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摘 要：为了满足选课期间学生对综合教务管理系统的高并发访问要求，缓解访问拥堵的状况，本文对综合教务管理系统的选课模型进行了深入的研究和分析。针对之前存在的一系列问题，对综合教务管理系统进行了优化升级，通过引进一些技术手段等方式对其中的选课模块进行重新设计、部署，并对其使用状况进行了详细地研究分析。此次优化有效缓解了选课过程中系统的拥堵现象，提高了系统高并发访问的响应速度。
关键字：综合教务管理系统；选课；性能优化
本文引用格 式： 陈丽萍 . 基于 B/S 架构的高校综合教务管理系统选课性能优化研究 [J]. 教育现代化 ,2021,8(32):154-157,178.
Research on Course Selection Performance optimization of university Comprehensive educational Administration Management System Based on B / S Architecture
ChEn Liping
（Academic Affairs Office of Dongbei University of Finance and Economics, Dalian Liaoning）
Abstract: In order to meet the high requirement of concurrent access to the URP University Educational Administration System (UEAS) during the course selection, and to alleviate the congestion of access, this paper makes an in-depth study and analysis on the course selection model of URP-UEAS. In view of a series of problems existed before, this paper optimizes and upgrades the URP-UEAS, and redesigns and deploys the course selection module by introducing some technical means etc., and its use of the state of a detailed study and analysis. This optimization effectively alleviates the system congestion in the course selection process, and improves the response speed of the system concurrent access.
Keywords: URP-UEAS; course selection; performance optimization
一 引言
大学综合教务管理信息系统（以下简称“综合教务”）作为我国高校数字化校园的核心业务系统之一，是各高校教育教学信息化建设的重要组成部分。该系统是面向学校各层次用户的大型集成管理信息系统，能够全方位全过程地保障整个高校的教学秩序。综合教务能够充分满足学分制教学管理模式的需求，全面支持学分制下的弹性修读年限、培养方案体系、教学任务管理流程、课程选排模式、考试管理、辅修专业管理等教学管理工作，涵盖了教学管理过程中的所有环节。
近年来，学分制的普及使得选课成为各大高校每个学期的重要任务，学生根据本专业的培养方案，自主选择课程，完成规定的学分 [1]。故选课模块也随之成为该系统的核心功能模块之一。随着各高校办学规模的不断扩大，学生人数也随之不断增加， 选课时往往会有几千人同时登录综合教务，需要有高性能的选课模块为各高校每学期的选课阶段提供强有力的保障。因此，能否承载本校高并发的选课服务需求，成为衡量评价一个综合教务管理系统品质的重要指标之一。
二 高校选课中存在的问题
高等学校学生网上选课是一项复杂、繁琐且极其重要的工作，学生在此过程中的满意度能够体现出学校教学管理工作的成效。目前我国各高校在每学期的选课过程中或多或少均存在一些问题有待完善，具体总结为以下几点：
（一） 课程资源相对匮乏
目前很多高校一方面存在因师资不足进而导致课程设置不足的问题 [1]，很多课程设置因师资不足， 不能做到从专业角度紧跟时代步伐、与时俱进；另一方面，现有课程资源不管是从课程门类还是课程数量上来看， 均缺乏科学性、系统性的规划 [2]，这一问题也进一步加剧了课程资源相对匮乏的现状。此外，由于课容量的限制，还存在很多受欢迎的课程和老师无法满足所有学生的选课需求等现象 [3]。现阶段，很多高校在优化教学资源，完善师资团队， 加快优质教学资源建设和师资团队培养的同时，也在大力开展跨校选修课以及慕课、金课等新型课程建设，意欲综合各高校、各领域的优势，为学生提供高质量的课程资源。这些方式在一定程度上缓解了课程资源相对匮乏的问题。
（二） 选课主体缺乏系统规划
除去课程资源相对匮乏的问题之外，学生在线选课过程中也存在一系列问题。选课过程中很多学生一方面对现有课程不够了解，经常出现“随大流”, 找比较抢手的课程来选，或者选择感觉比较简单、比较容易通过考试的课程等现象 [4]，即选课时往往很容易出现从众性和从易性；另一方面，对自己的兴趣爱好、所学专业以及未来的职业缺乏系统规划， 所选课程没有系统性和延续性，选课时往往容易出现盲目性 [4]。鉴于此类问题，除了在综合教务管理系统中增加关于课程的更多信息之外，很多高校推出了班导师或班主任制，即为每个学生配备一名本专业的任课教师作为班导师或班主任，由其从专业角度对学生学业以及职业规划进行指导。该制度从一定程度上缓解了学生选课过程中缺乏系统规划等问题。
（三） 系统选课模式不完善
很多高校综合教务管理系统中的选课模块在设计开发之初往往只注重了功能上的实现，而忽略了系统性能等方面的要求 [5]。系统在选课时经常出现学生不能正常登陆，或者选课时无响应等系统不稳定现象。很多高校通过分年级分批次选课和增加Web 端程序数量的方式，对同一时间内的高并发访问量进行分流，以此来缓解此类问题。该方式虽然从一定程度上缓解了系统并发访问的压力，提高了系统的有效响应率。但是系统对数据库的高并发访问并没有任何改变，所以不能从根本上解决此类问题。因此，如何提高综合教务管理系统的选课性能已经成为当今高校教育信息化工作的一项重要课题。本文将重点研究并解决该问题。
三 旧选课模型存在的问题
目前大部分综合教务管理系统的教师和学生端口均采用 B/S 架构（即浏览器 / 服务器架构），该模式由服务器负责逻辑功能部分的实现，浏览器只负责前端展示及需求提交功能，系统的易用性及可维护性较强 [6]。经过对系统使用过程中出现的问题进行充分的研究和分析，发现以往的综合教务中选课模型存在一系列的问题，具体从以下两个方面进行详细阐述：
（一） 选课界面登录拥堵
在以往使用的旧选课模型中，学生端口和教师端口使用相同的 Web 端程序登录系统，而该 Web 端程序则直接与数据库服务器相连接进行数据的读取与写入。如此，选课逻辑（功能实现）和内存操作都在一台服务器（Web 端服务器）上完成，开放选课时大量用户在同一时间涌入，就会导致内存溢出，出现学生登录界面无响应、Web 服务器端宕机等系统不稳定现象。很多学校除采用分年级分批次选课的管理模式进行分流之外，还经常通过虚拟技术增加多个Web 端程序的方式来解决这一问题，其系统架构如图 1 所示。系统通过虚拟技术增加多个 Web 服务器， 相当于增加了多个选课通道。这种方式可以对系统的高并发访问起到一定的分流作用，即用户通过不同的选课通道，用不同的 Web 端登录系统。这样选课界面登录拥堵的问题在一定程度上得到了缓解。
（二） 数据库访问拥堵
通过上述增加多个 Web 端程序的方式将学生选课通道拓宽，在一定程度上缓解了选课界面登录拥堵。虽然可以保证学生顺利登录系统，但后续的选课过程中，会有大量的学生进行培养方案的查询及选课操作，这就意味着同一时间内大量用户需要对数据库进行读写操作。此时 Web 端与数据库的交互量较大，会造成频繁的数据库访问和网络通讯，如此会对数据库服务器造成非常大的压力，经常出现学生选课拥堵，选课界面无响应，数据库服务器宕机等系统不稳定现象。数据库访问及网络通讯的瓶颈并没有从根本上得到解决，用户体验较差。
图 1 旧选课模型的系统架构
针对旧选课模型中存在的问题进行详细研究分析之后，对综合教务管理系统进行了优化升级，新版本通过引进一些新的技术手段等方式，设计了一个新的选课模型，解决了之前的一系列问题，经过详细系统的分析后具体总结如下：
（一） 解决登录拥堵问题
新模型中将学生应用服务器和教师应用服务器分开，两类 Web 应用程序彻底分离，不同的角色其登录系统后的主界面不同 [7]。针对登录拥堵的问题， 仍采用将学生应用服务器虚拟出多个 web 端程序，对同一时间内高并发的访问量进行分流这一措施。此外，新模型设置独立的选课服务器，对选课过程中学生 Web 端提交的任务进行处理和响应。学生 Web 端服务器与选课服务器相连接， 改变原有Web 端服务器与数据库服务器直接交互的模式，由选课服务器与数据库服务器进行交互。针对选课过程中高并发访问的问题，通过虚拟技术对选课服务器创建多个选课服务以满足选课时的高并发处理需求。该模式将前端显示部分按不同的角色分别设置登录路径以及后台业务逻辑处理，极大提高了系统的响应能力以及高并发处理能力。此外，教师应用端也通过虚拟技术创建多个教师 web 端程序，因其很少有高并发访问数据库的需求，故直接与数据库服务器进行交互即可。新选课模型的系统架构如图 2 所示：
图 2 新选课模型的系统架构
（二） 解决数据库访问瓶颈
新选课模型采用全新的数据访问模式，系统逻辑分为前端信息展示，后台业务逻辑处理和 Redis 高速缓存三部分，如图 3 所示。前端信息展示由学生Web 端程序实现，后台业务逻辑处理由选课服务来实现， 中间通过 Redis 高速缓存技术进行快捷的信息读取。Redis 是一种基于内存的高性能 Key-Value 数据库技术，在解决高并发与大数据等应用时，可用于提升热点数据的访问性能。Redis 上的所有数据都在内存中，通过不定期半持久化和持久化模式等操作，周期性地把数据操作写到 AOF 文件中，数据恢复时将数据加载到内存中，以此来保障数据的安全性 [2]。系统中诸如学生的培养方案、上课时间地点等数据都存放在“高速缓存”中，学生在查看计划课程、方案课程和个人课表等信息时直接读取“高速缓存”中的数据。而学生在选课成功时，才将选课记录写入数据库，以此实现数据的读写分离，提高了系统的响应速度。从根本上解决了学生选课拥堵， 选课界面无响应以及数据库服务器宕机等数据库访问及网络通讯的瓶颈问题。
图 3 数据访问模式
五 新选课模型的使用现状
（一） 提高了并发访问的速度
在新的选课模型中，将学生端口与教师端口分离，通过增加 Web 端程序数量和采用“消息队列”“读写分离”等技术 [8]，来提高系统的并发访问速度。学生在选课页面中只是通过 Web 端程序把待选课程的课程号和课序号放入“消息队列”中，由后台独立运行的选课服务来逐个处理消息队列中的学生待选课程。学生选课页面、消息队列和选课服务分别部署在不同的服务器之上。通过扩展多个“消息队列” 和“选课服务”提高系统信息处理的能力，以此支持大量学生集中选课的高并发任务，提高了系统并发访问的响应速度。其消息处理模式如图 4 所示：
图 4 消息处理模式
（二） 缓解了数据拥堵
在新的选课模块中，诸如学生的培养方案、课程的时间地点安排等都放在 Redis“高速缓存”中， 学生在查看计划课程、方案课程和个人课表等信息时会直接读取“高速缓存”中的数据。而学生在选课成功时，才将学生的选课记录写入数据库，实现了读写分离 [9]，提高了数据库访问的速度，缓解了数据拥堵现象。
（三） 提高了系统的健壮性和安全性
由于前台页面只负责数据的展示，后台服务器负责业务逻辑的实现，前台和后台互相独立，实现了解耦合 [10]。避免了前后台数据和业务逻辑耦合过紧造成的系统可维护性差等问题，提高了系统的健壮性。
新选课模型的系统架构设计更加安全、合理。学生端和教师端的应用独立部署，互不干涉。学生端和教师端的代码逻辑严格区分。避免了黑客通过某种手段造成权限扩大的问题，提高了系统的安全性。
六 结 语
随着我国高等教育的不断发展以及对学生个性化培养模式的不断完善，自主选课受到越来越多的关注。本文分析了当前信息系统在应对选课过程中存在的高并发访问的瓶颈问题，从系统设计的角度进行分析，通过对模型及其核心功能进行优化升级、使用 Redis 数据缓存等方式，有效地解决了选课过程中存在的数据读写瓶颈问题，满足了选课时学生的高并发访问需求，大大提高了综合教务管理系统的性能，充分保证了综合教务数据的安全性、准确性和一致性。
综合教务管理系统的优劣决定着高校教育教学管理信息化水平的高低，该系统的性能优化是一项长期且复杂的工程，其中不仅包括对选课性能的优化。在今后的工作中，不仅要持续关注选课需求，根据实际需求的变化适时地进行信息系统的优化升级。同时， 也要对其它主要功能模块进行系统地研究和分析，对其性能进行优化，令综合教务管理系统不断地升级换代，使学校的教育教学管理信息化建设水平更上一个新台阶。
参考文献
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[4]鲁志芳 . 基于大数据的高校教务管理平台设计 [J]. 微型电脑应用 ,2020,36(1):11-14.
[5]王倩 , 徐宝磊 . 网络在线选课模块建设研究 - 以四川文理学院教务管理系统为例 [J]. 四川文理学院学报 ,2019,29(5):30-33.
[6]曾筝 . 基于 Web 的选课平台系统开发模式分析 [J]. 信息记录材料 ,2019,20(1):124-125.
[7]赵霖 . 教务管理系统信息化建设和实施研究 [J]. 信息化教育 ,2019(24):235-237.
[8]张双喜 , 宗凡 , 高永胜 . 高校自主选课模式下学业困难学生群体成因分析与帮扶措施 [J]. 山西教育 ( 高教),2020(6):53-54.
[9]徐光翔 . 高校智慧教务管理系统设计的研究 [J]. 中国信息技术教育 ,2019,9:110-112.
[10]曾青青. 响应式网上选课系统的设计[J]. 机电信息,2019,17:165- 167.
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