徐曉鶴（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司自動化部,山東 萊蕪 271104）

基于B/S的網(wǎng)上考試系統(tǒng)高并發(fā)性能優(yōu)化研究與應(yīng)用

徐曉鶴
（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司自動化部,山東 萊蕪 271104）

摘 要：網(wǎng)上考試系統(tǒng)隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展不斷得到推廣應(yīng)用。隨著應(yīng)用對象、考試規(guī)模的不斷擴大，高并發(fā)高數(shù)據(jù)量成為網(wǎng)上考試系統(tǒng)性能提升的瓶頸。該文結(jié)合萊鋼網(wǎng)上考試系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用實踐，分析了系統(tǒng)在高并發(fā)應(yīng)用條件下的瓶頸，并給出了解決方案。

關(guān)鍵詞：network exam；high—concurrency；研究應(yīng)

0 引言

網(wǎng)上考試是延伸了傳統(tǒng)考試考場的涵義，它利用網(wǎng)絡(luò)的無限廣闊空間，把考場從學(xué)校延伸到了家中、計算機房、辦公室及其它任何網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的區(qū)域，并可隨時對考生進行考試，加上數(shù)據(jù)庫技術(shù)的利用，使考試變得更公平公正、更具權(quán)威性和可靠性。與傳統(tǒng)考試方式相比，計算機網(wǎng)絡(luò)考試可以突破地域限制、實現(xiàn)自動控制、自動閱卷評分等特性，大大節(jié)約人力、財務(wù)、物力。由丁B／S模式具有客戶端無需配置、開發(fā)效率高、易于管理和維護等特點，基于B／S模式的網(wǎng)絡(luò)考試系統(tǒng)正在逐漸成為主流應(yīng)用。但每個客戶端用戶的訪問，都會占用服務(wù)器一定的資源。因此，在硬件設(shè)備和軟件算法復(fù)雜度不變的情況下，每臺應(yīng)用服務(wù)器一般都存在一個最高用戶并發(fā)數(shù)，一旦并發(fā)訪問的用戶數(shù)量超過這個數(shù)量，就會引起系統(tǒng)性能急劇下降，甚至出現(xiàn)用戶訪問無響應(yīng)等服務(wù)器拒絕服務(wù)的情況。

萊鋼網(wǎng)上考試系統(tǒng)主要用于業(yè)務(wù)技能競賽．需要保持各參賽人員試卷內(nèi)容一致，試題隨機排序，下載、上傳必要的附列資料文檔，一般同時參加考試人數(shù)在六千人左右，甚至多達上萬人，經(jīng)常出現(xiàn)并發(fā)訪問和提交大量數(shù)據(jù)，因此，如何優(yōu)化網(wǎng)上考試系統(tǒng)設(shè)計策略，提升服務(wù)器性能，使之能滿足高并發(fā)大數(shù)據(jù)量的應(yīng)用，是必須解決的問題。

1 接入層負載均衡

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)七層協(xié)議定義，在服務(wù)器端，可以在傳輸層或應(yīng)用層對系統(tǒng)的介入層進行負載均衡考慮?？荚囅到y(tǒng)為B/S架構(gòu)，目前使用基于應(yīng)用層HTTP協(xié)議的負載均衡技術(shù)較為成熟，且應(yīng)用廣泛，使用既有的開源技術(shù)即可達到接入層的網(wǎng)絡(luò)負載均衡的目的。雖然在越底層做負載均衡效率越高，資源利用率越小，但是基于傳輸層TCP協(xié)議的LVS（Linux Virtual Server）維護難度較大，因此在應(yīng)用層做負載均衡是最佳選擇，在本系統(tǒng)中LVS作為輔助方案。

NGINX是開源的基于HTTP的反向代理，除了具有HTTP包轉(zhuǎn)發(fā)的功能外，還能通過配置實現(xiàn)HTTP協(xié)議的負載均衡。在服務(wù)器上部署多套考試系統(tǒng)Server端程序后，在NGINX的配置文件nginx. conf中，添加負載均衡配置項，并根據(jù)各自服務(wù)器的性能及部署情況設(shè)置各自的權(quán)重，即可達到按需負載均衡的目的。

下面的配置表示，每6個對考試系統(tǒng)的HTTP請求中，3個請求會被轉(zhuǎn)發(fā)到10.10.10.110服務(wù)器，2個被轉(zhuǎn)發(fā)到10.10.10.111服務(wù)器，1個被轉(zhuǎn)發(fā)到10.10.10.112服務(wù)器。

upstream exameServer { server 10.10.10.110:8080 weight＝3; server 10.10.10.111:8080 weight＝2; server 10.10.10.112:8080; }

2 核心業(yè)務(wù)和非核心業(yè)務(wù)分離

考試系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)為考試功能，除此外還包含了非核心業(yè)務(wù)如試卷生成、評分、查分、統(tǒng)計、通告等。一般情況下，考試功能是考試系統(tǒng)的核心，保證考試功能不被其他非核心業(yè)務(wù)的影響至關(guān)重要。系統(tǒng)需要將考試功能獨立成為單獨的進程，防止非核心業(yè)務(wù)功能因宕機、資源利用率過高等造成對考試的影響。

3 根據(jù)題型劃分服務(wù)端程序

一次考試試卷中，往往有多種題型，題型不同，用戶在WEB界面上停留的時間長短不同，對后端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)讀寫請求數(shù)也不相同。以選擇題和問答題為例，用戶在選擇題上停留的時間一般較短，短時間內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)讀寫請求較多，單條數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)長度較小；但用戶在問答題上停留的時間一般會較長，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)讀寫請求較少，但是單條數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)長度往往較大。

因此，可以根據(jù)題型的不同，將讀寫頻繁的頁面和讀寫較少的頁面獨立成不同的應(yīng)用，并合理分配兩者之間的比例，將有利于提高對服務(wù)器資源的利用。根據(jù)統(tǒng)計用戶在選擇題上的平均停留時間為1分鐘，在問答題傷的平均時間為5分鐘，那么相對更多地部署選擇題對應(yīng)的服務(wù)器端應(yīng)用。在較大的并發(fā)讀寫請求情況下，將其進程部署個數(shù)分配為5:1將是比較合理的選擇。

4 數(shù)據(jù)庫讀寫分離

考試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)持久化層使用了數(shù)據(jù)庫作為存儲工具，多并發(fā)讀寫數(shù)據(jù)庫的情況下，鎖操作頻繁將導(dǎo)致系統(tǒng)花費大量時間在數(shù)據(jù)庫的讀寫上。因此，對數(shù)據(jù)庫進行讀寫分離將顯得尤為重要。

考試系統(tǒng)讀寫分離后，對數(shù)據(jù)的寫操作如考試功能作用于主庫，對數(shù)據(jù)的讀操作如查分功能作用于備庫。若單個備庫不能滿足查詢業(yè)務(wù)需求時，可建立多個備庫，并根據(jù)業(yè)務(wù)量合理分配備庫的使用程序。

4.1 數(shù)據(jù)庫分庫分表

考試系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)分為題庫和用戶考題數(shù)據(jù)，題庫用于記錄考題元數(shù)據(jù)，用戶考題數(shù)據(jù)用于記錄用戶的考試題目、用戶考試答案，以及考試時間等信息。題庫一般數(shù)據(jù)條數(shù)不多，使用單表即可滿足日常應(yīng)用。但是用戶考試記錄隨著年限的增長，當(dāng)達到百萬級別的時候，讀寫性能將明顯降低。根據(jù)需要，為每一個庫（也可以到表級別）設(shè)置一套數(shù)據(jù)文件（元數(shù)據(jù)文件、索引文件和數(shù)據(jù)文件），不同數(shù)據(jù)庫的文件又放置在不同的磁盤中，將大大提高磁盤的讀寫效率。

4.2 為考試設(shè)計的分庫分表

考試過程中的數(shù)據(jù)讀寫并發(fā)量，主要是用戶對自己的考試數(shù)據(jù)的讀寫與更新，可以按照用戶維度，進行分庫分表。在實際運行中發(fā)現(xiàn)，單庫單表只能支撐p人的同時考試，那么為了滿足t人同時考試，可以建立m個庫n張表，其中t ＜＝ m*n*p。在用戶考試時，根據(jù)用戶的登錄名稱或內(nèi)部號碼等Hash到這m*n個庫表中，從而讓這些庫表共同分擔(dān)了t個人考試的讀寫請求。

作者簡介：徐曉鶴（1983-），男，山東濟南人，本科，工程師，研究方向：工業(yè)自動化控制軟件工程。