區(qū)域圖書館數(shù)據(jù)中心IaaS建設(shè)研究

（深圳圖書館 廣東深圳 518036）

1 引言

2006年，我國頒布了《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展十一個五年規(guī)劃綱要》與《國家“十一五”時期文化發(fā)展規(guī)劃綱要》，綱要明確提出將“覆蓋全社會的公共文化服務(wù)體系”，“基本公共文化服務(wù)普遍均等”納入本時期重要的社會發(fā)展目標(biāo)。〔1〕在政府的強力引導(dǎo)與行業(yè)文化自覺的推動下，全國各地開始了以圖書館總分館制、圖書館聯(lián)盟、圖書館服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等為代表的公共圖書館一體化服務(wù)體系建設(shè)。

在公共圖書館服務(wù)一體化建設(shè)過程中，需要有遍布本區(qū)域的基層圖書館和技術(shù)力量比較強大的中心圖書館。基層圖書館在中心圖書館搭建的統(tǒng)一服務(wù)技術(shù)平臺上聚焦于專業(yè)的圖書館服務(wù)；中心圖書館則通過集成本區(qū)域內(nèi)各基層圖書館的計算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲資源、人力資源以及應(yīng)用系統(tǒng)等，形成區(qū)域圖書館的數(shù)據(jù)中心，為各基層圖書館提供強有力的技術(shù)支撐，二者分工明確，相得益彰。

現(xiàn)代科技特別是云計算技術(shù)的發(fā)展，為中心圖書館數(shù)據(jù)中心建設(shè)提供了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。在經(jīng)歷前期的喧囂與沉淀，云計算在IT界得到了廣泛的認(rèn)可，在圖書館界也得到了實際應(yīng)用，它正好契合圖書館服務(wù)一體化的發(fā)展理念，也正好契合圖書館數(shù)據(jù)中心建設(shè)，并在圖書館數(shù)據(jù)中心的升級、改造和更新中得到吸收和采用。〔2〕從表現(xiàn)形態(tài)來看，云計算可以分為IaaS、SaaS和PaaS三種服務(wù)模式，本文主要探討IT基礎(chǔ)設(shè)施云IaaS的建設(shè)。

2 圖書館傳統(tǒng)IT系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀與對策

2.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

在非云架構(gòu)的圖書館數(shù)據(jù)中心，一個圖書館業(yè)務(wù)應(yīng)用投入運行前，IT系統(tǒng)管理員要根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的需求和目的準(zhǔn)備一個固定的IT資源，過程復(fù)雜，周期較長，往往一個IT應(yīng)用系統(tǒng)所占有的計算資源、存儲資源和網(wǎng)絡(luò)資源是獨立的。在這種傳統(tǒng)的計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用架構(gòu)和模式下，由于不可能對業(yè)務(wù)應(yīng)用獨占的IT資源進(jìn)行動態(tài)分配，必然造成了數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)應(yīng)用密度低、硬件資源利用率低，在有限的物理空間內(nèi)IT系統(tǒng)難以滿足應(yīng)用的發(fā)展變化、靈活部署和快速維護(hù)。〔3〕另外，一個區(qū)域中的所有圖書館，無論大小，為了應(yīng)對服務(wù)的需求，跟上業(yè)務(wù)處理自動化、網(wǎng)絡(luò)化的步伐，投入不少的精力去建立自己的數(shù)據(jù)中心，部署五臟俱全的硬件基礎(chǔ)設(shè)備和各種應(yīng)用系統(tǒng)，從專業(yè)技術(shù)人才力量、建設(shè)資金投入、基礎(chǔ)資源利用、管理維護(hù)成本等方面考慮都是值得圖書館界深思的。因此，區(qū)域中心圖書館有必要建立具有新一代智能彈性架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心，減少不必要的重復(fù)投入，降低區(qū)域圖書館IT建設(shè)、管理和維護(hù)的總成本。

2.2 對策

在區(qū)域內(nèi)由中心圖書館建設(shè)云架構(gòu)數(shù)據(jù)中心，并聚集相應(yīng)的技術(shù)支撐力量進(jìn)行IT系統(tǒng)的運維，而此區(qū)域的基層圖書館可以通過互聯(lián)網(wǎng)或其他特定的廣域網(wǎng)從中心圖書館數(shù)據(jù)中心按需獲取IT基礎(chǔ)資源，在完善的、規(guī)模化的云計算架構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，逐步得到計算服務(wù)、存儲服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，這種圖書館IaaS云服務(wù)模式更加注重具有較多IT資源的大中型圖書館合作，形成分布式的云計算資源。

由于圖書館重點工作在于業(yè)務(wù)應(yīng)用和讀者服務(wù)，基層圖書館現(xiàn)有的極少數(shù)IT技術(shù)人員、較少的資金規(guī)模均無法支持IT系統(tǒng)的建設(shè)和維護(hù)，也談不上應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的維護(hù)等高技術(shù)層面的支撐，因此建設(shè)區(qū)域性的IaaS數(shù)據(jù)中心尤為必要。雖然目前IaaS云服務(wù)在圖書館界極為少見，但是政府和圖書館的IT管理者開始認(rèn)識到融合和整合本區(qū)域圖書館界的硬件資源、軟件資源和數(shù)據(jù)資源所具有的極大優(yōu)點。隨著云計算的技術(shù)條件步入成熟，以及圖書館對區(qū)域性的IaaS數(shù)據(jù)中心需求開始增多，政府所提供的經(jīng)濟條件開始具備，圖書館IaaS數(shù)據(jù)中心將逐漸進(jìn)入規(guī)模化建設(shè)和應(yīng)用階段。

3 區(qū)域圖書館數(shù)據(jù)中心IaaS構(gòu)建

IaaS數(shù)據(jù)中心正經(jīng)歷從整合、虛擬化到業(yè)務(wù)變化編排自動化的發(fā)展進(jìn)程。

虛擬化是IaaS數(shù)據(jù)中心構(gòu)建最重要的技術(shù)之一，涵蓋服務(wù)器虛擬化、存儲虛擬化和網(wǎng)絡(luò)虛擬化。調(diào)查顯示，全球多數(shù)的數(shù)據(jù)中心的資源利用率在15%～20%之間，通過整合、虛擬化技術(shù)可以實現(xiàn)50%～60%的利用率。〔4〕如圖1所示，IaaS數(shù)據(jù)中心需在邏輯上和物理上將特定區(qū)域的圖書館服務(wù)器、存儲和網(wǎng)絡(luò)等資源進(jìn)行大規(guī)模的集中和融合，通過整合或共享物理資產(chǎn)來提高資源利用率，形成規(guī)模化的計算資源池、存儲資源池和網(wǎng)絡(luò)資源池，在統(tǒng)一管理平臺中實現(xiàn)對資源的快速部署、重組部署和業(yè)務(wù)編排自動化，以滿足圖書館IT業(yè)務(wù)變化和發(fā)展的需要，建設(shè)節(jié)能高效的圖書館和綠色數(shù)據(jù)中心，為區(qū)域基層圖書館提供高效的IaaS服務(wù)。

圖1 圖書館云計算數(shù)據(jù)中心架構(gòu)圖

在圖書館IaaS數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，基礎(chǔ)資源虛擬化和業(yè)務(wù)管理自動化是不可或缺的重要技術(shù)應(yīng)用。

3.1 基礎(chǔ)資源虛擬化

區(qū)域中心圖書館要建設(shè)IaaS 數(shù)據(jù)中心，首先要分析提供圖書館IaaS云服務(wù)范圍內(nèi)圖書館業(yè)務(wù)應(yīng)用需要的服務(wù)器、存儲和網(wǎng)絡(luò)的物理IT資源需求，并將服務(wù)器、存儲和網(wǎng)絡(luò)等資源進(jìn)行整合和重新規(guī)劃，采用虛擬化技術(shù)，形成虛擬IT資源池，簡化IT系統(tǒng)管理、優(yōu)化IT基礎(chǔ)資源，再通過智能的管理和調(diào)度系統(tǒng)，將資源池中的資源根據(jù)不同圖書館的應(yīng)用需求分配到不同的應(yīng)用處理系統(tǒng)，靈活地為應(yīng)用提供資源調(diào)配與部署，按需向區(qū)域基層圖書館提供IT資源服務(wù)，發(fā)揮IT資源的全部潛力。〔5〕

3.1.1 服務(wù)器虛擬化

服務(wù)器虛擬化也稱為計算虛擬化，就是采用虛擬化技術(shù)將服務(wù)器物理資源抽象成邏輯資源。簡單地說，就是讓一臺物理服務(wù)器變成幾臺、幾十臺乃至上百臺相互隔離的虛擬服務(wù)器。虛擬化技術(shù)使得服務(wù)器中的CPU、內(nèi)存、磁盤、I/O等硬件變成可以動態(tài)管理的邏輯“計算資源池”， 通過區(qū)分資源的優(yōu)先次序，隨時根據(jù)動態(tài)的變化將服務(wù)器資源分配給最需要的業(yè)務(wù)，提升單個業(yè)務(wù)承擔(dān)應(yīng)用負(fù)載峰值的能力。虛擬化技術(shù)實現(xiàn)了區(qū)域中心圖書館服務(wù)器資源的整合，提高了資源利用率，簡化了系統(tǒng)管理，讓IT系統(tǒng)對圖書館業(yè)務(wù)云服務(wù)的變化更具適應(yīng)力。

3.1.2 存儲虛擬化

存儲虛擬化的方式是將資源的邏輯映像與物理存儲分開，展現(xiàn)給圖書館系統(tǒng)管理員的是一套簡化的、虛擬的資源邏輯視圖。對圖書館IaaS數(shù)據(jù)中心來說，虛擬化的存儲資源就像是一個巨大的“存儲池”，讀者和工作人員完全看不到具體的磁盤、磁帶位置和狀況，也無需了解數(shù)據(jù)經(jīng)過的路徑和保存的具體存儲設(shè)備。從存儲資源的管理方面來看，采取集中化統(tǒng)一管理平臺對虛擬存儲資源池進(jìn)行智能調(diào)度，通過統(tǒng)一管理平臺進(jìn)行資源分配、資源回收以及資源利用情況的監(jiān)控，并根據(jù)具體的需求把存儲資源動態(tài)地分配給圖書館任何一個必要的業(yè)務(wù)應(yīng)用，將使存儲空間得到更加合理的利用。

3.1.3 網(wǎng)絡(luò)虛擬化

網(wǎng)絡(luò)虛擬化是中心圖書館整合本館的網(wǎng)絡(luò)資源，通過多虛一模式、一虛多模式或混合模式虛擬化形成“網(wǎng)絡(luò)資源池”，然后重新規(guī)劃核心層和接入層，形成具有彈性架構(gòu)的新一代智能網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)，并通過網(wǎng)絡(luò)的信息感知，聯(lián)動計算資源和存儲資源動態(tài)遷移和調(diào)整，使得中心圖書館在網(wǎng)絡(luò)資源的管理和利用上更加靈活地支持區(qū)域圖書館的云服務(wù)。

3.2 業(yè)務(wù)管理自動化

隨著IT 系統(tǒng)在圖書館應(yīng)用越來越深入，其承載的圖書館業(yè)務(wù)系統(tǒng)將越來越復(fù)雜，面向功能的獨立管理系統(tǒng)由于標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，很難適應(yīng)圖書館IT 設(shè)施的變化或核心應(yīng)用的調(diào)整。圖書館IT基礎(chǔ)設(shè)施虛擬化后，一個融合的IT 基礎(chǔ)架構(gòu)管理平臺屏蔽了不同廠商、不同型號IT設(shè)備的差異和內(nèi)部細(xì)節(jié)，管理對象變成了虛擬的、可靈活遷移的資源。通過面向圖書館業(yè)務(wù)的編排和調(diào)度，實現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用與基礎(chǔ)資源的合理分配，解決不同的圖書館業(yè)務(wù)應(yīng)用在不同時間中對基礎(chǔ)資源的使用所存在的忙閑不均的問題。

圖書館IT系統(tǒng)管理員要完成業(yè)務(wù)應(yīng)用編排自動化，首先要收集整理網(wǎng)絡(luò)功能、服務(wù)器能力和存儲容量等基礎(chǔ)資源，建立抽象的資源和功能模型，然后對它們進(jìn)行參數(shù)賦值，形成可分發(fā)的服務(wù)模型。接著我們對每個具體的業(yè)務(wù)應(yīng)用進(jìn)行需求分析和等級定位，組合編排服務(wù)模型形成可用的圖書館業(yè)務(wù)實例，之后應(yīng)用系統(tǒng)的建立、復(fù)制、調(diào)整、優(yōu)化、部署和維護(hù)等都將由系統(tǒng)自動快速地完成。〔6〕圖書館IT系統(tǒng)管理員將因管理自動化而大大受益，他們從云計算的建立、調(diào)整、擴容、維護(hù)等繁雜的工作任務(wù)中解脫出來，將更多的精力投入到為基層圖書館提供高質(zhì)量的圖書館IaaS服務(wù)中去。

3.3 圖書館數(shù)據(jù)中心IaaS構(gòu)建實例

深圳圖書館作為深圳市“圖書館之城”的中心圖書館，于2013年開始整合服務(wù)器資源、網(wǎng)絡(luò)資源和存儲資源，至今計算虛擬化和網(wǎng)絡(luò)虛擬化已基本完成，緊接著計劃著手存儲資源虛擬化。

按照云計算架構(gòu)重組數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)資源，逐步淘汰獨立服務(wù)器運行單個應(yīng)用的模式，深圳圖書館將在近五十臺虛擬服務(wù)器中安裝運行實時參考系統(tǒng)、SOLARWINDS網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、圖書館之城中心管理系統(tǒng)等十多個應(yīng)用系統(tǒng)。為了方便虛擬服務(wù)器的快速部署和維護(hù)，IT系統(tǒng)管理員建立了不同的應(yīng)用模型實例，應(yīng)用系統(tǒng)可以按需在不同的虛擬服務(wù)器間遷移，也可以根據(jù)應(yīng)用的變化隨時調(diào)整虛擬服務(wù)器掛接的存儲空間。在網(wǎng)絡(luò)資源融合方面，核心網(wǎng)絡(luò)交換機、核心防火墻均進(jìn)行多虛一的整合，網(wǎng)絡(luò)交換性能得到疊加，廣域網(wǎng)信息處理能力大大提高，網(wǎng)絡(luò)層次更加簡化，管理維護(hù)更加智能。

深圳圖書館數(shù)據(jù)中心已逐步向云計算架構(gòu)轉(zhuǎn)型，并已向各區(qū)圖書館和分館免費提供圖書館之城中心管理系統(tǒng)及其BS/CS虛擬應(yīng)用服務(wù)器，在統(tǒng)一應(yīng)用和管理平臺上運行的業(yè)務(wù)系統(tǒng)包括采編、流通、典藏、統(tǒng)計、OPAC、自助服務(wù)、專題資源加工、電子閱覽室管理等。由于深圳圖書館提供的應(yīng)用軟件平臺、配套的服務(wù)器資源和存儲資源涵蓋了圖書館的主要業(yè)務(wù)，因此各區(qū)圖書館逐步減少了IT系統(tǒng)的建設(shè)與維護(hù)投入，社區(qū)圖書館基本不需要服務(wù)器和存儲系統(tǒng)，具備聯(lián)網(wǎng)條件后就可利用深圳圖書館的計算資源和存儲資源進(jìn)行全面的讀者服務(wù)。目前，深圳圖書館正在升級數(shù)據(jù)中心向云計算架構(gòu)深化，IT系統(tǒng)具備了彈性智能的架構(gòu)，形成了區(qū)域性圖書館私有云的雛形，逐步向深圳地區(qū)的基層圖書館開放IT資源，提供IaaS云服務(wù)，大大地降低了深圳市圖書館IT系統(tǒng)建設(shè)、管理和維護(hù)的總成本。

3.4 區(qū)域圖書館IaaS必須面對和解決的問題

3.4.1 建立一個各館聯(lián)盟的技術(shù)組織

為了使區(qū)域中心圖書館云架構(gòu)數(shù)據(jù)中心更好地向中小型圖書館提供IaaS云服務(wù)，需要建立一個以中心圖書館IT技術(shù)力量為主的，聯(lián)合各中小型圖書館為輔的聯(lián)盟技術(shù)組織，共同制定和遵守IaaS日常運行維護(hù)規(guī)范。區(qū)域中小型圖書館需要有少量技術(shù)人員與中心圖書館進(jìn)行技術(shù)對接與溝通，及時處理本館客戶端的應(yīng)用問題，向中心圖書館數(shù)據(jù)中心反映相關(guān)應(yīng)用故障現(xiàn)象，這是IaaS云服務(wù)質(zhì)量保證的重要環(huán)節(jié)之一。

3.4.2 區(qū)域圖書館IT資源互補整合

區(qū)域中心圖書館在IaaS建設(shè)起步時，往往會遇到計算資源和存儲資源的不足問題。眾所周知，基礎(chǔ)資源的建設(shè)常常是需要一兩年甚至更長的時間才能得以解決。因此，不能僅看到一個圖書館的資源，而是要在區(qū)域各圖書館中去尋求整合，如有的圖書館存儲資源豐富，有的圖書館高端服務(wù)器較多，那么區(qū)域中心圖書館就可通過高帶寬廣域網(wǎng)，將資源納入虛擬化資源池進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配和管理，形成區(qū)域分布式的資源架構(gòu)。值得一提的是，整合區(qū)域圖書館基礎(chǔ)資源，需要兩館之間具備高Qos帶寬的廣域網(wǎng)連接，如MPLS VPN、光纖專線等接入。

3.4.3 應(yīng)用與數(shù)據(jù)的安全保障

區(qū)域基層圖書館希望得到IaaS云服務(wù)，但往往對服務(wù)質(zhì)量和數(shù)據(jù)安全心存顧慮。為了讓中小型圖書館放心地享受區(qū)域IaaS云服務(wù)，區(qū)域中心圖書館從自身職能定位出發(fā),一方面可與基層圖書館簽訂責(zé)任協(xié)議，主動承擔(dān)IaaS服務(wù)質(zhì)量責(zé)任和數(shù)據(jù)安全保障責(zé)任,并對響應(yīng)與恢復(fù)時間提出明確的要求；另一方面區(qū)域中心圖書館要采取一切必要的技術(shù)措施，確保云平臺的高可用,如部署網(wǎng)絡(luò)入侵檢測設(shè)備應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)攻擊,服務(wù)器高可用性集群避免硬件單點故障,完善用戶認(rèn)證機制并強化應(yīng)用層安全漏洞掃描從而提升應(yīng)用系統(tǒng)安全性，本地和遠(yuǎn)程容災(zāi)系統(tǒng)確保數(shù)據(jù)安全,以及嚴(yán)格執(zhí)行相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)管理制度等等。

4 IaaS云架構(gòu)數(shù)據(jù)中心是未來圖書館發(fā)展的趨勢

從以下三個方面分析，建設(shè)和發(fā)展區(qū)域性圖書館IaaS數(shù)據(jù)中心，形成區(qū)域性圖書館IaaS云服務(wù)，將是今后圖書館IT應(yīng)用的主要模式。

4.1 技術(shù)力量和基礎(chǔ)資源條件

基層圖書館由于人員編制少，IT系統(tǒng)規(guī)模較小，不具備招募和儲備高端計算機網(wǎng)絡(luò)人才以及缺乏建設(shè)云計算數(shù)據(jù)中心的IT技術(shù)人才。而區(qū)域中心圖書館的IT應(yīng)用數(shù)量大且集中，大量的IT基礎(chǔ)資源和大規(guī)模的IT系統(tǒng)運行方式具備了云計算和云服務(wù)的基礎(chǔ)，這種需求和條件吸引了眾多高端計算機網(wǎng)絡(luò)專業(yè)人才聚集，因而在技術(shù)力量方面具備了建立IaaS數(shù)據(jù)中心的能力，在設(shè)備資源與廣域網(wǎng)資源方面具備了提供云服務(wù)的基礎(chǔ)。

4.2 建設(shè)資金保障

基層圖書館由于規(guī)模小，服務(wù)覆蓋的范圍有限，難以依靠區(qū)、縣、鎮(zhèn)等政府的有限撥款來建設(shè)較大規(guī)模資金投入的IaaS數(shù)據(jù)中心。區(qū)域中心圖書館一般為市、省級公共圖書館，其資金來源于市、省級財政，從減少重復(fù)投資，圖書館業(yè)務(wù)指導(dǎo)關(guān)聯(lián)性，以及服務(wù)覆蓋范圍等方面因素考慮，容易取得政府的支持，得到相應(yīng)的建設(shè)資金以支持云計算建設(shè)和云服務(wù)的開展。

4.3 管理和維護(hù)成本

區(qū)域中心圖書館的項目經(jīng)費和年度經(jīng)費預(yù)算相對比較充足，后期維護(hù)的經(jīng)費來源有保障，從保護(hù)現(xiàn)有投資角度，大幅降低區(qū)域圖書館IT系統(tǒng)維護(hù)投入總成本（TCO），以及擁有的系統(tǒng)維護(hù)能力和承擔(dān)區(qū)域中心圖書館職責(zé)等方面來看，必須要安全地、高效地維持云計算數(shù)據(jù)中心的運轉(zhuǎn)。而基層圖書館應(yīng)該把有限的經(jīng)費和力量投入到日常的業(yè)務(wù)應(yīng)用與讀者服務(wù)中去，從IT技術(shù)管理和維護(hù)中解脫出來，將主要精力關(guān)注于圖書館軟性實力的提升和服務(wù)的增值。

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5. IBM中國研究院虛擬化與云計算小組. 云計算實踐之道：戰(zhàn)略藍(lán)圖與技術(shù)架構(gòu). 北京：電子工業(yè)出版社，2011

6. 杭州華三通信技術(shù)有限公司. 新一代網(wǎng)絡(luò)建設(shè)理論與實踐.北京：電子工業(yè)出版社，2011