面向云計算的數字圖書館高性能云服務平臺研究

馬曉亭,陳 臣（蘭州商學院.信息工程學院；.網絡中心，蘭州 730020）

1 引言

云計算環境下數字圖書館云服務平臺，是云服務商云計算能力和數字圖書館信息資源整合的載體，也是開展讀者云個性化數字閱讀業務和用戶閱讀滿意度評估的主體。在云圖書館用戶服務平臺建設中，如何從讀者需求和云服務平臺建設、運營效率出發，加強云計算技術和云服務模式的有效結合，實現數字圖書館云服務平臺的統一調度、統一管理、統一分配、統一部署、統一監控和統一備份，是確保云服務平臺高效、安全、經濟、可控和用戶滿意的關鍵。[1]

2 圖書館云服務模式與云服務平臺構建需求

2.1 圖書館云服務模式

云計算環境下，數字圖書館云服務模式主要分為基礎設施即服務（Infrastueture as a Service，Iaas）、平臺即服務（Platform as a Service，Paas）、軟件即服務（Software as a Service，SaaS）三種主要模式。

IaaS平臺主要由云圖書館數據中心虛擬服務器、云計算資源、數據存儲設備、數據傳輸網絡、內存資源、I/O設備、云系統與用戶管理設備等硬件設施組成，是PaaS、SaaS平臺建立與開展服務的基礎，可為云圖書館用戶應用服務、云圖書館虛擬化管理、PaaS與SaaS平臺服務模式，提供基于硬件設備的核心計算、網絡傳輸、海量存儲服務。IaaS模式利用虛擬化技術，將云基礎設施資源虛擬、抽象為一個大的資源池統一管理，為用戶提供動態、高效、智能、自動化的資源管理與分配服務，在提高服務保障能力和資源管理效率的同時大幅降低了使用成本，實現了面向用戶的標準化服務。

PaaS平臺建立于IaaS的平臺服務模式之上，為云圖書館管理員、第三方軟件開發商、讀者、軟件開發人員提供一種云計算環境下的智能化軟件開發平臺。開發人員可通過購買PaaS平臺服務，為云圖書館個性化服務軟件和應用系統開發，提供所需的應用設計、應用開發、應用測試和應用托管環境，完成云閱讀應用與云服務活動的創建、測試和部署，而不需要關心底層的計算、網絡、存儲系統的硬件設備基礎架構。

SaaS服務平臺可直接構建于IaaS平臺之上，也可構建于PaaS平臺之上，具有較高的安全性和可管理性。在IaaS服務商支持下可實現面向用戶的定制化服務，并可根據用戶需求實現自動化軟件升級。SaaS服務平臺提供商可根據讀者云應用服務需求，在不影響平臺安全性、運行效率、可靠性和經濟性的前提下，依據讀者需求對SaaS平臺系統組織與軟件結構進行擴展、修改、重組和刪除，具有較強的可擴展性和可移植性，大幅降低了云圖書館SaaS服務平臺的購買、維護、使用、升級成本。

2.2 圖書館云服務平臺構建需求

2.2.1 云服務平臺系統性能與云服務評估需求

安全、高效、經濟、可靠是數字圖書館云服務平臺建設和運營的基本要求。因此，云服務平臺在建設初期，應對云圖書館的客戶群體數量、閱讀需求、云資源使用量、云資源服務高峰期數值、傳統數字圖書館服務系統、安全威脅與安全需求進行評估。選定最優的服務系統云化對象和比例，并結合云系統服務與云應用需求頻率對云資源彈性分配，保證云系統具有最優的投資收益率和響應速度。此外，應準確預測未來讀者云閱讀活動、云服務模式擴展和云資源需求的發展趨勢，為云服務平臺基礎設施資源與應用軟件的未來擴展預留功能模塊和系統接口。第三，需加強對傳統數字圖書館云服務平臺可用性和用戶服務質量的評估，為傳統數字圖書館服務與數據安全、高效、經濟、快捷遷移至云計算環境提供理論依據。

2.2.2 云服務平臺架構的科學性和系統易用性需求

云圖書館服務平臺具有用戶群體廣泛、高性能、高可用和可靠的使用需求。因此，平臺在設計和建設過程中，應確保平臺架構科學、開放、支持多協議和易于擴展。其次，云圖書館管理員、讀者、云應用服務開發商、云服務提供商是云服務平臺的主要用戶群體。要求平臺在功能實現中，應具備高效的虛擬化管理、模塊化的服務設計、系統功能的無縫集成、業務數據流的安全防護功能，能夠滿足用戶云服務和未來功能擴展需求。第三，系統應具備較強的數據處理、傳輸和用戶訪問控制功能，云服務平臺能夠智能、自動化地實現負載平衡。

2.2.3 云服務平臺有較高的安全、可靠性需求

云計算環境下，用戶服務平臺具有系統結構復雜、用戶安全要求高、外界安全威脅增加、自身不穩定因素多的特點。此外，云計算技術在用戶服務平臺中的應用，也改變了數字圖書館傳統服務模式和IT安全環境，傳統的安全策略和防御系統無法完全解決云數字圖書館安全問題。其次，圖書館的云系統管理數據、業務數據、用戶信息、讀者保密數據等核心數據，決定了云圖書館用戶服務的安全性、保密性、可靠性和不間斷性。因此，能否在不降低云系統運營效率的前提下，提高操作系統、應用服務系統、服務數據、用戶身份認證的鑒權和加密級別，確保安全管理工作可控和易用，也是提高云服務平臺安全性應重點關注的問題。第三，隨著云服務平臺建設成本的不斷降低，以及讀者云服務模式和內容的不斷發展、完善，系統高度集成、功能模塊化成為云服務平臺的發展方向。如何有效封裝系統服務平臺不同的層次架構和功能模塊，確保安全、高效運行和快速排除故障，是云服務平臺安全、高效、經濟、不間斷運行的關鍵。

2.2.4 云服務平臺系統搭建、配置、管理、使用的智能化與自動化水平需求

圖書館云服務平臺用戶服務過程中，服務平臺的快速搭建、配置，關系到云系統和硬件資源的管理、配置、利用、調配效率，是云服務平臺用戶服務能力和云資源動態調度性能評估的依據。因此，要提高服務平臺云資源與云服務的智能和自動化管理、配置水平，確?？梢罁x者云閱讀需求快速搭建云服務環境并及時回收資源，提高云資源使用率和服務高峰期資源的分配性能。

其次，應根據云服務平臺的規模和管理需求，制定高效、低投入和低云資源消耗的管理策略。對于小規模架構和簡單云應用服務，可采取基于Web界面的簡單管理方式，實現低成本的管理模式。而對于大規模架構和復雜應用的云服務平臺，可通過對云資源使用效率探測和需求量預測，利用虛擬化技術實現云資源的智能、自動、動態、可視化管理，確保云服務平臺負載平衡。[2]

2.2.5 云服務平臺讀者個性化服務功能需求

在云服務平臺功能建設中，重點應加強云服務平臺高性能計算和數據海量處理能力建設?？紤]到云服務平臺高峰期和未來功能擴展對云資源的需求，應按照高峰期平臺對云計算和云存儲資源總需求量的130%進行設計。其次，結合讀者云閱讀活動對移動性和個性化的需求，應加強PaaS平臺應用軟件對用戶移動性和個性化閱讀服務功能的設計。第三，在云服務平臺設計中，應結合云應用平臺服務、對象和任務特點，對云應用系統、基礎設施資源的數據傳輸帶寬和IP地址資源合理分配，確保云服務系統高效、安全、協調、均衡。

3 圖書館高性能云服務平臺系統的設計與構建策略

3.1 注重云服務平臺設計的創新與功能整合

云服務平臺設計理念的科學性，決定了平臺構建、使用活動的效率和可靠性。首先，應結合圖書館讀者云服務平臺功能需求，制定詳細、完整的設計方案。內容涉及云應用系統硬件和軟件的安全、功能、部署和結構，符合云計算技術標準和云系統結構規范，具有較強的先進性、實用性、可管理性，并易于實現。其次，應在增加云服務平臺硬件系統密度的前提下提高云平臺應用服務能力，增強云應用軟件的兼容性、移植性、可靠性和可操作性，降低云應用軟件平臺構建、使用、維護和升級的成本。第三，云服務平臺設計過程中，應加強云管理平臺對基礎設施資源、云系統資源、云應用服務、服務數據的管理與交付，對云資源實施統一、流程化的管理，提高云服務平臺的效率和服務質量。第四，云服務平臺在建設和功能實現過程中，應加強平臺云服務功能可控性和云應用程序設計的靈活性，進一步簡化云應用程序的開發過程和云系統運維程序，不斷增加云系統底層結構的透明度。

3.2 拓展云服務平臺用戶個性化服務功能

云服務平臺應緊密結合讀者個性化云閱讀需求，加強云系統平臺讀者服務能力和用戶滿意度建設。

云計算環境下，隨著云服務平臺讀者個性化需求的不斷擴展，云系統在保留傳統IT服務內容的前提下，結合用戶需求開展了相應的增值業務服務。在實現圖書館門戶系統建設、館際互借、文獻檢索與傳遞、參考咨詢、特色庫加工、資源收割、信息發布、檢索與調度等基礎服務的前提下，應結合云計算的超級計算、海量存儲、快速傳輸和高效管理特點，為讀者提供移動閱讀、辦公自動化、郵箱、讀者論壇與博客、長久存儲文件、高速數據傳輸、讀者個人主頁服務、個人信息安全服務、群發郵件等增值服務。此外，結合云圖書館應用軟件編寫者需求，可提供基于開發者定制服務的PaaS平臺，并根據開發者需求及時進行功能擴展，以及創建、運行新的應用程序和開發軟件。第三，應實現云服務平臺不同系統間的統一認證、資源整合與檢索、數據服務、數據對象存貯與下載、聯合編目、區域資源調度、計費服務、知識服務，提高用戶服務的智能化、自動化水平。[1]

3.3 提高云服務平臺系統應用安全性

云服務平臺系統拓撲結構與應用安全性，是云服務平臺高效、可靠運營的前提。

首先，應根據圖書館云系統結構特點、讀者云閱讀活動安全需求、云計算環境下的不安全因素、云系統和用戶未來可能面對的安全威脅，建立有效的防御體系并制定相應安全策略，提高云服務平臺應用和網絡系統自身健壯性?？稍谠品掌脚_和外部網絡之間，以及云服務平臺內部不同安全標準要求的功能模塊之間建立硬件防火墻、安全網關、高性能互聯網協議群、入侵檢測系統、網絡版防病毒軟件、高可靠性的訪問控制策略，提高對非法入侵防御和數據流量檢測的有效性，并保證數據傳輸網絡工作負載均衡。其次，應有效執行身份認證和訪問授權、安全事件響應和取證、數據應用與傳輸監控、端到端的加密、運營與服務的安全管理、病毒與攻擊手段智能預測、遠程和雙機備份等安全策略，加強防御措施的針對性和有效性。第三，應結合IaaS、PaaS、SaaS用戶群特點和應用安全需求，通過對IaaS、PaaS、SaaS三種平臺的有效封裝與隔離，規范不同云服務模式間的模塊接口和數據安全交付標準，有效降低云圖書館云服務模式安全管理復雜度并簡化安全管理過程。第四，應在制度上保障定期對云服務平臺系統和應用程序安全掃描和補丁，結合平臺功能與服務特點編寫相應的安全管理和維護系統，提高云平臺安全管理的可控性和可操作性?？梢罁破脚_服務安全需求，制定并及時調整云服務系統模塊管理與應用的安全級別。此外，還應通過培訓加強云圖書館技術人員的安全意識和技術水平，提高解決突發事件的能力。[3]

3.4 預測云服務平臺系統結構與服務需求的未來發展方向

預測云服務平臺系統結構與讀者服務需求的未來發展方向，是云圖書館不斷加強系統結構科學性和云服務有效性的有效途徑。

對云計算技術發展趨勢和未來讀者云個性化閱讀活動特點發展分析，智能化、自動化是IaaS服務平臺主要的演變方向。IaaS通過配備以自動化腳本為主體的融合架構，并利用自動化管理工具實現基于底層架構的融合，完成了對云物理資源的虛擬化高效管理和分配，實現對用戶閱讀需求所需云資源的自動化快速交付。其次，隨著云圖書館服務群體的擴展和服務模式的轉變，基于IaaS高性能服務的IaaS、SaaS平臺融合，成為圖書館云服務平臺結構與服務方式轉變的又一趨勢。基于IaaS高性能服務平臺的支持，SaaS平臺功能模塊可根據用戶需求進行重組、分解、擴展和更新，用戶可依據所使用模塊的資源量付費，大幅降低了云圖書館SaaS平臺結構和管理復雜度。第三，安全、開放、易控、經濟是圖書館云服務平臺的發展方向。構建可共享、可移植、健壯和可擴展的PaaS平臺，將是云圖書館平臺建設的主要發展方向。用戶可在同一個PaaS平臺上，進行云圖書館管理、閱讀應用和個性化軟件的開發。利用PaaS平臺系統的開放、精細管理、資源共享、程序移植特性，大幅降低了開發周期和投入成本，提高了云系統管理和應用軟件開發的靈活、可用性。第四，客戶需求、使用滿意度，以及云系統運營效率和安全性是云服務平臺質量建設與判定的主要因素。因此，在不降低云服務平臺安全性和運營效率的前提下，應加強云服務平臺用戶使用滿意度和客戶關系調查，為云平臺建設和用戶服務提供參考依據。[4]

3.5 降低云服務平臺的投資、使用、維護、升級成本

云服務平臺的建設、運營、維護、升級成本，是關系云圖書館用戶服務投資收益率和市場競爭力的重要因素。

云圖書館在建設中通常采用在線遷移的方式，將傳統數字圖書館的管理服務數據、用戶服務模式、應用服務系統、客戶信息遷移到云計算環境中，在不間斷傳統數字圖書館服務和系統運營性能的前提下，提高云服務平臺的性能。云遷移過程中，在網絡帶寬、數據傳輸安全、數據異地托管、遷移效率上的投資是遷移活動的主要成本。因此，在重點突出遷移安全性和有效性的前提下，應制定高效的遷移策略、網絡帶寬租賃計劃、人員成本預算，保證傳統數字圖書館系統具有較高的云遷移投資收益。其次，數據存儲是云圖書館成本構成的主要組成部分。云圖書館應根據運營服務數據存儲需求和運營周期特點，和云服務提供商通過談判的方式簽署相應的云存儲系統租賃合同，明確云存儲系統的容量、使用周期、存儲服務模式與內容、租賃地點、租賃價格，確保云存儲服務高效、經濟、便捷、夠用。第三，為了提高云服務平臺用戶服務質量和數據傳輸效率，較大規模的云圖書館通常會在世界不同地理位置建設備份系統，不同子數據中心的系統集成成本是構成云服務平臺成本的重要內容。第四，應依據云服務平臺信息系統的生命周期規律，制定云服務管理平臺和應用軟件系統的測試、運營、維護、升級、淘汰計劃，有效控制并降低信息系統研發和使用成本。

3.6 實現云服務平臺的高效、精細化管理

實現云服務平臺的高效、精細化管理，是提高云服務平臺系統運營安全和效率，降低能源消耗和使用成本的前提。首先，應根據云服務平臺運營模式和內容，加強對重要功能模塊、云系統資源、云應用服務、用戶的管理。主要內容可分為對云虛擬化資源、云系統監控、云應用與系統日志、云資源分配與交付、云計算的擴展應用、統計報表等內容的管理，保證云系統組織結構和云應用服務科學、協調、高效、易控。其次，應加強云系統資源、平臺硬件設備、系統與用戶密鑰、用戶、計費等內容的管理，提高管理的安全性、邏輯性、有效性和可控性?？山Y合相應的管理系統與軟件，實現自動監控、預測、報警、調度，提高管理的智能、自動化水平。第三，在管理上應制定并實行精細管理策略，采取細粒度的控制手段，確保系統安全、高效、經濟、低碳運營。

[1]趙紅，徐華洋.ALISH數字圖書館云服務平臺建設[J].圖書情報知識，2011（5）：53－56.

[2]喻昕，王敬.基于云計算技術的數字圖書館云服務平臺架構研究[J].情報科學，2011（7）：1049－1053.

[3]王紅.“云圖書館”平臺的架構與實現[J].情報理論與實踐，2010（10）：108－109.

[4]任磊.云制造資源虛擬化研究[J].計算機集成制造系統，2011，17（3）：511－518.