“新理念外语网络教学平台”的负载均衡方案研究

文举

【摘 要】本文主要就上海外语教育出版社的“新理念外语网络教学平台”的服务器负载均衡技术方案进行讨论，以此解决在高负载、高并发、大流量网络环境下出现的性能瓶颈问题。本研究具有一定的推广价值，具有成本投入少、可靠性高、易于操作维护的特点，特别适合高校核心信息管理系统的技术改造。

【关键词】网络学习 负载均衡 英语教学 新理念外语网络教学平台

一、新理念外语网络教学平台

“新理念外语网络教学平台”（以下称教学平台）是上海外语教育出版社根据教育部颁布的《大学英语课程教学要求》，配套《全新版大学英语综合教程》等教材而设计开发的网络教学系统。在严格遵循现代外语教学理念、充分运用先进信息技术的基础上，教学平台注重为学生营造全方位、自主式、个性化学习环境，全面培养学生的英语综合应用能力。

教学平台基于微软的.Net 2.0技术和SQL Server 2005数据库，由三个相互独立而又相互联系的模块组成：1.系统管理员模块；2.教师管理模块；3.学生网络学习模块。其中管理员和教师管理模块采用B/S（Browser/Server，浏览器/服务器）架构，学生学习模块采用B/S和C/S（Client/Server，客户端/服务器）结合的架构。学生可以通过浏览器进行在线学习和测试，由于系统功能的更新，新发布的5.5版中必须使用客户端才能参加在线测试。

二、现有问题及解决方案

现有大多数高校均采用单台服务器来运行本系统，集数据库、Web、文件服务器于一身。这是一种低成本的方式，适合并发访问压力较小的环境使用。但其缺点也是显而易见的：系统性能会随着并发访问的增加出现直线的下滑，所有重要数据在同一个地方有安全隐患。简单直接的解决方法是增加服务器，分别用于Web、Database、NFS，如图一所示：

图1

这种方案解决了数据安全和用户上传文件独立存储的问题，但在高并发的环境下，Web服务器和数据库服务器将会成为系统的瓶颈。在硬件配置确定的前提下，通过增加Web服务器的数量，可以明显缓解高并发带来的服务器压力。然而，这样的结构却带来了新的问题：多台web服务器对于访问者而言相互独立，造成没有统一的网络访问入口，且各台服务器所承受的访问量可能存在巨大差异，缺乏统一协调和分配访问的机制。

因此，问题的解决需要引入新的方案，实现程序自动根据服务器负责分配、引导访问者到负载最低的服务器，并且要做到对用户透明，即系统逻辑上对用户而言就是一台服务器，从而保证其获得最佳访问体验（图二）。要实现上述功能，可以购买如F5 BIG-IP、Citrix NetScaler等专业负载均衡设备，优点是可以支持动态智能分配用户访问，缺点是价格昂贵。在高性价比的解决方案中，由俄罗斯软件工程师Igor Sysoev开发的开源高性能HTTP和反向代理服务器Nginx可以满足这样的需求，该软件可以运行于Linux和Windows操作系统之上，但在生产环境中，建议采用Linux作为Nginx运行的平台。

图2

现有的教学平台使用ViewState来保存访问者的状态信息，启用Nginx负载均衡后，可以实现动态智能分配用户访问，但是会出现用户状态无法保存，从而导致用户无法登陆访问的问题。在Nignx中启用IP_hash后，程序根据用户的IP进行hash计算，生成唯一的访问标识，确保同一IP地址用户始终对应同一台Web服务器，可以保存用户的状态，但此时的负载均衡在很大程度上就失去了作用，无法实时动态调节资源。解决方法是使用微软提供的ASP.Net State Service（aspnet_state.exe）方案，SessionState中可实现ViewState共享的方式有StateServer和SQL Server两种模式，本文主要讨论基于SQL Server数据库的方式。

方案的具体实施主要将会涉及Web服务器、Nginx反向代理服务器、SQL Server数据库服务器的配置，关键步骤包括首先需要启用nginx中的upstream：

upstream webServers

{ server 192.168.0.14；

server 192.168.0.15；

server 192.168.0.16；

server 192.168.0.17；}

在SQL Server中创建用于保存用户状态信息的数据库，可以通过执行WinDir＼Microsoft.Net＼Framework＼Version文件夹中的InstallSqlState.sql脚本实现。在加入集群的各台web服务器根目录中找到web.config，修改sessionState节点的模式为SQLServer，完成数据库连接信息等相应的配置后，同步各台服务器中web.config配置文件。

需要注意的是，在同步各web.config配置文件前，需要设置统一的MachineKey，以保证集群中各个web服务器拥有共同的密钥，使得系统对ViewState数据加密解密的结果一致，从而实现ViewState的共享。

此外，还需要在数据库集群里配置好数据的同步，以及对Web集群服务器的单一访问接口。如有必要，可以启用NFS或是分布式存储方案，来应对日益增加的用户上传文件。

三、结论及思考

以上方案经过实际应用的检验，在不增加投入或投入很小的情况下，很好地满足了高负载、高并发、大流量的网络环境。此方案可以应用于所有基于.Net技术的信息管理系统，比如高校教务管理系统、在线办公自动化OA系统、图书情报检索系统、网络教学平台等。与此同时，也需要注意几个存在的问题：1.ViewState数据安全问题，由于ViewState信息以hidden的方式直接嵌入在网页中，虽然已经加密，但依然存在泄漏用户信息的隐患。2.在高负荷情况下ASP.net State服务器和Nginx服务器有可能成为瓶颈，从而使这个方案的性能受到影响，应根据访问压力及时优化、调整系统的软、硬件配置，保证用户的访问体验。

【参考文献】

[1]教育部. 大学英语课程教学要求[ M ]. 上海：上海外语教育出版社， 2004.

[2]Microsoft. Session-State Modes [EB/OL].

[3]Nginx. Module ngx_http_upstream_module [EB/OL].

[4]外教社. 新理念外语网络教学平台 [ CP ]. 上海：上海外语教育出版社， 2012.