陳巧　羅永平　胡新平

[摘要]在分析現(xiàn)有教學(xué)資源平臺建設(shè)現(xiàn)狀基礎(chǔ)上提出“多租賃單位一單實例進(jìn)程”的SaaS高校校本教學(xué)資源大平臺建設(shè)思路與方法。重點闡述資源大平臺系統(tǒng)的多租戶模型架構(gòu)與數(shù)據(jù)庫設(shè)計模式，并對實現(xiàn)中涉及的多租戶數(shù)據(jù)庫設(shè)計、數(shù)據(jù)存儲及備份方案等關(guān)鍵技術(shù)作深入的討論，經(jīng)過兩年多的運行表明能夠為推進(jìn)高校優(yōu)質(zhì)校本資源的共建共享起到很好的促進(jìn)作用。

[關(guān)鍵字]軟件即服務(wù)；資源共享；云計算；大平臺；多租戶

[中圖分類號]G40-057 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [論文編號]1009-8097（2013）03-0055-04 [DOI]10.3969/j.issn.1009-8097.2013.03.011

一.研究背景

作為教育信息化核心的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的共建共享，是教育創(chuàng)新、教學(xué)改革和質(zhì)量工程的必由之路，越來越廣泛地受到國家和地方教育主管部門的重視。教育部從2004年印發(fā)的《關(guān)于進(jìn)一步加強高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見》就明確指出要“加大教學(xué)信息化建設(shè)力度，推進(jìn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享”，在2007年印發(fā)的《關(guān)于進(jìn)一步深化本科教學(xué)改革全面提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》也指出“高等學(xué)校要在教學(xué)活動中廣泛采用信息技術(shù)，不斷推進(jìn)教學(xué)資源的共建共享”，在2010年教育部頒發(fā)的《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》再次強調(diào)了“加強優(yōu)質(zhì)教育資源開發(fā)與應(yīng)用：加強網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源體系建設(shè)；引進(jìn)國際優(yōu)質(zhì)數(shù)字化教學(xué)資源；促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育資源普及共享”。

目前高校教學(xué)資源以網(wǎng)絡(luò)收集或是商業(yè)購買的方式為主，這類資源往往存在資源老化率高、適用性低等現(xiàn)象。而部分來源于高校一線教師制作的如課件等資源受制于教師多媒體表現(xiàn)能力或是積極性的問題，其資源無論在數(shù)量還是在展現(xiàn)能力上都難以切實滿足教學(xué)所需。作為承載數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)與分享工作重要載體的高校，其數(shù)字化教學(xué)資源共建共享水平的高低直接決定著國家“本科教學(xué)工程”質(zhì)量的好壞。為此，教育部、省教育廳乃至各種教育組織機構(gòu)都舉辦了形式多樣的高校多媒體資源遴選、評比的競賽活動，但這種集中模式下的遴選受制于時間、區(qū)域、規(guī)模等因素，往往只能收集少部分教師自主開發(fā)的優(yōu)秀課件、視頻資源等。與此同時各高校為了支撐這些資源共享而搭設(shè)的資源信息管理系統(tǒng)，都習(xí)慣采用自購相關(guān)軟硬件并配備專門維護人員的傳統(tǒng)建設(shè)模式。這種模式下，一套系統(tǒng)只服務(wù)于一個單位，存在投資費用高、設(shè)備利用率低、維護升級難等弊端。而且由于各系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫的選擇的不同與數(shù)據(jù)字典的表述的差異、通信過程中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的網(wǎng)絡(luò)延遲，也使得整合異構(gòu)資源信息系統(tǒng)實現(xiàn)資源共享難以推進(jìn)?！靶畔⒐聧u”現(xiàn)象愈演愈烈，優(yōu)質(zhì)校本教學(xué)資源難以高效共享。將云計算中軟件即服務(wù)（SaaS，software-as-a-service）部署思想來支持構(gòu)建大平臺，為推進(jìn)高校間優(yōu)質(zhì)校本教學(xué)資源的共建共享系統(tǒng)及平臺的建設(shè)與應(yīng)用開拓了一個新的方向。

二.軟件即服務(wù)

1.軟件即服務(wù)

SaaS是隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展應(yīng)運而生的一種新型的軟件部署模式。在該模式下服務(wù)器統(tǒng)一提供，應(yīng)用軟件集中部署，租戶無需購買和維護相關(guān)軟硬件資源，僅需勾選所需的服務(wù)功能并按實際情況付費。它將原本由分散的使用者獨立承擔(dān)軟硬件系統(tǒng)構(gòu)建與技術(shù)支撐的費用，轉(zhuǎn)變成支付給SaaS服務(wù)提供商的服務(wù)費用。而SaaS服務(wù)供應(yīng)商則通過提高服務(wù)對象的規(guī)模，來實現(xiàn)平攤軟硬件及其維護等運營成本，達(dá)成多贏的目標(biāo)。對于中小型企業(yè)來說，采用這種基于網(wǎng)絡(luò)的多重租賃模式服務(wù)平臺特點的SaaS，實現(xiàn)了信息化建設(shè)低成本投入即可獲取先進(jìn)信息化技術(shù)，很好地降低了企業(yè)信息化建設(shè)門檻。

2.SaaS成熟度模型

SaaS軟件服務(wù)于多個租戶，其成熟度模型一般分為四種：①模式一向每個新增的客戶提供一個新增的、定制的且不同代碼的應(yīng)用程序的實例；②模式二向每個新增的客戶單獨提供一份代碼相同的應(yīng)用程序?qū)嵗@些運行的實例彼此獨立安裝并隔離部署，租戶要實現(xiàn)如應(yīng)用外觀和行為等的定制都通過修改配置或是部分代碼來實現(xiàn)；③模式三向每個新增的客戶提供共同運行的實例進(jìn)程，租戶要實現(xiàn)如應(yīng)用外觀和行為等的定制只需采用不同的元數(shù)據(jù)配置即可實現(xiàn)個性化的功能需求；④模式四是模式三的可伸縮性的擴展模式，它向所有新增的客戶提供一個負(fù)載平衡的具備權(quán)限驗證功能平臺的硬件水平來擴展實現(xiàn)。

這四種部署模式，都可實現(xiàn)各租戶對應(yīng)用程序的個性定制服務(wù)。模式一由服務(wù)提供商整合資源并服務(wù)于多個客戶，與傳統(tǒng)相比可以降低軟件開發(fā)應(yīng)用的總體成本；模式二由服務(wù)提供商提供給每個客戶相同的代碼，代碼的修改變動具有可復(fù)制性，能大幅降低軟件的維護和升級成本。但這兩種模式對于每個租戶都要提供一個獨立運行的實例，會增加服務(wù)商的硬件投資及維護成本。模式三通過代碼腳本的權(quán)限控制及數(shù)據(jù)設(shè)計上的安全策略實現(xiàn)不同租戶的數(shù)據(jù)相隔離，既能控制其軟硬件投資維護成本，又可在提高計算資源的利用效率的同時實現(xiàn)租戶的個性化功能：模式四是模式三的擴展，這種模式下的系統(tǒng)無需修改架構(gòu)設(shè)計就能硬件擴展以適應(yīng)大規(guī)?？蛻舻姆?wù)需要，具備高度可擴展性，模式四雖然具備模式三的優(yōu)點，但實現(xiàn)起來過于復(fù)雜。

三.Saas模式的校本教學(xué)資源大平臺設(shè)計

1.平臺系統(tǒng)目標(biāo)

構(gòu)建校本教學(xué)資源大平臺的目的是各高?？赏ㄟ^菜單模式快速搭建獨立的資源平臺，各高校的教師可將自主完成的教學(xué)資源通過平臺分級申報、選擇性遴選，實現(xiàn)跨校跨地區(qū)共享?；谧鈶裟Ｐ偷男１窘虒W(xué)資源大平臺系統(tǒng)的目標(biāo)如下：①運行實例：多租戶模式下的校本資源大平臺系統(tǒng)，運行一個應(yīng)用程序?qū)嵗M(jìn)程來應(yīng)答不同高校的資源服務(wù)。雖然各個高校在物理上共享同一程序，但每個高校都可以實現(xiàn)各種獨立性特征。②數(shù)據(jù)安全：從數(shù)據(jù)庫的存儲、管理、備份角度看，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)屬于有機整體。但由于平臺服務(wù)于多個租賃單位，將通過身份認(rèn)證技術(shù)、訪問控制技術(shù)、用戶數(shù)據(jù)隔離策略實現(xiàn)諸如用戶信息、遴選過程或是敏感資源的隔離。③硬件系統(tǒng)低成本的擴展：由于平臺中如課件、視頻、動畫等的多媒體資源對存儲空間、CPU、內(nèi)存及網(wǎng)絡(luò)帶寬等資源要求高，租賃單位的增減及平臺的推廣對硬件資源的需求呈指數(shù)上升，而平臺底層搭建采用的是高?；ブ降臉?gòu)建，這就要求硬件支撐在低成本基礎(chǔ)上可方便靈活地進(jìn)行水平擴展。

2.平臺框架設(shè)計

根據(jù)平臺系統(tǒng)的目標(biāo)，結(jié)合分析SaaS模式及云計算的特點，以中心高校為主單位，構(gòu)建SaaS校本教學(xué)資源大平臺系統(tǒng)（如圖1）。該框架下各高校的教師、教務(wù)員、專家或是管理員只需通過Web瀏覽器即可登錄平臺，完成各種申報、審核、遴選或綜合管理所在學(xué)校及公共資源等操作，高校無需考慮硬件支持、服務(wù)器配置或是代碼開發(fā)。

元數(shù)據(jù)服務(wù)中心是由資源大平臺提供的定制服務(wù)功能的中心，也是各租賃單位用戶登錄后顯示的功能服務(wù)模塊，主要包含：①資源管理模塊，可完成校本資源的審核、增加、刪除和修改；②用戶管理模塊，可完成超級管理員、管理員、專家、教務(wù)員、普通教師等級別的用戶組的權(quán)限的設(shè)置；⑨遴選管理模塊，可實現(xiàn)教務(wù)員對所在學(xué)院教師資源的審核、專家對于學(xué)院或?qū)W校推薦的資源進(jìn)行遴選及管理員對遴選流程的制定等功能；④統(tǒng)計管理模塊，可實現(xiàn)資源的各種方式的統(tǒng)計分析（如下載、瀏覽、收藏等），各租戶單位資源數(shù)量、大小等屬性的統(tǒng)計，用戶相關(guān)信息的統(tǒng)計分析。另外SaaS校本資源系統(tǒng)服務(wù)于多個學(xué)校，較傳統(tǒng)的資源平臺系統(tǒng)需增加租戶管理的相關(guān)功能，如：租戶申請及其服務(wù)功能的定制、租戶個性化配置管理、租戶權(quán)限管理等。

3.平臺的數(shù)據(jù)庫設(shè)計

達(dá)到SaaS應(yīng)用成熟度模型中模式二要求以上的部署方式才是真正意義上的軟件即服務(wù)，因此多租戶模型下的資源大平臺實現(xiàn)SaaS的關(guān)鍵技術(shù)在于數(shù)據(jù)庫的設(shè)計上。當(dāng)前數(shù)據(jù)庫的設(shè)計模式普遍采用以下兩種構(gòu)建模式：第一種為獨立數(shù)據(jù)庫的模式，每個租戶擁有自己獨立的一套數(shù)據(jù)，元數(shù)據(jù)將每個數(shù)據(jù)庫與相應(yīng)的租戶關(guān)聯(lián)，這種模式下的安全機制較高，可以防止租戶無意或惡意存取其他租戶的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)簡單但擴展性差：第二種為共享數(shù)據(jù)庫實例，同一數(shù)據(jù)庫中為每一個租戶建立一套完整的、相互獨立的數(shù)據(jù)表群，從邏輯上可以實現(xiàn)各租戶的數(shù)據(jù)隔離，但在數(shù)據(jù)恢復(fù)與備份等的實現(xiàn)上比較復(fù)雜。

校本資源大平臺采用共享數(shù)據(jù)庫實例和數(shù)據(jù)表的模式，即設(shè)計時將所有租戶的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)混存于同一個數(shù)據(jù)表中，在應(yīng)用系統(tǒng)的各個流程設(shè)計、資源內(nèi)容及用戶群等的相關(guān)數(shù)據(jù)表中增加租戶ID來標(biāo)志每行數(shù)據(jù)所屬的單位租戶以實現(xiàn)租戶的數(shù)據(jù)隔離；同時建立實現(xiàn)租戶功能定制及權(quán)限配置的表，在進(jìn)行查詢、修改、刪除和統(tǒng)計等應(yīng)用的執(zhí)行前，觸發(fā)調(diào)用租戶權(quán)限授權(quán)認(rèn)證模塊，以保證租系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全獨立性。該方法的數(shù)據(jù)庫設(shè)計、實現(xiàn)較復(fù)雜，但新增租戶單位時數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)基本不做改動、即加即用，成本低，并且擴展性好。

4.數(shù)據(jù)表擴展設(shè)計

校本資源大平臺采用所有不同應(yīng)用需求的租戶使用同一數(shù)據(jù)庫實例和數(shù)據(jù)表的設(shè)計。為實現(xiàn)擴展如果采用直接在表結(jié)構(gòu)中增加擴展性的屬性字段，則會破壞數(shù)據(jù)表的規(guī)范結(jié)構(gòu)，隨著使用時間的推長會造成數(shù)據(jù)表空間資源浪費度呈指數(shù)級上升，并引發(fā)數(shù)據(jù)庫性能的嚴(yán)重下降。鑒于此，大平臺通過建立擴展數(shù)據(jù)表并結(jié)合基礎(chǔ)元數(shù)據(jù)完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)擴展，實現(xiàn)通用基本數(shù)據(jù)和個性化擴展數(shù)據(jù)的分開存儲，能較好地避免上述缺陷。擴展數(shù)據(jù)表設(shè)計如圖2所示，租戶單位“201”要求記錄配套教材和制作時間，因此擴展了這兩個屬性，而租戶“202”需要擴展配套教材，通過數(shù)據(jù)庫三個表的連接操作即可快速滿足其擴展需要。該模式下即使新增一個租戶，也無需對數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改或是對字段進(jìn)行增減，滿足了不同租戶的個性化數(shù)據(jù)擴展需求。

5.數(shù)據(jù)存儲備份機制

校本資源大平臺區(qū)別于一些CRM、財務(wù)管理或是文獻(xiàn)類的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)除了數(shù)據(jù)庫文件外，還有各租戶存儲在平臺上以供授權(quán)使用或是共享訪問的海量校本教學(xué)資源，傳統(tǒng)的存儲方式無法滿足大資源平臺下這種呈指數(shù)級增長的數(shù)據(jù)存儲的需求。SaaS模式下的校本資源大平臺的數(shù)據(jù)存儲采用Hadoop技術(shù)的存儲方案，它充分利用了集群的高速運算和大容量存儲的特點，能夠?qū)Υ罅繑?shù)據(jù)進(jìn)行分布式處理，并具有高容錯、低廉部署、高傳輸率、支持超大數(shù)據(jù)集等優(yōu)點，它是由Apache基金會開發(fā)的開源、免費的軟件框架，其相關(guān)程序和應(yīng)用示例可從Apache網(wǎng)站下載。

由于校本教學(xué)資源都是由一線教師制作完成后通過遴選的方式進(jìn)入大平臺，資源來源分散、缺少商業(yè)支撐，一旦硬件損壞或是突發(fā)情況下數(shù)據(jù)丟失后的再次收集、恢復(fù)都需巨大的人力物力。因此，資源大平臺數(shù)據(jù)的容災(zāi)方案從數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用程序和校本教學(xué)資源三個方面進(jìn)行：①校本教學(xué)資源數(shù)據(jù)量大，采用Linux的開源方案rsync與inotify共同工作的模式進(jìn)行增量備份；②應(yīng)用程序?qū)嵗鄬Ψ€(wěn)定，采用虛擬機的鏡像備份和定時增量備份相結(jié)合；③數(shù)據(jù)庫文件采用開源軟件Heartbeat熱備和數(shù)據(jù)庫文件定時增量備份、SQL語句定時備份相結(jié)合的多重備份模式，這三種數(shù)據(jù)的備份技術(shù)都具有開放、開源和免費等優(yōu)點。

四.運行實例

根據(jù)本文研究的SaaS資源大平臺系統(tǒng)框架，采用PHP技術(shù)、MySQL5.1數(shù)據(jù)庫開發(fā)，在LinuxAS5.3平臺上，使用Apache web服務(wù)完成了平臺的架構(gòu)。根據(jù)用戶需求和調(diào)研的情況，平臺為租戶提供教學(xué)資源管理模塊和用戶管理模塊，租戶也可勾選多媒體資源分級遴選、個性定制、分析統(tǒng)計等功能。該系統(tǒng)的應(yīng)用中心程序、數(shù)據(jù)庫己在南通大學(xué)試運行，為學(xué)院、學(xué)校各類層次的資源遴選及多層次的資源共享提供服務(wù)，系統(tǒng)運行實例如圖3所示。

五.總結(jié)

作為云計算最為典型應(yīng)用的SaaS服務(wù)，逐步成為信息化建設(shè)和應(yīng)用的主流模式。針對當(dāng)前各高校為推進(jìn)優(yōu)質(zhì)校本教學(xué)資源共建共享過程中出現(xiàn)的問題，提出了基于租戶模式下的校本教學(xué)資源大平臺框架，并在高?，F(xiàn)有的人力物力情況下完成管理系統(tǒng)的開發(fā)和架構(gòu)，它為快速建立各類資源平臺提供了解決方案。其低成本、高可靠以及快速、便捷的優(yōu)點也可為降低教育信息化建設(shè)的成本及推進(jìn)校本優(yōu)質(zhì)資源的共建共享等方面起到一定的作用。

編輯：李婷