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黄剑文
【摘 要】针对电网企业网络教育培训系统集中部署产生的访问峰值问题,提出基于云计算建设动态可扩展应用系统的设计方案,并给出系统架构,包括动态集扩展、基于订阅-发布模式的共享消息总线的系统集成、系统数据解耦等关键技术.通过搭建实验环境,模拟大并发压力下动态调配资源支撑业务需求的场景,结果证明,基于云计算的网络教育培训系统能够满足大并发访问压力下的动态资源需求,保证用户的访问体验.%With the power grid enterprises network education training system concentrated deployment, the system faces a business peak traffic. To solve this problem, this paper presents a design idea of construction of dynamically extensible application system based on cloud computing, puts forward the system architecture. It includes dynamic cluster extension, system integration based on sharing message bus of publish/subscribe model and data decoupling. Through constructing experimental environment, it simulates the scene that through dynamic allocate resources to support the big concurrent access pressure. The simulation results sh ow that the network education training system based on cloud computing can meet the demand of resource for big concurrent pressure, and ensure the user experience.
【期刊名称】《计算机工程》
【年(卷),期】2012(038)024
【总页数】5页(P32-36)
【关键词】云计算;网络教育培训;软件即服务;平台即服务;基础架构即服务
【作 者】黄剑文
【作者单位】广东电网公司信息中心,广州510080
【正文语种】中 文
【中图分类】美颜棒TP391
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1 概述
ee22近年来，随着电网信息化建设的不断深入，为实现业务流程、管理制度、技术标准、作业标准和指标体系的一体化，支撑公司从战略管控型向经营管控型模式的转变，业务系统出现了大集中的趋势。业务系统集中后，业务访问也随之集中，计算、存储和网络的访问压力增大。传统的电网信息架构在大并发访问压力下，尤其是出现业务峰值时，对IT资源的需求很大，峰值结束后，IT资源又闲置下来，这种信息系统支撑模式无法动态地满足业务对IT资源的弹性需求。
为此，本文对基于云计算的网络教育培训系统进行研究，通过把云计算的相关技术和模式引入到电网信息化建设中，对现有系统进行改造，建设满足上述需求的支撑平台，整合各种软硬件资源，提高应用系统在大集中环境下的业务支撑能力，以更好地支持企业的战略转型。
2 传统应用支撑模式
传统的网络教育培训系统的建设，一般先进行系统的规划设计，根据业务需求购买服务器、存储和网络等基础设施和数据库、中间件等软件资源，然后进行业务软件开发。因此，系统一旦实施完毕，其扩展能力受制于计算、存储等容量以及软件的扩展能力。同时，
基础设施资源是固定的，无法灵活分配和回收，只能在设计阶段按照峰值进行资源配置，造成资源浪费，IT资源利用率很低。从业务开展角度看，考试部门在安排考试或者培训时，只能采用分批考试等折中方式进行，考试安排繁琐，时间周期较长，也容易造成试题泄露，考试管理无法做到统一。
可以看出，在传统的软件设计模式中，软件的应用架构对硬件的需求通常是紧密耦合的，在系统设计阶段就根据功能，性能等需求制定出系统对硬件资源的强制性要求。这样的架构设计束缚了系统的可扩展性，无法满足系统扩容或者业务峰值时的 IT资源扩展需求。基于云计算的系统架构能够满足按需的 IT资源需求，支持在线动态扩展资源，另外通过层次化的功能划分，有效解耦应用系统和基础设施资源的依赖关系，使得应用系统能够适应业务系统集中后带来的高并发和弹性资源要求。
3 动态可扩展的网络教育培训系统
从技术角度看，静态扩展不需要考虑数据容错、分布式的元数据管理、资源动态分配等问题，因而在实现上相对容易，但由此也带来一些问题，如系统扩展过程繁琐、可用性不高、管理和维护困难等[1]，这种静态的应用支撑模式也已经不能适应业务动态的变化需求，
资源的利用率也需要进一步提升。因此，研究一种能够动态可扩展的网络教育培训系统，满足业务的弹性需求是网络教育培训系统的一个重要课题。云计算强调资源共享，以服务为核心，满足业务的弹性需求，本文通过在网络教育培训系统中引入云计算的相关技术和理念，提出一种新型的网络教育培训系统架构。通过利用虚拟化、动态集和资源的按需调度等关键技术为应用提供弹性扩展的能力。
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3.1 设计原理
网络教育培训系统是以知识管理为核心，业务管理、培训管理为支撑的业务系统。其中，考试系统是一个重要的子系统，考试业务本身具有很强的任务性和集中性的特点，一般可以预先安排考试，同时为了保证考试的实时性和保密性，参加考试的人数规模较大。
根据考试业务的特点结合云计算服务模式，基于云计算的动态可扩展网络教育培训系统的架构分为3个层面:
(1)网络教育培训系统应用层，即系统的业务实现，包括知识库、培训资源平台、培训管理、考试等子系统。
(2)应用运行的环境，包括数据库、中间件等软件资源，以及应用架构，如Web集、应用服务集等。
(3)基础设施资源层，主要包括系统运行所需的服务器、存储和网络资源。
这种架构模式和云计算的3层服务模式，即软件即服务(Software as a Service, SaaS)，平台即服务(Platform as a Service, PaaS)，基础架构即服务(Infrastructure as a Service,IaaS) [2]相对应。
通过 IaaS层向上提供动态可扩展的基础设施资源，通过 PaaS层调度应用集、数据库服务和 Web服务集，满足应用的弹性伸缩，最后应用层根据业务的需求进行弹性的伸缩，既能满足大规模并发的峰值需求，又能在需求低谷时释放资源。
基于云计算的动态可扩展网络教育培训系统分为3层，每层承担不同的服务功能，现阶段云计算的IaaS平台较为成熟，而PaaS平台成熟度较低[3]，因此，该系统可以和其他业务系统共享统一的 IaaS平台，对于应用支撑层则需要整合现有的软件资源，形成应用支撑服务，满足网络教育培训系统的需求。这种设计可以使应用对性能的要求与硬件配置剥离，
采取更细颗粒度的设计，通过标准化管理降低应用对基础设施资源的依赖度。对于大并发的应用需求，只需要同时启动多个应用实例即可满足。这种架构可以满足考试系统的大并发压力，用户的事务响应时间也得到改善。系统分层示意图如图1所示。
图1 系统分层示意图
3.2 系统架构
按照上文的设计原理，结合云计算的关键技术，对基于云计算的动态可扩展网络教育培训系统进行如下设计，系统架构如图2所示。
图2 基于云计算的动态可扩展网络教育培训系统架构
该系统架构涵盖了动态可扩展的网络教育培训系统的主要组成部分。为满足考试应用的弹性需求，系统整合应用路由、应用运行环境、资源调度管理和 IaaS平台等技术和产品，为网络教育培训系统提供必要的弹性能力。
目前 IaaS平台已经较为成熟，能够整合基础设施资源，通过虚拟化技术对基础设施资源进
行池化，弹性地提供基础设施服务[4]。IaaS平台是动态可扩展的网络教育培训系统的基础设施资源提供方，考试业务的弹性需求，需要以基础设施资源为基础，这就要求 IaaS平台能够按需提供资源，并根据考试业务的规模，弹性扩展其运行的基础设施资源。其主要功能包括服务交付、服务提供、服务自动化、镜像管理以及用户和账号管理。应用层和应用支撑层都能够通过控制台或者标准的 API发起资源的申请和释放。
PaaS平台目前没有成熟的解决方案。应用支撑层属于 PaaS的范畴。该层构建于数据中心或 IaaS云平台之上，其主要功能包括负载均衡、集管理、应用监控、云控制(按需资源)、服务管理、应用执行环境、IaaS适配等松耦合的子系统组成。
