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        基于云計(jì)算的移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        2016-12-22 21:47:07武玉坤
        軟件導(dǎo)刊 2016年11期
        關(guān)鍵詞:云計(jì)算

        武玉坤

        摘 要:基于云計(jì)算的移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)架構(gòu)采用資源虛擬化管理,減少了硬件資源建設(shè)投資。采用面向服務(wù)的分布式計(jì)算應(yīng)用架構(gòu),設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)高性能、高可靠性和高擴(kuò)展的學(xué)習(xí)平臺(tái)。該平臺(tái)按需快速檢索和聚合,既能滿足日常學(xué)習(xí)與考試需要,又能應(yīng)付高并發(fā)狀況。

        關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:云計(jì)算;移動(dòng)學(xué)習(xí);高并發(fā);分布式計(jì)算

        DOIDOI:10.11907/rjdk.162405

        中圖分類號(hào):TP319

        文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào)文章編號(hào):16727800(2016)011010102

        0 引言

        云計(jì)算是伴隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種IT相關(guān)資源整合模式,它既是多種技術(shù)(虛擬化、網(wǎng)絡(luò)、分布式計(jì)算、面向服務(wù)模式以及Web2.0)的整合共享,也是一種商業(yè)計(jì)算模型[1]?;谠朴?jì)算的移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)研究已有很多:如黃成云等[2]的基于云計(jì)算的移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì),李樹波[3]的基于云計(jì)算的移動(dòng)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)構(gòu)建研究,任遠(yuǎn)鵬[4]的基于Hadoop的移動(dòng)學(xué)習(xí)模型設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),王琴等[5]的基于移動(dòng)云計(jì)算的移動(dòng)學(xué)習(xí)研究。上述研究都是圍繞如何使用已有的云計(jì)算技術(shù)來(lái)搭建移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái),未考慮移動(dòng)學(xué)習(xí)任務(wù)的突發(fā)性。在使用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)過(guò)程中,學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)內(nèi)容往往會(huì)出現(xiàn)二八規(guī)律,即80%的學(xué)習(xí)者集中學(xué)習(xí)20%的網(wǎng)絡(luò)課程和相應(yīng)內(nèi)容,同時(shí)在復(fù)習(xí)、考試時(shí)訪問(wèn)量會(huì)驟增,這就需要系統(tǒng)能動(dòng)態(tài)擴(kuò)展,而云計(jì)算正好具有按需分配功能。因此,本文根據(jù)學(xué)習(xí)規(guī)律設(shè)計(jì)了一個(gè)基于云計(jì)算的動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展的移動(dòng)學(xué)習(xí)模型。

        1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        1.1 系統(tǒng)功能模塊

        基于云計(jì)算的移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)功能模塊包括客戶端與云端兩部分,主要功能有課程學(xué)習(xí)、課件中心、在線練習(xí)、在線考試、用戶管理、課件管理、考試管理等模塊。由于移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)功能模塊多,聚合了大量的應(yīng)用和服務(wù)組件,導(dǎo)致編譯、部署困難、數(shù)據(jù)庫(kù)連接耗盡、新增業(yè)務(wù)困難等問(wèn)題。基于上述問(wèn)題,采取拆分的解決方案,把整個(gè)大應(yīng)用拆分為多個(gè)小應(yīng)用,采用面向服務(wù)的分布式計(jì)算應(yīng)用架構(gòu),將模塊獨(dú)立部署,降低系統(tǒng)的耦合性,將復(fù)用的業(yè)務(wù)拆分出來(lái),獨(dú)立部署為分布式服務(wù)。對(duì)學(xué)習(xí)、考試任務(wù)流程靈活編排和組合,新增業(yè)務(wù)只需要調(diào)用這些分布式服務(wù),不需要依賴具體的模塊代碼,而當(dāng)模塊內(nèi)業(yè)務(wù)邏輯變化時(shí),只要接口保持一致就不會(huì)影響業(yè)務(wù)程序和其它模塊。本文采用Web Service來(lái)整合及構(gòu)建分布式移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái),并借助發(fā)布—訂閱模式的消息隊(duì)列通信完成模塊間合作。

        1.2 系統(tǒng)整體架構(gòu)

        基于云計(jì)算的移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)主要包括知識(shí)管理、學(xué)習(xí)業(yè)務(wù)管理、考試等系統(tǒng)。其中,學(xué)習(xí)業(yè)務(wù)模塊與考試系統(tǒng)模塊是兩個(gè)非常重要的子系統(tǒng),顯著特點(diǎn)是任務(wù)性和集中性。

        根據(jù)學(xué)習(xí)業(yè)務(wù)與考試業(yè)務(wù)特點(diǎn),結(jié)合云計(jì)算服務(wù)模式,本文構(gòu)建的基于云計(jì)算的動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)架構(gòu)分為 4層,如圖1所示。

        (1)移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)應(yīng)用層。即系統(tǒng)的業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn),包括課件管理、在線練習(xí)、課程管理、題庫(kù)管理、考試等子系統(tǒng)。

        (2)云計(jì)算中間件層。包括數(shù)據(jù)庫(kù)、中間件等軟件資源,中間件以及并行處理和集群處理等。

        (3)基礎(chǔ)設(shè)施虛擬化層。主要是系統(tǒng)運(yùn)行所需的服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

        (4)管理層。包括賬戶管理、運(yùn)維管理以及監(jiān)控、策略、仲裁和準(zhǔn)備4個(gè)模塊。

        這種架構(gòu)模式正好和云計(jì)算的軟件即服務(wù)、平臺(tái)即服務(wù)、基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)相對(duì)應(yīng)。通過(guò)虛擬化技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施層向上提供動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展物理資源池,本文采用VMware vSphere虛擬化技術(shù)。

        圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

        通過(guò)云計(jì)算中間件層調(diào)度服務(wù)器集群、緩存服務(wù)、負(fù)載均衡、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)等,對(duì)資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度,滿足應(yīng)用的彈性伸縮。文獻(xiàn)[6]~[8]對(duì)云計(jì)算資源調(diào)度進(jìn)行了研究,本文采用文獻(xiàn)[7]提出的改進(jìn)遺傳算法的云資源調(diào)度算法。

        緩存技術(shù)采用Squid作為服務(wù)器的前置緩存;負(fù)載均衡技術(shù)采用高性能的HTTP和反向代理服務(wù)器Nginx。

        應(yīng)用層則由網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)以及考試系統(tǒng)構(gòu)成,利用現(xiàn)有技術(shù)保證系統(tǒng)操作便利和界面友好。采用頁(yè)面靜態(tài)化、數(shù)據(jù)的分類存儲(chǔ)等系統(tǒng)優(yōu)化策略。系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要包含結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用數(shù)據(jù)庫(kù)集群技術(shù)與庫(kù)表散列。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)像課件、音視頻、案例庫(kù)(由圖片、文字組成)等采用基于對(duì)象的云存儲(chǔ)存放。

        管理層完成用戶賬號(hào)管理、平臺(tái)運(yùn)營(yíng)管理和4個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模塊,監(jiān)控模塊主要記錄學(xué)習(xí)者訪問(wèn)資源狀況以及系統(tǒng)資源利用率,實(shí)時(shí)監(jiān)控云計(jì)算對(duì)應(yīng)三層的運(yùn)行狀態(tài),并及時(shí)向策略模塊反饋,滿足資源的彈性需求。策略模塊能夠設(shè)置教學(xué)策略、同時(shí)對(duì)系統(tǒng)資源負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè),對(duì)于那些訪問(wèn)頻率高的學(xué)習(xí)資源進(jìn)行預(yù)調(diào)度以保障其高并發(fā)性需求。仲裁模塊主要根據(jù)策略來(lái)改進(jìn)資源分配,根據(jù)不同學(xué)習(xí)行為設(shè)置不同的資源使用方式。

        2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

        2.1 環(huán)境搭建

        通過(guò)學(xué)習(xí)安排、資源準(zhǔn)備和壓力測(cè)試等流程,驗(yàn)證系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)的合理性。移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)驗(yàn)證平臺(tái)主要由云端管理服務(wù)、客戶端集群管理服務(wù)、客戶端應(yīng)用服務(wù)以及前臺(tái)代理服務(wù)組成。移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)初始化環(huán)境如表 1 所示。

        2.2 仿真實(shí)驗(yàn)

        使用LoadRunner工具對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行壓力測(cè)試,并發(fā)300個(gè)用戶登錄系統(tǒng)進(jìn)行集中學(xué)習(xí),并查看事務(wù)的響應(yīng)時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間隨著并發(fā)壓力的增大而不斷增大,這表明用戶訪問(wèn)系統(tǒng)開始變慢。壓力測(cè)試腳本運(yùn)行后,學(xué)習(xí)事務(wù)的響應(yīng)時(shí)間逐步加大,2′30″達(dá)到較高的響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)50s。

        3 結(jié)語(yǔ)

        基于云計(jì)算的可擴(kuò)展移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)可解決高并發(fā)帶來(lái)的系統(tǒng)瓶頸問(wèn)題,監(jiān)控與策略模塊的運(yùn)用提高了學(xué)習(xí)系統(tǒng)的調(diào)度與響應(yīng)能力。本文給出了動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展云計(jì)算的移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)總體架構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn),并進(jìn)行了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與仿真實(shí)驗(yàn),為快速靈活滿足業(yè)務(wù)變化提供了可靠的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 許守東.云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用與實(shí)踐[M].北京: 中國(guó)鐵道出版社,2013.

        [2] 黃成云,左明章,榮先海.基于云計(jì)算的移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2010(8):102105.

        [3] 李樹波.基于云計(jì)算的移動(dòng)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)構(gòu)建研究[J].軟件導(dǎo)刊,2010(12):115117.

        [4] 任遠(yuǎn)鵬.基于Hadoop的移動(dòng)學(xué)習(xí)模型設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].渤海大學(xué)學(xué)報(bào),2013(12):412417.

        [5] 王琴.基于移動(dòng)云計(jì)算的移動(dòng)學(xué)習(xí)研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2013(4):67.

        [6] 李文娟.基于模糊聚類的云任務(wù)調(diào)度算法[J].通信學(xué)報(bào),2012(3):146154.

        [7] 朱宗斌.基于改進(jìn)GA的云計(jì)算任務(wù)調(diào)度算法[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2013,49(5):7780.

        [8] 吳皓.云環(huán)境下任務(wù)調(diào)度算法研究[D].南京:南京郵電大學(xué),2013.

        (責(zé)任編輯:杜能鋼)

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