圖書館信息系統(tǒng)的開發(fā)與性能優(yōu)化

喬紅

摘要：圖書館信息系統(tǒng)將計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)運(yùn)用到傳統(tǒng)的圖書館管理過程中，形成了一種自動化的管理方式，能夠代替圖書館管理人員傳統(tǒng)的手動及重復(fù)性業(yè)務(wù)活動，實現(xiàn)了圖書館信息的高效準(zhǔn)確管理，提高了工作效率，提升了工作質(zhì)量。該文首先介紹了圖書館信息系統(tǒng)的研究背景及相關(guān)技術(shù)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了圖書館信息系統(tǒng)的基本架構(gòu)，分析了該系統(tǒng)存在的性能問題并逐條提出了優(yōu)化方案。基于以上優(yōu)化方案，該文重新設(shè)計了優(yōu)化后的圖書館信息系統(tǒng)架構(gòu)，并就優(yōu)化前后的系統(tǒng)性能進(jìn)行了仿真測試及對比，結(jié)果顯示優(yōu)化后的系統(tǒng)處理效率明顯提高，系統(tǒng)性能顯著提升。

關(guān)鍵詞：圖書館信息系統(tǒng)；性能優(yōu)化；數(shù)據(jù)存儲格式；業(yè)務(wù)操作方法；并行化處理模式

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）12-0064-03

1引言

圖書館信息系統(tǒng)將計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)運(yùn)用到傳統(tǒng)的圖書館管理過程中，形成了一種自動化的管理方式[1]，能夠代替圖書館管理人員傳統(tǒng)的手動或重復(fù)性業(yè)務(wù)活動，優(yōu)質(zhì)而高效地處理圖書館業(yè)務(wù)信息，實現(xiàn)對信息資源的高效利用，最大限度地提高工作效率，提升工作質(zhì)量，改善工作環(huán)境[2]。

2 相關(guān)技術(shù)研究

2.1 辦公門戶技術(shù)

信息門戶技術(shù)結(jié)合了后臺程序開發(fā)及前端網(wǎng)頁展現(xiàn)，能夠為不同的應(yīng)用場景定制相應(yīng)的信息展示與集成平臺，提供可擴(kuò)展的頁面框架[3]。門戶技術(shù)能夠屏蔽信息存儲物理位置的不同、數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)的不同以及系統(tǒng)后臺實現(xiàn)方式的不同，為用戶提供統(tǒng)一的內(nèi)容讀取、系統(tǒng)操作及人機(jī)交互的環(huán)境。用戶通過授權(quán)賬號登錄后，可方便快捷地訪問系統(tǒng)提供的全部信息資源，并且能夠享受系統(tǒng)提供的信息瀏覽、下載、發(fā)布等功能。

2.2 信息交換和傳輸加密技術(shù)

信息交換與共享是圖書館信息系統(tǒng)的一個重要內(nèi)容，需要在不同用戶之間實現(xiàn)用戶信息、圖書信息及借閱信息的信息交互功能，因此系統(tǒng)需提供高效、安全、統(tǒng)一的信息交換與共享服務(wù)。在信息資源交換過程中，如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集與匯總、實時更新與分發(fā)以及不同用戶端的數(shù)據(jù)一致性問題是技術(shù)的關(guān)鍵。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)中包含了大量的用戶隱私信息，因此，如何確保信息交換過程中的數(shù)據(jù)安全是系統(tǒng)開發(fā)過程中必須考慮的問題。傳輸加密技術(shù)通過節(jié)點加密、鏈路加密、端到端加密等方式實現(xiàn)了信息流的加密傳輸，提高了信息交換過程中的保密性和安全性[4]。

2.3業(yè)務(wù)協(xié)同機(jī)制

業(yè)務(wù)協(xié)同機(jī)制越來越多地被用于各類信息化辦公場景中，多名用戶通過統(tǒng)一系統(tǒng)相互協(xié)作共同完成某一業(yè)務(wù)活動，實現(xiàn)圖書館信息系統(tǒng)中各業(yè)務(wù)信息的交換、共享以及流程處理等方式都可看作是業(yè)務(wù)協(xié)同機(jī)制[5]。良好的業(yè)務(wù)協(xié)同機(jī)制需要系統(tǒng)屏蔽用戶的不同地理位置，使其能夠?qū)崿F(xiàn)透明的信息交互與處理，同時還需實現(xiàn)協(xié)同業(yè)務(wù)工作的統(tǒng)一管理，確保任務(wù)處理的一致性和準(zhǔn)確性。另外，系統(tǒng)應(yīng)記錄完整業(yè)務(wù)活動的處理流程和結(jié)果，為后續(xù)類似活動提供決策支持。

3圖書館信息系統(tǒng)

圖書館信息系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，包括數(shù)據(jù)存取模塊、任務(wù)調(diào)度模塊、業(yè)務(wù)模塊和門戶頁面四個功能模塊，完成圖書、用戶、公告等信息的生成、存儲、調(diào)用、處理等一系列系統(tǒng)功能。

3.1 數(shù)據(jù)存取模塊

數(shù)據(jù)存取模塊是圖書館信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能模塊，主要完成系統(tǒng)中圖書、用戶、公告等一系列信息的存儲功能，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)讀取接口，并實現(xiàn)對部分?jǐn)?shù)據(jù)的預(yù)處理功能。

3.2任務(wù)調(diào)度模塊

任務(wù)調(diào)度模塊是圖書館信息系統(tǒng)的關(guān)鍵功能模塊，實現(xiàn)敵對系統(tǒng)中各個模塊功能的協(xié)調(diào)與調(diào)度，根據(jù)各業(yè)務(wù)功能的實際需求調(diào)用不同的數(shù)據(jù)與資源，確保系統(tǒng)不同模塊都能夠完成其功能并能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同工作。

3.3業(yè)務(wù)模塊

業(yè)務(wù)模塊是圖書館信息系統(tǒng)的核心功能模塊，完成系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)功能的實現(xiàn)，主要包括用戶管理、圖書管理、信息查詢、公告管理、意見管理及流程處置等功能。

3.4門戶頁面

門戶頁面是圖書館信息系統(tǒng)的展現(xiàn)模塊，將各業(yè)務(wù)模塊的處理結(jié)果通過網(wǎng)頁、圖像等可視化方式呈現(xiàn)出來，并通過POST/GET等HTTP請求實現(xiàn)用戶交互功能。

4平臺優(yōu)化與性能提升

4.1系統(tǒng)性能問題

第三章設(shè)計了圖書館信息系統(tǒng)的基本架構(gòu)，能夠滿足圖書館信息系統(tǒng)的基本功能，當(dāng)系統(tǒng)用戶量不太大、系統(tǒng)并發(fā)數(shù)不太多時，能夠滿足用戶需求。但是，當(dāng)系統(tǒng)業(yè)務(wù)量逐漸增加時，系統(tǒng)性能呈現(xiàn)出明顯的不足，系統(tǒng)運(yùn)行速度逐漸減慢，用戶點擊后等待時長逐漸增加，當(dāng)系統(tǒng)用戶及并發(fā)數(shù)急劇增加時，甚至可能導(dǎo)致系統(tǒng)服務(wù)器宕機(jī)。以上系統(tǒng)性能問題產(chǎn)生的主要原因有以下三個方面：

1）數(shù)據(jù)存儲格式的選擇：圖書館信息系統(tǒng)如選用線性等簡單的數(shù)據(jù)存儲格式，會導(dǎo)致系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫復(fù)雜度高，降低系統(tǒng)處理效率。

2）業(yè)務(wù)操作方法的選擇：圖書館信息系統(tǒng)如選用遍歷查找等復(fù)雜度高的操作方法，同樣對導(dǎo)致系統(tǒng)的處理效率較低，從而影響系統(tǒng)性能。

3）系統(tǒng)處理模式的選擇：圖書館管理系統(tǒng)如選用基礎(chǔ)的單線程工作模式，會導(dǎo)致系統(tǒng)計算資源未能被充分利用，同樣會限制系統(tǒng)的執(zhí)行效率和性能。

4.2系統(tǒng)優(yōu)化方案

針對以上系統(tǒng)性能問題，我們分別從三個方面提出了優(yōu)化方案：

1）選擇合適的數(shù)據(jù)存儲格式

數(shù)據(jù)存取模塊是圖書管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能模塊，實現(xiàn)了對系統(tǒng)中圖書、用戶、公告等一系列信息的存取功能。因此，數(shù)據(jù)存儲格式的選取能夠直接確定系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的執(zhí)行效率，從而影響系統(tǒng)中其他業(yè)務(wù)模塊的處理效率。按照實際的系統(tǒng)及場景需求，我們可選擇哈希存儲、紅黑樹存儲、B/B+樹格式存儲及按照索引的組織方式存儲等。其中，哈希存儲機(jī)制是當(dāng)前最常見的存儲機(jī)制[6]，能夠?qū)⑷我忾L度的輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為固定長度的輸出數(shù)據(jù)，該過程用到的哈希算法是一種壓縮轉(zhuǎn)換方式，能夠有效縮小存儲數(shù)據(jù)的大小，節(jié)省所占用的數(shù)據(jù)庫存儲空間。采用哈希存儲機(jī)制的關(guān)鍵是按照實際場景需求設(shè)計合理的哈希函數(shù)，將直接到系統(tǒng)信息查詢及讀取過程中的效率和準(zhǔn)確度。

2）選擇合適的業(yè)務(wù)操作方法

選擇了合適的數(shù)據(jù)存儲格式后，系統(tǒng)需選擇與存儲合適相匹配的業(yè)務(wù)操作方法，才能確保發(fā)揮數(shù)據(jù)存儲格式的優(yōu)勢，從而減少業(yè)務(wù)操作操作活動的時間復(fù)雜度，提高系統(tǒng)效率和性能。上一部分介紹的哈希存儲機(jī)制對應(yīng)了哈希查找法，能夠確保發(fā)揮哈希表格式的優(yōu)勢，在O（logn）的時間復(fù)雜度內(nèi)完成信息查詢與讀取操作[7]。除哈希查找法，其他業(yè)務(wù)操作方法分別對應(yīng)了不同的時間復(fù)雜度。一般來說，遍歷類型的操作方法時間復(fù)雜度最高，二分類型的操作方法時間復(fù)雜度次之，采用特殊格式的操作方法的時間復(fù)雜度可能最優(yōu)。在系統(tǒng)設(shè)計過程中，應(yīng)該盡可能選擇適合當(dāng)前存儲數(shù)據(jù)格式的、時間復(fù)雜度最低的操作方法。

3）采用并行化處理模式

完成了系統(tǒng)在數(shù)據(jù)存儲格式和業(yè)務(wù)操作方法方面的優(yōu)化后，還可采用并行化處理模式，從系統(tǒng)操作系統(tǒng)層進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能。單線程的處理模式不能充分利用系統(tǒng)資源，因此，圖書管理系統(tǒng)應(yīng)盡可能選用多線程和并行化的處理模式，充分利用系統(tǒng)的計算資源，提高系統(tǒng)的處理效率和性能。.NET框架提供了任務(wù)并行庫支持業(yè)務(wù)流的并行操作，這一過程需要底層架構(gòu)中的線程池和多核CPU提供支持，同時系統(tǒng)的硬件性能指標(biāo)如CPU核數(shù)等也將顯著影響系統(tǒng)的執(zhí)行效率。

圖2是經(jīng)過優(yōu)化后的圖書館信息管理系統(tǒng)架構(gòu)圖，系統(tǒng)通過合適的數(shù)據(jù)存儲格式實現(xiàn)數(shù)據(jù)存取模塊，任務(wù)調(diào)度模塊采用任務(wù)平行庫實現(xiàn)平行化調(diào)度，業(yè)務(wù)模塊采用并行化處理模式，同時，系統(tǒng)還引入了線程池、多核CPU等基礎(chǔ)架構(gòu)支持模塊，成倍地提升系統(tǒng)處理效率和性能。

4.3性能優(yōu)化效果

為驗證上述優(yōu)化方案對圖書館信息系統(tǒng)性能的影響效果，我們模擬仿真了圖書館信息管理系統(tǒng)環(huán)境，并分別測試了系統(tǒng)優(yōu)化前及逐步加入優(yōu)化策略后的系統(tǒng)執(zhí)行效率。我們首先對優(yōu)化前的圖書館信息系統(tǒng)性能進(jìn)行仿真，然后逐步加入數(shù)據(jù)存儲格式的優(yōu)化策略、業(yè)務(wù)操作方法的優(yōu)化策略、并行化處理模式優(yōu)化策略，并分別比較100，000條信息的處理時間，從而計算系統(tǒng)分別處理速率。

如圖3所示，優(yōu)化前的圖書管理系統(tǒng)完成100，000條信息的處理時間為1097.2秒，處理速率為91.14條/秒；加入數(shù)據(jù)存儲格式優(yōu)化策略后，系統(tǒng)完成100，000條信息的處理時間為110.6秒，，處理速率為904.16條/秒；繼續(xù)加入業(yè)務(wù)操作方法的優(yōu)化策略后，系統(tǒng)完成100，000條信息的處理時間為17.7秒，，處理速率為5649.72條/秒；繼續(xù)加入并行化處理模式優(yōu)化策略后，系統(tǒng)完成100，000條信息的處理時間為11.3秒，，處理速率為8849.56條/秒。通過仿真結(jié)果可以看出，經(jīng)過優(yōu)化后的系統(tǒng)處理效率和性能都得到顯著提升。

5 結(jié)論

綜上，本文首先介紹了圖書館信息系統(tǒng)的研究背景及相關(guān)技術(shù)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了圖書館信息系統(tǒng)的基本架構(gòu)，分析了該系統(tǒng)存在的性能問題并逐條提出了優(yōu)化方案?；谝陨蟽?yōu)化方案，本文重新設(shè)計了優(yōu)化后的圖書館信息系統(tǒng)架構(gòu)，并就優(yōu)化前后的系統(tǒng)性能進(jìn)行了仿真測試及對比，結(jié)果顯示優(yōu)化后的系統(tǒng)處理效率明顯提高，系統(tǒng)性能顯著提升。

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