面向云計算的數字圖書館動態遷移對策與優化

陳臣 李映宗 高軍

〔摘 要〕在研究云計算及在線遷移技術的基礎上，本文提出了一種新的數字圖書館動態云遷移方案。該方案能夠確保傳統數字圖書館系統平滑升級、遷移到云計算環境，具有低成本、高效率、安全、有效、可靠等優點。

〔關鍵詞〕云計算；虛擬化；負載均衡；動態遷移

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－０８２１．２０１２．０６．０１３

〔中圖分類號〕Ｇ２５０保罰 〔文獻標識碼〕Ａ 〔文章編號〕１００８－０８２１（２０１２）０６－００５１－０４

云計算環境下，數字圖書館具有數據中心云基礎設施結構復雜、讀者云個性化閱讀應用服務質量要求高、數字圖書館建設與運營成本攀升、云操作系統與閱讀應用服務系統維護難度大的特點。

目前，部分數字圖書館試圖通過增加數據中心物理設備、利用虛擬化技術、壓縮圖書館建設與運營成本、增加網絡帶寬等方法，來解決云計算環境下讀者日益增長的閱讀服務需求與數字圖書館較低服務保障能力之間的矛盾。但是，隨著云計算環境下讀者云閱讀活動服務需求的高速增長，以及云圖書館閱讀、服務保障模式多樣化發展，這種讀者云閱讀應用需求與數字圖書館服務保障能力間的矛盾更加突出。只有將云基礎設施、云應用服務、云數據庫管理系統、云平臺與服務管理系統有效遷移到云計算環境，才能保證云圖書館安全、高效的運營管理與云閱讀服務，才能降低云圖書館建設、維護、管理、升級成本，為讀者提供安全、優質、經濟、可靠的云個性化閱讀應用服務［１］。

１ 傳統數字圖書館云遷移的風險與要求

傳統數字圖書館云遷移主要有以下幾種方式。首先，數字圖書館可與云服務提供商簽署云應用服務協議，以租賃方式租用云服務提供商的云基礎設施物理平臺與云應用服務，并將傳統數字圖書館遷移到云服務提供商的云計算環境下，由云服務提供商負責云平臺與云應用服務的運營、管理和維護。其次，數字圖書館也可以建設私有云的方式，將傳統數字圖書館的管理、應用、服務與數據遷移到私有云平臺上，由數字圖書館負責云平臺的維護與讀者云閱讀應用服務。第三，還可采用公共云與私有云相結合的方法。可根據圖書館讀者云服務、云數據安全、運營效率、管理與經濟等方面的需求，將云應用服務、數據庫、管理與應用系統、安全防護系統遷移到公共云與私有云環境，實現投資收益最優化。

１.１ 云遷移中存在的風險

云遷移中，云服務提供商的信譽度、云基礎設施與網絡拓撲結構科學性、綜合技術實力、云系統安全可靠性、企業經濟實力，是數字圖書館在選擇云服務提供商與云遷移環境時首先應考慮的問題。

云服務提供商云系統拓撲結構與基礎設施物理設備的安全、高效、可靠、合理性，以及在云資源與云服務供應、系統安全防護、云租戶管理、云操作系統與應用服務系統日常運營維護工作中，能否從圖書館讀者云閱讀服務需求和云應用服務能力建設出發，是決定云圖書館讀者云閱讀服務的安全性、效率、質量和經濟性的關鍵。同時，也關系到當云圖書館發生安全問題或者受到攻擊時，云服務提供商能否采取有效的運營維護、技術援助和賠償政策來降低故障影響，確保云閱讀應用服務安全、優質、可靠、不間斷。

其次，在云遷移過程中，會面臨來自互聯網的攻擊與威脅。同時，網絡自身的安全性、可靠性、數據傳輸質量與遷移成本，也是影響傳統數字圖書館云遷移有效性的重要因素。遷移活動所采用的遷移管理策略、安全防范措施、遷移內容與質量要求、遷移結果評估標準，是決定遷移有效性與遷移后云圖書館讀者服務保障力的關鍵因素。

第三，數字圖書館遷移到云計算環境后，與傳統數字圖書館系統可用性和讀者服務能力相比，是否具有較高的云系統結構科學性和安全可靠性，具有較高的讀者云閱讀服務效率和較低運營成本，能夠為云計算環境下讀者個性化云閱讀活動提供有效的云服務資源和管理策略保障，是保證讀者云閱讀活動安全、開放、自由、經濟的必要條件［２］。

１.２ 云遷移的要求

１.２.１ 應用服務程序云遷移的高效、易用性

云計算環境與傳統應用軟件環境相比，在操作系統、管理工具、網絡架構、存儲系統、虛擬機配置方式上有很大不同。數字圖書館應用服務程序遷移到云計算環境中，應保證具有較高的安全性、運行效率、可用性、可管理性和用戶服務功能，在云平臺上易于修改、擴展和補丁。此外，當云平臺運營或與第三方軟件同時運行時，應具備較強的兼容性和運行效率，能夠基于云系統結構特點與讀者服務需求而重新構造與升級，且用戶易于對修改、升級后的應用程序進行測試和評價，并利用評價結果進行修改和完善。第三，應結合云計算環境下數字圖書館云服務特點和讀者云閱讀需求，對擬遷移到云計算環境中的應用程序進行評估、判定、選擇和擴展，以讀者需求為依據按需遷移，確保應用程序云遷移的安全、效率、可靠、經濟［３］。

１.２.２ 云遷移的風險評估與安全監控

為了提高傳統數字圖書館云遷移活動的安全可靠性，降低云遷移后應用系統面臨的安全威脅與運行效率下降風險，應對云服務提供商、云遷移方案與過程、遷移后云圖書館的安全性和效率，以及遷移活動的經濟性、可靠性、可控性、可操作性進行評估，并依據評估結果選擇合適的云服務供應商與云遷移方案。其次，應先將一些小規模、獨立性強、易管理、對數字圖書館整體服務性能影響小的應用與數據遷移到云端。通過對已遷移到云端項目的云計算、存儲、應用服務、可管理性等方面內容進行監測，并對監測結果進行收集、整理、分析、評估后，利用評估結果完善傳統數字圖書館云遷移的方案、內容、步驟與標準，提高云遷移的安全、可靠性。

１.２.３ 加強云遷移的可管理性

云遷移活動中，在制定有效的管理策略同時，選擇安全、高效的遷移工具并加強云遷移活動的可管理性。首先，應注重遷移過程中的高效性、可控性、靈活性與經濟性，盡量選擇開源的遷移軟件來保證遷移工具的兼容性與易于按照遷移需求進行修改。其次，要確保所制定的云遷移策略有效與可執行，能夠防范遷移風險并保證遷移費用可控，易于云服務商和圖書館管理員進行互操作與云遷移控制權限分配［４］。

１.２.４ 保障云遷移網絡的安全、高效

云遷移網絡主要由傳統數字圖書館內部網絡系統、傳統數字圖書館到云數據中心之間公共網絡、云服務提供商數據中心內部網絡3方面組成。其中，數字圖書館管理員負責管理傳統數字圖書館內部網絡系統。云數據中心內部網絡系統的建設與運營、維護由云服務提供商負責管理。而傳統數字圖書館到云數據中心之間的公共網絡，可能由多個網絡運營商共同負責管理、運營，具有結構復雜、安全威脅多、數據傳輸可控性差、網絡拓撲結構易變的特點。提高管理員對數字圖書館云遷移網絡結構與性能的可管理、可控性，是保證云遷移活動安全、高效的前提。

２ 數字圖書館云遷移策略

２.１ 開展云遷移需求調查與可靠性分析

數字圖書館在云遷移前，應結合云遷移活動的目的、內容、對象與方式、要求，對云遷移的需求、價值、可控性、遷移有效性、遷移成本、投資回報率進行詳細的需求分析。

首先，應對傳統數字圖書館基礎設施架構有效性及設備利用率進行分析。通過詳細統計傳統數字圖書館基礎設施建設費用、設備采購費用、數字圖書館運營和管理費用、讀者數字閱讀活動效率和滿意度，得出數字圖書館在傳統IT環境中的綜合投資收益率與讀者閱讀滿意度數值。同時，還應對數字圖書館云遷移成本、云遷移后云圖書館的運營成本與效率、遷移風險度、讀者云閱讀滿意度、社會公益價值收益進行預測，然后將傳統數字圖書館與云圖書館在投資收益率與社會公益價值收益綜合值進行比較，如云數字圖書館綜合數值超過傳統數字圖書館30%以上，則有云遷移價值。超越50%以上則有較高的云遷移價值［５］。

此外，還應在全局范圍內對云遷移業務可用性與有效性進行研究。仔細分析擬遷移業務在讀者云閱讀服務活動中的重要性，并對于一些結構復雜、遷移成本高、用戶需求小、云閱讀活動體驗差的業務，可依據讀者需求在云中進行二次開發，提高云服務的效率和用戶滿意度。同時，應仔細研究云服務提供商的云服務內容與云服務等級水平，在簽署云服務租賃合同時，應將讀者云閱讀應用需求與云服務質量放在首要位置，保證云服務租賃協議的有效性、可靠性和可執行性。

２.２ 數字圖書館數據庫與數據動態云遷移策略

為了保證傳統數字圖書館服務的連續性和數據庫完整性，通常采用數據動態遷移方式或者暫停部分數據庫用戶服務功能，將數據庫遷移到云端后再恢復讀者云閱讀服務。

（１）數字圖書館應與云服務供應商簽署安全、高效的云遷移協議，對云遷移活動中數字圖書館數據的管理與控制權限進行明確劃分。可將遷移數據劃分為讀者資料信息數據、云應用服務數據、云圖書館管理數據、數字圖書館操作系統與應用服務系統配置數據等，依據保密性要求設定不同的安全等級，并對擬遷移的數據進行安全評估，將絕密信息經過不同復雜度的數字加密后遷移至云端。同時，應以協議方式要求云服務提供商對已遷移到云端的數據進行備份。或者由數字圖書館與第三方共同開發備份程序，確保遷移過程中數據的同步備份。

（２）在遷移過程中采取數據分批次遷移的策略。可將遷移過程劃分為幾個不同時間段，由已遷移到云端的數據庫和傳統數字圖書館共同為讀者提供服務，達到緩解單次遷移數據量大和宕機時間長的矛盾，實現數字圖書館云遷移過程中讀者服務的不間斷。

（３）遷移中云數據中心服務控制器應有效管理網絡與存儲設備，按照負載均衡的原則高效均衡云數據中心網絡傳輸負載與存儲服務器工作負載，確保云遷移過程數據網絡傳輸與云存儲系統的安全、高效運行。

（４）應加強數據遷移后的管理和監控。通過協議明確劃分云基礎設施系統、云操作系統、數據庫、數據安全管理的負責人和職責，保證網絡、存儲和虛擬基礎設施的安全、高效。云服務商應及時對云系統與數據庫系統進行漏洞監控或者打補丁，云圖書館管理員也應定期檢查自主開發的數據庫管理系統與應用軟件的安全、有效性，提高云計算環境下數據庫管理與數據應用安全。

２.３ 確保云遷移過程中網絡傳輸的安全與高效

為了提高云圖書館安全和讀者云閱讀活動質量，云圖書館通常會將數據遷移到若干個位于世界不同地域的云數據中心，按照讀者所處地理位置和云閱讀模式需求，提供安全、高速的數據網絡傳輸服務。在云遷移過程中，網絡的安全、高效、可靠、經濟性決定了云遷移活動的質量與有效性。因此，必須加強對云遷移網絡安全性、效率、經濟性、可控性等方面的評估與管理。

（１）應對網絡安全性、可控性、數據傳輸效率與性能、云遷移網絡拓撲結構科學性等內容進行評估，明確網絡是否達到云遷移所需的數據傳輸安全與質量要求，并結合評估結果制定有效的數字圖書館云遷移網絡數據傳輸管理策略（主要內容為安全性、完整性和可用性）。當網絡評估結果不能滿足數字圖書館云遷移需求，且通過制定相應的管理、優化策略后也不能達到云遷移網絡性能要求時，可租用專線網絡來保障云遷移數據傳輸。

（２）應認真分析云服務提供商云數據中心網絡的安全、可靠性，并根據數據傳輸安全需要劃分不同標準的網絡安全防護區域（如IDS/IPS系統）。通過安裝防火墻、網關等防護設備，并執行有效的安全管理策略提高云數據中心網絡的安全性。同時，應對網絡備份、訪問和數據管理職責進行明確。

此外，在云遷移過程中應加強對網絡管理、訪問權限的控制，認真檢查網絡接入控制（NAC）系統配置參數，通過數據加密和網絡傳輸信道虛擬化隔離措施，確保云遷移過程中數據不被竊取、篡改和非法訪問。

２.４ 提高應用程序云遷移的兼容性與有效性

傳統數字圖書館將讀者應用服務程序遷移到云端之前，應對應用程序的系統架構、運行的軟件環境與云計算環境的兼容性進行調查，明確云操作系統平臺是否支持應用程序運行，是否支持數字圖書館基于云計算平臺的應用程序二次開發和功能擴展。其次，應保證應用程序具備較高的獨立性、可用性、可伸縮性、可靠性和虛擬化應用水平，在云計算環境下具有較高的程序可管理性和安全性，遷移后不會降低云計算平臺和讀者云應用服務系統的整體性能。

此外，還應保證云計算環境與傳統IT環境在管理程序、操作系統、存儲系統和網絡配置以及驅動器等方面，具有較高的一致性和兼容性。確保API（應用程序編程接口）在云計算平臺的安全、高效、兼容、可控。同時，應降低云閱讀應用服務系統內部各單元的相互依賴性和應用單元間的耦合度，并提高組成單元的內聚性，保證系統具有較高的可維護性和可擴展性。

第三，數字圖書館讀者應用程序遷移到云端后，可能會因為訪問距離的增加而造成讀者使用應用程序時間的延遲。因此，云服務租賃商應采取相應的用戶訪問加速策略和提供更寬的網絡帶寬，并限制應用程序的更新頻率和數據下載量，保證云讀者快速訪問［６］。

２.５ 數字圖書館云遷移的管理與監控

數字圖書館在云遷移過程中，應盡量使用云服務供應商提供的云遷移管理軟件和工具，將云遷移的實施、管理、監控、優化統一集成在一個管理平臺中，真正實現云遷移管理的“軟件＋服務”模式。確保遷移平臺不僅僅是云遷移運營、管理的平臺，同時又是云遷移應用開發與行動部署平臺。

在遷移平臺功能設計上，云遷移平臺應能夠將傳統的數據庫、應用服務軟件、數字閱讀應用服務平滑遷移到云計算平臺上，并保證數據庫使用、讀者云閱讀應用服務、應用服務軟件和服務管理的連續不間斷。其次，要提高云遷移與管理活動的自動化與智能化水平，能夠按照用戶所設定的參數自動、智能地進行云遷移活動，并設置相應的閥值參數進行報警與行為閥值控制。第三，應建立起安全、高效、準確、經濟的云遷移狀態監測與行為監控系統。通過設置精確的云遷移狀態數據采集點和制定高效的監測數據處理、分析策略，實現對云遷移過程中的應用服務、數據信息、物理設備、網絡傳輸進行全面監控。同時，全面分析系統的工作狀態與運行效率，并以圖、表的形式表示出來，為數字圖書館云遷移活動提供有效的管理、控制、優化數值依據［７］。

３ 結 語

數字圖書館云遷移是云計算環境下圖書館建設面臨的重要問題，是傳統數字圖書館改變IT基礎設施結構與讀者服務模式，提高讀者云閱讀活動服務保障力的必由之路。同時，也是提高云計算環境下讀者云閱讀活動滿意度，確保云圖書館安全、高效、經濟、可靠、開放、低碳運營的前提。

云遷移過程中，只有從傳統數字圖書館系統結構、傳統數字閱讀應用服務模式、圖書館運營與服務管理需求、讀者云閱讀服務要求實際出發，緊密結合云遷移活動的目的與內容、云遷移環境特點、安全需求、遷移風險、遷移投資收益與質量要求，才能制定出安全、高效、經濟、可靠的云遷移策略，為讀者提供滿意的云個性化閱讀應用服務［８］。

參考文獻

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（本文責任編輯：張麗娟）