基于私有云的DRX技术教务管理系统优化设计

李兰友+陈立+陈建红

摘要：教务管理系统是高校的核心业务系统，针对教务管理系统存在的井喷型，并发式，大流量，潮汐式的访问瓶颈问题，以及产生的强者愈强、弱者愈弱的“马太效应”式使用体验，给出了一种基于私有云的DRX技术的优化设计解决方案。实践应用表明，该方案能有效改进系统访问性能，解决大流量并发访问的请求堵塞问题。

关键词：私有云；DRX；动态资源扩展；教务管理系统

中图分类号： TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）04-0087-02

Optimization design of Educational Management System Based on Private Cloud DRX Technology

LI Lan-you， CHEN Li， CHEN Jian-hong

（Office of Information Construction and Management， Nanjing Institute of Technology， Nanjing 211167， China）

Abstract： Educational Management System is the core business system for colleges. According to the blowout， concurrent， mass flow and tidal request bottleneck problems of Educational Management System， and the existence of Matthew Effect which strengthens the strong and weakens the weak， we show the optimization design strategy based on private cloud DRX technology. The practical application improves the efficiency of system access performance and provides the methods to solve the traffic concurrent access request problems.

Key words： private cloud； DRX； dynamic resource eXtension； educational management system

1 概述

教务管理系统是高校教学管理中核心的业务系统，其性能的好坏直接影响到学校的教学质量。教务管理系统的访问存在着并发式井喷型潮汐式的特点，主要是在学期末老师录入成绩阶段，学生查询成绩阶段和学期初学生选课阶段。大多数高校学生都有上万人，再加上稀少的优质课程资源因素，导致学生们争先恐后地去“抢”心意的课程，当并发会话数达到一定的数量时，远远超过传统架构的教务管理系统承受能力，从而出现系统崩溃、无法访问的现象，学生们怨声载道，意见很大，给教务管理人员和技术支持人员带来很大的压力，也给学校的正常教学秩序带来一定的影响[1]。

随着云技术的快速发展，将基于私有云的DRX技术引入到教务管理系统优化方案中，对其传统架构进行优化设计，是一种行之有效的解决方案。

2 教务管理系统DRX技术优化设计

2.1教务管理系统访问瓶颈剖析

系统遭到并发访问时，瞬时访问量巨大，并且存在着“马太效应”现象，就是强者愈强、弱者愈弱。表现为当系统优化的非常好，最大会话承受能力比较强，先登录进去的学生顺利完成评教，查询成绩，选课等操作后，一般会自然退出，短时间内再次登录的可能性不大，这样就为后来登录的学生减轻访问压力，使得系统更加的良好运行；反之，先前登录的学生不能正常完成操作的话，会不停地重新登录和刷新，和后来登录的学生挤在一起，使得系统越来越慢，从而导致拥挤加剧，网络体验差，甚至引发系统崩溃[2]。这就要求必须要对教务管理系统进行优化，使得能够承受着学校最大学生数的并发访问。但是这种大流量并发访问的时间点是集中的，并不是一直都这样。到了“淡季”，教务管理系统的访问负荷比较小，而如果将最大访问负荷时的服务器资源没有进行回收利用的话，这将是一种资源的浪费。这就要求优化设计的方案还要考虑平时服务器资源的回收再利用，最大化的进行物理资源的优化配置。而基于私有云的DRX技术具有弹性伸缩、自适应的特点，正好满足了优化方案的要求。

B/S架构的教务管理系统访问瓶颈主要体现在WEB应用服务器和后台数据库服务。后台数据库服务可以通过建立强大的分布式核心数据库和高性能的硬件平台进行支撑。而WEB应用服务器单台的会话承受能力撇开硬件的因素和其采用的应用服务软件产品有关。而能有效统一的管理多个WEB应用服务，并能将访问的请求数据流按照的一定的算法负载到每台WEB应用服务上，就需要基于DRX技术的集中云平台管理软件来自动控制[3]。

2.2 DRX技术简介

DRX（Dynamic Resource eXtension）即动态资源扩展，是H3C公司研发的基于私有云的一种动态资源扩展解决方案。它由H3C CAS管理平台、负载均衡设备、私有云弹性资源组构成。并有以下几个特点：面向用户的全面监控、基于负载均衡的资源弹性无缝伸缩、自动化免人工干预、实现多业务整合等[4]。

DRX解决方案可以在云平台中实现基于用户业务负载的资源弹性扩展功能。即当用户某项正常运行的业务面临突发流量访问时，H3C CAS虚拟化平台能够监测到业务所在私有云虚拟机性能不足，并将虚拟机进行快速复制，配合负载均衡LB设备对外提供服务，当访问高峰过后，H3C CAS平台能够动态的收缩，删除过剩的私有云虚拟机，释放计算资源给其他“潮汐式”业务，从而实现计算资源随需而动，实现学校硬件资源的优化配置[5]。

2.3 DRX技术优化设计

DRX优化部署软硬件环境如下表1所示。以H3C UIS8000刀箱为基础，配置3套H3C FlexServer B390刀片和H3C FlexStorage D3000刀片存储，1台H3C Secpath L1000-A负载均衡设备，2台冗余H3C E528-X以太网交换机组成私有云平台的硬件资源基础，以6CPU授权的H3C CAS云计算管理平台软件为软件资源基础，搭建起优化后的基于DRX技术的教务管理系统[6]。搭建的步骤如下：

Step1：为业务指定可扩展的物理资源：选择扩展虚拟机所在资源池：以服务器集群为单位，选择选课Web端服务器扩展的位置，考虑到系统稳定，限制最大扩展数量为24（以学校实际情况界定）；

Step2：指定复制业务时所克隆的模板：指定复制的虚拟机模板，此模板中的虚拟机中的WEB应用服务要经过教务管理人员测试无误后方可实施；

Step3：为业务配置资源调度策略：监测时间设置为20S，监控指标为当每台虚拟机连接数超过400时，触发扩展，当连接数小于10时，回收资源。 另外，为了快速承载业务，每次扩展虚拟机数量设置为2台。目前DRX触发的指标有三种，分别是CPU、内存、连接数。在这里使用了“连接数”指标。也可以通过“或" "与"的逻辑关系将这三个指标都纳入调度策略中。触发条件：“或”的关系，只要有一个满足即触发。回收条件：“与”的关系，必需三个条件同时达到才触发回收；

Step4：部署负载均衡：1）配置实服务：将规划好的虚拟机IP提前在负载均衡LB上配置成为实服务，并开启健康监测，分发算法可采用“最小连接”算法；2）建立虚服务：设置虚服务的持续性方式为“源地址方式”，持续性生命值设置为“180秒”，为了保证每台虚拟机不会被大量访问冲击瘫痪，对每个虚服务的连接数限制为500。3）配置网络路由：配置好负载均衡的公网管理地址和私有管理地址，并相应的配置好教务管理系统的公网访问地址和对应的虚拟机私有地址。当通过公网地址访问教务系统时，请求首先到达负载均衡设备，并通过负载均衡设备的路由转换和分发连接算法，分发到具体的虚拟机上[7]。

基于DRX技术的教务管理系统架构设计图如图1所示：

3 应用实例

优化设计部署后，结合正方教务管理系统的特点，进行了定制，比如DCOM组件的Microsoft Excel 应用程序的安全属性之启动和激活权限、访问权限、配置权限都设定为自定义模式，添加everyone用户本地访问权限，这样才能保证老师打印学生课表的时候能够在服务器上调用excel进程，进而在客户端正常导出excel表格。选课操作进行时，能够监测到同时在线人数为4000人左右，随着并发用户的上升，成功触发业务配置资源调度策略，扩展出5台虚拟机（触发前有6台），成功承载了选课的巨大压力。选课开通5小时后，已有15000人完成了选课。在此过程中，正方教务管理系统一直都能正常访问，用户体验良好。最后，在选课高峰过后，DRX成功回收了富余的虚拟机，将资源释放，选课顺利完成[8]。优化后的教务管理系统H3C CAS管理平台监控界面如图2所示。

4 结论

应用实例表明优化设计后的教务管理系统性能大大增强，配备单台虚拟机的选课系统可承载每秒10个学生的同时登录，最终完成6000学生的选课，适合于同时选课学生数量少、选课持续时间长的场景。随着同时选课人数的上升，改造后的教务管理系统会自动增加虚拟机的数量，以保证学生选课的成功率。极限情况下，配备24台虚拟机的教务管理系统可承载6000学生在线情况下每秒100学生的同时访问。另外优化后的教务管理系统扩容简单，通过DRX方案提供的可动态实时扩展虚拟机数量的机制可保证选课系统无缝扩容。若当前硬件资源不足，增加物理服务器的数量即可轻易提高同时选课的学生数量，最终承载的学生数量只受限于后台数据库的性能[9]。同时无需人工干预维护，扩容和资源回收都是自动实现的。进而确保了教务管理系统资源的利用效率，因为空闲时可自动释放，可轻易用于其他业务系统使用。

参考文献：

[1] 梁志江，陈文庆. 基于DRX技术的学生选课系统的设计与应用[J].湛江师范学院学报，2014，35（6）：114-116.

[2] 赵阔.高校教务信息管理系统常见问题及对策分析[J].山西广播电视大学学报，2011（7）.

[3] 戴爽.华三通信：为高校选课带来云变革[J].中国教育信息化，2015（14）：91-92.

[4] 高校选课启示录：华三通信带来云变革[J].中国教育信息化，2015（8）：63-63.

[5] 动态资源扩展[EB/OL].http：// www.h3c.com.cn/Solution/Cloud_Computing_DC/Dynamic_Resource_eXpansion/.

[6] 金建.高校教务管理系统的应用及其优化--以宁波教育学院为例[J].宁波教育学院学报，2015，17（3）：24-25.

[7] 万利平，陈燕.云计算在教育信息化中的应用探究[J].中国教育信息化，2009（9）：74-77.

[8] 李旭.云计算在高等院校中的应用初探[J]. 江苏科技信息，2014（20）：30-31.

[9] 朱莉，王鹏.云计算在高校的部署与应用研究[J].吉林师范大学学报：自然科学版，2011（2）.