云计算环境下高校信息管理系统的设计

2019-06-10李宏伟

安阳师范学院学报 2019年2期

李宏伟，王博

(1.太原城市职业技术学院，山西太原 030027；2.厦门市行政学院，福建厦门 361027)

云计算就是在网络运算基础上，利用互联网的高速传输和运算能力，将数据存储过程从个人PC端转移到互联网计算机集群，通过计算机集群的磁盘空间和高效运作的CPU完成数据的集中运算和存储[1-2]。云计算具有几个基本特征：一是数据存储安全性强，在云计算模式中，将数据保存在云端，可以实现数据的自动备份，系统具有良好的容错机制，能够强化数据管控，能够提升安全性能和可靠性能[3]；二是数据分析处理性能突出，能够将大规模普通计算机联系起来，利用该模式完成单台计算机无法完成的数据任务[4]；三是数据利用效率高，云计算模式下，用户能够随时随地获取网络信息和海量数据，有效提升数据的利用效率。

高校信息管理系统能够为用户提供学生信息管理、考试信息管理、选课信息管理等全面的信息管理服务，是提升教育水平和信息管理效率的重要措施。基于云计算环境的高校信息管理系统，就是利用云计算技术框架，将高校信息数字资源交付给服务商，并签订数据安全保障合同，完成信息的存储，进而利用虚拟现实技术构建数据处理中心，实现不同终端和存储设备上数据资源的集中，形成虚拟资源库，为网络受众提供所需服务。建设云计算环境下的高校信息管理系统，实现资源共享、信息安全存储、多层次的服务和信息智能推送是其关键所在：首先是借助云服务平台的虚拟现实功能，在云体系中存储高校信息，实现数据资源的共享，有效的解决了传统的信息管理系统中服务器承载过大以及线上资源无法均衡分布的问题；其次是基于云计算的信息管理系统能够提供丰富的定制服务，用户指令发出之后，系统根据指令调整服务的类型，用户可以对平台提供的服务方式进行灵活调整；第三是在云计算环境下建立信息管理系统，通过多IP平台实现分散化、虚拟化的数据存储，管理平台发挥数据资源集合调动的功能，确保存储介质的安全，为用户提供便捷的数据访问与存储服务；第四是按照用户需求层次的多元化发展，立足于强大的平台服务和管理功能，能够为处于不同层次的用户提供信息服务；最后是对客户需求进行跟踪分析，按照用户浏览记录，为用户提供同类型的服务，实现数据智能推送和人性化管理。

1 基于云计算的高校信息管理系统分析

1.1 信息管理系统需求分析

1．用户需求分析

用户管理：管理员根据用户角色进行权限配置，用户可以利用分配好的用户名，登录系统之后进行密码修改等操作。

个人信息管理：学校人事管理人员可以对教师个人信息资料进行查询、修改、删除、创建等操作；教务处可以对学生信息数据进行操作；教职工、学生等可以对自己的数据进行维护。

教学科目：教师可以查询课程信息、学分，并进行相应的操作；学生可以查询自己的成绩、绩点等信息。

科研管理：科研秘书、教师等可以对科研成果进行录入统计，同时可以为其他用户提供资料共享。

2．非功能性需求

界面设计需求：界面设计必须符合简洁友好的要求，布局要合理，确保为用户提供便捷的操作。对用户来说，通过让自己满意的方式获得查询结果，是用户使用本系统的初衷，如果界面设计不友好，则会降低用户满意度。

系统性能需求：确保系统的响应速度和时间符合用户要求，如果操作系统过于繁琐，系统运算时间过长，用户可能会放弃继续使用。

系统安全性需求：非法用户无法访问系统，合法用户仅在自己的账号权限范围内进行操作，并且所有操作过程都要记录，系统能够较好地抵抗外部攻击。

1.2 系统数据流图

高校信息管理系统数据流如图1所示。

数据流图属于图形技术分支之一，负责数据流的写入，然后从数据终端到数据起始端的交换。数据流图并不包含物理设备，只是描述数据转化的流程和处理逻辑。数据流图可以通过图形化的表现形式来展示系统数据运算逻辑，即使操作人员为非专业人员，也可以直观的理解逻辑关系。所以，数据流图能够为用户和技术开发人员之间搭建沟通桥梁。除此之外，数据流图设计过程中，只需要描述系统功能，并不需要进行功能设计开发，这也是未来软件开发的全新方向。

图1 高校信息管理系统数据流图

2 高校信息管理系统的设计

2.1 系统开发及运行环境

按照系统的需求、特点，采用Windows7、CentOS 64位平台，MyEclipse 8.6+Tomcat7.0集成开发环境，Web开发采用JSP和JAVA语言。JSP具有良好的可视化界面，设计便利，与HTML5配合设计的动态网页多样化和丰富性更强。

2.2 系统框架

高校信息管理系统框架如图2所示。

图2 高校信息管理系统框架

通过对图2的分析，可以发现高校信息管理系统的设计首先划分层次，然后划分功能模块，采用分布式思想进行内容设计。

表现层：包括业务系统、高并发前端接入技术等。这种技术手段适宜处理用户信息，预计PV值5000万级用户，UV值50万终端高并发接入。

数据处理与存储层：体现云计算核心思想，包括分布式并行处理、大数据处理和存储、HDFS分布式文件体系等。

数据源和数据采集层：主要负责数据的采集、清洗和分析处理。

功能层：包括系统管理应用，监控数据库、hadoop集群运行情况，例如安全用户文件管理、元数据管理、任务管理、资源管理。

2.3 业务流程设计

采用Mahout进行流程设计，能够帮助开发人员更加便捷的创建程序。Mahout中已经包含关联分析、聚类分析和分类分析算法，同时结合Apache Hadoop库，将其进一步扩展到云层面，实现云计算环境下的系统开发。基于MapReduce框架，利用Mahout算法在HDFS分布式文件系统中保存算法。

2.4 系统安全体系设计

系统主要是在广域网中应用，系统安全需求较高，应该做到安全性和全面性，对于可能出现的问题，提前做好问题解决预案，保证系统能够在7*24小时内提供访问。系统安全包括以下几点要求：

首先，分析系统要求，确保程序设计的规范性、合理性和安全性能，做好常见的安全漏洞的防护工作。

其次，分析服务器端的安全防护方案，对系统权限设置、本地安全设置和账户策略等安全防护方案进行评估。加强数据库安全防护，修改默认的账号以及密码，账户授权要合理。

最后，做好硬件防护工作，安装防毒软件，确保系统遭受病毒侵害时能够第一时间采取有效的杀毒措施。安装系统防火墙，确保系统的良好运转。建立安全的防护机制，定期进行安全检查、备份。

2.5 系统模块设计

登录模块：管理员可以对用户进行管理，设置用户权限，设置初始化用户名和密码，用户名为学生、教师编号，初始密码设置为“000000”，管理员掌握root账号。

用户管理模块：系统管理员能够对所有账号进行管理。

用户信息查询模块：根据需要查询相应的信息，系统为用户提供可视化数据更新和数据记录更新，由教学秘书完成教师信息的维护。学生能够根据需要查询权限范围内的信息，教师有权对该模块进行维护。

学科管理模块：系统管理员负责维护课程信息，并录入学生成绩，学生或者教师可以在系统中查询相关课程信息。

科研管理模块：管理员负责更新学校科研信息等，教师也可以查询最新信息。

2.6 数据库结构设计

基于Web设计数据库，数据库后台程序的设计为关键环节。数据库构架的设计能力直接决定了系统功能的实现。科学的数据库架构能提升数据存储能力，确保数据存储流程的顺利实施。数据架构示意如图3所示。

图3 数据架构示意图

3 系统实现

3.1 登陆模块设计

不同用户的账号具有不同的权限，用户登录账号，首先要进行数据验证，通过验证才能成功登录，否则会给出提示。登录模块逻辑示意图如图4。

图4 用户登陆逻辑示意图

登陆界面需要用户提供用户名和密码，还需要选择登陆方式，登陆部分的代码设计如下：

3.2 数据上传

系统管理员可以利用数据上传和数据转换的功能，完成写入文件的批量处理。对Mysql数据库中的所有数据需要导入到本地系统，然后上传到Hadoop平台中的HDFS文件系统上。在数据上传过程中，需要检查用户权限，确认用户为管理员之后，则可以进行上传数据。如果无法确认用户为管理员，则中止上传数据，屏幕显示“非法操作”。

3.3 Kmeans算法调用

系统调用Kmeans算法，对Hadoop平台上的HDFS系统中的所有用户进行聚类分析，得出聚类中心向量，同时对所有的用户进行分类组别。Kmeans获取了参数之后开启进程，启动Mahout的算法引擎。运算完成之后，停止监控界面刷新，发起ClearnAction对算法结果进行分析，然后将结果写入到本地的文件系统中，导入Mysql数据库中。

调用算法界面的HTML代码如下所示：