基于Microsoft Azure的实验室设备管理系统的设计与实现

张光亚

摘要：针对高校实验室设备管理，设计了一种基于Microsoft Azure的云实验室设备管理系统。该系统以Azure云计算为依托，对云数据存储、应用开发做出了设计和说明，实现了项目审批、仪器管理、系统维护等功能。系统的开发实现，不仅为实验设备的管理提供了便利，而且为当前高校信息化建设由传统模式向云平台迁移的探索提供了借鉴。

关键词：云计算；微软云；SQLAzure；实验室设备管理系统

实验室设备是高校教学中必不可少的重要部分，是培养高级专门人才的保障，是科技创新的基地，是社会服务的基础。一个高效可靠的实验室设备管理系统是目前高校信息化的重要组成部分。

高校信息化系统部署的传统方式是将系统部署到本地服务器和本地存储，笔者单位在信息化的过程中，也是为了部署各类信息系统不断架设单独的服务器、存储和网络。信息化建设一方面在服务器、存储等方面需要不间断的巨大投入；另外一方面设备资源在高峰时期往往出现性能瓶颈，低峰时期的闲置又会造成很大的浪费，投入和产出并不能成正比。

云计算（Cloud Computing）是一种将共享的软硬件和信息按需提供给计算机和其他设备的基于互联网的计算方式。云計算的核心思想.是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户按需服务。提供资源的网络被称为“云”。

中国的Microsoft Azure公有云平台是由世纪互联运营的，在技术上与微软Azure技术一致，但在物理和逻辑上与微软运营的全球其他地区的Azure服务独立。在中国建有中国东部（上海）和中国北部（北京）的两个数据中心，实现1000公里以上的异地复制，保证了Azure服务的业务连续性和数据的可靠性。Microsoft Azure在中国的两个数据中心采用BGP方式直接链接运营商的核心网络节点，由于采用相同的地址广播和路由策略，使得用户可以就近访问数据中心的Azure服务，网络性能良好。

综上，笔者提出基于Microsoft Azure的实验室设备管理系统的设计与实现，旨在帮助项目负责人和实验室管理员在线管理仪器和设备。通过Azure云，可以实现客户端和数据源的分离，保护数据的安全；Azure云的高效性和可伸缩性，也大大降低学校系统部署的成本。

1基于Microsoft Azure的实验室设备管理系统的设计

按照层结构的设计方法，将系统基本分为：用户表现层、业务逻辑层、数据层。如图1三层结构图所示。

1.1用户表示层

用户表示层就是应用软件系统的人机界面，实现用户和系统之间的信息交互，本系统是由Visual Studio C#来实现的。友好的用户界面不仅可以带给用户舒适感，而且促进用户更快地适应并使用软件系统；反之，即使实现了相应的功能，但用户的不适很可能使开发的软件被弃之不用。本系统的用户表示层主要包括用户登陆窗体、项目审批窗体、项目管理窗体、仪器管理窗体、维护窗体等，具体实现将在第4部分系统关键各模块功能的实现中详细展示。

1.2业务逻辑层

业务逻辑层是针对具体的问题的操作，也可以理解成对数据业务的逻辑处理；如果说数据层是“积木”，那逻辑层就是对这些“积木”的组合和搭建。业务逻辑层是用户表示层和数据层之间的桥梁，实现云数据库和应用程序的连接，它的功能是将用户请求生成检索语句提交给数据库，并将数据库检索的结果返回给用户表示层。本系统实现了项目审批、项目购置、仪器管理、系统维护等业务逻辑类。

1.3数据层

信息系统涉及大量的数据，需要借助于数据库技术存储到特定的存储空间。本系统数据层运用Azure SQL数据库及Azure存储空间来存储管理数据。

Azure sQ数据库是Microsoft云的关系数据库服务。AzureSQL数据库基于SQL Server引擎，提供.陛能预测、不停机的数据库缩放、业务连续性、数据保护和实时管理等功能。MicrosoftAzure把SQL作为服务提供给了用户，这项服务名为SQL数据库。尽管后台也是SQL Server，但它无需配置（对用户隐藏了数据库文件、日志文件的存储位置和后台操作系统、文件系统等的配置细节）；不需要HA（Azure后台已经自动为每个数据库配置了1主2备，任何一份数据都会同步写到3个不同的物理服务器上，确保了高可用性。）；价格经济（SQL数据库采用实际存储容量计费，传统数据库按CPU授权收费）；管理方便（sOL数据库提供了一个基于浏览器的可以进行数据库建表、查询、SQL执行统计等常用的功能管理工具，无需安装客户端管理软件）。

Microsoft Azure存储空间具备高度伸缩性、可用性。开发人员借助于Azure存储服务，可以使任何类型（云、桌面、手机或平板等移动设备）的应用程序从任意位置访问Azure存储的数据并与云存储的数据保持同步。Azure存储服务支持Windows和Linux等多种操作系统及.NET、Java、Node.is、Pvthon、Rubv、PHP等多种编程语言。Azure存储服务通过HTrP/HTTP协议将收发的数据提供给基于REST API的客户端使用。Azure存储还提供高性能、低延迟的磁盘支持，满足密集型工作负载的Azure虚拟机对于高I/O性能的需求。

Azure存储空间提供Blob、表、队列和文件四种存储服务。Blob存储也称对象存储，用于存储非结构化对象数据。表存储用于存储结构化数据集。队列存储为云服务的各个组件之间的工作流处理和通信提供可靠的消息传送。文件存储使用标准SMB协议为应用程序提供共享存储，Azure虚拟机和云服务、本地应用程序可通过文件服务REST API来访问共享文件数据。

2Azure SQL数据库部署

在准确了解了本单位实验室设备管理的现状和分析用户需求后，进行了系统数据库的概念设计、逻辑设计、物理设计。为重点阐述Azure SQL数据库的部署，因此本文在这里省去其他阶段的介绍，仅给出逻辑设计和物理设计部分以供参考。

2.1系统数据库逻辑设计

根据前期需求分析和概念设计，我们进行了数据库的逻辑设计。逻辑设计如图2实验室设备管理系统ER图所示。

根据ER图的设计，进一步转换为如图3 SQL数据库关系图所示。

2.2系统数据库物理设计

通过SQL数据库提供的REST API、PowerShell、MicrosoftAzure管理门户、SQL Server Management Studio等任一管理工具，都能够创建Azure SQL数据库。本系统利用SQL ServerManagement Studio管理工具，将数据库部署到云端。Azure SQL创建好数据库后，我们依次进行项目购置计划表、项目审批负责表、仪器表、用户表等的物理创建。如图4项目购置计划表创建的SQL语句。篇幅受限，其他数据表的创建不再累赘，方法雷同。