù)庫主要存放教學(xué)業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)以及各種系統(tǒng)數(shù)據(jù);Redis數(shù)據(jù)庫則主要存放用戶操作中產(chǎn)生的文件與硬盤的映射數(shù)據(jù);MongoDB數(shù)據(jù)庫主要存儲用戶操作中產(chǎn)生的小型文件。

3.服務(wù)設(shè)計(jì)

大規(guī)模在線教學(xué)文件存儲系統(tǒng)將使用Apache CXF開源框架以基于代碼優(yōu)先的Java編程完成服務(wù)訪問設(shè)計(jì)。基本步驟為：（1）使用Java構(gòu)建Web Services，以服務(wù)端點(diǎn)接口來定義可向Web Services提供服務(wù)的可行路徑，起點(diǎn)為Java語言中的類或某一接口;（2）完善Java語言中的類或接口的相關(guān)注釋，如Web Services外部服務(wù)的代碼注釋、服務(wù)注釋以及服務(wù)端口注釋等;（3）利用Java語言編寫程序代碼，產(chǎn)生Web Services，發(fā)布相關(guān)服務(wù);（4）使用Java語言完成Web Services客戶端應(yīng)用編程，實(shí)現(xiàn)訪問調(diào)用。

數(shù)據(jù)服務(wù)設(shè)計(jì)方面，主要考慮線上教學(xué)活動的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，將設(shè)計(jì)為應(yīng)用程序開放有關(guān)數(shù)據(jù)新建、編輯、查詢、刪除等服務(wù)接口，為云存儲提供數(shù)據(jù)支撐。

（二）子模塊設(shè)計(jì)

前文提到大規(guī)模在線教學(xué)文件存儲系統(tǒng)可分為六個功能模塊。每個功能模塊的功能設(shè)計(jì)都要程序編輯來實(shí)現(xiàn)。

1.登錄模塊設(shè)計(jì)

用戶要從系統(tǒng)的首頁進(jìn)入系統(tǒng)，若用戶已注冊，則直接輸入賬戶名與密碼可完成身份驗(yàn)證并登錄。若用戶未注冊，則要區(qū)分用戶身份進(jìn)行注冊。對系統(tǒng)租戶的注冊，則需要系統(tǒng)管理員的審核，通過則注冊成功并可完成登錄，若未通過則需要進(jìn)一步審核信息，這個過程租戶無法對系統(tǒng)進(jìn)行訪問。對教師和學(xué)生的注冊，需要教學(xué)管理員審核信息，通過則注冊成功，完成登錄。在登錄后，系統(tǒng)還需要進(jìn)一步對信息進(jìn)行驗(yàn)證，只有通過驗(yàn)證才能在邏輯指令下直接轉(zhuǎn)至對應(yīng)用戶空間。

2.訪問模塊設(shè)計(jì)

用戶準(zhǔn)備進(jìn)行系統(tǒng)登錄時，將通過必要的身份驗(yàn)證機(jī)制來確定身份信息，在通過后會自主獲得用戶角色，并相應(yīng)配置用戶權(quán)限。若出現(xiàn)訪問請求，則訪問模塊會識別所需要的服務(wù)類型，并對等安排資源，同時匹配操作權(quán)限，然后對用戶身份與訪問權(quán)限進(jìn)行關(guān)聯(lián)，在識別正常后用戶就可以收到服務(wù)訪問請求的反饋信息。

3.目錄模塊設(shè)計(jì)

目錄模塊的設(shè)計(jì)主要是在虛擬操作系統(tǒng)的環(huán)境中創(chuàng)建各類文件的目錄樹，從而形成邏輯層面的統(tǒng)一目錄，便于對文件的存放形成可視指示。虛擬目錄的模塊流程設(shè)計(jì)為用戶完成登錄并通過身份驗(yàn)證后，就會進(jìn)入用戶空間，然后直接詢問網(wǎng)盤服務(wù)，可通過目錄或是文件視圖，定位文件所存地址。該模塊的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)目錄的新建、編輯、搜索、刪除、復(fù)制、配置權(quán)限等功能。

4.存取模塊設(shè)計(jì)

文件存取模塊主要包括文件上傳、下載、刪除。文件上傳的過程：在客戶端用戶登錄系統(tǒng)后，在虛擬目錄中選擇想要上傳的目錄，然后選擇本地文件，點(diǎn)擊確定進(jìn)行上傳;在服務(wù)端，先判斷文件是否存在，存在返回錯誤信息，不存在再判斷文件大小并把相關(guān)文件信息持久化到數(shù)據(jù)庫中，如果是小文件直接進(jìn)行Mongo DB 存儲，如果是大文件直接存儲到 HDFS 中，如果是中文件，文件需要先上傳到文件存儲服務(wù)器，進(jìn)行中文件處理模塊，存儲到 HDFS 中。

5.租賃模塊設(shè)計(jì)

租賃服務(wù)模塊提供系統(tǒng)相關(guān)服務(wù)的租賃，主要包括擴(kuò)容租賃和系統(tǒng)租賃。擴(kuò)容租賃，對教育用戶的學(xué)生、教師和教育管理員，如存儲空間不夠用，可以進(jìn)行擴(kuò)容申請，選擇套餐和數(shù)量，交費(fèi)后可以增加存儲空間容量。系統(tǒng)租賃，只針對教育租戶，即學(xué)校及機(jī)構(gòu)等。如果繼續(xù)租用系統(tǒng)，則需要進(jìn)行租賃申請，選擇租賃相關(guān)的套餐和數(shù)量，交費(fèi)后可以增加租賃時間，延長使用時間。

6.管理模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)管理模塊是系統(tǒng)管理員對當(dāng)前系統(tǒng)給的管理，包括集群管理、設(shè)備、元數(shù)據(jù)管理、多租戶管理、租賃管理等。

（三）大規(guī)模在線教學(xué)文件存儲體系的應(yīng)用

大規(guī)模在線教學(xué)文件存儲體系投入應(yīng)用后，不同用戶通過定向頁面可以登錄，其中教學(xué)用戶以登錄頁面作為口徑進(jìn)行登錄，系統(tǒng)管理員和教學(xué)管理員則從后臺登錄端口登錄。若是存儲體系的新用戶，則需要完成注冊并核驗(yàn)身份后再登錄。師生作為教學(xué)用戶，可在注冊時輸入姓名、院校、身份類型、學(xué)號（或工號）等基礎(chǔ)信息，注冊新賬戶與密碼。不同學(xué)校作為系統(tǒng)租戶和教學(xué)管理員，可注冊填錄院?；A(chǔ)信息，注冊新賬戶與密碼。

系統(tǒng)的訪問模塊應(yīng)用主要是實(shí)現(xiàn)對用戶角色、資源以及操作等方面的建立、編輯、刪除等功能管理，其中用戶管理頁面可以設(shè)置學(xué)生、教師以及職員三個項(xiàng)目，每個項(xiàng)目下都會對用戶建檔，分別記錄基本的序號、學(xué)號（或工號）、姓名、學(xué)院、狀態(tài)、角色以及關(guān)鍵操作等信息。

存儲體系的目錄模塊應(yīng)用將直接控制完成目錄與文件的管理，包括對目錄與文件實(shí)施新建、移動、復(fù)制、重命名、共享、刪除等功能操作。存取模塊的應(yīng)用主要是對在大規(guī)模在線教學(xué)過程中產(chǎn)生的視頻等文件進(jìn)行上傳和下載等服務(wù)。應(yīng)用租賃模塊時，教學(xué)管理員以及教學(xué)用戶可以直接申請擴(kuò)容租賃，選定新容量后由系統(tǒng)管理員審核擴(kuò)容。而僅有學(xué)校或其他機(jī)構(gòu)作為教學(xué)管理員可以申請系統(tǒng)租賃。通過系統(tǒng)管理模塊的應(yīng)用，可對系統(tǒng)存儲集群的處理器、內(nèi)存、硬盤空間等信息進(jìn)行管理，并對文件元數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的查驗(yàn)和編輯。

本文研究了大規(guī)模在線教學(xué)應(yīng)用中文件存儲體系的設(shè)計(jì)與開發(fā)，基于目前較為先進(jìn)的云存儲技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)登錄、訪問、目錄、存取、租賃、管理等功能，確保大規(guī)模在線教學(xué)產(chǎn)生的海量文件得到安全有序存儲，并能夠?yàn)橄到y(tǒng)用戶提供可靠服務(wù)，增加了在線學(xué)習(xí)的便利性。

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注：2021年度廣西高校中青年教師基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目“基于移動終端的畢業(yè)設(shè)計(jì)管理平臺的研究”（2021KY1421）;2021年度學(xué)前教育職業(yè)教育集團(tuán)化辦學(xué)研究專項(xiàng)課題“基于智慧職教云平臺學(xué)前教育專業(yè)《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》教學(xué)資源庫建設(shè)的研究”（2021ZJY796）

【作者簡介】胡鐘月（1979— ），女，廣西河池人，廣西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。