基于云计算的大学资源计划(URP)研究
时间：2022-05-22 04:02:24
(天津城市建设学院， 天津300386)
摘要：URP大学资源计划(University Resource Planning)的设计思想来源于企业ERP系统设计。它通过建立统一的信息平台与接口标准来实现各个应用系统集成，其信息服务则以一种松散耦合方式出现，而不需要像ERP那样建立统一的数据库系统。虽然这种松散的集成比ERP更有利于扩展和兼容新的应用功能，但面对某一应用系统模块大量被调用时，仍会造成系统的访问瓶颈和不可控。为解决这一问题，文中提出了采用基于云计算技术的管理机制来解决URP系统工作效率问题的方法和实验结果。
关键词：URP; 信息平台; 云计算; 虚拟化
中图分类号：TP315文献标识码：A
文章编号：20951302(2011)04004703
University Resource Planning (URP) research based on Cloud Computing
YU Xiang, XUE Zhongyuan, XU Wentao, XING Bing, YU Lili
(Tianjin Institute of Urban Construction, Tianjin 300386, China)
Abstract： Design philosophy of University Resource Planning derived from design of ERP system, and got through to build unitive information platform and interface standard to achieve kinds of Application systems integration, but information service need not build unified data system like ERP because of the loose coupled modes. Although the modes was better than ERP in the aspects of application function expansibility and compatibility, but it still faced access bottleneck and uncontrollability when a large number of transfer was used in the application system modes. To solve this problem, the paper provided a management method base on clouding computing technology to solve work efficiency of URP system and obtained well experimental result.
Keywords： URP; information platform; cloud computing; Virtualization
收稿日期：20110320
基金项目：[HTSS]天津城市建设学院大学生科研立项(21100529A)
0引言
URP大学资源计划(University Resource Planning)的设计思想来源于企业ERP系统设计思想，它主要通过建立统一的信息平台与接口标准来实现各个应用系统的集成，其信息服务以一种松散耦合方式出现。计划中的各个应用系统都拥有自己的独立数据库与数据结构，可通过接口程序与信息平台对接为客户端用户提供所需的信息服务，因此对于校园网用户来说，他们只需要登录URP的信息平台获得一个唯一的ID号码，就能调用对应第三方应用系统中所需的功能。例如：学生登录平台后可调用教务系统的个人学习成绩和进行校园上网费用充值操作。而在各个应用系统间，从物理到逻辑上，它们彼此可能是相对孤立的，只是通过URP登录平台集成给客户端用户。这种方式虽然具有很强的灵活性(注：允许URP系统根据自身需求增加第三方应用系统获得功能)，但是无法控制整个系统的运行效果，例如天津城市建设学院URP教务系统在选课周开始时，总是因为访问量巨大而造成选课服务器瘫痪，虽然用户能够访问URP平台下其他应用服务，但平台却无法对系统瘫痪功能进行恢复和监控。面对这样的系统缺陷，本文利用云计算技术特点设计了一套URP平台管理机制来解决这一问题。
1URP平台管理机制工作原理
URP作为校园信息平台，承接着多个第三方应用软件系统集成的任务，客户端用户需要通过Web页面登录获得ID号来进入平台操作，因此，URP平台能够掌握所有用户的使用信息。URP平台管理机制将以这些用户使用信息和应用系统间的通信流量作为系统管理基本数据，通过分析数据获得用户访问系统的实时状态，从而判断当前系统当前各应用系统间的使用状况。之后，平台管理机制根据分析结果制定相应的策略来平衡系统状态，以保证工作效率。
为实现URP平台管理机制，在硬件上，系统底层应用hadoop分布式文件存储技术和虚拟化平台Vmware vSphere 4会将全部应用系统置于虚拟平台之上，并把大文件及数据库资源投放到hadoop分布式文件系统中，以便系统应用程序从其中调用、运行和存储数据。而由于Vmware vSphere 4本身所具有的虚拟化动态分配网络硬件资源功能，这样建立在其上的整个URP平台的软件系统就能够根据需求从云系统中获得足够的硬件计算资源。例如：当教务网站访问量增大时，可通过虚拟平台复制多个镜像网站并通过负载均衡方式同时为用户服务，当用户数量减退时，则可将不需要的镜像网站关闭，以将节省的硬件资源让给其他应用系统。
在软件上，系统将为URP平台设立系统监控中心功能，该功能主要对登陆平台的ID行为进行记录和统计，并对平台内各应用系统间的网络数据传输量进行统计，同时依据分析结果显示给URP平台管理人员，由管理人员依据系统使用状况在云计算平台上合理调配资源。例如：通过监控发现大量ID在同一时段内访问URP平台公告栏某条新闻而网络数据传输流量显示的传输量并不大时，管理员就可认为提供公告栏服务的服务器无需增加硬件支持。反之，当大量ID同时下载某一文件，而流量监控显示网络数据量接近传输极限时，就需要对硬件资源进行调配以满足用户需求。
图1云计算URP平台结构
图1所示是云计算URP平台的结构图。基于云平台的URP系统结构在其底层以虚拟化和分布式存储系统作为系统运行基础(例如：VMware vShere4系统集群和Hadoop存储集群)来在虚拟化平台上建立多个功能系统运行环境(例如：邮件服务器运行环境、一卡通系统运行环境、数据库系统运行环境、URP平台运行环境等)；网络基本服务层同时包括向各应用系统数据库提供的Hadoop存储功能；URP平台底层系统层中有采用Web2.0技术建立的门户网站并通过中间件接口技术提供给第三方软件系统，模块化设计URP平台应用功能和监控功能可保证系统的可扩容性；应用支撑系统层上的各功能系统相对可独立运行，并可通过URP平台底层系统层建立松散耦合关系，例如：一个用户ID可不需输入个人信息同时登陆多个应用系统，而每个应用系统也都有相对独立的数据库。
2URP平台管理机制流程
图2所示是一种URP平台的管理机制流程。该流程中，用户首先通过ID号登录URP平台，通过平台获得所需的功能服务，同时URP平台的监控中心对登录平台的ID号进行响应，并开始记录ID在平台内的操作(即访问路径)，然后统计实时的平台访问状况。同时在系统传输层面上通过嵌入式的流量监控软件检测云计算平台上数据的传输状况，从而使管理员对系统内部网络状况有一个直观的了解，例如将访问教务处网站ID数量和访问VOD系统的ID访问流量状况显示在管理员管理终端。
图2URP平台管理机制流程
依据软件监控与流量监控的结果，系统管理员可根据实际情况进行调配来满足系统硬件需求。例如：当学生开学进行课程选修时，大量的ID将访问教务处网站选课系统，这样，为了保证选课程序的正常运行，管理员可根据统计结果并利用虚拟化平台来调整选课系统的前台应用服务器数量，实现系统复制与迁移，以保证选课系统网站对访问线程的承载能力，同时，也可通过流量监控软件对整个系统的流量进行调整，以将暂时闲置的硬件资源通过虚拟化平台调整给选课系统。当遇到VOD系统大量访问时，还可以根据流量监控软件提供的情况适当对VOD点播服务器的硬件资源进行扩容(包括增加CPU数量、内存数量等手段)来保证系统承载能力，并对单个ID访问流量进行限制。
3URP系统工作实验结果
本项目的实验背景是天津城市建设学院基于云平台的URP系统平台VOD功能模块；注册用户7000人。实验条件如下：
(1) 硬件环境：URP系统平台硬件采用18台64位IBM X336志强3.6双CPU、8 G DDR内存服务器和2台存储阵列；
(2) 软件环境：URP系统平台的VOD功能模块由8台点播服务器系统、1台Web程序服务器系统、1台数据库服务器系统与一台存储服务器系统组成一个分布式系统，这些逻辑服务器系统均建立在VMware虚拟化服务器集群上。在URP系统平台后台，还开发了用于针对网络传输监控的基线管理软件，以便针对硬件服务器间的网络交换机端口实施流量监控；同时也开发了会员访问监控功能，可记录每一个用户在平台内访问的路径信息。
实验时，通过监控中心获得已知在线人数2 000人，其中1 300个用户ID集中访问虚拟电影点播服务器；电影点播服务器出口流量达到理论千兆带宽的40%，服务器的CPU使用率达到70%；其中500个ID获得了点播服务器的数据流量，而剩余的用户处于排队状态，此时其他点播服务器基本处于闲置状态。管理员根据此情况对云平台上的服务器硬件资源进行了重新调配，将闲置的硬件资源重新划分，并对其他点播服务器的CPU与内存资源进行了压缩(例如：将原先由2颗CPU和8 G内存组成的点播服务器硬件资源进行重新划分，变成1颗CPU和4 G内存的点播服务器)，剩余资源做成2台虚拟电影点播服务器的镜像和2台虚拟的Hadoop虚拟存储节点namecode，并通过URP平台管理监控中心对用户ID进行授权访问，以限制单台虚拟服务器数[CM(21*2]量，同时对每个用户的ID访问进行限定，以保证其[CM)][LL]40 Kb/s流量。最终，3台虚拟电影点播服务器同时工作，其并发带宽达到了2.5 MB/s，CPU使用率平均在50%左右。实验结果是客户端用户的视频图像可以实现流畅播放。
4结语
虽然与传统的ERP系统相比，URP系统平台对第三方应用软件的兼容性更好、部署更加灵活，但是，在系统资源分配上并没有出现实质的突破，依旧不能充分发挥系统最大功效。本文通过基于云计算技术的管理机制来对URP系统的工作效率进行合理的调配，提出了解决硬件系统与软件系统结合时资源浪费的方法，充分发挥了整个系统功效，从而在性能上使得URP系统相比与ERP系统得到了提升。这种方法即满足了信息服务以一种松散的耦合方式出现，又能使硬件资源得到整合。实际实验证明，这种管理机制是完全可行的。
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