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摘 要：为了最大程度地发挥高校科研档案的价值，实现科研管理的规范化、流程化、高效化，针对目前国内高校科研档案管理平台存在的运行环境要求高、使用性差等问题，以 Docker 本身的虚拟化优势为切入点， 本文设计了基于 docker 的高校科研档案虚拟化管理平台。基于 docker 的高校科研档案虚拟化管理平台可以提升不同类型项目的兼容性，并且用户可以实现在线运行，还原了科研档案在不同时期的真实记录。
关键词：开源容器；科研档案；虚拟化
本文引用格式：石义金，周心茹，王左戎 . 基于 Docker 的高校科研档案虚拟化管理平台的设计与实现 [J]. 教育现代化 ,2020,7(95):5-13,18.
Design and Implementation of Virtual management Platform for universityScientific Research Archives Based on DockerSHI Yijin，ZHOu Xinru，Wang Zuorong（School of information management，Wuhan Hunei）
Abstract: In order to maximize the value of scientific research archives in colleges and universities, scientific research management should be standardized, streamlined and efficient.Aiming at the problems such as high operating environment requirements and poor usability of the current domestic university scientific research archive management platform,this paper designs a docker-based university scientific research archive virtualization management platform based on the advantages of virtualization of Docker itself.The docker-based virtual management platform for university scientific research archives can improve the compatibility of different types of projects, and users can realize online operation, restoring the real records of scientific research archives in different periods.
Key words: open source container; scientific research archives; virtualization
一 引 言
互联网在高校内的普及应用使得高校的各项日常管理工作进入了信息化时代。随着国家“双一流”建设目标的提出，科学研究已成为高等院校学科建设的重要研究内容 [1]。对于高等院校来说，利用在线办公的方式来完成科研信息的管理可以高效的完成各种复杂的科研管理实务，这样做不仅仅实现了现代化办公的需求，同时也推动了科研管理的规范化，流程化，高效化 [2]。
科技兴国的战略促进了高校科研水平的提升， 同时也给高校的科研管理工作带来了一定的难度。在高校科研工作中，会涉及到多种类型的科研项目， 对于每一种科研项目的管理办法不尽相同 [3]。通常来说，高校都会设立专门的部门负责学校所有科研项目的管理工作，而当前大部分的科研成果管理档案的信息化平台都仅仅针对成果名称和数量等信息进行了电子化的统计和管理，并且只是进行了初步的汇总和统计，且这些数据大多数都是以文档的形式存在，无法实现共享，并且数据分散，不能为科研管理和创新决策提供依据。除此以外，国内大部分科研管理平台存在系统维护和扩展困难的问题。
部分高校科研管理系统开发较早，存在建模方法落后可读性差，系统功能无法拓展等问题 [4]。随着社会科技的发展和技术的不断创新，IaaS 服务已经趋于成熟，大多数科研管理平台开始引入虚拟机来对科研档案进行管理，但资源利用率并不高，且使用虚拟机也带来了大量的能源消耗。
综上，为了解决不同类型科研成果的储存和运行问题，本文提出了基于 Docker 的虚拟化高校科研案管理平台的设计方案，以达到为科研管理者提供辅助决策支持，为科研管理人员开展工作提供极大便利的目的。
二 研究现状
（一） 高校科研档案管理研究现状
随着我国高等教育改革的不断深入和发展， 高校科研工作逐渐进入人们的视野当中，而高校科研档案作为高校科研工作的一部分 [5]，也逐渐成为了国内诸多学者关注的焦点。
国内对于科研管理的研究热度始于 20 世纪80 年代。科研管理的理论基础覆盖面较广，涉及多个领域的专业知识。从现有的文献来看，主要包括理论和应用两个层面的研究。
从理论层面来看，国内大部分学者将重点集中在高校科研管理及其要素的评价体系和管理模式的研究上。在评价体系的研究方面，孙佰清提出了二次相对评价模型，通过测算各高校科技综合实力当前业绩指数与参考指数之间的动态变化， 消除高等学校客观基础条件优劣的影响 [6]。
随着在管理体系的逐渐发展，二级学院在管理中的重要地位逐渐突显，郑世珠根据高校二级学院科研管理的特点和评估的需要，采用定性和定量相结合的综合评价方式，建立对于高校二级学院科研管理工作的效果和管理水平的评估体系，客观地评价二级学院的科研现状、科研潜力及对经济建设和社会发展服务的能力 [7]。郭宁生提出了高校科研管理人员素质测评层次分析模型，使用层次分析法建立了模型并对决策支持的功能进行了详尽的分析计算 [8]。国丽娜等人运用吴氏三维理论， 从科研信用评价的公共政策属性出发，构建科研信用评价指标 [9]。
在管理模式的研究方面，部分学者选择聚焦于高校科研档案管理的管理体系。例如针对高校档案管理过程中存在的二级学院科研档案管理的架空状态，何玉艳等人提出了三级管理模式 [10]，分别从学校、学院、个人三个层面强化管理，优化科研档案的质量。余应鸿基于系统论整体性、结构性和关联性的视角，提出了由“三个导向、五类事项和三条规则”有机构成的一个三维结构模型 [11]。
通过立体的三维空间结构来反映客观管理者与科研人员及其科研成果之间的各类复杂关系。而针对我国高校科研管理中普遍存在的管理职能分立、考核评估乏力、过程管理滞后等问题，郑爱平等人引入流程再造理论，从传统科研管理的指导思想和管理实践的本质入手，建立以科研活动为中心，以提升科研活动竞争力为宗旨的管理流程协同机制 [12]。
徐芳通过借鉴信息生命周期理论对高校科研数据的生命周期进行分析，然后在约翰·霍普金斯大学的Data archive、哈佛大学的 Dataverse 以及普渡大学的 D2C2 项目分析的基础上，构建高校图书馆科研数据协同监管模式 [13]。随着技术的发展，传统的静态评价模式已经无法满足评价需求，王恒昕在借鉴国内外有关研究成果的基础上，构建基于 aHP 和群组决策 DEa 模型的二次相对评价方法的高校科研档案管理模型，以实现进一步丰富现有高校科研管理效率评价理论与方法 [14]。
从应用层面来看，大多数的现有文献都是针对不同的应用场景或不同的理论基础进行信息系统的设计。针对高校科研管理部门使用的科研管理信息系统大多数处于单机处理的现象，廖萍等人提出了主要针对科研人员管理、项目管理、科研成果管理、统计报表管理、工作量计算、系统维护几个模块的优化设计 [15]。面对高校科研管理工作仍然需要依赖人工来进行的现状，林萍提出了基于 MVC 模式， 通过 JaVaEE 的 SSH 框架， 并结合 ajax 的 DWR 框架等技术的科研管理系统， 帮助提升科研管理的自动化程度 [16]。在前人已有的设计体系框架下，瞿诗高在 aSP.nET 基础上， 采用分层的结构创设了一类全新的科研管理系统， 这类系统可以使得各个层次之间的类是相互独立的，保证了应用程序和数据保持良好的独立性 [17]。
综上所述， 在当前的高校科研管理研究中， 理论研究已经逐渐成熟。但在应用层面，更多的学者将科研管理信息系统的开发重心放在了如何实现科研管理的自动化和信息的共享上，更多的是针对管理人员方面的研究，往往忽略了科研项目的使用者和创造者 [18] 。科研管理平台在存储科研成果的同时，也需要尽可能地考虑其作为档案的价值。高校科研档案可以客观、系统、连续和完整地反映出科研项目的研究进展情况，真实，完整，准确地记录该项目的研究过程，为高校科研人员从事科研工作提供借鉴和帮助 [19]，同时也是加快知识创新和科技成果转化的重要资料，在科技成果的转化和推广中起着重要作用 [20]。
（二） docker 应用现状分析
Docker 是以 Docker 容器为资源分割和调度的基本单位，封装整个软件运行时环境，为开发者和系统管理员设计的，用于构建、发布和运行分布式应用的平台。它是一个跨平台、可移植并且简单易用的容器解决方案。Docker 从 Linux 内核的角度出发，通过 namespace 和 Cgroup 等技术做支撑，提供了一种轻量级的虚拟化技术，为容器提供资源隔离和安全保障。
自 Docker 正式发布以来，国内有学者开始将其逐渐应用于不同专业领域之中，尝试达到更好的虚拟化效果。在实验教学方面，针对大型开放式网络课程（MOOC）中计算机编程语言、操作系统等以编程为主的课程存在实验环境无法统一的问题，郭旭等人提出了基于 WebRTC 和 Docker 的在线实验平台，旨在为学生提供统一的实验环境和方便的点对点实时通信平台 [21]。
除此以外，李慧春等人同样也提出了基于 Docker 的 Linux 在线实验环境建设，学生机通过浏览器访问服务器的端口就可以连接到 Linux 的桌面，快速进入 Linux 的情境中 [22]。在企业管理方面，面对传统经销商系统存在的能力上不足的问题，戴佳顺提出了通过系统解耦， 以 RESTful 服务化进行架构实施， 构建新一代基于容器的经销商解决方案，使架构更加灵活，并降低了后续系统运营成本 [23]。
在生物学方面，佟凡等人提出 Docker 技术将相关工具与数据封装在单一镜像中，供生物信息学分析人员直接使用的想法。这些镜像通过提供标准化提供输入输出以及控制参数，使不同分析工具具备相同接口，从而降低了软件配置、分析应用及资源共享的难度 [24]。除此以外，Docker 技术还被广泛运用于部队的决策当中，面对舰船编队通信中存在信号紊乱造成传统舰船编队通信指挥决策系统工作效率较低的问题，蒋丽丽提出了基于Docker 技术的从舰船编队通信指挥决策系统。
利用 Docker 容器的可移植性，保障指挥员与通信部门之间的通信指挥决策活动 [25]。通过对国内相关文献的研究，可以发现Docker 技术大多应用于互联网技术、自动化技术、企业管理等其他专业学科领域。在科研管理方面的应用，相关文献并不充足。事实上，目前普遍应用于科研档案管理的传统虚拟化技术，有效解决了单机硬件服务器的弊端，但产生的成本相对较高，会严重影响管理的工作效率。
随着信息技术的不断发展，以及高校在科研活动中角色和职能的转变，原有的高校科研管理的信息种类和范围都有了扩充和发展。因此，本文从科研档案的产生者和使用者的角度出发，结合 docker 容器在虚拟化方面的优势，提出了基于docker 的高校科研档案虚拟化管理平台的设计方案，旨在解决不同类型项目的兼容以及同一项目的过程记录问题，满足新的实际需要。
三 高校科研档案管理现状与存在问题分析
我们从全国高校中随机抽取 22 所来自不同省份的学校，针对高校科研档案管理现状进行了具体调查。因篇幅限制，这里仅展示其中 10 所高校的调查结果。
调查结果显示，随着教育信息化的推进，大部分学校都拥有自己的科研档案管理平台。但这些科研平台也存在自己的局限性：
（1）不同类型的科研项目兼容性差。科研项目本身的形式的存储和展示形式通常以文字和图片的形式居多，在面对除了这两种主要类型的项目作品时，大部分平台通常会选择进行压缩处理后上传。以华中师范大学的“校创星”平台为例，其在展示学生科研项目成果时，均采用单一“图片 + 文字” 的展示形式，用户无法在线操作运行相关成果。
（2）重视项目成果，忽略过程记录和管理。对于每一个科研项目有完整进度跟踪的管理平台不超过半数，大多数的项目在拥有一定的成果后， 通常就没有更深层次的研究。在我们抽取的样本中，超过六成学校的都没有对于科研项目的记录， 仅仅是对于成果的图片和文字展示。
（3）项目信息标注不明确。在涉及到对环境要求较高的作品时，平台并没有清楚标注出该项目所基于搭载的环境。
本文所提出的基于 Docker 的高校科研档案虚拟化管理平台，除了可以存储和管理不同类型的科研档案，还可以实现在线运行，最真实地还原项目成果，使其发挥最大的借鉴价值。
四 基于 docker 的虚拟化高校科研档案管理平台设计框架
（一） docker 应用于虚拟化高校科研档案管理中的优势分析
（1）项目环境冲突减少。
Docker 技术是基于容器技术的一种实现，而容器技术是一种轻量级的虚拟化技术。容器有效地将单个操作系统管理的资源划分到孤立的组中， 以便更好地在孤立的组之间平衡有冲突的资源使用需求 [26]。借助于这一优势，基于 Docker 的虚拟化管理平台可以有效隔离不同领域的项目文件， 使得项目之间的环境冲突大大减少。
除此以外，Docker 文件可以实现在线运行， 相较于单一阅读文字或观看视频或 PPT 等多媒体资料，简单易行的操作可以让用户实现亲身体验科研档案的目的，并且可以避免繁琐的安装程序 [27]， 有效提高了用户体验参与的意愿程度，以达到科研档案利用的最大效度 [28]。
（2）管理成本低。
与传统的高校科研档案管理方式不同的是， 基于 Docker 的高校科研档案虚拟化管理平台可以利用 Docker 容器将科研作品以及所基于的搭建环境打包上传至相关管理系统。虽然 Docker 与虚拟机所实现的效果几乎相同，都有效地解决了不同领域的科研项目无法运行在同一台设备上的问题。但是，其背后的运行成本却相差很多 Docker 引擎在使用时，主机的内核与容器共享，当两个应用程序需要使用相同的程序库时，该程序库就可以同时被两个应用程序使用，而虚拟机则需要一个完整的操作系统，降低了主机内存的有效利用率， 加速了主机的损耗。而且容器是轻量的，开发者可以同时运行数十个容器，并且能真实模拟分布式系统的运行情况，远远超过虚拟机的数量 [29]。
（3）启动时间短。
Docker 技术本身继承容器的优势。通常Docker 容器的启动和停止速度均控制在 1s 以内， 而虚拟机往往需要较久的时间。相比于主机上直接运行下载的应用程序，直接运行 Docker 文件的性能损耗非常低，甚至可以达到零损耗。除此以外， 它与主机的操作系统共享资源，所以它的效率高出一个数量级 [30]。而 Docker 的这些优势，是传统虚拟机很难实现甚至无法实现的，而这可以有效解决虚拟机开机运行速度慢的问题，方便了科研项目的展示和历史记录。
（二） 基于 docker 的虚拟化高校科研档案管理平台设计的整体思路
本文主要阐述了基于 Docker 的高校科研档案虚拟化管理平台的总体设计，旨在可以真实还原项目效果和兼容多个类型项目。与传统的虚拟化平台相比，该平台上部署的应用具有良好的可移植性，不易受到编译语言等外部环境配置影响。具体的设计思路如图 1 所示。
（三） 功能模块设计
该平台根据需要可以依次划分为系统管理模块、任务管理模块、编译功能模块和编译机管理模块四个模块（图 2）。
（1）系统管理模块。
该模块划分为用户管理子功能、菜单管理子功能和权限管理子功能。其中，用户管理子功能拥有用户信息维护与用户信息查询两大功能；菜单管理功能模块可以对菜单进行新增、修改、删除三种操作；这主要取决于用户在实际工作中所扮演的角色；本系统将用户角色分为三种：学生， 教职工，管理人员。权限管理模块主要是为不同的用户赋予不同的权限。
（2）任务管理模块。
该子功能模块主要实现针对科研项目档案的进程记录。主要包括档案的查询、修改、删除和成果的转化等主要功能。档案查询，用户可以根据选择进入具体的科研项目页面，进入项目运行的配置查询。档案修改，发布项目的人可以重新登录平台修改所上传项目的环境配置或者项目的内容。该子模块会实现用户对于项目的全部修改记录。
（3）编译功能模块。
该子功能模块主要针对于科研档案中的代码文件，用于实现编译的展示，查看编译的详细信息，和进行重编译操作。编译展示，是根据编译标号从数据库中找到对应的档案相关信息，展示在客户端。重编译操作的目的是增强平台的容错性，即用户在修改某一编译后，系统可以实现重新读取并生成新的编译流程。
（4）编译机管理模块。
编译机管理功能模块主要实现编译机的、编译机的删除、编译机的手动注册、编译机的自动注册。
编译机的展示，用户在选择编译机后，前端发布系统将检索数据库中所有的编译机信息进行页面展示，包括暂停和运行的；编译机的删除， 用户通过展示的编译机可选择删除，选择删除后前端发布系统将从上数据库中删除该编译机的所有信息，删除编译机的所有信息后，编译机将无权限与前端发布系统的通信，也不会再从系统中获取到任何编译任务。
五 基于 docker 的虚拟化高校科研档案管理平台的实现
（一） 实验环境
基于 Docker 的虚拟化高校科研档案管理平台，旨在提供一种便捷应用的高校科研档案方式。在该平台部署的应用具有良好的可移植性，不受到外部配置环境的限制。为了得到更好的实现效果， 本平台的实现拟采用 Centos7 版本的 Docker 宿主机操作系统，在数据库的管理方面，使用的是 Mysql5.6 版本。平台的开发部分是借助了VIM 和 Docker 的相关开发工具（Docker Swam、Docker Machine）。
（二） 平台功能实现
1.系统架构设计
根据我们所需要解决的高校科研档案的两个方面，我们可以将整个虚拟化管理平台分为应用层、数据层、功能层三个层次。具体框架如图 3 所示。
系统管理平台位于应用层，该平台主要实现与开发用户的 web 应用的交互界面，以及完成对接入发布的工程管理、Docker 编译机的管理以及一些编译构建的配置信息的管理。主要是提供可视化的配置界面，以及人性化的展示界面。数据层的管理主要是由数据库完成。主要是用来存储整个系统平台所需要的数据信息以及保存编译构建后所返回的信息等。
编译机集群主要是指 Docker 编译机集群和集群容器中编译构建的具体实现，例如对于新的 Docker 容器的启动，对 Docker 容器中的部分功能板块进行升级管理。随着时间的推移，越来越多的科研项目需要进行管理，如果用人工管理的方式对容器进行管理是非常消耗管理成本的，此时就需要一个编译机集群模块对用户上传的科研档案进行管理。
2.平台测试
首先用户进入系统登录页面（图 4），需要根据自己在学校或工作单位已有的个人 ID 和密码进入系统。
进入系统后，点击进入“用户设置”页面（图5），用户可以根据自己的需要填写或修改相关用户账号相关信息。
系统的管理人员也可以点击“系统设置”页面（图 6），进入系统管理功能模块，实现对于用户账号和权限的管理。
此栏目仅对系统管理人员开放。进入系统以后，出现系统首页（图 7）。
用户可以根据自己的需要，在检索框里输入想要检索项目的相关信息，包括项目标题、作者姓名等。例如，我们想要查找与信息有关的科研档案，在检索框内输入“信息”即可（图 8）。
点击进入其中一项科研档案的详情页面（图9）。
用户可以点击图片在线运行该项目（图 10）
或点击项目文字介绍中的超链接跳转到相关介绍（图 11）。
六 结语
高速发展的信息时代，档案管理的信息化成为发展的必然趋势 [31]。档案信息资源对于一个组织，乃至于整个社会和国家来说，都具有重要的战略意义。高校作为国家人才资源的主要来源， 科研档案的管理对于其有着同样重要的意义。科研档案管理工作除了需要与时俱进以外，还要从实际情况出发。实现对于高校科研档案进行有效管理，在做到记录发展进程的过程中，也同样为后续的科研发展提供了借鉴意义。
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