基于B/S的網上考試系統高并發性能優化研究與應用

徐曉鶴（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司自動化部,山東 萊蕪 271104）

基于B/S的網上考試系統高并發性能優化研究與應用

徐曉鶴
（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司自動化部,山東 萊蕪 271104）

摘 要：網上考試系統隨著網絡信息技術的發展不斷得到推廣應用。隨著應用對象、考試規模的不斷擴大，高并發高數據量成為網上考試系統性能提升的瓶頸。該文結合萊鋼網上考試系統的系統設計與應用實踐，分析了系統在高并發應用條件下的瓶頸，并給出了解決方案。

關鍵詞：network exam；high—concurrency；研究應

0 引言

網上考試是延伸了傳統考試考場的涵義，它利用網絡的無限廣闊空間，把考場從學校延伸到了家中、計算機房、辦公室及其它任何網絡所覆蓋的區域，并可隨時對考生進行考試，加上數據庫技術的利用，使考試變得更公平公正、更具權威性和可靠性。與傳統考試方式相比，計算機網絡考試可以突破地域限制、實現自動控制、自動閱卷評分等特性，大大節約人力、財務、物力。由丁B／S模式具有客戶端無需配置、開發效率高、易于管理和維護等特點，基于B／S模式的網絡考試系統正在逐漸成為主流應用。但每個客戶端用戶的訪問，都會占用服務器一定的資源。因此，在硬件設備和軟件算法復雜度不變的情況下，每臺應用服務器一般都存在一個最高用戶并發數，一旦并發訪問的用戶數量超過這個數量，就會引起系統性能急劇下降，甚至出現用戶訪問無響應等服務器拒絕服務的情況。

萊鋼網上考試系統主要用于業務技能競賽．需要保持各參賽人員試卷內容一致，試題隨機排序，下載、上傳必要的附列資料文檔，一般同時參加考試人數在六千人左右，甚至多達上萬人，經常出現并發訪問和提交大量數據，因此，如何優化網上考試系統設計策略，提升服務器性能，使之能滿足高并發大數據量的應用，是必須解決的問題。

1 接入層負載均衡

根據網絡七層協議定義，在服務器端，可以在傳輸層或應用層對系統的介入層進行負載均衡考慮。考試系統為B/S架構，目前使用基于應用層HTTP協議的負載均衡技術較為成熟，且應用廣泛，使用既有的開源技術即可達到接入層的網絡負載均衡的目的。雖然在越底層做負載均衡效率越高，資源利用率越小，但是基于傳輸層TCP協議的LVS（Linux Virtual Server）維護難度較大，因此在應用層做負載均衡是最佳選擇，在本系統中LVS作為輔助方案。

NGINX是開源的基于HTTP的反向代理，除了具有HTTP包轉發的功能外，還能通過配置實現HTTP協議的負載均衡。在服務器上部署多套考試系統Server端程序后，在NGINX的配置文件nginx. conf中，添加負載均衡配置項，并根據各自服務器的性能及部署情況設置各自的權重，即可達到按需負載均衡的目的。

下面的配置表示，每6個對考試系統的HTTP請求中，3個請求會被轉發到10.10.10.110服務器，2個被轉發到10.10.10.111服務器，1個被轉發到10.10.10.112服務器。

upstream exameServer { server 10.10.10.110:8080 weight＝3; server 10.10.10.111:8080 weight＝2; server 10.10.10.112:8080; }

2 核心業務和非核心業務分離

考試系統的核心業務為考試功能，除此外還包含了非核心業務如試卷生成、評分、查分、統計、通告等。一般情況下，考試功能是考試系統的核心，保證考試功能不被其他非核心業務的影響至關重要。系統需要將考試功能獨立成為單獨的進程，防止非核心業務功能因宕機、資源利用率過高等造成對考試的影響。

3 根據題型劃分服務端程序

一次考試試卷中，往往有多種題型，題型不同，用戶在WEB界面上停留的時間長短不同，對后端產生的數據讀寫請求數也不相同。以選擇題和問答題為例，用戶在選擇題上停留的時間一般較短，短時間內產生的數據讀寫請求較多，單條數據的數據長度較小；但用戶在問答題上停留的時間一般會較長，產生的數據讀寫請求較少，但是單條數據的數據長度往往較大。

因此，可以根據題型的不同，將讀寫頻繁的頁面和讀寫較少的頁面獨立成不同的應用，并合理分配兩者之間的比例，將有利于提高對服務器資源的利用。根據統計用戶在選擇題上的平均停留時間為1分鐘，在問答題傷的平均時間為5分鐘，那么相對更多地部署選擇題對應的服務器端應用。在較大的并發讀寫請求情況下，將其進程部署個數分配為5:1將是比較合理的選擇。

4 數據庫讀寫分離

考試系統的數據持久化層使用了數據庫作為存儲工具，多并發讀寫數據庫的情況下，鎖操作頻繁將導致系統花費大量時間在數據庫的讀寫上。因此，對數據庫進行讀寫分離將顯得尤為重要。

考試系統讀寫分離后，對數據的寫操作如考試功能作用于主庫，對數據的讀操作如查分功能作用于備庫。若單個備庫不能滿足查詢業務需求時，可建立多個備庫，并根據業務量合理分配備庫的使用程序。

4.1 數據庫分庫分表

考試系統的核心數據分為題庫和用戶考題數據，題庫用于記錄考題元數據，用戶考題數據用于記錄用戶的考試題目、用戶考試答案，以及考試時間等信息。題庫一般數據條數不多，使用單表即可滿足日常應用。但是用戶考試記錄隨著年限的增長，當達到百萬級別的時候，讀寫性能將明顯降低。根據需要，為每一個庫（也可以到表級別）設置一套數據文件（元數據文件、索引文件和數據文件），不同數據庫的文件又放置在不同的磁盤中，將大大提高磁盤的讀寫效率。

4.2 為考試設計的分庫分表

考試過程中的數據讀寫并發量，主要是用戶對自己的考試數據的讀寫與更新，可以按照用戶維度，進行分庫分表。在實際運行中發現，單庫單表只能支撐p人的同時考試，那么為了滿足t人同時考試，可以建立m個庫n張表，其中t ＜＝ m*n*p。在用戶考試時，根據用戶的登錄名稱或內部號碼等Hash到這m*n個庫表中，從而讓這些庫表共同分擔了t個人考試的讀寫請求。

作者簡介：徐曉鶴（1983-），男，山東濟南人，本科，工程師，研究方向：工業自動化控制軟件工程。