基于云計算的高校圖書館信息共享系統的構建與實現

馮曉青

（南陽醫學高等專科學校河南南陽473000）

教師、圖書館和實驗室是高校辦學的三大支柱[1]。圖書館對高校的科研和教學起著不可或缺的作用，其不僅為學生、教師提供文獻服務，且還體現了學校學科建設的競爭力[2-5]。

隨著互聯網技術和信息技術的快速發展，眾多高校建立了數字化圖書館[6]。讀者可以使用網絡訪問存儲在不同地域、不同載體的信息。其不僅能獲取傳統的紙質書籍，且還能獲取音視頻和圖片等多媒體信息[7-8]。使用數字化圖書館不僅可以豐富館藏資源，并可實現資源、信息共享，提高圖書館的業務效率從而更好地服務讀者[9-10]。然而，建設數字化圖書館需要大量的館藏文獻和基礎設施，大部分高校的數字圖書館具有硬件設施建設不足、資源分配分散、安全系數低、維護工作量大和個性化服務局限等缺點，已無法滿足用戶的需求[11-13]。

云計算[14-15]使用虛擬化技術將物理設備抽象為與硬件無關的虛擬服務器，并可在虛擬服務器上安裝系統和軟件。虛擬服務器具有硬件無關的特點，不僅方便遷移，且還能解決硬件不兼容的問題。云平臺具有超強的計算、存儲能力，并能合理利用各種軟硬件資源。在計算方面，可以使用集群機制分配和使用不同院校分散的硬件服務器；在存儲方面，可以將運行負載均勻分配到不同存儲設備上使用。

基于以上分析，文中提出了一種基于云計算的高校圖書館信息共享系統。該系統包括基礎設施層、平臺層和應用層。基礎設施層為系統提供計算、存儲和通信服務；平臺層實現平臺管理和應用管理，以快速響應應用層請求；應用層為讀者和管理員提供服務。該系統支持各種操作平臺和終端設備的訪問，具有界面簡潔、操作方便、響應快速的特點。

1 系統總體架構

文中提出的基于云計算的高校圖書館信息共享系統體系架構，如圖1所示。該系統由基礎設施層、平臺層和應用層組成，通過平臺層實現軟件與硬件設備間的交互，為系統的各項業務傳遞數據、解釋命令。

圖1 基于云計算的高校圖書館信息共享系統體系架構

基礎設施層為系統提供計算、存儲和通信服務，并負責實現應用軟件與數據庫間的交互。本系統使用各院校的服務器存儲、備份數據，并管理負載。

平臺層包括數字資源集成平臺、數字資源管理云服務平臺以及書刊管理云服務平臺，用于快速響應應用層請求。本系統在平臺層一方面使用Java Beans技術隔離應用層，降低操作復雜度。另一方面結合Serverlt和JSP技術提高系統的可用性與兼容性。

應用層為讀者和管理員提供各種服務，該層通過安裝JDBC驅動進行存儲與事務等操作。

2 系統平臺設計

基于云計算的高校圖書館信息共享系統的建設，不僅要考慮到高校的數字資源建設現狀和圖書館的人財物狀況，還要考慮到用戶的需求與學科的分布特點。在充分利用各種已有基礎設施的基礎上，整合各高校圖書館資源，實現信息共享，并提供易擴展、標準化和經濟型的圖書館系統。本文依托云計算的基礎設施平臺、本地服務平臺、公共服務平臺和軟件服務平臺，構建了如圖2所示的7個功能模塊：門戶系統、統一檢索和認證系統、館際互借系統以及參考咨詢系統。其中，云計算的本地服務平臺為各高校圖書館；軟件服務平臺為共享中心；公共服務平臺和基礎設施平臺均為管理中心。

圖2 系統功能模塊

系統門戶使用Web技術實現各高校成員館的服務平臺和統一門戶網站，構建了一個分布式的信息存儲系統整合相關網站與各高校圖書館的數據。其中，統一門戶網站集合了用戶登錄、統一檢索、文獻傳遞和用戶個性化定制等信息綜合服務。高校成員館的服務平臺通過自定義和個性化的設置體現各高校的特色。

統一認證模塊包括認證和單點登錄兩項服務，簡化了用戶之間、館際之間的數據交流與服務。其中，認證服務包括身份認證和授權兩項功能。身份認證功能判斷用戶輸入的用戶名、密碼等信息是否合法；而授權功能決定了資源的訪問權限。本系統的用戶認證流程如圖3所示，具體描述為：

1）用戶發起訪問請求；

2）統一認證模塊判斷該用戶是否已登錄，若未登錄，則跳到登錄界面；

3）若登錄成功，統一認證模塊則發送令牌；

4）門戶獲取令牌后，發送獲取用戶信息的請求；

5）統一認證模塊接收請求后，便發送用戶名和訪問權限給門戶；

6）門戶根據用戶的反問權限跳轉到登錄成功后的界面。

圖3 用戶認證流程

統一檢索功能使用元數據檢索技術實現了各高校圖書館和數據庫提供商間信息的整合，并提供統一的檢索界面。該功能不僅提高了資源的利用率，且還具有良好的經濟與社會效益。

館際互借和文獻傳遞功能實現了各高校間文獻資源的共享，彌補了傳統圖書館館藏不足的問題。讀者只需滿足一定的協議和收費標準，便可使用該功能向其他成員圖書館借用資料。

本系統基于“分散建設”和“資源共享”的原則，鼓勵各高校根據自身的學科和地區特點建設各具特色的數據庫。各成員館利用其專業學科優勢，建設本校的實習數據庫、校企合作實訓數據庫以及教師科研成果、精品課程等數據庫。在建設特色數據庫時，重點投入本校的優勢專業和特色專業，實現不同高校專業間的優劣互補。綜上所述，基于云計算的高校圖書館信息共享系統的特色數據庫功能結構，如圖4所示。

圖4 特色數據庫功能結構

專業課程學習功能實現了各課程資源按學科和專業分類，根據用戶所選擇的專業，顯示專業介紹及學習目標等詳情頁面。用戶可按照課程的先后順序點擊相應的課程檢索資料，包括課件、教案、教學視頻和實驗等課程內容。專業課程學習功能結合使用各高校的精品課程和精品專業的建設成果，提供讀者所需的各種數據。

為了方便管理員與讀者間的交互，本系統提供了參考咨詢功能。該功能采用中心咨詢和本地咨詢相結合的兩層結構實時為用戶提供咨詢服務。其中，中心咨詢平臺安裝在中心服務器上，由各高校成員館和平臺中心輪班回答用戶的問題。本地咨詢系統則安裝在本地服務器上，提供本地咨詢服務。

3 系統實現與測試

3.1 功能實現

文中開發環境使用struts2+spring3+hibernate4集成框架，主要實現了門戶平臺、統一認證系統和館際互借與文獻傳遞系統。

3.1.1 門戶平臺

基于云計算的高校圖書館信息共享系統為用戶提供了一個可操作的、簡潔的統一訪問界面，主要實現了以下功能：

1）統一認證功能：本系統為所有應用進行單點登錄、統一認證，并使用統一授權管理保證用戶信息的一致性和系統的安全性；

2）統一檢索功能：為了方便用戶查找資源，本系統提供圖書、期刊和中英文論文的導航服務；

3）應用集成功能：本系統在門戶平臺集成了統一檢索、文獻互助和特色數據庫等服務。

門戶平臺的界面，如圖5所示。

3.1.2 統一認證系統

統一認證系統提供用戶認證斷言服務，包括單點登錄和用戶登錄兩個模塊。

文中使用LoginServlet的3個子類Form Login Servlet、HttpLoginServlet和Ss1ClientCertLogin Servlet分別以3種方式獲取用戶的登錄信息，并使用Login Bean類進行匯總，實現多種登錄方式。登錄模塊結構類圖，如圖6所示。其中，LoginServlet實現了用于處理登錄接口的doLogin方法、顯示是否已經登錄的isLogined方法、獲取用戶隱藏標識的getUserld方法以及登錄失敗后發送提示信息的showLoginjsp方法等。用戶登錄時需檢查輸入的賬號、密碼、驗證碼和學校名稱是否合法，若沒發送異常信息即表明登錄成功。

3.1.3 館際互借與文獻傳遞系統

本系統使用館際互借與文獻傳遞功能實現不同圖書館間的資源共享，讀者可以使用該功能借入其他院校的電子文獻或復制品。

圖5 門戶平臺界面圖

圖6 登錄模塊結構類圖

本系統的文獻檢索模塊可以展示全部可互借的資料信息。當用戶發起檢索請求后，系統會創建檢索線程，并向各文獻傳遞機構和院校圖書館發送檢索請求。最后匯總、聚類各線程的檢索結果，并顯示給用戶。館際互借與文獻傳遞功能需要讀者、其他文獻機構管理員和本院校圖書管理員相互配合才能實現，其用例模型如圖7所示。本文實現的統一檢索與文獻傳遞界面，如圖8所示。

圖7 館際互借與文獻傳遞用例模型圖

3.2 系統測試

基于云計算的高校圖書館信息共享系統的硬件平臺，包括云平臺基礎服務系統、云存儲資源池和虛擬機工作站。其中，云平臺基礎服務系統由2臺IBM刀片服務器組成；云存儲資源池由6臺華為N8500存儲設備組成，最多提供15 PB存儲容量；虛擬機工作站使用若干裝有不同操作系統的普通PC機組成。

本部分首先測試了物理服務器的虛擬化能力，具體測試步驟為：

圖8 統一檢索與文獻傳遞界面

1）搭建硬件環境，并為每個物理服務器創建3個虛擬機；

2）運行所有物理服務器和虛擬機；

3）使用管理工具查看各虛擬機的運行情況；

4）登錄并檢查是否能在各虛擬機上進行各種操作。

測試結果表明，所有物理服務器上的虛擬機均能同時運行各自的操作系統，并進行有效操作。即對于用戶而言，各物理服務器間沒有差別。

本部分也進一步測試了設備的兼容性，分別在2臺刀片服務器上安裝Windows 10和紅帽操作系統。測試結果表明，在各種硬件環境下，各虛擬機均未出現異常，并穩定正常運行。

4 結束語

使用數字化圖書館不僅可以豐富館藏資源，而且能實現資源、信息共享，提高圖書館的業務效率并更好地服務讀者。然而，大部分高校的數字圖書館具有硬件設施建設不足、資源分配分散、安全系數低、維護工作量大和個性化服務局限等缺點。本文針對該問題，提出了一種基于云計算的高校圖書館信息共享系統。該系統包括基礎設施層、平臺層和應用層，基礎設施層為系統提供計算、存儲和通信服務；平臺層實現平臺管理和應用管理以快速響應應用層請求；應用層為讀者和管理員提供服務。該系統支持各種操作平臺和終端設備的訪問，具有界面簡潔、操作方便，響應快速的特點。