張?zhí)m

（赤峰學院 計算機與信息工程學院，內蒙古 赤峰 024000）

網絡數字化實驗室管理的探索和實現

張?zhí)m

（赤峰學院 計算機與信息工程學院，內蒙古 赤峰 024000）

分析了我校網絡數字化實驗室的管理現狀和存在的問題，提出了實驗室數字化管理的必要性，分析了分布式管理系統(tǒng)的架構及存在的優(yōu)點和缺點，提出將Agent技術用于計算機網絡實驗室的數字化管理系統(tǒng)中的可行性.

分布式系統(tǒng)；數字化實驗室管理；Agent技術

隨著我校數字化校園建設規(guī)模的擴大，數字化實驗室越建越多，在各學科教學改革中的作用也越來越明顯.如何管理好這些實驗室，為學科教學提供良好的軟硬件環(huán)境，讓它們發(fā)揮更大的作用，是擺在我們面前的問題.

1 我校網絡數字化實驗室的管理現狀

目前，我校的數字化校園建設已經初具規(guī)模，但是我校實驗室的管理還停留在傳統(tǒng)的管理模式即人的管理上：上機記錄需要人來填寫；安排上機需要人來安排；計算機出現故障時不能及時發(fā)現，需要老師檢查才能發(fā)現；學生上課時玩游戲難以控制；實驗室的設備也沒有防火防盜設施等等.如何解決這些問題，使數字化實驗室的管理規(guī)范化，就需要我們探索出一個適合的、功能全的系統(tǒng).

2 分布式數字化實驗室管理系統(tǒng)

計算機實驗室的管理由傳統(tǒng)的管理模式向先進的數字管理模式轉變，由最初的單一管理功能轉變?yōu)槎鄻踊芾砉δ埽蓡蝹€計算機實驗室管理轉變到全校分布式互聯計算機實驗室統(tǒng)一管理，這要求采用多種先進的軟件技術，構建一個分布式數字化共享管理軟件平臺，包括統(tǒng)一實驗室管理、上機認證、多媒體教學、網上行為等，提供統(tǒng)一的認證入口，并且和我?，F有的一卡通和網絡身份認證系統(tǒng)接軌.

分布式管理系統(tǒng)是建立在計算機網絡基礎之上，具有高度的內聚性和透明性，它涉及到多個計算機實驗室、成百上千臺計算機和多臺服務，為了確保計算機之間的通信暢通無阻，系統(tǒng)采用了C/S（客戶機/服務器）模式，用Socket多線程和多端口技術編程，以保證多臺計算機、多個用戶之間的正常通信.

2.1 系統(tǒng)設計

分布式管理系統(tǒng)要求所有的計算機數字化實驗室管理采用統(tǒng)一平臺，一個后臺數據庫，放在網絡中心集中管理.數據庫不對實驗室公開，實驗室只負責教學及實驗管理和學生自助上機.整個系統(tǒng)的框架圖如下圖所示：

2.1.1 硬件組成

分布式管理系統(tǒng)的硬件主要由主服務器、各實驗室服務器、學生用計算機、監(jiān)控機、刷卡機等組成.主服務器安裝SQL Server數據庫和主服務器端程序，主服務器中存儲全校師生的基本信息數據和全校的計算機專業(yè)課和公共課課表以及實驗安排表；各實驗室服務器安裝SQL Server數據庫、實驗室服務器端程序，并和刷卡機相連，這個服務器負責學生的刷卡注冊并記錄學生們的上課和實驗情況，并且和主服務器進行數據交換；監(jiān)控機安裝監(jiān)控程序，實時監(jiān)控火警、盜警以及學生是否玩游戲等情況；學生機安裝客戶端程序，將學生的上課及實驗信息傳回實驗室服務器，并且受控于監(jiān)控機.

2.1.2 軟件設計

分布式數字實驗室概念就是集成多種軟件技術，包括集成了底層管理、內核保護、動態(tài)屏幕截取、屏幕監(jiān)控、網絡阻斷等多種軟件技術，更好地完善數字化實驗室的專業(yè)管理，以解決數字化實驗室的統(tǒng)一管理、信息認證、多媒體教學、網上偵聽及阻斷等多種專業(yè)的管理要求.

2.1.2.1 系統(tǒng)程序的構建與設計

分布式管理系統(tǒng)是多個計算機的統(tǒng)一整體，成百上千臺計算機和多臺服務器分布在不同實驗室.所以根據這樣的分布式特點，管理系統(tǒng)基于Windows7操作系統(tǒng)平臺，采用C／S（客戶機/服務器）模式，并且應用VC++軟件進行編程.整個系統(tǒng)主要分為主服務器端、各實驗室服務器端、學生端和監(jiān)控端，通過VC++和Socket多線程網絡編程使系統(tǒng)各部分有序地結合在一起，以完成系統(tǒng)的相應功能.

2.1.2.2 數據庫的組建

分布式系統(tǒng)采用SQL Server組建數據庫，并使用ADO數據訪問技術與各程序相連，根據分布式管理系統(tǒng)所要實現的功能，在數據庫中建立相關的表，主要的數據表如下表所示.

名稱功能學生信息表 存儲學生的基本信息，主要供學生登陸管理系統(tǒng)和自動填寫實驗登記表所使用課程表 存儲本實驗室的課程表，以控制各個時間段的上課班級按時上課和實驗實驗登記表 存儲上課及實驗的課程、指導教師、實驗內容等基本信息，主要用于實驗基本信息的自動填寫，以方便教學檢查及評估時對有關指標的統(tǒng)計查詢機器故障維修表 存儲實驗室機器出現的故障，根據學生和老師反饋的故障信息自動填寫到故障表里，以便管理員能及時發(fā)現和維護管理員日志 存儲管理員的日常操作及維護信息，主要用于系統(tǒng)的日常維護和管理

2.1.2.3 數據的備份

分布式管理系統(tǒng)是建立在網絡基礎之上的多臺計算機的應用系統(tǒng)，所以，為了防止由于各種病毒的侵入、學生的非法操作和計算機硬件損壞等因素對系統(tǒng)數據的破壞，系統(tǒng)設計了本地備份和遠程備份兩種備份方案，以確保系統(tǒng)能正常運行.

2.1.3 與校園一卡通的對接

我校數字化校園的平臺—校園網已運行使用，校園一卡通也在教務處、食堂、圖書館等部門廣泛使用.如何將計算機實驗室的分布式系統(tǒng)與一卡通系統(tǒng)對接呢？對接方式有兩種，一種是緊耦合方式，就是兩個系統(tǒng)進行對接，系統(tǒng)只使用一個電子錢包，使用一卡通的卡內信息，學生的信息從卡上直接讀取，并在需要的情況下把產生的記錄傳送到一卡通中心的數據上；另一種是松耦合方式，就是兩個系統(tǒng)先不進行對接，系統(tǒng)有兩個獨立電子錢包，在計算機實驗室的刷卡機上刷卡只使用一卡通的卡號信息.具體使用哪種耦合方式再根據具體情況做出選擇.

2.2 分布式數字化實驗室管理系統(tǒng)的優(yōu)點和缺點

2.2.1 分布式計算機數字化實驗室管理系統(tǒng)的使用，使實驗室的管理開啟了數字化模式，在規(guī)范實驗室管理和提高實驗室的效率方面的優(yōu)點是毋庸置疑的.分布式管理系統(tǒng)是建立在網絡基礎上的多臺計算機協作運行的管理系統(tǒng)，因為多臺計算機相互協作完成一個共同任務這樣就加快了系統(tǒng)的處理速度，簡化了主機的邏輯結構；多臺計算機間可以隨時交換信息，實現數據和資源共享；成本低，易于維護，可以逐步實現實驗室的自動管理與無人職守；由于后臺系統(tǒng)與服務器端是采用分布聯接方式，而學生端與服務器端連接，所以系統(tǒng)能支持多達10萬臺遠程計算機的實時連接及實時的后臺數據處理，以便于管理的實驗室數量和計算機數量根據需求隨時進行擴充.

2.2.2 盡管分布式管理系統(tǒng)有許多優(yōu)點，但也存在一些缺點.首先，由于分布式管理系統(tǒng)是基于經典的C/S模式，即將分布式應用分解為客戶和服務器兩大部分，服務器只有在接到客戶的請求后方能提供服務；第二個潛在的問題是通信網絡，因為系統(tǒng)是基于網絡平臺之上的，那么網絡的信息丟失或飽和都將會抵消我們通過建立分布式系統(tǒng)所獲得的大部分優(yōu)勢；第三是安全問題，數據易于共享是具有兩面性的，由于在分布式管理系統(tǒng)中，整個系統(tǒng)中的數據都可以方便地存取，所以系統(tǒng)的安全性問題成為我們經常要考慮大問題.

3 將Agent技術應用于分布式數字化管理系統(tǒng)中

Agent技術是一種處于一定環(huán)境下包裝的計算機系統(tǒng)，為實現設計目的，能在該環(huán)境下靈活的，自主的活動.在分布計算領域，通常把在分布式系統(tǒng)中持續(xù)自主發(fā)揮作用的活著的計算實體稱為A-gent.它能夠有效地緩解順序的、集中的控制對系統(tǒng)的約束，以一種并發(fā)的、非集中的方式來尋求問題的解決.基于Agent技術的分布式系統(tǒng)使人們跳出了C/S系統(tǒng)的局限，適應了應用需求的發(fā)展.

在分布式計算機數字化實驗室管理系統(tǒng)中加入Agent技術，開啟了新的計算機數字化實驗室管理系統(tǒng)模式，在這種新的模式中，Agent既是系統(tǒng)的基本構成單位，又是系統(tǒng)中獨立運行的實體.這種模式不僅可以占用更少的網絡，還可以縮短網絡連接的時間，減少網絡阻塞的發(fā)生，使系統(tǒng)更加安全和可靠，以便更好地對計算機實驗室進行管理；而且由于Agent具有交互性和主動性，查找信息和遠程交流更加方便快捷，提高了實驗室的管理效率，保證了實驗室分配的準確性，還降低了人工干預的費用.

3.1 系統(tǒng)平臺模式

基于Agent的分布式計算機實驗室管理系統(tǒng)在傳統(tǒng)的C/S（客戶/服務器）構架上增加了一個s（分服務器）層，服務器層之間使用Agent代理層，即C/s/A/S（客戶端/分服務器/代理Agent/總服務器）模式，這種模式與傳統(tǒng)模式相比，占用客戶端的資源很少，要求客戶端條件比較低.即使網絡出現故障斷開，學生端只要與本實驗室的服務器連接就可以繼續(xù)進行刷卡，等網絡重新連接上之后，實驗室服務器上的記錄即可傳到總服務器上.這種模式降低了系統(tǒng)對網絡的依賴性，并且允許間斷式的連接，提高了網絡的利用率.

3.2 分服務器層的實現

分服務器層在系統(tǒng)里相當于一個“橋梁”，起著連接作用，上面連接總服務器，下面連接客戶端，并為客戶端提供服務.分服務器層使用一個ClientSocket組件即TclientSocket類與總服務器相連接，并且使用ServerSocket組件即TserverSocket類給客戶端提供服務.如果需要向總服務器發(fā)出請求數據時，由ClientSocket組件申請與總服務器建立連接，并把總服務器反饋回來的信息進行相應處理后存入分服務器層數據庫中，供以后使用.ServerSocket組件一直進行網絡監(jiān)聽，當某個客戶端發(fā)送過來數據時，它接收數據并進行相應處理后，把處理結果送還給這個客戶端.

3.3 數據庫結構設計

在任何一個管理系統(tǒng)中，數據庫都是系統(tǒng)的核心.在基于Agent技術的數字化實驗室管理系統(tǒng)中，總心服務器、各實驗室服務器、客戶端都得圍繞著數據庫來運行.由于數據庫的數據存儲量大、訪問的用戶數目多.所以對數據的安全性和一致性要求比較高，對訪問速度的要求也比較高.在基于Agent技術的數字化實驗室管理系統(tǒng)中采用SQL Server組建后臺數據庫，并使用ODBC驅動程序將各種數據庫程序互相連接，以保證用統(tǒng)一的方式處理所有的數據庫.

計算機實驗室的數字化管理是實現數字化校園的重要組成部分，隨著我校教學改革工作的深入，計算機公共課和專業(yè)課的上課與實驗、老師的科研、學生的創(chuàng)新項目設計都在計算機實驗室里進行，計算機實驗室的作用越來越重要，數字化管理的實現也迫在眉睫.我們將不斷地探索和完善計算機實驗室的管理模式，早日實現計算機實驗室的數字化管理.

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