外包学生管理系统架构设计

前言

本文是外包学生关系系统的架构设计文档，用于指导后续的开发、测试和运维。

词汇表

Nginx：一个高性能的 HTTP 和反向代理 web 服务器，同时也提供了 IMAP/POP3/SMTP 服务

MySql：最流行的关系型数据库管理系统

DNS：域名系统

主从同步：数据可以从一个数据库服务器复制到其他服务器上，在复制数据时，一个服务器充当主服务器（master），其余的服务器充当从服务器（slave）

负载均衡：一种计算机技术，用来在多个计算机（计算机集群）、网络连接、CPU、磁盘驱动器或其他资源中分配负载，以达到最优化资源使用、最大化吞吐率、最小化响应时间、同时避免过载的目的。

1. 业务背景

随着学校的规模不断扩大，学生数量的增加，需要处理的信息也日趋增大。不仅花费大量的教师资源，处理效率也十分低下。

为提高学生管理的管理水平，优化资源，尽可能降低管理成本成为学生管理的新课题，学生管理系统从学生管理现状出发，根据学生管理的新要求进行开发设计的，它需要解决学生信息管理数据信息量大修改不方便，对一系列数据进行分析时花费时间长等问题，帮助学生管理人员有效管理学生信息。

因此学生信息管理系统可以通过系统规范化地管理、科学性统计和快速查询、修改、增加、删除等，提高信息的准确度以及日常管理的工作效率。

本系统主要是应用于学生各类信息的管理，总体任务是实现学生信息关系的系统化、规范化、自动化、其主要任务是统计学生各类信息进行日常管理，如查询、修改、增加、删除、以及学生选课、成绩的查询等功能设计的管理系统。

2. 约束和限制

1. 成本：不高于 xxxx

2. 必须在 2021 年 8 月 30 日之前完成

3. 开发语言选用 JAVA

4. 数据库采用 MySQL

5. 数据不能丢失

6. 系统需要能在外网访问

3. 总体架构

3.1 架构分析

高可用：

• 保证基本的可用性，保证师生能正常使用

• 不需要特别高的高可用，可以容忍终端或者停机进行维护

高性能：

• 目标服务人数为 5000 人

• 不需要太高性能

可扩展性：

• 用户数不会出现变化，业务复杂度高，按照模块划分就可以了

一致性：

• 保证正常情况下数据一致性，保障师生正常使用

• 极端情况下容忍数据不一致和数据丢失，但是不能丢失太多数据

成本：

• 尽可能的减小成本

安全：

• 师生信息做到不泄露

3.2 总体架构

系统架构图

架构说明：

• nginx 作为流量入口，做 7 层负载均衡，请求反向代理到后端服务子系统。在 nginx 上实现基本的 waf 功能。

• 数据库采用 MySQL 主备架构，主库提供读写，通过主从进行数据复制，从库做冷备。

• 几个子系统共用数据库。

• 访问域名 A 记录解析到 Nginx 上，yoghurt 通过 Nginx 进行访问。

4. 详细设计

4.1 核心功能

4.1.1 学生管理

系统登录：此功能面向所有用户角色，根据用户角色权限不一，功能权限也不一样。

账号分配：学生账号由系统生成，给定相应权限，可进行密码更改，无法对系统成绩评定等功能做出相应干涉。教师账号由管理者（教务）通过系统生成，教师有对学生成绩评定和试卷评定的权限，同时兼容学生权限。管理（教务）权限由系统固有账号，是系统 root 权限，对教师有分配管理权限，对数据有增加、修改、 删除、查询权限。

账号绑定：学生账号可通过第三方如：手机号码、微信等自行绑定，可实现账号自助找回等。

组织管理层级：按学生实际情况划分归属。 例如：软件学院—数字传媒方向（专业）—软件 1306—苗雨乔。

文件上传/下载：此功能针对所有用户开放，学生可以将自己课堂笔记、日常作业等相关信息在线传输，教师通过学生上传的相关作业、试卷信息进行相应评定，完成对学生平时成绩的评定。此功能一旦评定结束，所有用户只有查询、浏览的权限，除管理员外其他用户没有对成绩修改的权限。

信息查询：此项功能包含课程查询（含课程体系、课时安排、课表、教师、教材等）、成绩查询、文件查询。

4.1.2 课程管理

课程录入：由管理员对相应课程体系进行录入，供学生、教师进行在线选择。 

选课功能：学生可以在线对自己的课程体系进行选择，相对应的课程选择功能类比。 

排课功能：此功能根据学生选定的课程和教学体系安排，对相应教师、教室、时间进行统一规划安排。 排课功能备选开发方向为在线排课和人工录入，在线排课是系统根据课程要设置课程的名称、课时、上课的班级、代课老师等信息，除此之外，还可以选填排课时的优选项，例如：上课时间有限上午等系统自动生成课程信息，管理员有权限对课程安排作出添加、删除、修改等判定。 

教材选择：此功能由教务统一管理，根据每门课程选定相应教材。

4.1.3 权限管理

系统使用者有学生、教师、管理员、辅导员。 

学生、教师、辅导员可以注册、登录、修改自己的信息，但注册信息需要管理员审核通过。 

学生只能查看自己的成绩，教师可以修改学生的成绩。 

辅导员可以查看学生的信息，可以设置学生的奖惩信息。 

教师可以上传考试试题，学生可以做题。

4.2 关键设计

• 各个子系统分开，降低了耦合，具有良好的可扩展性和伸缩性

• 数据库使用 mysql 主从架构，有异常时候手工进行切换，能比较好的保证数据的一致性和持久化

4.3 设计规范

• Nginx 反向代理

• 交互协议：http

• 数据格式：JSON

• java：开发使用谷歌规范

• 开发框架：使用 Spring Boot 来开发

• 数据存储：Mysql，使用 Innodb 存储引擎

5. 质量设计

1、可测试性：

外包项目不考虑可测试性

2、可维护性：

外包项目考虑基础的维护性

3、可观测性

• 项目添加基础监控

• 每隔一段时间进行巡检

• 每隔一段时间检查下备份

6. 演进规划

1、第一期能完成学校的私有化部署，完成一个学校的功能

2、第二期建设学生管理云平台，可以为更多的学校提供服务