华中科技大学H U B系统：全校管理信息“连连看”

文/李昕

H U B系统是为全校师生员工和管理服务部门在本科生、研究生管理方面提供一个一揽子的信息访问门户。目前，H U B系统集成了华中科技大学1 1个专门业务管理系统和5个公共信息服务平台，实现了信息汇聚和资源共享。

在华中科技大学的众多信息化应用中，“华中科技大学HU B系统”是最重要的一个应用软件系统。该系统旨在为全校师生员工和管理服务部门在本科生、研究生管理方面提供一个一揽子的信息访问门户。目前，H U B系统集成了华中科技大学1 1个专门业务管理系统和5个公共信息服务平台。类似于计算机网络中的“H U B”（集线器），华中科技大学H U B系统通过集成，实现了信息汇聚和资源共享。H U B系统始建于2 0 0 6年5月，由华中科技大学注册中心负责建设维护。它是华中科技大学全校本科生、研究生的教学管理、学生管理、学位管理等一系列管理信息系统的集成综合，实现了融本科、研究生于一体的数据集中管理，部署在采用多层集群架构的运载平台上。

集成十六个系统平台

H U B系统整合的1 1个业务管理系统包括：学生注册管理信息系统、本科生教务管理信息系统、研究生教务管理信息系统、学生网上选课系统、网上学习中心、学位管理信息系统、研究生导师管理信息系统、学生国家助学贷款管理信息系统、学生奖学金管理信息系统、研究生三助管理信息系统、国际交流与合作管理信息系统。这些业务管理系统实现了教学服务和学生管理的全过程信息化，从学生入学报到、学期注册、学习活动记录、在校表现记载，到学生毕业离校，跨业务部门的管理流程在统一互通的信息系统中顺畅流转。

在公共信息服务方面，课程平台、教师教学活动电子档案、本科教学基本状态数据库、教师信息查询系统、统一通信平台等5个公共信息服务平台在华中科技大学师生校园学习、工作、生活中发挥着较具影响的作用。

“课程平台”是一个“资源汇聚、师生交互、生生交流”的信息平台，汇聚了华中科技大学本科生、研究生课程电子资源，支持师生在线交流，有利于促进学生自主自助学习。同时，课程平台还是面向社会公众介绍华中科技大学学科专业设置及教学特色的信息公开平台。

“教师教学活动电子档案”原汁原味反映了华中科技大学每位教师每一年度在承担教学任务、参与课程和教材建设、指导本科生和研究生、从事教学研究、实践教学改革、取得教学成果等与教学相关方方面面的原始活动记录。

“本科教学基本状态数据库”建立了反映华中科技大学本科教学基本状态和特征的数据库，实现指标采集和查询，可分析对比各院系、各专业本科教学的特点，凸显其优势特色，找准其薄弱环节，为学校和院系、学科制订本科教学发展改革规划提供决策支持。

“教师信息查询系统”汇聚介绍华中科技大学教师的学术、科研成果，有助于学校教师展现风采，介绍宣传自己的学术特长和研究方向；有助于校内外学生和社会公众认识教师，了解华中科技大学师资实力和人才资源。

“统一通信平台”是华中科技大学机关部处、院系、教师广泛使用的电子邮件列表系统，采用主动信息推送的方式为师生提供信息服务。经授权的教职工可以依托该平台，方便快捷地向有关师生员工群发电子邮件通知。

在这些系统中，“教师教学活动电子档案”、“本科教学基本状态数据库”与本科生、研究生相关教务管理和教学服务平台集成，实现了所有原始数据的自动采集，既降低了管理成本，又杜绝了数据造假。H U B系统在各业务系统后台集成了统一通信服务，当师生和管理人员在业务系统中进行某项操作（提交申请、录入信息或者管理审批）时，H U B系统自动地向与该业务相关的其他师生发送通知、提醒和告知邮件。

这些系统实现了统一用户管理，遵循统一数据交换标准，在H U B统一信息门户中为师生员工和社会大众提供信息化服务。

数据集中

数据库规划和建设是信息化建设中最核心、最有价值的部分。建设学校公共信息服务平台，最核心的工作是建设学校基础数据库。其基本特征是：学校建设集中、权威的数据库，而不是将各类数据和信息分散在各个部门。数据凌乱、相互冲突的状况必须扭转。

选择何种数据共享模式，对信息系统整合产生巨大的影响。从同行实施数据共享的实际做法来看，数据共享模式主要有两种：一是采取数据交换的模式，另一种是采用统一数据库的模式。

采用数据交换的方式，实施的关键点是“集成”；采用统一数据库的方式，实施的关键点是“集中”。

华中科技大学HU B系统在建设之初，选择了统一数据库模式，即整个H U B系统，包括1 1个业务管理系统和5个公共信息服务平台，共用一个统一数据库。

十多个管理信息系统由不同参与方配合建设，要使用一个统一数据库，工程浩大，困难重重。

经过对业务管理流程和数据交换需求的详尽梳理和分析，华中科技大学H U B系统数据库需要存储的数据（信息），除去众多的数据代码定义之外，剩下的数据可以分为三种类型：基础数据、业务数据、外联数据。

根据H U B系统所整合的管理信息系统及其管理业务内涵，外联数据主要包括财务数据和人事数据。这二类数据分别由财务处、人事处产生，HUB系统相关业务需要使用部分信息。通过部署E T L工具，可以实现财务和人事相关数据单向同步到H U B系统数据库，满足H U B系统管理业务需求。

HUB系统的1 0多个管理信息子系统各自需要大量业务数据。对于这些业务系统的自有数据，在一个统一数据库中，各系统可根据统一约定的数据表定义规范自行定义业务数据表。

复杂应用系统采用统一数据库的难点在于基础数据的定义。对华中科技大学H U B系统而言，关键在于人员信息和课程信息的定义和管理。

在人员信息管理方面，华中科技大学注册中心为每一位师生员工编制了一个惟一的标识符，称之为“UUID”（Universally UniqueIdentifier）。UUID对师生员工而言是透明的，师生员工不需要记住本人的U U I D，在日常生活中也完全觉察不到UUID的存在。但是，U U I D在全局范围内是惟一且不变的。当某位师生员工离开学校一段时间再次进入学校时，HUB系统将会自动重新使用原先的U U I D，而不会再次分配新的标识符。

此外，华中科技大学还授权注册中心为全校师生员工分别编制了“华中科技大学人员编号”，并称之为“UID”（UniversityIdentifier）。UID在全局范围内也是惟一的。不同类型的师生员工，比如教职工、博士后、本科学生、硕士研究生、国际学生等，其U I D的编码规则是有区别的。师生员工需要记住本人的UID，也就是俗称的“教工号”或“学号”。当师生员工的身份发生改变时，其U I D也会发生改变，原有的U I D将不再使用，并会重新获得一个新的UID。

一种典型情况是，一个人在华中科技大学攻读硕士学位，将会获得一个属于硕士研究生的U I D，之后其继续攻读博士学位，也会获得一个属于博士研究生的U I D；博士研究生毕业之后留校工作，再次会获得一个属于教职工的U I D。当其以一种身份办理离校手续时，与该身份对应的U I D将会注销（失效）；而当其以新的身份办理入校手续时，又会启用一个新的U I D。但是，无论这个人的U I D如何变化，其U U I D始终不变。

表1 华中科技大学HUB系统应用服务器虚拟机部署

表2 华中科技大学HUB系统业务分组部署

图2 服务单元CELL1~CELL4的结构

图3 服务单元CELL5和CELL6的结构

按照上述思路，与人的自然属性相关的信息，如身份信息、个人简介、联系方式等信息，与U U I D相联存储，作为全局统一的人员基本数据表；而与人的身份属性相关的信息，如工作（学习）单位、工作（学习）内容、操作权限等，与U I D相联存储，分别建立相应的数据表。按照这种模式构建的一组人员信息表，是全局数据表，各系统根据业务需要对这些表进行读写，且不能随意更改数据表定义。

对于课程（本科生课程、研究生课程）信息管理，也采用类似模式处理，既建立全局统一的课程目录基本数据，也根据本科生教学、研究生教学的不同特点分别建立各自的附属属性数据表。

通过对基础数据、业务数据、外联数据的分类管理，华中科技大学H U B系统建立了统一数据库。

硬件集群

为了向全校师生提供可靠服务，华中科技大学H U B系统运行在一套采用多层集群架构的专用运载平台上，其拓扑结构如图1所示。

除了在负载均衡设备上构建多个“服务器池”、数据库服务器采用“实时应用集群”之外，华中科技大学H U B系统在We b服务器、应用服务器架构方面采用虚拟化技术。

在Web 服务器和应用服务器的配置上，华中科技大学HUB系统使用了10 台物理服务器。这10 台物理服务器分3 批在不同年份采购，其中，服务器Svr1～Svr4、Svr5～Svr8、Svr9～Svr10 配置分别相同。

为了构建稳健的应用服务平台，华中科技大学HUB系统采用虚拟化方案，在物理服务器Svr1～Svr4 上构建了6 个虚拟机，分别为虚拟机Vmn1~Vmn6（其中，n=1~4），共24 个虚拟机；在物理服务器Svr5~Svr8上构建了7个虚拟机，分别为虚拟机Vmn1～Vmn7（其中，n=5~8），共28 个虚拟机。物理服务器Svr9、Svr10 没有虚拟化。

图4 服务单元CELL5中应用服务器集群的部署

为了提高虚拟机的可靠性，在实施虚拟化方案时，将上述8台物理服务器（Svr1～Svr8）及其部署的5 2个虚拟机配置成H A群集，并配置“群集允许的主机故障数目”为1。通过合理部署，8台物理服务器各剩余可用的C P U资源和内存资源均可支持一个“插槽”。

虚拟机管理软件对物理服务器和虚拟机的运行状态进行监控。一旦虚拟机本身或者虚拟机所在物理服务器发生故障，虚拟机能够在H A群集内进行故障切换。如果仅仅是虚拟机出现故障而物理服务器仍然正常运行，则物理服务器本地自动重新启动故障虚拟机，承担原有工作负载；如果是1台物理服务器发生故障，则其他7台正常运行的物理服务器可利用其各自的“插槽”重新加载接管故障物理服务器上运行的虚拟机，承担原有的工作负载。这种配置提供了系统的高可靠性。

上述5 2个虚拟机，根据其C P U资源和内存分配不同，分为3种不同配置的虚拟机，分别为虚拟机甲（共有2 4台）、虚拟机乙（共有2 4台）、虚拟机丙（共有4台）。

根据华中科技大学HUB 系统的运行需要，在24 台虚拟机甲上各自部署Web Server（分别为表1 中的Web11~Web68），在24台虚拟机乙上各自部署Application Server（分别为表1 中的APP11~APP68），在4 台虚拟机丙上各自部署用于JAVA 程序代码发布管理的Deployment Manager（分别为表1中的DM1~DM4）。此外，物理服务器Srv9、Srv10 上也部署Deployment Manager（分别为表1 中的DM5、DM6）。

构建在不同虚拟机上的中间件服务尽量分布在不同的物理服务器上。这样，当某一台物理服务器发生故障时，对整体系统的影响最小。如在物理服务器Svr1 上的虚拟机WM11 上部署WebServer，命名为Web51；而在物理服务器Svr8 上的虚拟机VM86 上部署Application Server，命名为APP68；以此类推。

Web Server、Application Server和Deployment Manager在物理服务器和虚拟机上的具体部署如表1所示。

为了管理方便，华中科技大学HUB系统将所有的中间件服务器划分为6个服务单元（CELL1~CELL6）。

服务单元CELL1~CELL4分别包括：2个Web Server（各使用1个虚拟机甲）、2个Application Server（各使用1个虚拟机乙），以及1个Deployment Manager（使用1个虚拟机丙，用于本单元内的Java应用程序发布管理）。2个Web Server上的负载分配，由前置的负载均衡机进行调度。如图2所示。

对于服务单元CELL5、CELL6，各包括：8个Web Server（各使用1个虚拟机甲）、8个Application Server（各使用1个虚拟机乙），以及1个Deployment Manager（使用1台物理服务器，用于本单元内的Java应用程序发布管理）。8个Web Server上的负载分配，由前置的负载均衡机进行调度。如图3所示。

为了充分发挥应用服务器的性能，华中科技大学综合采取了应用服务器中间件“垂直伸缩”和“水平伸缩”部署方式，在每个Application Server上创建4个Server。同时，利用应用服务器中间件的高可用性管理器，将每个服务单元中Application Server节点上的所有Server构建成一个应用服务器集群（Cluster），并且将其构建成一个核心组（Core Group）。服务单元CELL5的应用服务器集群部署如图4所示。其余各服务单元的部署均类似。

由此，华中科技大学HUB系统的应用服务器平台总共构建了6个服务单元，其中，前4个服务单元各拥有2组Web Server +Application Server的服务架构，且由负载均衡机实现应用负载的智能分配，后2个服务单元各拥有8组Web Server+ Application Server的服务架构，且也由负载均衡机实现应用负载的智能分配。

根据各业务系统的负载访问特性，华中科技大学HUB系统将业务系统分组部署在不同的应用服务单元上，如表2所示。

在常态情况下，华中科技大学HUB系统的各个业务系统按照这种分组，分别部署在不同的服务单元上运行。在某些特殊时段（如学期初、学期末），某些业务系统负荷异常繁重，华中科技大学HUB系统通过灵活调度，临时将其他服务单元内的资源（节点服务器）动态调整到目标服务单元中，进一步增强该服务单元的计算能力。

通过这种部署，按照随需应变的调度原则，有效地实现了硬件设备的经济性和可靠性。

华中科技大学始终坚持“硬件集群、数据集中、系统集成”的建设原则，致力于促进学校教学质量和管理效率的提高，不断充实和完善HUB系统，为构建安全、快捷、协调、整合的数字化校园综合信息服务平台继续探索实践。