高校教务管理系统双机容错浅析

【摘 要】本文从目前教务管理系统的运行环境进行分析，并从提高教务管理系统的高可用性入手，参考了拥有高可用性的双机容错系统的相关理论与技术，最终对教务管理系统的拓扑结构进行改造，设计出了一套可行的双机容错系统。

【关键词】教务管理系统；双机容错；Heartbeat；Oracle；数据恢复

高校教务管理系统是学分制与信息化技术结合的产物。学分制是一种教学管理制度，是对学生在完成学业的过程中的一种管理手段，学生根据学分制中的具体制度，来制定自己的学习计划。高校教务管理系统便是为了使用信息化手段来解决学分制骤然而生的巨大工作量而诞生的。本文介绍了集群以及双机容错的基本理论。对教务管理系统改造双机容错进行了功能需求的分析，提出了设计目标，并针对每个功能模块给出了设计。

一、高校教务管理系统的体系结构

高校教务管理系统的使用人群为全体在校的学生、教师、教务处人员和院系教辅人员。众多的学生和教师需要能够随时、随地使用系统，因此，系统应为B/S结构；而教务处人员和院系教辅人员需要大量的处理数据，并且地点固定，因此，系统还需要C/S结构。此外，教务管理系统中需要存储大量的数据，比如在校生的信息和已毕业学生的信息，历年学生的成绩，教师的信息，教材的信息等等。因此，应选择中、高级的数据库系统，比如SQLSERVER或ORACLE等。

二、双机容错的工作模式

所谓的双机热备份，就是一台主机为工作机（Active Server），另一台主机为备份机（Standby Server）。在这种容错方案中，各服务器只需一块网卡，共同连接在同一网络上，在系统正常情况下，工作机为信息系统提供支持，备份机监视工作机的运行情况，与此同时工作机也监视备份机是否正常。工作机会通过互连的网络线，周期性地发出用于相互检测的测试包给备份机。如果此时工作机出现故障，备份机在连续丢失设定数目的检测包后，会认为工作机出现故障，自动检测设置中是否有第二种心跳，如果没有第二种心跳的话，备份机则根据已设定的规则，启动备份机的相关服务，完成双机热备切换。备份机主动接管（Take Over）工作机的工作，继续支持信息的运营，从而保证信息系统能够不间断地运行（Non-Stop）。

双机共享磁盘阵列柜方式是以磁盘阵列柜为中心的双机容错方案。磁盘柜通过SCSI线连接到两个系统上，并能被两个系统所访问。关键数据放在共享磁盘柜中，在正常运行时，控制权在主用系统上，当主用系统发生故障或主用系统检查到某种故障后，系统控制权就切换到备用主机。主用系统修复后，主备角色互换，双机系统进入正常工作模式。使用共享磁盘阵列方式的两台（或多台）服务器的数据同时存放在一个磁盘阵列柜里，因此，不需要进行数据复制，只需在其中一台服务器停机时将此服务器的工作转移至另外一台服务器，工作较为简单。由于数据存储在同一磁盘阵列柜里，一旦磁盘阵列柜的数据损坏则数据全部丢失，有单点崩溃的可能性，而且由于服务器与磁盘阵列柜之间通常使用SCSI线连接，因此受到距离的限制。

三、双机容错的教务管理系统的总体架构

1.总体设计。ORACLE双机容错的工作过程设想如下：其中一台服务器被指定为工作机，由它处理当前运行的业务，另一台为备用机。备用机平时不参与业务处理，仅完成数据镜像任务。一旦工作机发生故障，备用机立即启动对外提供服务，使运行着的业务不至于因为系统的单点故障中断，实现系统的高可用性。①正常状态中，工作机提供服务，同时监测备用机的状态；备用机监测工作机的运行状态。②当工作机运行异常时，备用机立刻接替工作机的工作，代替工作机向外部提供服务。③系统管理员将工作机故障排除后，可将工作机设置为备用机，也可以由工作机替回备用机。

2.系统软硬件平台。①硬件平台。WEB服务器和两个ORACLE数据库服务器均采用DELL服务器，2个Xeon2.6GHz处理器，内部存储器为SDRAM ECC 2GB，外部存储器为73 GB的SCSI Ultra2，使用INTEL公司的E1000双网卡。②软件平台。WEB服务器使用Windows Server 2003操作系统，WEB服务使用WebLogic8.1版本。两台数据库服务器的软件：①Redhat Linux Advance Server 4②Oracle9i③Heartbeat-2.1.3④Mon-1.2.0⑤3Com boot services⑥Symantec Ghost8.0网络版。

3.模块设计。根据可用性的定义公式可知，提高系统的可用性有两种方法：增加MTTF和减少MTTR。增加MTTF就是增加系统的可靠性；减少MTTR的做法就是当故障的产生难以进行有效的预测和消除时，通过快速故障恢复，降低平均修复时间以达到提高可用性的目的。

双机容错的乾豪教务管理系统分为四个主要模块：心跳监控模块、数据同步模块、监测模块和系统维护模块。

4.系统维护模块的实现。可以采用Oracle的逻辑导出（EXPORT命令）来备份数据库，可以采用定时备份和人工备份相结合的工作方式，即在教学活动不频繁的情况下，采用每周一次的定时备份，备份时间可以放在晚上或者凌晨；而教学活动频繁的时候，比如学生选课阶段和教师录入成绩阶段，此时，可由人工每天备份一次。备份出来的文件应及时刻录光盘，并远离服务器存放，避免服务器突发故障。

参考文献：

[1]史文路.双机热备份系统的研究与设计.硕士学位论文，南京工业大学，2006.

[2]陈越，李葵，贡正仙.基于学分制管理的教务系统的设计和实现[J].苏州大学学报（自然科学版），2003，19（2）：48-54.