云計算環境下數字圖書館網絡與數據中心智能化管理策略研究

〔摘 要〕本文結合云計算技術特點，提出了一種新的基于云計算的數字圖書館數據中心架構體系。針對數據中心系統架構，提出了基于分布式存儲和虛擬化技術的云圖書館智能化管理策略。該策略在云圖書館網絡與數據中心管理中具有可用、可擴展、易管理、安全的特點，為云圖書館基礎設施和云數據管理帶來了低成本、高效率、安全、有效、可靠等便利。

〔關鍵詞〕數據中心；云數據智能管理；基礎設施；云存儲；虛擬化

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－０８２１．２０１１．１１．０３５

〔中圖分類號〕Ｇ２５０.７６ 〔文獻標識碼〕Ａ 〔文章編號〕１００８－０８２１（２０１１）１１－０１４６－０４

Study on Intelligence Management Strategy for Network and

Data Center of Digital Library Based on Cloud ComputingWei Ting Ma Xiaoting

（School of Information Engineering，Lanzhou University of Finance and Economics，Lanzhou 730020，China）

〔Ａｂｓｔｒａｃｔ〕In this paper，combines with cloud computing characteristics，put forward a kind of architecture for data center of digital library based on cloud computing.And then，a intelligence management strategy was put forward based on distributed storage and virtualization technologies.It provided the intelligence management strategy with availability，expansibility，manageability and security to the digital library based on the cloud computing，and brought many benefits in cloud data and device management，such as low cost，high efficiency，security，validity and reliability.

〔Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ〕data center;cloud data intelligence management;infrastructure;cloud storage;virtualization

隨著云計算技術的發展與成熟，利用云計算技術建設、運營、管理、維護云數字圖書館，為讀者提供安全、高效、便捷、經濟的個性化云服務成為數字圖書館發展必然。IDC（網絡數據中心）是云圖書館建設與運營的核心，隨著云圖書館IDC復雜度與建設規模不斷擴大，云用戶要求IDC數據操作有較高的安全、可靠、可管理、可操作性。如何依托云計算技術建設、管理網絡與數據中心，對云系統存儲設備、服務器、應用軟件、開發平臺等資源實現可運營、可管控的標準智能化管理，是云網絡數據中心基礎資源按需分配、軟件合理部署、負載均衡、安全的保障，也是提高圖書館IDC基礎資源利用率與云服務能力，為用戶提供高效、滿意的圖書館云增值服務的保證［１］。

１ 云網絡數據中心智能化管理特點及要求

隨著云服務的開展，云圖書館在基礎設施資源管理與數據存儲安全模式上與傳統數字圖書館有較大不同。海量數據、數據孤島、重復存儲、安全威脅、大量非結構化數據、低管理效率與較高建設成本成為制約云網絡數據中心發展的主要因素，僅靠提高基礎設施資源性能與擴充系統存儲容量已不能完全解決存在問題。因此，改變以往數字圖書館網絡數據中心機械、復雜的管理模式，采用以虛擬化、自動化、高度整合為基礎的智能管理模式，才能提高云網絡數據中心管理效率與生產力，確保數字圖書館云用戶有較高滿意度［２］。

１.１ 基礎設施資源規模龐大與管理的可視性要求

隨著云服務的不斷深入與擴展，云圖書館網絡數據中心對基礎設施資源性能需求呈現高速增長態勢。可管理的基礎設施資源性能優、數量多、規模龐大，數據中心已成為一個集網絡、存儲與服務器資源充分聯動并靈活擴展的資源池。

數據中心系統基礎設施資源在購買上，由于云系統沒有統一的標準平臺和開放協議，所購買的產品集合成云系統后，在兼容性、可擴展性及平臺開放性方面可能會存在風險。此外，為了確保管理的安全、高效、平穩、經濟特性，還要保證云管理系統對基礎設施設備的物理狀態與邏輯狀態適時監測與控制，確保服務器、網絡系統、供電系統及其它設備處于正常工作狀態，確保系統平臺的資源狀態(內存占用情況、CPU運行狀態、網絡流量、存儲消耗)可以有效開展云服務并有合理冗余度［３］。

１.２ 虛擬化應用的復雜性和可靠性

通過虛擬化技術在云圖書館網絡數據中心的應用，可將一臺服務器的計算、存儲資源虛擬成多臺服務器，滿足不同的云業務需求。在降低云圖書館建設、運營成本的同時，也保證了系統平臺的可靠性、可擴展性、可伸縮性以及安全性，實現了數字資源讀者云增值服務。

但是，虛擬化技術在提高云系統資源利用率的同時，具有復雜、不穩定、可控性與可操作性差的缺點，在云虛擬化安全方面也存在一些不足。虛擬化技術實質是各種應用通過虛擬層交互，僅實現了硬件在邏輯層面上的隔離。因此，云管理者無法劃清云系統軟件與硬件間的界限，當云系統發生故障時無法快速、準確地定位。當一臺服務器以多臺虛擬機方式運行時，復雜的應用程序和多變的數據庫環境更容易導致虛擬機災難性崩潰，更容易遭受來自互聯網上的黑客和非法用戶攻擊。

１.３ 網絡數據中心異構設備的智能化管理

網絡數據中心基礎設施資源具有種類繁多、結構復雜、不易兼容、難于管理的特點，只有減化管理步驟和降低管理難度，加強對系統設備的標準化智能管理，才能確保不同品牌、規格、協議設備(包括各類服務器、存儲設備、網絡設備)的兼容性與系統融合性，提高系統智能化管理效率，實現管理可靠、運營快速、運維安全、優化能效的管理目標。

首先，從網絡數據中心云系統職能和云服務特性出發，提高系統基礎設施資源制度與流程管理的智能化、自動化水平，增強云系統基礎設施的負載均衡與系統網絡的傳輸性能，確保系統的可擴展性和工作效率。其次，正確配置系統網絡與設備參數，加強系統硬件資源依靠系統網絡傳輸保障云用戶共享的能力，支持應用程序依據云服務需求實現硬件到硬件的自動化遷移。第三，加強對基礎設施硬件設備管理的可見性和自動化水平，針對影響數據系統流程及云系統性能較大的運算、存儲、傳輸瓶頸設備，制定相應的管理策略。此外，管理系統還應對云系統、基礎設施資源、數據中心網絡進行自動監測，當發生非正常事件及遭受攻擊時自動報警［４］。

１.４ 基礎設施資源管理的可用性與動態按需分配

通過對物理資源、虛擬化資源和異構計算資源的高效整合，實現了對網絡數據中心系統資源池的統一管理與調度。如何合理、高效地將這些資源按系統云應用需求分配給用戶，是云圖書館用戶安全、高效、經濟、適用地利用云資源開展個性化數字服務的前提。

傳統數字圖書館不同應用按照排隊與輪詢原則輪流單獨使用系統資源，盡管系統資源利用效率較低，但在同一時刻執行較為簡單的設備管理策略。基于云計算的圖書館網絡數據中心通過虛擬化技術對云資源進行整合，按照用戶云應用需求對資源池進行有效分配，為不同用戶在同一時刻動態管理、分配系統資源，在其使用完畢后及時釋放并為其它用戶或應用重新分配，系統資源管理有較強的可用性與按需分配的動態伸縮性［５］。

１.５ 加強海量非結構化數據管理效率與存儲安全

據IDC調查，企業中80%的數據都是非結構化數據，并且這些數據每年按60%指數增長。在云圖書館數據管理中，由于云服務方式、規模和用戶服務區域的不斷擴展，需要加強云數據中心操作系統對存儲在文件系統中非結構化數據的管理效率，提高云圖書館對位于世界不同地域數據中心數據整合及更新的能力。

云圖書館網絡數據中心采用基于多租戶架構的IT交付模式，云圖書館與多租戶共享云物理空間并在邏輯上隔離，云存儲空間物理上的共享性是圖書館云用戶數據安全和隱私保護的主要安全威脅。位于世界不同地域的云用戶對云圖書館海量文件和數據庫的讀／寫操作，備份云數據庫與中心庫的同步性、準確性和數據遷移問題，以及云圖書館的容災性、災后數據恢復能力建設，也增加了云圖書館管理的復雜性［６］。

２ 云計算環境下圖書館網絡數據中心智能化管理策略 制定安全、高效、經濟、易操作的圖書館云網絡數據中心智能化管理策略，是提高云數據中心圖書館云用戶服務能力的保證。只有基于高性能管理設施基礎下，緊密結合云圖書館網絡數據中心服務保障要求，將運營中存在的實際問題與未來用戶云服務發展實際相結全，將管理軟件、硬件和先進的管理理念相融合，才能制定出高效、安全的管理策略。

２.１ 建立科學、合理的云網絡數據中心管理系統架構 建立科學、合理的云網絡數據中心管理體系，必須在建設可靠、高效、安全、冗余的管理基礎設施基礎上，將科學的數據中心管理理念與圖書館云用戶服務模式相結合，并融入到云網絡數據中心系統信息處理生命周期中的各個環節、平臺之上，為云客戶服務需求和各種云業務提供整體解決方案。圖書館云網絡數據中心管理系統架構設計如圖１所示［７］。

圖１ 圖書館云網絡數據中心管理系統架構

在云網絡數據中心管理系統架構建設上，具有數據中心設備與網絡具有拓撲結構復雜，數據傳輸對中心內部網絡帶寬要求高，圖書館云中心與備份中心數據交換即時、海量的特點。因此，按照系統功能可將物理層分為服務器集群、云存儲設備、系統管理服務器、網絡交換設備和安全網關五部分。同時，針對物理層設備劃分，建立相應的虛擬管理層，提高對物理層設備工作效率與虛擬化管理的能力。管理層結合圖書館云服務模式、內容、服務需求制定，涵蓋了云業務管理、效率管理、網絡管理、安全管理的各個方面，為圖書館云網絡數據中心系統業務層提供服務支持，確保中心的各項云業務管理與云用戶服務職能。

在云網絡數據中心管理體系建設與系統優化中，緊密結合系統中心跨云網絡數據傳輸、云圖書館存儲數據間依賴關系、系統設施負載均衡這3個數據管理與業務處理流程目標，查找并消除中心系統工作與網絡傳輸瓶頸。在對系統效率與功能優化的基礎上，確保數據中心設備的全局負載均衡與合理冗余，提高中心系統基礎設施綜合利用率［８］。

２.２ 提高云網絡數據中心管理系統智能化水平

圖書館云網絡數據中心業務管理的主要內容是云系統進程與處理機資源管理、作業管理、存儲管理、設備管理、文件管理，而操作系統的管理性能與策略科學性決定了管理效果。網絡數據中心在云系統設備配置、業務遷移、故障排除、安全防御、流程跟蹤、系統負載均衡等方面的智能管理，不能僅從提高管理系統智能化、自動化與局部管理效率出發，還要求與虛擬化技術緊密結合，加強系統軟件、硬件與管理策略的整合，努力降低新管理系統復雜度和提高云系統網絡數據中心綜合效率。

海量數據傳輸、存儲、安全管理是云圖書館網絡數據中心管理的核心工作，關系到數據中心的管理職能與云系統服務效率。云圖書館網絡數據中心管理核心已逐步由計算、存儲服務器為主向以云存儲系統和網絡交換基礎設施相結合結構轉變。因此，必須加強云系統I/O設施的智能化數據管理平臺建設，加強系統對云存儲空間靜態數據和數據中心內部網絡動態數據管理，減少中心內部網絡數據傳輸、響應、處理時間。此外，智能化管理系統應實現對中心硬件設備的監測和告警功能，輔助系統管理員對服務器CPU與內存使用率、硬盤使用率、網絡接口使用率、云存儲設備空間使用率、I/O情況等關鍵設備指標進行監控，并根據系統工作狀態設置相應的監控閾值，當系統工作異常時會自動啟動對相應設備的監控并報警［９］。

２.３ 加強云網絡數據中心數據存取效率與智能化安全管理 圖書館云服務是一種基于網絡的基礎設施資源按需分配服務模式，有較強的服務可伸縮性和資源可用性。云圖書館網絡數據中心數據存儲具有密集、異構、多中心協作服務的特點，因此，要提高數據中心數據存取效率，首先要加強管理系統對圖書館用戶云服務需求、云中心服務效率和內部網絡傳輸質量的智能化分析能力，并結合分析結果采用合理的云中心結構分布與管理模式。同時，兼顧位于世界不同地域圖書館多數據中心間的全局負載均衡，努力降低云系統資源服務開銷，并通過主機熱備份來防止數據服務器單點云服務失效［２］。

此外，盡量減少云中心系統數據存儲量，依據中心存儲架構特點調整數據存儲策略與保護模式。系統應對核心／一般數據、結構化／非結構化數據、長期保存／短期保留及訪問頻率不同數據采取不同的管理策略。對于核心數據應采用數據冗余存儲技術，存儲在具有較高安全性的存儲介質上，并將重復數據及時刪除，通過減少系統中可能發生的存儲熱區來減少系統存儲壓力。為提高圖書館云用戶數據訪問效率，云圖書館數據中心可能分布于世界不同地域，具有數據存儲海量、更新頻繁特點，而且云數據中心之間數據遷移和系統更新具有極大的不確定性。因此，應加強云數據中心系統無縫擴展能力，降低數據和管理策略在不同中心系統中的操作風險，根據云業務量、重要性、相應級別、恢復宕機時限等要求執行相應的安全管理級別［１０］。

２.４ 提高中心虛擬化管理策略科學性和虛擬設備管理水平 虛擬化技術在云網絡數據中心的應用，使云圖書館在基礎設施架構和服務模式上，實現了IT架構即服務、按需付費、多租戶、靈活異構平臺多應用等不同的應用模式。如何提高云中心虛擬化管理策略科學性和虛擬設備管理水平，是提高圖書館云服務能力和用戶滿意度的保障。

２.４.１ 提高虛擬化數據存儲管理效率

云存儲是分布式存儲技術與虛擬化技術結合的產物，是分布式存儲技術的最新發展。云圖書館數據云存儲具有安全性、存儲效率要求高、海量非結構化數據管理難度大的特點。加強云虛擬化數據、存儲設備與策略管理，提高云系統對存儲資源整合和按需分配能力，是數據中心提高云系統I/O吞吐量與優化存儲架構，加強多虛擬機自動化管理水平的前提。

圖書館云服務具有業務規模龐大、云用戶保障數量多的特點，通過制定科學、簡潔的管理策略和存儲系統部署配置界面，可以大幅降低云系統管理難度。此外，需要加強云虛擬化管理程序與云應用的整合，提高管理程序對眾多虛擬機、I/O吞吐量、不同性能存儲設備的智能管理效率，確保云數據中心內部以及各不同云中心間數據遷移與業務部署的自動化、智能化［１１］。

２.４.２ 加強云基礎設施與云應用的虛擬化整合

基于虛擬化技術的云基礎設施與云應用整合，其實質就是將不同的云服務器計算能力和基礎設施存儲資源虛擬化，形成統一的計算與存儲資源池，根據用戶云應用需求統一適時分配，達到降低建設、運營成本，提高云系統響應速度與資源整體利用率目的。

在虛擬化整合中，要根據云中心基礎設施架構特點與云用戶服務要求，結合當前圖書館云服務需求與未來發展方向，采用科學的云數據管理策略與云存儲系統架構，達到提高云服務能力與降低運營、管理成本目的。此外，在虛擬化整合中應結合圖書館數字用戶云業務需求，提高云系統智能、安全、動態、經濟地部署和分配系統資源的能力，并根據不同云業務負載和響應速度需求，實現資源池即時、動態地資源分配與云業務遷移［１２］。

在將一臺服務器整合為多臺虛擬化設備過程中，增加的多項虛擬化應用將會大幅提高云系統對中心I/O資源的帶寬需求。此外，為云服務而臨時建立起來的云虛擬機，當云服務終止后可能仍未關閉虛擬服務而導致“虛擬機蔓延”。因此，提高云中心內部網絡通信端口與線路數據傳輸能力，通過自動精簡配置為快速增長的虛擬機動態增加存儲容量，及時回收虛擬資源并為新的云應運及時再分配，可以減少因“虛擬機蔓延”而造成的資源浪費［１３］。

３ 結束語

隨著圖書館云計算時代的來臨，依靠云計算技術加強以云網絡數據中心為核心的現代化建設，已成為數字圖書館發展的必然。云網絡數據中心具有基礎設施結構復雜、云服務模式多樣、用戶數據龐大、云服務安全要求高的特點。加強以云網絡數據中心智能化管理為核心的管理系統架構和管理策略建設，已成為關系云圖書館服務保障能力與用戶滿意度的決定性因素。只有從云圖書館建設、運營、維護經濟節省的角度出發，不斷優化云網絡數據中心基礎設施結構，通過科學化管理提高云系統工作效率和云服務質量，才能滿足圖書館云業務和系統生產力建設需求，為用戶提供滿意的云服務［１４］。

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