基于數(shù)字圖書館的云系統(tǒng)研究

張艷紅 高振

摘要：

云計算是目前新技術(shù)中最重要技術(shù)之一，在數(shù)字圖書館服務(wù)系統(tǒng)中發(fā)揮著非常重要作用。以數(shù)字圖書與云計算相關(guān)概念為切點，并以此為理論基礎(chǔ)，從系統(tǒng)總體架構(gòu)、云服務(wù)平臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器架構(gòu)、云服務(wù)平臺應(yīng)用服務(wù)器架構(gòu)、云服務(wù)平臺網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與集中存儲架構(gòu)等方面設(shè)計論證數(shù)字圖書館向云演進的系統(tǒng)的構(gòu)建。

關(guān)鍵詞：

數(shù)字圖書館; 云計算; 演進

中圖分類號： TP 311

文獻標志碼： A

A Study of Cloud System Based on Digital Library

ZHANG Yanhong， GAO Zhen

（Library， Shandong University， Jinan， ShanDong 250100， China）

Abstract：

Cloud computing is one of the most important technologies in the new technologies. It plays a very important role in the digital library service system. In this paper， based on the concepts and theory of digital books and cloud computing， the system architecture， the architecture of the cloud service platform， database server， the application server architecture of the cloud service platform， the network architecture of cloud service platform and the centralized storage architecture are designed. These are used to demonstrate the system of the evolution of the digital library cloud construction.

Key words：

digital library; cloud computing; evolution

0引言

關(guān)于數(shù)字圖書館的概念，筆者查閱大量文獻資料，發(fā)現(xiàn)有數(shù)十種不同的解釋。筆者選擇大眾比較認可的360百度對數(shù)字圖書館概念的描述：數(shù)字圖書館是利用數(shù)字技術(shù)處理（即上傳、下載、儲存、修改、查詢等）各類圖文兼有的圖書、影像、視頻等文獻。其本質(zhì)上是屬于一種多媒體制造出來呈分布狀態(tài)的信息系統(tǒng)。其把不同類型的載體、在不同位置的信息資源通過相關(guān)數(shù)字處理技術(shù)連接在一起，從而為不同地區(qū)的用戶提供方便、快速地使用圖書館的信息。換言之，數(shù)字圖書館就是屬于一種虛擬圖書館，是以網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為基礎(chǔ)，建立共享性知識網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，給用戶使用圖書館資源帶來極大方便，而且還不受時間、區(qū)域等限止[1]。筆者總結(jié)所謂數(shù)字圖書館概念就是具有數(shù)種不一樣的多媒體內(nèi)容的數(shù)化信息資源，通過相關(guān)新技術(shù)，比如互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息技術(shù)、通訊技術(shù)與數(shù)字化技術(shù)等，為用戶（讀者）提供快速、便利與高效的一種服務(wù)體系。

云計算目前還是處于一個正在發(fā)展與不斷完善階段，學(xué)界還沒有一個統(tǒng)一的概念。對于云計算概念有著多種理解與不同的認識。比如維基百度對云計算的概念解釋為：這是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的新的計算形式，再通過互聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)購、自治服務(wù)等，從而為企業(yè)與個人提供需求，而產(chǎn)生的服務(wù)云計算方法，就被稱作為云計算。又如美國加州大學(xué)分校一份報告對云計算的概念的解釋：在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)上存在無數(shù)種不同類型的服務(wù)模式，在這些服務(wù)模式中也包括了以數(shù)據(jù)為核心提供幫助的各種不同的軟硬件[2]。筆者認為云計算就是依托互聯(lián)網(wǎng)所有有關(guān)資源進行整合與優(yōu)化，這里資源主要指軟硬件與相關(guān)平臺資源，再依據(jù)資源實際使用情況進行收費的一種新服務(wù)模式。

1系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計

1.1圖書館兩大資源池

數(shù)字圖書館兩大資源池即為數(shù)字圖書館管理資源池與個人信息資源管理池。筆者依據(jù)目前我國高校數(shù)字圖書館系統(tǒng)軟件設(shè)計，可以把整套系統(tǒng)分為兩大主要部分，即圖書館管理關(guān)鍵系統(tǒng)與用戶個人信息資源管理系統(tǒng)[3]。

在對此系統(tǒng)進行開發(fā)設(shè)計時，對兩部分軟件系統(tǒng)配置了相應(yīng)的硬件設(shè)施進行支持，同時還使用物理服務(wù)器與虛擬服務(wù)器兩種形式對不同軟件模塊支持。

1.2關(guān)于系統(tǒng)總計架構(gòu)設(shè)計

筆者依據(jù)某高校數(shù)字圖書館的需求與系統(tǒng)分析，本論文所構(gòu)建的數(shù)字圖書館向云演進的系統(tǒng)基本架構(gòu)，如圖1所示。

集中化原則是該系統(tǒng)架構(gòu)中存儲與網(wǎng)絡(luò)所堅持最重要原則，對各資源池應(yīng)用進行統(tǒng)一支持。計算機資源對資源池卻存在不一樣處理方式，是依據(jù)實際業(yè)務(wù)的需要，對資源池進行具體劃分。不過這措施對集中化原則進行較好的反應(yīng)，使得資源得到最大化利用，從而提升資源的利用率，同時還有利于資源管控。

從整個系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能方面分析，在開發(fā)本系統(tǒng)之前計劃分成信息服務(wù)應(yīng)用區(qū)、中心數(shù)據(jù)庫區(qū)與開發(fā)測試區(qū)三個邏輯區(qū)。信息服務(wù)應(yīng)用區(qū)主要是集中設(shè)置圖書館管理系統(tǒng)、息信檢索系統(tǒng)等系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器，此區(qū)域均是使用虛擬化X86服務(wù)器;中心數(shù)據(jù)庫區(qū)的數(shù)據(jù)庫是通過應(yīng)用UNIX服務(wù)虛擬化技術(shù)來進行設(shè)置的;開發(fā)測試區(qū)利用X86的虛擬化技術(shù)來滿足各大模塊設(shè)計需求。

信息服務(wù)應(yīng)用區(qū)、開發(fā)測試區(qū)和中心數(shù)據(jù)庫區(qū)這幾個區(qū)均與以太網(wǎng)絡(luò)中心連接在一塊，其能與外界通信完全是因為是借助接入交換機來對數(shù)字圖書館平臺關(guān)鍵交換器進行連接，同時還設(shè)置所對應(yīng)的硬件設(shè)施對服務(wù)負載均衡進行實施[3]。

2云服務(wù)平臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器架構(gòu)設(shè)計

2.1關(guān)于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器總體方案設(shè)計

筆者參考其它有關(guān)數(shù)字圖書館管理系統(tǒng)設(shè)計，再與虛擬化技術(shù)相結(jié)合，關(guān)于數(shù)字圖書館向云演進系統(tǒng)構(gòu)建的數(shù)據(jù)服務(wù)架構(gòu)設(shè)計，如圖2所示。

在對本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫架構(gòu)設(shè)計中加強對虛擬化技術(shù)（IBM Power VM）使用，再以邏輯分區(qū)技術(shù)對本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫架構(gòu)劃分為三個分區(qū)，每個區(qū)均配置相應(yīng)設(shè)施，比如網(wǎng)絡(luò)、CPU與存儲資源等。這樣每個分區(qū)均能看成一臺與其它沒有啥關(guān)系的邏輯服務(wù)器應(yīng)用，再在每個區(qū)設(shè)立Oracle數(shù)據(jù)庫，從而構(gòu)成了三臺邏輯服務(wù)器。

2.2關(guān)于數(shù)據(jù)庫訪問

此平臺的原數(shù)據(jù)庫平臺根本無需要重新設(shè)計，其完全可以搭建在當前圖書館服務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫平臺的基礎(chǔ)之上，該數(shù)據(jù)庫訪問形式，只需要遵照XML語言規(guī)范與XHTML規(guī)范，再經(jīng)過對應(yīng)數(shù)據(jù)庫訪問語句就可以對相關(guān)數(shù)據(jù)庫頁面進行訪問，從而才能完成相關(guān)服務(wù)操作，比如數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)庫訪問等。

3云服務(wù)平臺應(yīng)用服務(wù)器架構(gòu)設(shè)計分析

3.1構(gòu)建虛擬化服務(wù)器集群平臺

虛擬化服務(wù)器集群平臺構(gòu)成，如圖3所示：

3.1.1X86計算機服務(wù)器

虛擬機是由正常工作的虛擬化軟件提供資源。虛擬軟件還能為虛擬機運行提供支撐，同時還把許多配置相近的X86的計算機服務(wù)組合在一塊，另一方面與相同的存儲子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)相互銜接，建立非真實環(huán)境中資源集合，從而形成虛擬化服務(wù)器組，為資源管理帶來便利，不過服務(wù)器在型號選擇上注意整齊規(guī)劃統(tǒng)一。筆者建議選擇配置類似的4CPU的服務(wù)器，而此服務(wù)的內(nèi)存卡與網(wǎng)卡等均安裝在同一PCI插槽里。

3.1.2存儲網(wǎng)絡(luò)

光纖通道SAN陣列是屬于一種應(yīng)用非常普遍的存儲技術(shù)，此技術(shù)是由虛擬化系統(tǒng)對其進行支持，因此才能對本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫存中儲需要進行滿足。通過存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)服務(wù)組之間共享存儲陣列，就能完全實現(xiàn)存儲資源的集合，此外，倘若把這些資源劃分給虛擬機時，就能使資源儲存更加具有一定靈活性[3]。

3.1.3IP網(wǎng)絡(luò)

計算機資源帶寬加大，均是由于每臺計算機服器有過個以太網(wǎng)絡(luò)接口卡。由于帶寬加大，計算機網(wǎng)絡(luò)的可用性效果會更好。此外，虛擬機將通過IP網(wǎng)絡(luò)提供許多服務(wù)，資源池所有網(wǎng)絡(luò)管理均是經(jīng)過IP來實施的。由于數(shù)字圖書館具有一定繁瑣性與網(wǎng)絡(luò)擴展性，服務(wù)器虛擬化將會應(yīng)用到以前的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，同時還會應(yīng)用到當前的交換機接口，不對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行改動。

3.1.4虛擬化管理服務(wù)器

此管理服務(wù)器能夠為資源池提供單一的控制節(jié)點，其提供了如各種軟硬件配置、各種性能控制、用戶訪問控制等虛擬架構(gòu)管理服務(wù)，從產(chǎn)品的成熟度、市場占有率，以及技術(shù)資源獲取等各方面進行全面考慮，虛擬化平臺基礎(chǔ)軟件為VMware應(yīng)用。

3.2選擇虛擬化服器

在對服務(wù)器選擇方面，應(yīng)堅持兩方面原則：首先是選擇統(tǒng)一的產(chǎn)品架構(gòu)。當前，雖然AMD與Intel兩種不同類型的CPU，均得到此軟件同時的支持，不過從虛擬化平臺建立與作用的整體實施情況來看，對于混合型CPU服務(wù)器并不是沒有限止的。其次是為了使服務(wù)器負載更具有穩(wěn)定性與高效性，盡量使用配置統(tǒng)一的服務(wù)器。倘若配置差距較大，就容易使得資源分配與服務(wù)器出現(xiàn)障礙后，導(dǎo)致資源再次分配而產(chǎn)生了漏洞，從而使其影響更加廣乏的范圍[4]。

目前只有刀架式與刀片式兩種類型務(wù)服器，兩者進行比較，到底選擇哪種類型服務(wù)器？筆者建議在虛擬化平臺上的服務(wù)器，應(yīng)該選用機架式服務(wù)器。但是要注意以下一些因素：一是償若采購服務(wù)器數(shù)量小，考慮到刀片式服務(wù)器成本高，就應(yīng)選擇機架式;二是刀片服務(wù)器的I/O性能有一定限制，每片刀片獲得網(wǎng)絡(luò)與存儲端口少，選擇機架式服務(wù)器較合理。其原因是虛擬化性能要求高;三是虛擬化技術(shù)會導(dǎo)致服務(wù)數(shù)量降低，那么刀片服務(wù)器在某些方面優(yōu)勢就會明顯降低。

3.3關(guān)于VMware虛擬化管理工具

為了更好對服務(wù)器虛擬架能夠較好地管控，筆者建議設(shè)置相應(yīng)的物理服務(wù)器作為vCenter服務(wù)器，vCenter其功能就是能夠為構(gòu)建的本系統(tǒng)環(huán)境提供較為集中的管理、自動化操作、以及對資源高效利用等。

從vCenter虛擬化平臺方面來分析，vCenter是屬于核心組件。不但在于全部對虛擬化平臺的管理與配置均能通過此控制平臺來實現(xiàn)，而且還在于vCenter是屬于某些功能所進行依靠的組件，倘若沒有vCenter就根本沒有辦法來實現(xiàn)。除此之外，對于vCenter平臺的控制功能與信息收集等均需要通過vCenter來實現(xiàn)，如圖4所示。

正因為vCenter有如此重要作用，就非常有必要為其設(shè)置兩臺相配套的服務(wù)器，而且還要通過VMware的Heartbeat功能實現(xiàn)兩臺服務(wù)器之間狀態(tài)與數(shù)據(jù)同步[5]。

4關(guān)于云服務(wù)平臺網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與集中存儲架構(gòu)設(shè)計

4.1云服務(wù)平臺網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計分析

云計算服務(wù)器虛擬化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是指數(shù)字圖書館建立虛擬化平臺后，要求網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在沒有虛擬化之前，變化不明顯，只是原數(shù)據(jù)傳輸終端結(jié)在與網(wǎng)絡(luò)端口（交換機）相接觸，再進行虛擬化，由于多了一層虛擬交換機，數(shù)據(jù)傳輸就會轉(zhuǎn)變成在交換機虛擬端口上的終結(jié)。如此，虛擬機就可以通過虛擬化平臺內(nèi)再分配到不同的交換機上。它的基本原理與物理網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)很相似[5]。路由與數(shù)據(jù)傳輸具體關(guān)系如下：

（1） 一樣的虛擬機倘若在同一物理服務(wù)器上，就能夠在虛擬化層上進行數(shù)據(jù)傳輸。

（2） 一樣的虛擬機倘若在不同物理服務(wù)器上，就不能直接在虛擬化平臺傳輸數(shù)據(jù)，而需要從外界接入交換機再轉(zhuǎn)發(fā)到其它物理服務(wù)器的虛擬機上。

（3） 不是同一臺虛擬機，不管是在何種物理服務(wù)器上，均需要在網(wǎng)絡(luò)三層上進行路由轉(zhuǎn)發(fā)，由于間路由只在關(guān)鍵的交換機上實現(xiàn)，全部數(shù)據(jù)包均要通過關(guān)鍵的交換機路由。

（4） 網(wǎng)絡(luò)配置不發(fā)生變動的情況下，將來倘若依照服務(wù)器功能進行規(guī)劃，就能夠在關(guān)鍵的交換機上設(shè)置交換器訪問控制對不同功能服務(wù)器群之間的安全隔離進行實現(xiàn)。本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如圖5所示。

4.2云服務(wù)平臺集中存儲架構(gòu)設(shè)計

云服務(wù)平臺集中存儲架構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計均是采用SAN存儲架構(gòu)，面向數(shù)字圖書館全部服務(wù)模塊，而且還能與服務(wù)器虛擬化技術(shù)存儲應(yīng)用相適應(yīng)，本系統(tǒng)使用范圍主要包含以下幾點：

（1） 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。海量數(shù)據(jù)儲存于各大服務(wù)版塊，對其要求“高三”（高可靠性、高性能與高可用性）。

（2） 服務(wù)虛擬化系統(tǒng)。重點是X86服務(wù)器的VMware虛擬化系統(tǒng)，其功能就是能夠向各臺VMware ESX服務(wù)器提供共享存儲支持。

（3） 關(guān)于開發(fā)環(huán)境的檢測。培訓(xùn)服務(wù)器與開發(fā)環(huán)境的檢測也需要較小的空間來對數(shù)據(jù)進行存儲。

（4） 關(guān)于與此類型不同的文件數(shù)據(jù)存儲。根據(jù)本系統(tǒng)開發(fā)的實際情況，存儲架構(gòu)均是使用統(tǒng)一存儲結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)就是一種以立足SAN技術(shù)基礎(chǔ)上的結(jié)構(gòu)[6]。

4.3云服務(wù)平臺實現(xiàn)流程

某高校數(shù)字圖書館云服務(wù)平臺（以下簡稱“某高校云平臺”）在進行云計算時，還要按相關(guān)流程操作，不同云服務(wù)平臺供應(yīng)商他所提供云計算方案大致是統(tǒng)一的，不過在細節(jié)方面還是有所不同的。該服務(wù)平臺實施過程詳如圖6所示。0

從總體上來分析，云計算服務(wù)平臺的實現(xiàn)流程，重點從前端、應(yīng)用服務(wù)器、應(yīng)用管理節(jié)點與服務(wù)群四個方面進行完成。

（1） 前端。其功能在云服務(wù)平臺正常工作過程中，對所發(fā)出的請求進行轉(zhuǎn)發(fā)，以及在使用靜態(tài)文件與負載均衡進行轉(zhuǎn)發(fā)。

（2） 應(yīng)用服務(wù)器。其主要功能對服務(wù)器相關(guān)功能正常運轉(zhuǎn)程序進行支持。

（3） 應(yīng)用管理節(jié)點。此節(jié)點功能夠為云服務(wù)平臺提供很多較為復(fù)雜的使用程序，比如開啟、停止與計費等。

（4） 服務(wù)器群。為云服務(wù)平臺提供被融合在一起各種各樣服務(wù)。

4.3.1關(guān)于實施Google APP Engine流程

某高校云平臺運用Google APP Engine 案例實施流程為：

首先用戶根據(jù)自己的實際情況，填寫資料進行Google賬戶注冊，倘若已冊過了，就可以直接登陸。

（1） 新建立應(yīng)用，一般來說一個用戶能夠新建數(shù)個不同應(yīng)用，其空間均僅為500MB。

（2） 對相關(guān)應(yīng)用程序信息進行填寫，但需要提醒的，應(yīng)用標識符注冊完成之后，

不能更改，所以在填寫時，就務(wù)必要注意。

（3） 采用Java與python語言對數(shù)字圖書館應(yīng)用程序進行設(shè)計。

（4） 應(yīng)用程序設(shè)計完畢，還需要進行本地測試，確保整個數(shù)字圖書館應(yīng)用程序能夠

正常運轉(zhuǎn)，才算合格。最后才上傳至Google APP Engine。

4.3.2關(guān)于亞馬遜AWS流程的實施

還是以某高校數(shù)字圖書館為類，數(shù)字圖書館云服務(wù)平臺對亞馬遜AWS案例實施流程為：

（1） 與實施Google APP Engine案例一樣，也是首先注冊亞馬遜帳戶，如果已經(jīng)注冊了就可以直接登陸了。

（2） 依據(jù)用戶需求的實際狀況，選擇平臺能提供的服務(wù)，不過在平臺向用戶提供服務(wù)之前，還要依據(jù)用戶實際情況填寫相關(guān)資料，進行注冊。

（3） 在正式應(yīng)用之前，還要對所需要資源數(shù)進行確定，另一方面對于一部分服務(wù)還需要設(shè)定相配套的參數(shù)。

（4） 對等待處理的文件或數(shù)據(jù)上傳。對于不一樣的服務(wù)其上傳的數(shù)據(jù)資源類型也是存在差異的，有時系統(tǒng)為給自身處理帶來便利也會讓用戶上傳一部分文件之外或數(shù)據(jù)之外的附加程序。

（5） 上傳結(jié)束后，就是系統(tǒng)實施過程，在實施過程中，對用戶完全公開的，因此用戶根本不必了解系統(tǒng)實施過程中每個細節(jié)。

（6） 當系統(tǒng)運行停止后，系統(tǒng)不需要人為操作，自然將為用戶傳輸相應(yīng)的結(jié)果。

（7） 用戶在使用結(jié)束后，就能夠支付相關(guān)費用，需要說明的是，使用亞馬遜AWS全部服務(wù)均是依照實際使用量計算相關(guān)費用的。

5總結(jié)

隨著我國經(jīng)濟水平、通信息技術(shù)、以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的人感受到新技術(shù)無論給我們生活方式，還是企業(yè)生產(chǎn)，政府辦公或者其它方面均帶來全新的改變。而云計算就是當下新技術(shù)中最重要技術(shù)之一。在數(shù)字圖書館方面能效地解決圖書館紛繁復(fù)雜海量信息管理與安全等方面問題，從而達到構(gòu)建一個用戶使用方便的數(shù)圖書館目的。因此探討數(shù)字圖書館向云演進系統(tǒng)設(shè)計具有很重要現(xiàn)實意義，本文首先對數(shù)字圖書館與云計算相關(guān)概念進行簡要闡述;然后以系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計為本系統(tǒng)設(shè)計框架;接著重點分別從云服務(wù)平臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器架構(gòu)與應(yīng)用服務(wù)器架構(gòu)兩大設(shè)計展開探討構(gòu)建數(shù)字圖書館向云演進的系統(tǒng)，同時還花了一定的篇幅對服務(wù)平臺網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與集中存儲架構(gòu)設(shè)計進行分析;最后還對此系統(tǒng)的服務(wù)平臺的Google APP Engine與亞馬遜AWS兩大方案流程的實施進行詳細的論述，從而對構(gòu)建數(shù)字圖書館向云演進的系統(tǒng)全方位進行論證。

參考文獻

[1]

秦中云，杜建萍，馬棟萍.云計算環(huán)境下多校區(qū)圖書館智慧服務(wù)平臺研究—以北京聯(lián)合大學(xué)圖書館為例[J].圖書館建設(shè)，2019（10）：7478.

[2]謝靜華，王銀惠，王琛.基于動態(tài)博弈技術(shù)優(yōu)化配置數(shù)字圖書館共享資源模型[J].圖書館理論與實踐，2014（7）：7477.

[3]佟慶云.數(shù)字圖書館信息資源管理與建設(shè)研究[J].圖書館理論與實踐，2014（7）：7880.

[4]于秀靜.基于云計算的安徽高校數(shù)字圖書館聯(lián)盟平臺建設(shè)研究[D].合肥：安徽大學(xué)，2013.

[5]靳曉恩，丁邦友. “互聯(lián)網(wǎng)+”時代云計算在數(shù)字圖書館資源整合中的應(yīng)用[J].圖書館學(xué)研究，2017（1）：5152.

[6]王剛，張屹.移動云計算環(huán)境下數(shù)字圖書館信息服務(wù)協(xié)同機制研究[J].大學(xué)圖書情報學(xué)刊，2018（3）：2730.

（收稿日期： 2020.02.20）