廣東財(cái)經(jīng)大學(xué)華商學(xué)院　譚良舟

教務(wù)管理系統(tǒng)性能優(yōu)化研究

廣東財(cái)經(jīng)大學(xué)華商學(xué)院譚良舟

基于計(jì)算機(jī)應(yīng)用的實(shí)踐與研究，從應(yīng)用環(huán)境、傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)技術(shù)、高新IT技術(shù)等角度出發(fā)，探討教務(wù)管理系統(tǒng)的性能優(yōu)化策略。

計(jì)算機(jī)應(yīng)用；信息管理系統(tǒng)；教務(wù)系統(tǒng)；優(yōu)化策略

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，各高校的教學(xué)管理也走向了信息化，其中教務(wù)系統(tǒng)是最基本、應(yīng)用最廣泛的信息管理系統(tǒng)。然而隨著在校學(xué)生人數(shù)的不斷增加，學(xué)分制改革的不斷推進(jìn)，歷史數(shù)據(jù)的不斷疊加，教務(wù)管理系統(tǒng)在處理由于大量學(xué)生同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)而產(chǎn)生的高并發(fā)、大流量的數(shù)據(jù)時(shí)，已顯露出諸多的瓶頸與局限，嚴(yán)重地影響了學(xué)校的教學(xué)工作進(jìn)度，制約了教學(xué)管理信息化的發(fā)展，有學(xué)校投入大量的資金采購(gòu)新型的硬件設(shè)備，希望以此來(lái)提高系統(tǒng)的高并發(fā)事件處理能力，可是由于系統(tǒng)架構(gòu)本身就存在缺陷，使得單純地拓展硬件設(shè)施并不能獲得系統(tǒng)處理性能的線(xiàn)性提高。因此，應(yīng)該從軟件架構(gòu)和應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，結(jié)合先進(jìn)的計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)和成熟的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)技術(shù)，探索出一套能支持高并發(fā)、響應(yīng)速度快、分析執(zhí)行能力強(qiáng)的系統(tǒng)優(yōu)化策略。

1.云計(jì)算

云計(jì)算是最新的IT技術(shù)之一，它通過(guò)把互聯(lián)網(wǎng)上的計(jì)算資源連結(jié)起來(lái)，形成一個(gè)虛擬的超級(jí)計(jì)算機(jī)集群，為用戶(hù)提供按需即取的計(jì)算服務(wù)。云計(jì)算具有虛擬化、通用性強(qiáng)、超大規(guī)模、極其廉價(jià)、高可擴(kuò)展性、高可靠性等特點(diǎn)。把教務(wù)管理系統(tǒng)放到“云端”，則可讓云中數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的計(jì)算機(jī)群為教務(wù)管理系統(tǒng)提供所需的網(wǎng)絡(luò)、儲(chǔ)存、應(yīng)用軟件、服務(wù)器等資源，使各種量大復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)處理不會(huì)再受牽制于應(yīng)用環(huán)境中可能導(dǎo)致系統(tǒng)瓶頸的軟硬條件，不用去擔(dān)心機(jī)房服務(wù)器不夠、配置不足、版本不高、安全薄弱等硬性條件的不足，更不用去擔(dān)心維護(hù)系統(tǒng)的人力資源、專(zhuān)業(yè)技能、費(fèi)用開(kāi)支等等，并且始終享有資源充足、高效快捷的系統(tǒng)環(huán)境。可是，由于教務(wù)系統(tǒng)里含有許多私隱信息，如學(xué)生學(xué)籍檔案、教師信息等等，所以服務(wù)器必須處在自己學(xué)?？晒芸氐念I(lǐng)域，有些甚至還要通過(guò)內(nèi)網(wǎng)隔離，所以在運(yùn)用云技術(shù)之前，必須先準(zhǔn)備一套可靠的網(wǎng)絡(luò)安全方案，或者可以像浙江大學(xué)那樣建設(shè)自己的云計(jì)算中心，中心有多個(gè)計(jì)算集群、數(shù)據(jù)庫(kù)集群，提供的服務(wù)也是相當(dāng)穩(wěn)定的。

2.存儲(chǔ)過(guò)程應(yīng)用

選課高峰期出現(xiàn)的系統(tǒng)癱瘓是各大高校常見(jiàn)的頑疾。因?yàn)橐话氵x課系統(tǒng)都是將所有的數(shù)據(jù)庫(kù)操作語(yǔ)句直接寫(xiě)在應(yīng)用服務(wù)器上，而選課期間的高并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)需要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行非常頻繁的操作，而此時(shí)需要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)操作語(yǔ)句進(jìn)行解析和編譯，當(dāng)有成千上萬(wàn)的人同時(shí)選課時(shí)，操作數(shù)成幾何倍數(shù)增加，此時(shí)CPU的使用率已經(jīng)是100%，由于遇上系統(tǒng)反應(yīng)遲滯，用戶(hù)還會(huì)重復(fù)地點(diǎn)擊，導(dǎo)致服務(wù)器無(wú)法響應(yīng)，隨著操作用戶(hù)的增加，等待處理的進(jìn)程增多，而CPU資源和內(nèi)存資源無(wú)法及時(shí)釋放，最終導(dǎo)致內(nèi)存耗盡，服務(wù)器癱瘓。針對(duì)這種瓶頸，可以把數(shù)據(jù)庫(kù)操作語(yǔ)句寫(xiě)成存儲(chǔ)過(guò)程，將一個(gè)或多個(gè)SQL操作語(yǔ)句寫(xiě)成一個(gè)代碼塊發(fā)送給服務(wù)器，在運(yùn)行這些操作語(yǔ)句之前，數(shù)據(jù)庫(kù)就已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行了解析與編譯，并得出了優(yōu)化后的執(zhí)行方案。由于這個(gè)過(guò)程很大一部分工作就是對(duì)操作語(yǔ)句進(jìn)行解析與編譯，而這些工作在前期已經(jīng)完成，所以這種已經(jīng)編譯好的過(guò)程可以以極快的速度執(zhí)行，提高了系統(tǒng)的性能。PL/SQL（Procedural Language/SQL）就是一個(gè)很好的過(guò)程性語(yǔ)言，用于從各種環(huán)境中訪(fǎng)問(wèn)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)。與SQL相比，PL/SQL可以通過(guò)增加變量、類(lèi)型、過(guò)程、循環(huán)控制結(jié)構(gòu)等，在其它過(guò)程性語(yǔ)言中進(jìn)行結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展，從而達(dá)到優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行的目的。總的來(lái)說(shuō)，存儲(chǔ)過(guò)程有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）一般情況下數(shù)據(jù)庫(kù)要執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作，需要先進(jìn)行編譯，然后再執(zhí)行。而存儲(chǔ)過(guò)程則是把動(dòng)作寫(xiě)成一組已經(jīng)編譯過(guò)的代碼，所以執(zhí)行速度比普通的數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)句要快得多。（2）由于存儲(chǔ)過(guò)程是將一大堆SQL語(yǔ)句組合成一組語(yǔ)句塊來(lái)進(jìn)行傳輸?shù)模栽诰W(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中能降低網(wǎng)絡(luò)通信量，提高傳輸速度。（3）存儲(chǔ)過(guò)程可以避免沒(méi)有權(quán)限的用戶(hù)直接訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，而改為在控制下間接地訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，從而提了數(shù)據(jù)的安全性。

3.軟件架構(gòu)優(yōu)化

有統(tǒng)計(jì)表明，單純地對(duì)硬件或者其他外部條件入手進(jìn)行優(yōu)化所獲得的性能提升，只能占到所有優(yōu)化的40%左右，而其他60%則需要對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部包括軟件架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)教務(wù)管理系統(tǒng)的優(yōu)化同樣可以從應(yīng)用程序的框架搭建來(lái)展開(kāi)，選用一個(gè)最合適的多層體系框架可以獲得不俗的優(yōu)化效果。不熟悉軟件架構(gòu)搭建的朋友可以從SSh（struts+spring+hibernate）入手，雖然現(xiàn)在做Java web的基本都沒(méi)使用SSh了，但是作為入門(mén)來(lái)說(shuō)SSH仍然是不二之選。從SSH出發(fā)，再拓展到其他如Spring MVC+Ibatis/MyBatis+Oracle等，研究一套最適合本校系統(tǒng)的軟件架構(gòu)。SSH框架中，Struts 主要做控制操作，就是頁(yè)面請(qǐng)求到Struts的Action，在A(yíng)ction中接收請(qǐng)求數(shù)據(jù)并且處理，然后返回結(jié)果再應(yīng)答給JSP頁(yè)面，Struts就是一個(gè)很完美的MVC結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)框架。Spring的主要技術(shù)是IOC和AOP（依賴(lài)注入和面向切面），IOC技術(shù)主要是幫助類(lèi)初始化和實(shí)例化，并且在Spring中每個(gè)類(lèi)都可以有對(duì)應(yīng)的Bean，在配置文件中，然后把Bean逐層注入到其他應(yīng)用類(lèi)。AOP技術(shù)主要是做事物處理，一般聲明式事物和編程式事物較通用。Hibernate:就是數(shù)據(jù)持久化，將數(shù)據(jù)庫(kù)中的表映射為相應(yīng)的實(shí)體，以便對(duì)實(shí)體的操作。在這里struts擔(dān)當(dāng)控制器，就好比你要做車(chē)去深圳，要先跟售票員買(mǎi)票，拿到票后才能去坐車(chē)，struts就是售票員，它接到你的請(qǐng)求之后就去Hibernate那里取票，然后再給你票，spring就是車(chē)站的保安，負(fù)責(zé)管理買(mǎi)賣(mài)票，像struts擔(dān)任控制器的有（struts1/2，webwork，servlet，JSF），Hibernate處理后臺(tái)（增刪改查）和JDBC，類(lèi)似的框架有JPA，spring管理，依賴(lài)注入/AOP 事物等等。在教務(wù)管理系統(tǒng)中采用這種框架為系統(tǒng)提供了一個(gè)更高級(jí)的應(yīng)用程序體系架構(gòu)，使系統(tǒng)具更高的可靠性、擴(kuò)展性和可維護(hù)性。

4.虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)（Virtualization）是將各種計(jì)算機(jī)資源如CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)、服務(wù)器等進(jìn)行虛擬擴(kuò)展的一種技術(shù)。例如把一臺(tái)計(jì)算機(jī)虛擬為多臺(tái)計(jì)算機(jī)，每臺(tái)虛擬計(jì)算機(jī)又可以運(yùn)行各自的應(yīng)用程序，而各臺(tái)計(jì)算機(jī)和各個(gè)應(yīng)用程序之間又是相互獨(dú)立運(yùn)行，互不干擾的，這樣就得以打破物理架構(gòu)的限制，擴(kuò)展了原有的軟硬件環(huán)境，使用戶(hù)可以更充分地運(yùn)用這些資源。針對(duì)教務(wù)系統(tǒng)，我們可對(duì)其進(jìn)行硬件虛擬化和軟件虛擬化。在硬件方面，可選取在高并發(fā)事件中仍有空閑資源的服務(wù)器進(jìn)行虛擬化，如VMware Workstation，Xen，KVM等虛擬化產(chǎn)品都具有較為成熟的虛擬化技術(shù)方案，對(duì)這些服務(wù)器進(jìn)行虛擬化使這些空閑資源可以用到其他進(jìn)程上，緩解了系統(tǒng)的壓力。另外，我們不僅可以挖掘利用服務(wù)器的剩余空閑資源，還可以對(duì)舊設(shè)備進(jìn)行再利用，節(jié)約了硬件設(shè)備的資金投入同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有資源的充分利用。虛擬化技術(shù)可以使不同配置不同版本的服務(wù)器設(shè)備在虛擬的運(yùn)行環(huán)境中得到統(tǒng)一，使他們能夠相互兼容，共同協(xié)作，從而優(yōu)化了整個(gè)硬件環(huán)境。在軟件方面，可以在操作系統(tǒng)層面增添虛擬服務(wù)器功能，如Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行的操作系統(tǒng)Solaris，就可以采用Solaris Container技術(shù)，它將Solaris系統(tǒng)虛擬化為多個(gè)虛擬系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)都運(yùn)行著獨(dú)立的用戶(hù)賬戶(hù)和應(yīng)用程序，他們都擁有獨(dú)立的資源，運(yùn)行著相互獨(dú)立的Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，這就相當(dāng)于有多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)在同時(shí)運(yùn)作，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)并發(fā)處理事務(wù)的能力。

5.Oracle緩存技術(shù)

內(nèi)存的讀寫(xiě)速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于硬盤(pán)等存儲(chǔ)媒介，有報(bào)告稱(chēng)內(nèi)存的讀取速度比硬盤(pán)快一萬(wàn)多倍。在內(nèi)存資源有剩余的情況下，運(yùn)用Oracle緩存技術(shù)把在選課期間需要頻繁訪(fǎng)問(wèn)的、數(shù)據(jù)量比較少的目標(biāo)表（如choose_credit，choose_need_course等）存放在Oracle自身管理的內(nèi)存中，避免了文件系統(tǒng)的I/O，提高了數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)速度，因而提高了系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。特別是在集中選課期間，小的目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)表通常是每個(gè)學(xué)生選課時(shí)需要訪(fǎng)問(wèn)的選課條件和參數(shù)，利用緩存技術(shù)來(lái)提高響應(yīng)時(shí)間是非常必要的。采用以下命令將表緩存到Oracle內(nèi)存中，如把Choose_credit放入內(nèi)存中。使用語(yǔ)句alter table choose_credit storage（buffer_pool keep）。在進(jìn)行全校性選課或者其他會(huì)造成訪(fǎng)問(wèn)量突增的活動(dòng)前，采用這一緩存技術(shù)，將需要經(jīng)常訪(fǎng)問(wèn)到的數(shù)據(jù)量比較少的目標(biāo)表預(yù)先存放在內(nèi)存里，則可以大大地提升系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

教務(wù)管理系統(tǒng)的優(yōu)化建設(shè)，能在緩解高并發(fā)事件頑疾的基礎(chǔ)上，推進(jìn)學(xué)分制改革等新型的高校人才培養(yǎng)模式，進(jìn)而全面提高教學(xué)質(zhì)量，推動(dòng)我國(guó)教育事業(yè)的發(fā)展。所以，完善和優(yōu)化教務(wù)管理系統(tǒng)，是推進(jìn)高校質(zhì)量工程和教學(xué)改革工程必不可少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

［1］高杰欣.教務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用瓶頸及優(yōu)化策略研究［J］.中國(guó)管理信息化.

［2］譚艷.高校教務(wù)管理系統(tǒng)優(yōu)化方案研究［D］.南華大學(xué).

［3］蔡炳躍.教務(wù)管理系統(tǒng)的系統(tǒng)管理設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化研究［D］.廈門(mén)大學(xué).