教育云環(huán)境下在線考試系統(tǒng)關(guān)鍵問題探討與研究

易俗 孫世萌

摘要：對教育考試系統(tǒng)背景和國內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行分析。針對云計算框架下考試系統(tǒng)面臨“云端服務(wù)器可用性受阻”“數(shù)據(jù)運算可靠性差”“客戶端數(shù)據(jù)的可控性欠缺”等問題的困擾，探討教育云環(huán)境下在線考試系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)問題，從而為實現(xiàn)高可用、高可靠、高可控的數(shù)據(jù)運算、傳輸、監(jiān)控服務(wù)提供支持與新的思路，對進(jìn)一步提高教育考試信息化水平有著積極意義。

關(guān)鍵詞：考試系統(tǒng);教育云;關(guān)鍵問題

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）12-0102-02

云計算在教育行業(yè)的應(yīng)用適逢其時?！督逃畔⒒臧l(fā)展規(guī)劃（2011至2020）》中明確提出了建設(shè)中國教育信息化云服務(wù)平臺的任務(wù)和行動計劃。一個完善、健全的網(wǎng)上考試系統(tǒng)能及時、準(zhǔn)確地反饋教學(xué)結(jié)果，為教學(xué)提供更有意義的指導(dǎo)性策略，優(yōu)化整個教學(xué)過程。在線考試系統(tǒng)作為教育評估的有效手段與云計算的結(jié)合也成為國內(nèi)外教育領(lǐng)域的熱點問題之一。

近年來，教育云環(huán)境下的在線考試系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用已經(jīng)受到國內(nèi)外教育領(lǐng)域的重點關(guān)注，而云計算環(huán)境下的分布式并行計算模型研究是支撐高性能、高并發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵，已經(jīng)成為國內(nèi)外云計算領(lǐng)域研究的熱點。本文在教育云環(huán)境下，在對當(dāng)前國內(nèi)外考試系統(tǒng)現(xiàn)狀分析研究的基礎(chǔ)上，從根本出發(fā)研究分布式并行計算模型，探討在線考試系統(tǒng)應(yīng)用過程中若干關(guān)鍵問題，從而為實現(xiàn)高可用、高可靠、高可控的數(shù)據(jù)運算、傳輸、監(jiān)控服務(wù)提供支持與新的思路。

1在線考試系統(tǒng)的研究背景

1.1考試系統(tǒng)國外現(xiàn)狀分析

在線考試系統(tǒng)是教育信息化、網(wǎng)絡(luò)化、全球化的必然產(chǎn)物，它的發(fā)展歷史已經(jīng)經(jīng)歷了一段較長的時間，但從理論研究及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系角度出發(fā)，其基本的模式可以包括客戶機(jī)、服務(wù)器C/S與瀏覽器、服務(wù)器B/S兩種。

國際上，在線考試系統(tǒng)的起步較早，技術(shù)上相對來說比較成熟，ASP、JSP和PHP等是在線考試平臺系統(tǒng)的常用及較為領(lǐng)先的開發(fā)語言。例如，如果從程序員開發(fā)的角度出發(fā)，可以選擇ASP語言，可以實現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的完美結(jié)合。在線考試系統(tǒng)所表現(xiàn)的超時空性、便捷性、可控性等特性使得國際上的大型考試都引用了在線考試系統(tǒng)。如比較著名的微軟的MCDBA、MSCE認(rèn)證考試，托?？荚?、CISCO認(rèn)證考試、思科CCNA認(rèn)證考試、IBM認(rèn)證考試CCNP認(rèn)證，以及Oracle認(rèn)證考試等，都在使用對應(yīng)的在線考試系統(tǒng)。

1.2考試系統(tǒng)國內(nèi)現(xiàn)狀分析

目前在我國，在線考試系統(tǒng)的應(yīng)用要滯后于國外，研究起步也比較晚，但是發(fā)展也比較迅速，研究和開發(fā)活動比較活躍。實際應(yīng)用也比較多，如：全國計算機(jī)等級考試、普通話水平考試、遠(yuǎn)程教育課程考試等均采用了在線考試的形式。總的來說，在線考試的使用范圍正在逐步擴(kuò)大，考試的形式也趨于多樣化，其優(yōu)勢和重要性也日趨明顯。

2教育云在線考試系統(tǒng)

隨著云計算技術(shù)飛速的發(fā)展，伴隨教育市場需求的增加，教育考試信息化系統(tǒng)也需要不斷的進(jìn)化，與時俱進(jìn)。尤其是系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及支持較為復(fù)雜的用戶需求的可靠性，作為一個網(wǎng)絡(luò)技術(shù)工具，不斷更新與完善其本身的性能顯得尤為重要。我們必須建立一種動態(tài)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)資源的分配模式，這時，云計算技術(shù)就是一個很好的平臺。因此將云計算技術(shù)和教育相結(jié)合構(gòu)建探索教育云下的新型考試系統(tǒng)，提高云環(huán)境下的在線考試系統(tǒng)功能與性能是很有必要的。建立教育云下的考試系統(tǒng)，不能只是照搬其他領(lǐng)域的成功案例;也不能簡單地將已有的在線考試系統(tǒng)直接部署到云環(huán)境中，而是需要針對教育考試信息化的具體需求，從基礎(chǔ)架構(gòu)、虛擬機(jī)、軟件、存儲、用戶等方面進(jìn)行綜合考慮，設(shè)計出適應(yīng)教育考試業(yè)務(wù)發(fā)展的云計算系統(tǒng)。

與傳統(tǒng)的在線考試系統(tǒng)相比，教育云下的在線考試系統(tǒng)，可以提供更為快速和便捷考試服務(wù)方式。如搜索、編輯和查詢等等。同時，教育云下的在線考試系統(tǒng)可以運用云計算手段，借助互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)資源優(yōu)化，解決教育教學(xué)的地區(qū)差異與限制弊端，達(dá)到資源共享。

3教育云在線考試系統(tǒng)關(guān)鍵問題與研究

盡管將互聯(lián)網(wǎng)和云計算技術(shù)與教育本身相結(jié)合，使構(gòu)建教育云下的在線考試系統(tǒng)提供了可能與機(jī)遇。但是從目前來看，還面臨了很多困難和挑戰(zhàn)。這種結(jié)合能否在在線考試系統(tǒng)領(lǐng)域得到真正意義上的推廣與應(yīng)用，還要取決于教育、科技、社會等領(lǐng)域的協(xié)作與支持。特別是教育云下的在線考試系統(tǒng)在技術(shù)實現(xiàn)上還面臨很多關(guān)鍵問題。例如需要一種高效的計算模型支持云環(huán)境下在線考試系統(tǒng)的構(gòu)建和研究。事實上，云環(huán)境下的計算模型問題不僅僅用于解決教育云下在線考試系統(tǒng)的關(guān)鍵問題，同時能否有效地設(shè)計實現(xiàn)高可用、高可靠、高可控的云計算模型也是決定信息技術(shù)在其他領(lǐng)域成功應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。

3.1教育云考試系統(tǒng)面臨問題

目前，教育云下的在線考試系統(tǒng)處于未成熟的階段，多數(shù)研究和應(yīng)用開發(fā)只能針對一定規(guī)模和范圍開展，而且采用的技術(shù)都是從客戶端解決問題，難以解決云計算應(yīng)用中的瓶頸問題。教育云環(huán)境下的在線考試由于牽涉面較廣，具有分散性、復(fù)雜性、多樣性等特點，使得考試系統(tǒng)面臨“云端服務(wù)器可用性受阻”“數(shù)據(jù)運算可靠性差”，“客戶端數(shù)據(jù)的可控性欠缺”等問題的困擾，在很大程度上無法滿足該領(lǐng)域的需求。

3.2教育云考試系統(tǒng)關(guān)鍵問題分析

針對教育云下在線考試系統(tǒng)面臨關(guān)鍵問題，需要改進(jìn)現(xiàn)有的分布式計算模型，探索一種支持高可用、高可靠、高可控的云計算編程模型，可迭代的分布式并行計算模型。該模型借鑒MapReduce云計算模型的思想，利用迭代計算支持云計算環(huán)境下的大規(guī)模數(shù)據(jù)的海量計算，利用分布式及高度并行的計算支持高性能要求的應(yīng)用以及并行計算的需求。

首先，針對高密度在線應(yīng)用的高可用性問題。教育云中在線考試系統(tǒng)面對多用戶同時考試這種高密度在線應(yīng)用需求時，為了保證數(shù)據(jù)傳輸效率，需要可迭代的分布式并行計算模型能夠支持高性能的數(shù)據(jù)傳輸方法的計算，以彈性的、可伸縮的方法解決作業(yè)分發(fā)問題。故支持高性能數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠嬎隳繕?biāo)，需要研究云計算中訪問節(jié)點的彈性支撐問題。提出一種節(jié)點作業(yè)組播遷移方法，在保證并發(fā)性的前提下提高作業(yè)分發(fā)效率。根據(jù)節(jié)點數(shù)目變化研究彈性作業(yè)分發(fā)策略，根據(jù)不同的作業(yè)規(guī)模支持高并行、高性能的作業(yè)分發(fā)。

其次，針對多用戶數(shù)據(jù)的高可靠性問題。為了避免在線考試系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)冗余等數(shù)據(jù)不一致性問題，需要可迭代的分布式并行計算模型能夠支持運行過程中數(shù)據(jù)運算方法，保證數(shù)據(jù)結(jié)果的正確性及完整性，從而確保數(shù)據(jù)運算的可靠性。運算可靠性是指運算過程中的最終結(jié)果與中間結(jié)果的存儲、傳輸和運算可靠，當(dāng)節(jié)點發(fā)生異常時確保結(jié)果的完整性和有效性。針對可靠的數(shù)據(jù)運算方法目標(biāo)，需要研究云計算中訪問節(jié)點數(shù)據(jù)副本的量化及分布式存儲策略。并且，研究檢驗中間結(jié)果數(shù)據(jù)與副本數(shù)據(jù)是否一致的方法，以及副本的替換策略。

再次，針對作業(yè)的動態(tài)實時可控性問題。在線考試過程中，考生行為、桌面信息、試題信息可定義為作業(yè)。針對各個節(jié)點作業(yè)的實時監(jiān)控問題，需要可迭代的分布式并行計算模型能夠支持作業(yè)信息的動態(tài)、有效監(jiān)控策略，以及對監(jiān)控信息的分析與處理。為保證作業(yè)可控性需要不同角度作業(yè)監(jiān)控信息描述方法以及監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控異常的檢測。針對節(jié)點作業(yè)實時監(jiān)控計算目標(biāo)，研究監(jiān)控作業(yè)的分類建模;節(jié)點作業(yè)監(jiān)控策略;通過研究對監(jiān)控數(shù)據(jù)的分析對監(jiān)控出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行檢測，給出監(jiān)控異常信息檢測方法。

4結(jié)論

對國內(nèi)外考試系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，從教育云計算模型視角出發(fā)，通過對云端大規(guī)模密集型數(shù)據(jù)存儲、運算和傳輸?shù)哪芰Φ姆治觯骄繌椥缘淖鳂I(yè)分發(fā)方法、可靠的數(shù)據(jù)運算方法和節(jié)點動態(tài)實時監(jiān)控技術(shù)來實現(xiàn)高可用、高可靠、高可控的云計算環(huán)境，探索大規(guī)模密集型動態(tài)應(yīng)用的性能瓶頸，以期能夠指導(dǎo)教育云的構(gòu)建并支持在線考試系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究。