數字圖書館云計算平臺效能評估指標體系研究

●馬曉亭 a，陳 臣 b（蘭州商學院 a．信息工程學院；b．網絡中心，蘭州 730020）

1 數字圖書館云計算平臺效能評估內容與原則

1.1 數字圖書館云計算平臺效能評估內容

數字圖書館云計算平臺效能評估內容主要包括云計算平臺基礎設施架構的科學性、云計算平臺的安全與可靠性、云計算平臺易用性與讀者滿意度、云計算平臺可擴展性與兼容性、云計算平臺建設與維護的經濟與低碳性5個方面的內容，主要涉及云計算平臺建設、遷移、運營、維護、升級的信息系統各個生命周期環節。同時，評估內容應涉及云計算、云存儲、云虛擬化、云平臺智能化與自動化管理等核心技術，緊密結合云計算服務大規模、超級計算、高可靠性、按需服務、易擴展、經濟低碳的服務特點，確保評估內容系統、全面、多角度，對數字圖書館云平臺建設具有前瞻性與指導性意義。

1.2 數字圖書館云計算平臺效能評估原則

數字圖書館云計算平臺效能評估指標體系應符合云計算技術規范與云數字圖書館遷移、建設實際，位于不同國家的數字圖書館云計算數據中心，應遵守相關國家網絡與信息系統管理相關法律法規，評估指標內容明確且評估數據易于收集，數據具有易處理與易量化特性，能夠借助計算機進行數據仿真及定量計算。同時，各評估子指標可獨立評估與反映數字圖書館云計算平臺的核心內容，具有較強的獨立性且不與其他子指標評估內容交叉、重疊。

在數字圖書館云計算平臺效能評估過程中，要堅持云計算平臺科學評估方法、評估指標體系、云計算平臺應用實際相結合，堅持發展的眼光與理論引導相結合，堅持定量評估與定性評估相結合，確保評估過程的系統性、客觀性、可操作性與實用性，科學、正確、全面、系統地反映數字圖書館云計算平臺的建設、運營、維護與發展實際。

2 數字圖書館云計算平臺效能評估指標體系的建立

2.1 評估指標體系的建立原則

評估指標體系的科學性、準確性、易操作、經濟性是有效評估數字圖書館云計算平臺效能的關鍵。在評估指標體系建立過程中，要堅持全面性的原則，評估內容應覆蓋云計算平臺建立、管理、運營、維護的各個環節，不能“揚長避短”而降低評估可信度。其次，應堅持客觀性和系統性的建立原則，確保評估指標滿足不同云結構模式、不同地域環境、不同云服務方式、不同云系統管理方法的數字圖書館云計算平臺，能夠從系統整體角度出發來分析、評價。第三，要確保指標體系易用性、經濟性原則，所建立的評估指標易于量化和定量分析、計算，有較低的復雜度和主觀隨意性。［1］

2.2 數字圖書館云計算平臺效能評估指標體系

數字圖書館云計算平臺效能評估指標體系由4項子指標組成，各評估子指標內容與所占分值、評估指標獲取方法如表1所示。

表1 數字圖書館云計算平臺效能評估1級指標

2.2.1 云計算平臺基礎設施架構科學性與標準化和兼容性

云計算平臺基礎設施架構科學性決定了圖書館云計算系統的運行效率，關系到能否通過科學、有效的云平臺組織與運營管理模式，在確保數字圖書館基礎設施云計算平臺、云存儲平臺、云管理平臺、讀者云服務平臺高效運營的前提下，保證圖書館云計算平臺信息系統整體高效、安全、穩定、經濟地運行。同時，云計算平臺基礎設施架構的科學組織形式，是確保云計算平臺按照用戶需求合理分配云計算資源，在降低建設、運營、維護與升級成本的前提下，保障圖書館云系統高效、安全、經濟、低碳地運營。

云計算平臺的標準化與兼容性水平，反映了圖書館云計算系統與其它云系統交互、融合與云遷移的能力。當圖書館云計算平臺通過增加設備來擴展云系統規模與升級云計算性能時，在增加云系統基礎設施結構與管理復雜度后，可有效融合符合云標準化規范的基礎設施設備，同時不會較大程度地降低云系統的運行效率與可管理性，能夠以集群化和模塊化管理思想按需、彈性、低成本、可擴展地分配與高效管理云系統資源。云計算平臺基礎設施架構科學性與標準化和兼容性評估指標如表2所示。

表2 云平臺基礎設施架構科學性與標準化和兼容性評估2級子指標

（1）IT基礎設施結構復雜度與可控性。圖書館云計算平臺組織結構清晰、簡單，易于規劃、管理、控制、維護，有較低的云系統結構復雜度與可控性。

（2）云系統設備標準化與兼容性。云系統基礎設施建設與設備采購符合相關云應用標準與規范，可兼容所有符合云規范的硬件、軟件、云應用平臺。通過增加硬件設備方式來擴展云應用系統規模與云計算能力后，云系統仍然具備較低復雜度與較高可控性。

（3）系統平臺云計算效率。圖書館云計算平臺具有較高的云計算效率，可根據讀者開展云閱讀活動對計算資源的需求情況，適時進行云資源的動態分配。

（4）云應用響應時間與效率。圖書館云系統平臺具有較低的云系統響應時間和較高的云計算、云存儲、云系統管理效率。

（5）云平臺對異構系統的支持能力。云平臺對不同的操作系統與云應用程序均有較好的支持能力，能夠滿足圖書館云計算、云存儲、云應用對操作系統友好性與效率的不同需求，支持相應的操作系統與云應用平臺安全、高效、穩定、經濟地運行。

（6）云計算平臺可控性與可靠性。云計算平臺具有較高的自動化、智能化管理水平，具有較低的云系統與數據中心內部網絡故障率，安全可靠性高，用戶易于采用遠程登陸方式進行管理、控制。

（7）云數據中心網絡可用性。云數據中心網絡具有較高的安全、可靠性，網絡內部采用1000 M及以上帶寬的光纖網絡進行數據傳輸，具有高速、低誤碼率、低延時、易拓展的優點。

（8）云系統建設、維護、升級投資收益率。系統云計算、云存儲性能優異，具有較高的管理和運營效率，云系統建設、維護、升級投資收益率高。

2.2.2 云計算平臺基礎設施結構與云應用的安全性

隨著圖書館云閱讀服務的發展與讀者對云計算要求的提高，開展云閱讀服務的內部云應用平臺與外部網絡環境發生了較大變化，云基礎設施結構復雜、云應用模式多樣化、網絡威脅增多、黑客攻擊方式與目的多樣化是云計算環境下數字圖書館面臨的主要安全隱患。

在確保云應用平臺與軟件效率的前提下，加強云計算平臺基礎設施結構安全、科學、合理、可靠性建設，是保障讀者安全、高效、便捷、滿意地開展云個性化閱讀活動的前提。根據云計算平臺基礎設施架構與云應用安全性建設需要，以及不同安全因素對云系統、云應用和讀者閱讀滿意度影響的程度，所建立的圖書館云計算平臺基礎設施架構與云應用安全性2級指標體系如表3所示。［2］

表3 云計算平臺基礎設施架構可靠性與云應用安全性評估2級子指標

（1）云操作系統內核安全性。云操作系統是云基礎設施硬件設備與云應用程序工作、運行的系統平臺，關系到設備與云應用的安全性與管理效率。確保讀者云應用和數據安全，其核心是保證云操作系統內核安全。在操作系統對硬件與軟件資源的管理中，應確保資源既有連續性又有相對獨立性，當對云資源進行調配時不會涉及云系統的內核資源。

（2）云虛擬化應用與管理安全性。虛擬化技術雖然提高了云系統資源管理、分配、使用效率，但相比設備物理隔離而言，這種系統資源邏輯隔離增加了資源的管理難度與風險。云圖書館在CPU、內存、硬盤空間、網絡設備的邏輯管理上，是否根據云應用需求與云安全需要，為安全標準高的云應用與用戶分配獨立的CPU、硬盤等物理空間。而對于安全等級較低的云應用則采取虛擬化方式管理邏輯空間，確保在同一云服務商設備上，云圖書館與其它云應用租戶在物理與邏輯上安全隔離。

（3）云系統訪問者身份的安全管理。圖書館云計算平臺訪問者通常為云圖書館管理員、讀者與非法用戶。在傳統安全防護措施的基礎上，應重點關注是否采用數據加密、V P N、訪問者身份認證、用戶權限管理、防火墻、安全存儲、密鑰管理、數據隔離與備份、威脅管理策略等安全管理模式，來提高云系統的主動防御與訪問者身份管理能力。

（4）云基礎設施安全性。圖書館云基礎設施安全主要包括云數據中心網絡系統、云計算與云存儲主機、管理終端服務器等基礎設施資源的安全。是否按照系統功能將云網絡與云基礎設施資源劃分為不同的集群系統，采用基于生命周期的云信息系統基礎設施安全風險管理模型，不斷強化、規范基礎設施資源與云應用的安全管理和建設有效的安全防御系統，并對云平臺的系統脆弱性與云威脅防御系統進行檢測，來確保云平臺自身的健壯性。

（5）核心數據管理的安全有效性。圖書館云系統核心數據主要有讀者資料、云系統管理與維護數據、云圖書館業務數據、云系統維護與讀者訪問密碼等數據。是否對訪問核心數據用戶進行身份與訪問權限認證，在數據遠程傳輸與存儲前進行不同復雜度的數據加密，并采用VPN等安全的數據傳輸方式。

（6）審查系統日志。云系統日志反映了圖書館云系統硬件、軟件和云操作系統問題的信息，同時還可以監視系統中發生的事件。管理員可以通過它來檢查錯誤發生的原因，或者尋找受到攻擊時攻擊者留下的痕跡。云圖書館應把對日志的人工審查和自動化審查相結合，建立起有效的日志記錄、查看、報警策略，利用所獲得的日志信息對云系統基礎設施硬件、云應用、訪問者和訪問行為進行分析，及時修改云系統管理、操作、云應用、用戶訪問控制策略中存在的安全隱患，提高云系統對新威脅的即時防御與自動報警能力。

（7）圖書館云應用安全管理。圖書館讀者云閱讀應用服務具有云系統資源性能與安全要求高、個性化服務、服務模式多樣化、服務質量與讀者需求快速增長的特點，對云應用管理效率與安全性有較高要求。是否建立起有效的云應用安全與人員管理策略，是否制定安全維護規章制度與運營維護SLA（服務等級協議），以及當發生安全事件后采取健全有效的應急響應機制及流程（包括安全事件的等級劃分、處理流程、事件上報等規范要求）。此外，還應建立有效的讀者云應用認證、授權、賬戶管理、安全審計制度，從讀者訪問管理環節入手來提高圖書館云應用安全。［3］

（8）云平臺安全監測與突發事件處理。具備完善的云平臺安全監測系統與突發事件處理預案，當安全事件突發時能夠高效、準確、快速、可靠地預測安全威脅，并及時恢復云系統功能。

2.2.3 圖書館讀者個性化云閱讀服務與云應用效能

云計算環境下，數字圖書館讀者閱讀服務由傳統簡單的數字文獻檢索、傳遞方式，轉變為以視頻、圖片、聲音等多媒體方式為核心的，以開設站內E mail、圖書館視頻會議、云用戶管理服務系統、Web托管、云應用程序開發、視頻托管、數字圖書館安全防范、公用的應用程序組件、基本的辦公應用程序、批處理應用程序等個性化云應用服務。

圖書館讀者個性化云閱讀服務與云應用效能是評估圖書館云計算平臺效能的核心評估指標，應以云服務的類型、性能、讀者滿意度、云服務的應用與管理效率為主要評估內容。所建立的圖書館讀者個性化云閱讀服務與云應用效能2級指標體系如表4所示。

表4 讀者個性化云閱讀服務與云應用效能評估2級子指標

（1）讀者個性化云閱讀服務類型。讀者對數字圖書館個性化云服務類型與服務質量的滿意度，是評價圖書館云服務質量的核心條件。在個性化云服務類型選擇上，除包含傳統數字圖書館簡單的數字文獻閱讀服務外，應根據云環境讀者閱讀需求，為讀者提供多媒體形式的閱讀方式。此外，還應滿足用戶增強讀者與作者、讀者之間的信息交流需要，開通站內Email、用戶博客、讀者辦公應用程序、批處理應用程序以及用戶定制的個性化閱讀服務。

（2）云應用增值服務種類。除滿足讀者個性化云閱讀服務需求處，云圖書館還應根據圖書館管理需要與用戶需求，開展形式多樣的云應用增值服務。主要服務內容有圖書館網絡視頻會議、云用戶管理服務系統、Web托管、云應用程序開發、視頻托管、數字圖書館安全防范、公用的應用程序組件、基本的辦公應用程序、批處理應用程序、BSS等個性化云應用服務。

（3）數據庫云存儲、檢索效能。數據庫云存儲、檢索效能決定了圖書館開展云閱讀服務的安全性、效率、可靠性與服務質量。云圖書館存儲區域網絡應具有較高的傳輸帶寬與傳輸效率，云存儲系統必須支持海量存儲與動態擴展。同時，利用虛擬化技術加強云存儲區域資源管理，提高云存儲、檢索系統的可操作性和智能化水平。

（4）云綜合性應用平臺性能。為了提高云數字圖書館用戶個性化服務與云應用自主定制能力，應創建云綜合性應用平臺，來滿足圖書館管理員在此平臺上運營、開發、部署新的云應用需求。云綜合性應用平臺應具有較強的可控性、可用性與可移植性，為開發者提供更靈活的開發平臺和程序語言的選擇與支持，管理員能夠根據自己的需要選擇相應的數據庫、業務功能與開發工具。

（5）傳統圖書館向云計算環境的可遷移性。傳統數字圖書館服務與應用程序向云計算環境的可遷移性，是保證云圖書館服務安全、高效、連續、經濟的關鍵。應制定有效的傳統圖書館云遷移策略，明確云遷移的內容、程序、步驟與要求，保證遷移后圖書館云服務具有較高的效率、安全、連續性，確保將傳統數字圖書館基礎設施資源、用戶服務模式、系統應用與數據管理方法，合理、有效、安全、無縫地遷移到云計算環境中。

（6）云應用的效率與可管理性。數字圖書館云應用效率是影響讀者云閱讀活動滿意度與閱讀成本的核心因素。決定云應用效率的主要方面有是否采用虛擬化技術來管理和精簡優化操作系統與云資源，來保證云計算、云存儲、云網絡、云內核有較高的應用效率。其次為云圖書館分布式數據庫系統是否具有科學存儲和數據管理方案，具有安全、高效、可靠、經濟的特點。第三，是否實現了對云資源的動態分配、調度和自動管控，是否具備較高的智能化管理水平。

2.2.4 圖書館讀者云應用平臺服務標準與方式

云計算環境下，圖書館云應用平臺服務方式總是隨著讀者的需求和云計算技術的發展而不斷改變、發展、創新，讀者在云閱讀活動中有較強的閱讀自由和較廣闊的閱讀空間，地域、空間、時間、技術、成本等因素對讀者云閱讀滿意度的影響力不斷降低。

對云計算環境下數字圖書館云計算平臺效能的評估中，圖書館讀者云應用平臺服務方式與服務標準是評估指標的核心內容，關系到圖書館云系統基礎設施組織方式、云應用平臺內容結構與服務模式、運營成本、效能與讀者滿意度。所建立的圖書館云應用平臺服務標準與方式2級子指標體系如表5所示。

表5 圖書館讀者云應用平臺服務標準與方式評估2級子指標

（1）云應用服務的安全性與連續性。云應用平臺系統與云應用程序有較高的安全、健壯性，能確保所有的云閱讀服務優質、不間斷地為讀者提供云閱讀服務，當發生安全事件時有完整、有效的應急預案和彌補措施。

（2）云應用開發平臺的開放性。圖書館云應用開發平臺可以依據讀者云閱讀需求，支持第三方軟件與開發群體進行云應用二次，具有較強的開源性與開放性，可以為新的云應用程序提供包括開發、測試、項目管理等系列云服務支持。

（3）Paas平臺結構及服務性能。Paas平臺能夠為圖書館管理員提供強大的開發分析和集成支持平臺，并集成Web服務和數據庫，為云應用研發團隊提供共享代碼和預定義服務，可以界定、更新和跟蹤設計人員、開發、測試、質量控制。

（4）云應用與云服務的可管理性。云計算平臺應具備開放的應用編程接口（API），擁有強大的云系統配置、客戶管理、計費、系統管理、目錄、安全管理能力。云應用與云服務管理系統應具備較強的管理能力和較低的系統復雜度，可以管理所有的物理資源、虛擬設備、應用模板和云服務，并支持讀者自主管理所建立的虛擬空間、云應用和訪問者。

（5）云應用平臺的終端支持能力。隨著通信技術與計算機技術的發展，讀者開展云閱讀活動的方式向多種終端模式、多種閱讀方法、多種通信手段轉變。云應用平臺應具備較高的閱讀終端兼容性與云閱讀需求支持能力，在滿足云終端設計高安全、小體積、低能耗、智能化需求的前提下，為閱讀終端提供強大的云計算與云存儲能力。

（6）動態工作負載和資源管理。云計算平臺可以智能、動態地管理云計算、云存儲、云網絡資源，可根據不同云應用和云服務對云基礎設施資源的需求和不同云應用業務優先級別，對基礎設施資源動態、高效、實時、經濟地優先調度，來滿足讀者云閱讀服務的質量需求。［4］

2.3 數字圖書館云計算平臺效能評估結果與分析

依據評估指標體系對數字圖書館云計算平臺效能評估后，將各2級子指標項分值相加可得到效能評估結果與分析，如表6所示。

表6 數字圖書館云計算平臺效能評估結果與分析

評估分值為90分以上，說明數字圖書館云計算平臺在設計、建設、維護、運營過程中嚴格執行云計算標準和信息系統規范，云系統安全、高效、經濟、低碳，有較高的可用性和可擴展性；分值為89至80分，說明系統能夠完全滿足讀者云閱讀服務需求，在建設中可能存在資金投入與服務效率問題，云計算平臺在性能上雖然不是最優化配置，但具有較高的投資收益率和用戶滿意度；當評估分值為79至70分時，說明系統云計算平臺具有一般可用性，多適合于構建讀者規模小、云服務質量要求不高的中、小型圖書館；當分值為69至60分時，說明云計算平臺存在著較嚴重的安全、效能、成本等問題，讀者滿意度較差；當評估分值為60分以下時，云系統存在著嚴重的安全、效率、經濟與可用性隱患，系統易于攻克且有較高的故障率與維護成本，云計算平臺系統不可用。

［1］劉煒．圖書館需要一朵怎樣的“云”？［J］．大學圖書館學報，2009（4）：2－6.

［2］孫培燕，張玉梅．云計算技術在圖書館中的應用［J］．情報科學，2011（4）：552－554.

［3］南凱，等．面向云服務的科研協同平臺研究［J］．華中科技大學學報（自然科學版），2010，38（1）：14－19.

［4］孫健，賈曉菁．Google云計算平臺的技術架構及對其成本的影響研究 ［J］．電信科學，2010（1）：38－44.