基于聯盟域特色資源數據庫的私有云設計

●都平平，郭琪，蘇賀濤，李雨珂，鮑劼，鄧志文

（1．中國礦業大學a．圖書館；b．安全學院，江蘇徐州221116；2．格坦斯克大學商學院，Poland）

基于聯盟域特色資源數據庫的私有云設計

●都平平1a，郭琪1a，蘇賀濤1b，李雨珂2，鮑劼1a，鄧志文1a

（1．中國礦業大學a．圖書館；b．安全學院，江蘇徐州221116；2．格坦斯克大學商學院，Poland）

特色數據庫；私有云；數據聚合；聯盟域泛在服務

高校的特色資源數據庫是面向特定讀者的定向專業化服務資源，為了保障數據存儲和服務中其數據的專有使用性、方便易用性、唯一整合性及安全可靠性，本文闡述了利用私有云對多個高校的同一學科聯盟特色資源數據庫的建設方法。以云計算技術為資源管理模式，并采用私有云的架構布局特色資源數據結構，讓各類數據庫數據資源聚合在云端的存儲器中，各種資源可以借“云”統一結合起來，內容化零為整集成融合為“域”，保障數據的安全性和服務的高質量。

構建域聯盟云服務共享系統，即建設具有云計算技術的數字圖書館資源存儲服務系統，受到圖書館界的廣泛關注，它解決了系統部署的重復性和單一服務器承載單一服務而造成設備和資源利用率低的問題。

私有云（Private Clouds）是為一個域或單個機構單獨使用而構建的。在建設科學資源共享域時，為最有效控制數據的安全性和實現服務的高質量，采用私有云的方式建設專題數據庫并在域中提供特定有效的專有服務。建立在私有云上的云計算服務主要是通過用戶自己的服務器來建立一套私有的云計算架構，為一定范圍內的用戶提供數據使用、服務專指和安全性的高效保證。同時，私有云可以部署在自有的數據防火墻之內或者托管到安全服務中心，并在私有云服務上部署應用程序為用戶提供服務。我們所做的高校域聯盟的特色資源主要是在聯盟高校域的所屬基礎設施上部署私有云應用程序，完成安全、專有、特定、有效的區域特定學科資源服務。［1］

1 學科聯盟域私有云的布局和實施

1.1 現有問題及采用私有云的必要性

學科聯盟域一般包含相同學科的多個高校，學科資源分布在不同區域的不同高校的不同存儲設備上，具有分散性，存在以下問題：（1）多服務器管理復雜，由于高校區域不同，單獨承擔數據資源和服務，服務器數量每年都在增大，數量越來越多，服務器的整合規劃管理面臨巨大挑戰。［2］（2）數據建設缺乏標準化。單體建設，很難采用統一建設標準和實施標準。（3）設備和資源利用率低。各服務器為運行單個操作系統和單個應用程序設計，檢索資源要多次檢索，大部分資源無法統一檢索，服務器的CPU沒有被充分利用。（4）統一部署問題。各存儲配置不同，應用系統之間缺乏共享機制和兼容性，致使每增加一個應用就要求重新安裝系統，進行各種技術參數配置，不僅耗費了大量人力，也增加了系統管理的復雜性。［3］（5）數據長久保存機制和安全保障功能。高校圖書館用戶群體的專一性以及資源的特有性要求它相比其他數字資源應具有更高的數據備份和安全保障功能，但不宜做到。

綜上所述，技術支撐下的高校域的統一資源布局勢在必行。

1.2 私有云支撐下的學科聯盟域特色資源庫建設思路

利用私有云技術搭建適合學科聯盟域的特色資源存儲和服務體系是特色庫建設的有效建設模式。把原有分散的建設改為集中建設模式，統一建設標準，使其具有互操作性、學科特定性、體系完整性、媒體多樣性、平臺相互整合及統一檢索性。在私有云的環境下，規范的建設模式為不同機構的相同學科資源提供了同一標準的整合建設服務，云環境下聯盟域資源庫可以提高資源的組織能力和基于知識鏈共享使用效果，可以扶持學科、機構的合作，特別有助于振興資源偏弱的機構，也是學科信息資源建設發展的趨勢。

2 私有云框架結構設計

2.1 私有云模式選擇和框架結構布局

目前，國外比較流行的開源云計算平臺有Abi-Cloud、ⅠOgenMongo DB、Nimbus和Eucalyptus。其中，以提供開源私有云服務的平臺提供商開發的Eucalyptus從技術和應用角度來看都是比較成功的私有云開源框架，能夠很好地提供目前圖書館應用開發研究所需的硬件資源。［4,5］

特色資源庫學科域私有云平臺以Eucalyptus云計算軟件框架、中間件、Portlets技術為基礎，通過虛擬機資源和操作系統模板等方式向不同用戶提供單位硬件資源和軟件資源服務。學科域數字資源的私有云平臺主要建設三部分構架：基于GridSphere布局云計算域資源門戶系統、基于Euca2ools中間件系統、基于DLCloud（DigitalLibraryCloud）域資源云平臺。［6］見圖1、圖2。

圖1 學科域資源私有云平臺的架構［7］

（1）GridSphere門戶作為訪問學科域特色數據資源庫私有云平臺的入口，即防火墻，是普通用戶訪問和使用私有云服務和管理員管理云資源的入口，提供了用戶登錄、注冊、驗證等用戶管理功能。同時，用戶使用各種終端（電腦、平板、手機等），利用瀏覽器訪問GridSphere門戶子系統，通過管理和使用DLCloud云平臺提供的虛擬機上的域范圍的學科特色資源及特色資源所用的操作系統資源或平臺上閱讀、媒體播放工具等，可以實現虛擬機管理、模板管理、ⅠP控制管理、安全保障管理、存儲空間管理等主要功能。安裝了Euca2ools工具和訪問Eucalyptus平臺的相應證書信息，其作為訪問私有云的中間件，用戶可以通過協議訪問DLCloud云平臺，并通過輸送相應命令，對DLCloud云平臺進行操作。DLCloud云基礎設施是整個架構的核心模塊，為特色數據庫私有云平臺提供操作系統、虛擬機等資源，由Eucalyptus（Elastic Utility Computing Architecture for Linking Your Programs To Useful Systems）開源云平臺和硬件資源兩部分構成。［7］（2）FTP服務器：用于存儲上傳至私有云的鏡像文件和存儲圖書館各系統。（3）外部存儲：作為私有云的外部存儲，實現虛擬機的備份與快照，同時還存放了門戶系統所用到的Mysql數據庫。

私有云平臺考慮的一個出發點就是云端數據的安全性和單獨可用性，從這個角度出發，云網絡環境的架構采用三層網絡體系架構，形成三層防護屏蔽入侵者，即，（1）使用防火墻；（2）隔離帶通過主機在內堡壘，外包過濾路由器構成子網態勢；（3）應用網關。

2.2 硬件平臺建設

DLCloud云基礎設施硬件環境，由三臺專用物理服務器、兩臺存儲以及四臺個人PC機組成，利用Eucalyptus開源平臺，將物理機的CPU、內存、硬盤等虛擬化，通過集群方式收集相關資源，返回給云控制器，最終通過GridSphere門戶子系統及Euca2ools中間件，服務器將學科域特色資源庫內容提供給用戶使用。［7］

主服務器架構使用基于Ⅰntel處理器的機架服務器。處理器支持Hardware Execute Disable（硬件執行禁用）以及硬件虛擬化，配有核心處理器，具有一定的內存物理容量。

存儲架構為直接附加存儲+SAN iSCSⅠ存儲，容量達到TB級。

主服務器上網卡數為6塊。其中一塊網卡用作主機的管理，其他網卡用來作為虛擬機。另外兩塊用作MPⅠO iSCSⅠ通信。

私有云技術的架構由三臺物理主機構成，分為前端和后端。前端安裝了Eucalyptus云平臺的四大組件: CloudController、Walrus、ClusterController、Storage Controller。Cloud Controller是用戶進入Eucalyptus云的主要入口，管理云體系的各類組件中的可用資源以及正在運行的實例；Walrus負責管理Eucalyptus內的存儲服務的訪問，允許用戶存儲持久性數據；Cluster Controller管理整個虛擬實例網絡，維護系統內的所有NCs，部署和管理在節點上的實例；Storage Controller使用AoE或者iSCSⅠ協議為實例提供塊存儲等服務。［8,9］

后端包括兩臺ⅠBM高性能服務器，由于機器配置較高，可用的ⅤM虛擬機的資源就比較多，這樣需要安裝Node Controller組件，作用是用來運行虛擬機。每個虛擬機的ⅠP分為公共ⅠP和內部ⅠP，內部ⅠP僅僅用于虛擬機內部通信管理，而用戶要訪問一個虛擬機，必須使用公共ⅠP。

2.3 軟件條件

Ubuntu10.04服務版，自帶Eucalyptus1.6.2版本；CentOS5.4系統和Eucalyptus1.6.2的NC組件；Euca2ools工具包。

3 私有云平臺在學科域資源的使用及功能實施

學科域的高校特色數據庫作為面向特定讀者的專業化服務資源，是高校教學、科研的專業信息，需要保障其安全性。高校學科域特色庫的專業性以及唯一性要求它相比其他數字資源應具有更嚴格的數據安全保障。

3.1 多校學科資源庫的整合

私有云技術建設和實施是高校學科數據庫建設需要提高和信息資源的高度整合，讓各種媒體類型的學科特色數據庫聚合在云端的存儲器中，多類型特色資源可以借由一朵“云”統一結合起來，內容高度融合，就像是當下流行的“信息共享空間”概念的升級版，用戶通過私有云集成數據獲取所需的特色文獻。

3.2 私有云設計的選擇及數字資源建設架構的實施

系統主要由三部分構成（見圖1），最上端是客戶端，最下端是數字圖書館私有云，中間是由應用服務器Tomcat所支撐的GridSphere門戶系統和與私有云進行通信的中間件Euca2ools。Eucalyptus提供的都是在Linux系統下通過命令行訪問云平臺的形式，［10］而門戶系統把傳統的命令行的形式轉換成用戶簡易操作的圖形界面形式，將中間件工具和命令進行封裝，這樣，用戶通過瀏覽器登錄門戶系統后，訪問私有云變得方便快捷，系統對Eucalyptus所提供的云服務進行了二次開發，使用戶能夠得到更多的云服務。

圖2 域資源架構

4 使用私有云的優勢及不足

4.1 利用私有云的優勢和對服務的保障

（1）增強了數據安全性和安全保障。私有云特色數據庫是為一個局域單位獨立使用而構建，可進行安全加密存儲，相關的“私有”技術提供數據安全性，保障數據處理和服務質量的最有效控制和管理，數據庫私有云平臺觖決了公有云系統潛在的病毒和黑客的攻擊，可以有效防范外部非法用戶，這也是私有云在安全方面優于公有云的優勢之一。

（2）資源集成利用率高優化服務級別。將圖書館的硬件資源與軟件資源以虛擬機和操作系統服務方式提供，從而改變了過去靜態系統部署所帶來的資源利用率低等問題。私有云可以利用高校圖書館現有的硬件資源來構建，降低購買成本和管理成本：數據在統一平臺，方便統一管理，可以有效開展高校圖書館聯盟服務和共享合作，極大地降低數字圖書館的運行成本和運行效果。［11］

（3）部署維護簡單。提高云服務的可用性，私有云可以由自身ⅠT機構來進行構建，也可由云提供商協助進行設施建設，方式比較靈活。將域聯盟中數字圖書館不同的數據應用系統，規劃制作成為相應的應用模板，部署在虛擬機下運行。例如，統一檢索系統模板與操作系統無縫整合，加工成為數字圖書館統一檢索應用模板，部署簡單，使用效果一致。

（4）擴展性高。可以方便、靈活地添加服務器硬件及布置自己的數字資源至該私有云平臺下，滿足應用系統對各種類型虛擬機資源的請求，私有云平臺可擴展域聯盟數字圖書館的泛在建設。支持虛擬存儲，部署的虛擬機可以是一虛擬，也可以是多虛擬。

（5）管理容量需求滿足度高。私有云的部署是在本地機房中，而不是在某一個遙遠的數據中心，所以，當圖書館讀者訪問那些基于私有云的信息資源應用時，其服務質量相對穩定，不會受到互聯網不穩定的影響。［12］

4.2 利用私有云的不足

（1）私有云系統可提供的虛擬機的類型是由鏡像模板文件決定，系統構建的模板文件有限，使用時局限在這些模板上，如果要滿足更多用戶的需要，還需增加更多的鏡像模板。

（2）目前還無法實現操作系統和應用軟件間的動態組合，做到即需即用。如何實現用戶對軟件和平臺的按需所用，是一個值得研究的問題。

（3）提供給用戶登錄虛擬機的方式是登錄名和密碼的方式，如何實現多樣的私有登錄是需要研究的。

（4）在域范圍內還無法實現域用戶對本單位的數據實現單獨備份、存儲、災難恢復等功能。

5 結語

私有云下一步將創建含有開發工具包的應用模板，提供給開發用戶使用，例如Office 2007、Java開發工具（JDK+Tomcat+Eclipse+數據庫）等，以及有關數字圖書館應用系統的備份、存儲、災難恢復等問題，使得云計算在數字圖書館方面更加實用。目前，提供給用戶登錄虛擬機的方式是登錄名和密碼的方式，后續可考慮為用戶提供密鑰登錄虛擬機的方式。總體上講，私有云對聯盟域特色庫的建設和服務是可行的，具有一定的優勢。

［1］盛憲鋒，等．基于虛擬化技術的私有云APCS平臺設計［J］．計算機工程，2012，38（8）：210－212.

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［3］趙凱．基于校園網的私有云設計［J］．科技通報，2012，28（8）：210－212.

［4］劉娟．簡述三種私有數據庫云模型［J］．信息安全與技術，2011，（12）：50－51，63.

［5］楊章偉，等．基于Hyper-Ⅴ的校內私有云構建研究［J］．萍鄉高等專科學校學報，2012，29（6）：56－58.

［6］劉撿平，等．云計算科技服務系統平臺設計研究［J］．科技通報，2012，28（10）：19－21.

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［9］樊光輝．云計算技術在高校實踐教學中的應用研究［J］．電腦編程技巧與維護，2012（22）：125－126，128.

［10］EMCⅤPLEX專訪：讓數據在私有云自由流動［EB/OL］.［2010－05－26］．http://cloud.doit.com. cn/article/2010/0526/9883998.shtml.

［11］ⅠDF2012英特爾中國開源私有云實踐［EB/OL］.［2012－05－07］．http://www.cdus.org/bbs/forum.php? mod=viewthread&tid=7177.

［12］吳廣印．基于“云服務”架構的國家科技文獻服務系統的設計與實踐［J］．數字圖書館論壇，2012（3）：1－6.

TP393；G250.74

A

1005－8214（2014）11－0091－04

都平平（1965－），女，中國礦業大學圖書館研究館員，副館長，研究方向：數字圖書館，發表論文100余篇；郭琪（1974－），女，中國礦業大學圖書館館員，研究方向：高校圖書館與地方文化經濟發展，發表論文近10篇；蘇賀濤（1991－），男，中國礦業大學碩士研究生，研究方向：計算機技術與應用；李雨珂（1992－），女，格坦斯克大學（Poland）國際經濟關系專業學生，研究方向：經濟信息管理，發表論文6篇；鮑劼（1980－），女，中國礦業大學圖書館館員，研究方向：數字圖書館、云計算、虛擬化技術，發表論文10余篇；鄧志文（1983－），男，中國礦業大學圖書館館員，研究方向：智能信息處理，發表論文5篇。

2014－01－17［責任編輯］王崗

本文系中國礦業大學中央高校基本科研業務費社科基金“域聯盟機構知識庫建設研究”（項目編號：2012W02）的成果之一，江蘇省教育科學“十二五”規劃2013年度課題重點項目“高校域聯盟機構知識庫資源建設研究”（課題編號：B-b/2013/01/025）研究成果之一。