SOA和云計算技術在圖書館服務“三農”中的應用

徐琳君， 劉長娥， 逯連靜， 程彬彬

(上海市農業科學院 農業科技信息研究所，上海 201403)

0 引言

當前，以信息技術為代表的新一輪科技革命方興未艾，以數字化、網絡化、智能化為特征的信息化浪潮蓬勃興起，為農業農村信息化發展營造了強大勢能。黨中央、國務院高度重視信息化發展，對實施創新驅動發展戰略、國家大數據戰略、“互聯網+”行動等作出部署，加強農業與信息技術融合，運用豐富的農業信息資源服務“三農”[1]。在信息時代，應充分發揮新興科技對農業的促進作用，加強對農民的科技培訓，普及農業新技術，及時解決實際工作和生產過程中遇到的問題，促進農業科研成果的轉化和利用，為農業學科的發展和科技興農獻計獻策。

作為科研院所的圖書館不僅要為科研工作人員提供文獻信息服務，也要積極主動的服務“三農”。隨著物聯網、人工智能技術的廣泛使用，我們已經進入大數據時代，傳統的數據存儲功能已經無法滿足我們的需求[2]。云計算的出現使互聯網進入新時代，目前云計算在各行業中已經成功應用。本文探討基于SOA和云計算的圖書館平臺，改變傳統服務模式，更好地為“三農”提供信息服務。

1 SOA和云計算

SOA技術是一種基于服務的體系架構。SOA的發展是伴隨著WEB技術的不斷演進而向前發展的。SOA就是這種一樣新的面向服務的分布式Web架構。SOA可以將現有的系統封裝成服務，并對服務進行抽象，我們可以把它看成一種新的架構模式，而不是一個產品[3-4]。SOA常常被用作云計算的關鍵技術，可以促進服務的重復使用。

云計算是將各種網絡上分布的資源集中，用虛擬化方式為用戶提供服務，實現存儲與計算的分布式處理。云計算關心的是如何把底層硬件和軟件抽象成云計算資源。但是用戶永遠不需要關心底層平臺是如何進行操作的，只需要關心服務[5-6]。可以通過網絡按自己的需要獲得軟硬件服務或者一些其它的服務。云計算的核心就是按需服務。

2 基于SOA和云計算的數字圖書館總體架構

根據硬件環境及云計算平臺建設的規劃，我們設計了圖書館數字化平臺的具體實施方案，基于SOA和云計算的數字化圖書館總體架構圖,如圖1所示。

圖1 基于SOA和云計算的數字圖書館總體架構圖

1.1 應用層

在應用層中，用戶可以使用云計算所提供的服務接口，而用戶使用云計算服務是有專門的服務接口，并且可以按照實際需求重新設計服務。用戶使用終端所提供的云計算服務，存儲超大容量數據并能提高運算系統能力，可以節約項目投入成本。本文在應用層中添加了SOA的云計算架構的應用，SOA和云計算的結合，可以充分滿足數字化用戶的需求。

數字化用戶不需要維護云計算的軟件供應商。用戶所需要的服務不是來自本地，而是來自“云”端。我們只需要在聯網的電腦上配置“云操作系統”的瀏覽器，并且使用軟件及硬件都是云服務形式，這樣的網絡不僅可以傳送網絡信息，也可以傳送云服務。

1.2 平臺層

平臺層的應用包括統一身份認證平臺、數據中心平臺、統一門戶管理平臺、系統軟件平臺、數據倉庫、高可用性HA等。基于SOA的云計算平臺其實是一種“云服務”平臺，它具有連接到其他的網絡并發計算服務機制，能夠使用虛擬化技術增強各個服務器的互聯，提高數據存儲能力。

隨著圖書館的存儲數據越來越大時，其數據特點(1)數據量大；(2)具有結構化數據和非結構化數據，當前非結構化數據越來越多。PaaS就可以在短時間內處理海量數據，使數據管理變得更加方便，實現更高的管理水平。在云產業鏈中，如同傳統的中間件所起的作用一樣。

1.3 基礎設施層

基礎設施層是智慧圖書館的骨干層。它的作用是為上層提供可供終端用戶消費的云計算硬件設備資源，其中包括具有專用的計算機體系架構來處理網絡服務進程，并且該架構可以提供大容量存儲數據能力。軟件包括存儲、應用程序和提供給用戶的相關服務等。在云計算的網絡時代，本地計算機不需要空間很大的硬盤，也不需要速度超快的CPU和超大存儲能力的存儲器，只需要基本必要的硬件即可。

3 SOA和云計算在圖書館服務“三農”中的設計與應用

3.1 基礎設施層(IaaS)的設計

基礎設施層是數字圖書館的關鍵層。它的基本作用是為上層用戶提供一種云計算資源的“黑盒”抽象層，目的是使上層用戶即使不了解云計算資源的工作原理，也能夠使用平臺資源。通常情況下云計算資源包括具有運算能力的CPU、存儲能力的數據存儲器、通信功能的網絡設備以及相關聯的軟件。云計算軟件包括存儲、應用程序和提供給用戶的相關服務等。通過云計算的本地計算機僅僅需要簡單的硬件設備，比如基本的輸入輸出設備和網絡設備等。

3.1.1 服務器虛擬化

虛擬化技術可以創建共享動態平臺，將一些凌亂分散的硬件資源統一起來，并且利用了程序的模塊化設計思想，從而應用程序在數據上具有安全性，功能上具有可擴展性。最顯著的特點是支持多硬件平臺、多操作系統和網絡架構的功能。我們采用VMware虛擬架構來實現服務器的虛擬化。ESX Server 是VMware虛擬結構的基礎，可以動態的進行自我優化，直接安裝在物理服務器上，并把內存和各種網絡資源抽象到虛擬機中。這樣不僅可以共享硬件資源，也降低了運營成本。ESX Server軟件系統是一種提供專有分區隔離功能的虛擬系統，消除其它服務器無法避免的性能瓶頸，并且可以將計算性能動態分配給有計算任務的虛擬服務器。ESX Server還支持虛擬機在服務器上進行遷移，讓業務可以連續可用。

3.1.2 負載均衡設計

由于當前信息技術高速發展，會造成網絡帶寬和業務流量快速增加，因此處理器的壓力相比從前也迅速增大，有許多舊的設備可能無法滿足常規的業務要求。傳統的方法是對硬件進行升級。更換設備雖然比較簡單，但是會造成很大的資源浪費，因為某些設備還是可以處理一些業務。而且隨著以后業務量的不斷增大，還是需要進一步更新設備。因此我們可以采用負載均衡技術，可以增強網絡的數據處理分析能力，動態優化網絡的流量分布，大大提高網絡的靈活度。

一般情況下我們會同時使用聯通和電信兩條鏈路，當一條鏈路的流量太大時，會將多余流量自動分配到其他空閑的鏈路上。通過接入電信聯通兩條網絡，來保障網絡的連通性、持續性以及快速訪問，并提供各鏈路間的智能備份、實現鏈路級別的快速高可用。此外采用多鏈路負載均衡, 其具有靜態、動態相結合的功能，這樣無論訪問網通資源還是電信資源,用戶都可以通過正確的線路來訪問，很好地解決了電信與網通的互訪瓶頸,如圖2所示。

3.2 平臺層(PaaS)的設計

3.2.1 SOA架構的云服務平臺

根據需求進行了云計算服務平臺的設計與實現，如圖3所示。

圖2 負載均衡示意圖

圖3 基于SOA 的數字圖書館的云服務平臺

該系統具有三大部分：

1)用戶終端。用戶使用計算機終端設備GUI查詢云計算服務中心提供的云服務，然后云計算服務中心把該查詢的服務綁定到相應的服務接口層。

2)云計算服務中心。根據用戶所描述的服務類型和服務位置的信息，云計算服務中心查詢到相對應的服務接口層，并把該服務傳送到物理層，使其判斷該服務是否具有合法性。該系統具有調度、分配和執行服務網絡資源的功能。該層主要根據用戶身份所選取的服務請求類型以及合法性進行驗證。若請求的服務類型合法，那么通知云計算服務中心，分配用戶權限使其訪問該服務，若請求的服務類型不合法則不能訪問。

3)云計算物理層。基礎物理層為上層軟件提供了運行平臺，其中包括有各種應用服務的服務器和認證服務器，以及具有通信功能的網絡互聯服務器等設備。

該系統提供了三農熱線、知識服務、電子資源等各種應用服務和云計算存儲管理服務。

3.2.2 統一身份認證平臺

統一身份認證平臺可以實現內網的用戶單點登錄，身份的統一認證。它是將原有的分散式認證改成統一認證方式，也就是用戶只要通過一次認證就能訪問所有的信息資源，大大簡化了訪問系統的過程，也方便了圖書館的信息管理。

統一身份認證平臺網絡結構,如圖4所示。

圖4 統一身份認證平臺網絡結構

該功能的實現根據應用服務類型搭建服務器，確認服務合法性構建認證服務器。WEB應用服務器提供了統一的認證GUI窗口和資源平臺管理；認證-接入(Confirm-Receive)服務器具有用戶身份確認和業務系統接入的功能。CA數字證書網上受理服務器具有用戶身份的證書頒發功能。數據庫服務器具有存儲用戶身份和服務類型的數據功能。

本文設計的統一身份認證平臺將現有的業務管理系統進行有效的整合，實現了用戶單點登錄和訪問控制，使傳統的多業務系統的認證問題不再是問題，并且采用安全機制保障用戶身份認證的安全性。平臺搭建了一個統一的身份認證門戶，用戶只有在認證成功后才能進入系統界面，從而繼續訪問該系統所提供的服務。

云計算平臺每天為用戶提供不同的需求服務，在網絡傳輸過程中也會存在安全隱患。相對于其他系統單一的安全運行模式，比如設置一個統一的安全配置，SOA與云計算的融合可以有效的節約系統資源，為用戶使用信息平臺提供堅實的安全保障。SOA技術可以整合軟件功能模塊，并將其分離出來，方便不同模塊之間的數據交換。

3.3 應用層(SaaS)的設計

應用層包含了大量的資源與服務．包括：辦公信息類、信息查詢類、電子資源類、農業應用類，滿足不同農民的信息服務需求。借助于信息技術手段，重新進行信息布局，使信息的顯示方式易于理解，可以更好地實現表達、展示信息的目的；它不僅提供良好的個性化支持，農民可以根據自己的需要添加門戶工具，比如需要經常訪問的Web資源；我們也可以定制一些自主服務，系統自動提醒天氣變化和播種時間。

支持不同用戶使用多種終端，比如計算機、手機、PDA等。用戶可以在瀏覽器上統一訪問圖書館各個系統的資源和服務。根據用戶的不同應用請求，處理接收的各種數據；并且提供Web Service Server服務，它需要處理由Portal Server傳過來的業務請求。通過設計的統一信息門戶平臺，可以為農民提供一個單點登錄和個性化的信息環境，使農民可以便捷地使用網絡信息資源，獲得個性化的、全方位的信息服務。

3.4 SOA和云計算在圖書館服務“三農”中的應用

云計算可以利用SOA將基礎設施當作一組服務提供給用戶，SOA可以管理這些服務組織，從而實現了以基于SOA的云計算體系架構的云服務平臺，分布在不同各地的終端設備可以通過計算機網絡技術訪問云服務中心，農民可以得到所需要的數據信息。對于不同領域的信息分類，使用云計算進行高性能計算、海量數據挖掘，可以節約很多成本，不需要開發軟件和購買硬件，只需要部署應用系統就可以按需付費。云計算的基礎設施管理很少需要人工干預，可以節約人工成本。根據不同的內容分層，給用戶動態地分配信息資源，以節省系統的運行費用。

農業科研院所圖書館可以利用SOA和云計算的融合，將最新農業技術信息進行數字化處理，進行合理規劃和布局，制定信息化標準和規范，建設統一身份認證、統一信息門戶和共享數據庫等應用信息平臺，最終實現如圖5。通過信息管理、咨詢服務、知識服務等，向農民推送最新的農業科研成果，方便農民獲取更多的農業技術，打破原有的信息孤島，保證信息的共享，實現各種資源的有效配置和充分利用，更好的發揮農業圖書館的社會價值，為“三農”服務。此外可以提供外文傳遞服務，使農業科研人員更便捷地獲取外文文獻。

圖5 圖書館服務“三農”平臺

4 總結

隨著云計算技術的迅速發展，農業圖書館的信息服務可以提供新的模式。本文結合了SOA和云計算之間融合的優勢，設計了圖書館服務“三農”信息服務平臺，不僅適應當今大數據時代數據變化大且快，也改變了傳統的信息推送模式，實現個性化的信息服務。

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