基于虛擬化的智慧圖書館數據層建設研究

蔣繼平 韋巖鷹

摘 ?要 傳統圖書館面臨越來越多的挑戰，加快建設智慧圖書館，是實現圖書館轉型的關鍵。論文通過分析智慧圖書館的核心內容和系統框架，提出作為負責大數據存儲和計算的數據層，其建設重點在于將圖書館數據中心虛擬化。最后文章以廣西師范大學建設智慧圖書館實踐為例，提出智慧圖書館數據中心數據層建設的解決方案。

關鍵詞 ??智慧圖書館 ?數據中心 ?數據層 ?虛擬化技術

分類號??G250.76

1 ?相關研究

隨著云計算、大數據、互聯網、物聯網等技術的飛速發展和廣泛融合應用，傳統圖書館正面臨著嚴峻挑戰。為實現傳統圖書館成功轉型，“智慧圖書館”孕育而生。在圖書館界，第一個提出“智慧圖書館”概念的是芬蘭奧盧大學圖書館的AITTOLA M教授，他認為智慧圖書館（Smart?library）是一個不受空間限制且可被感知的移動圖書館服務^[1]。但真正引起全球范圍內廣泛關注和探討的是從2008年11月IBM提出“智慧地球”概念開始^[2]。緊接著從“智慧地球”又延伸了“智慧城市”、“智慧社區”、“智慧校園”等相關概念。至此，“智慧+某領域”概念已然深入人心，智慧圖書館亦如此。

在我國圖書館學界，對智慧圖書館的相關研究已經非常豐厚，這些研究成果歸納總結起來主要分為三類。第一類是由于智慧圖書館的定義尚未統一，于是有學者試圖從理論層面對智慧圖書館定義進行總結，如孫利芳^[3]等人的《再論智慧圖書館定義》、李顯志^[4]的《國內智慧圖書館理論研究現狀分析與對策》等;第二類是結合圖書館新館建設，構建智慧圖書館，提出解決方案，如姚國章^[5]等人的《智慧圖書館的總體設計與應用系統建設研究》、曹軼^[6]的《三維智慧圖書館的設計和實現——以寶山圖書館為例》、康曉丹^[7]的《構建第三代圖書館的技術思考——以上海大學圖書館為例》等;第三類是研究學者和研究成果最多的，他們主要結合相關理論和技術對智慧圖書館系統框架如感知層、應用層等進行描述，進而提出策略對策或服務模式，如胡海燕^[8]等人的《基于全面感知的智慧圖書館創新服務研究》、曾子明^[9]的《融合情境的智慧圖書館個性化服務研究》、陳嘉懿^[10]的《智慧圖書館的構建之道——淺談高校圖書館RFID技術應用新思路》、畢麗菊^[11]的《指尖上的圖書館：論移動互聯網時代智慧圖書館的服務模式》以及周玲元^[12]等人的《基于SOA的圖書館情境感知中間件架構研究》等等。

筆者以“智慧圖書館”為主題詞，在CNKI全文期刊數據庫中，從檢索出的相關文獻里發現，學者們幾乎都認為智慧圖書館框架應至少包含“感知層—數據層—應用層”這三層。從目前的研究成果來看，對于感知層和應用層的探討研究很多，但對數據層（或者數據傳輸層）的研究少之又少。凌征強^[13]的《基于智能家居的智慧圖書館數據層建設》談到了建設智慧圖書館可以借鑒智能家居，建立數據中心和數據中心管理系統作為智慧圖書館數據層的兩個核心部分，深入探討了智慧圖書館數據中心應具備的特點、建立數據層需面臨的問題以及推進策略。但該研究沒有論述如何建立智慧圖書館數據層，沒有提出結合實際的解決方案。

本文從分析智慧圖書館定義的核心內容出發，結合廣西師范大學圖書館（以下簡稱：我館）新館建設實際，對如何建設基于虛擬化平臺的智慧圖書館數據層進行探討，希望能為兄弟圖書館建設智慧圖書館提供借鑒。

?智慧圖書館核心內容及系統框架

2.1 ?核心內容

從2008年底IBM提出“智慧地球”迄今為止，智慧圖書館在圖書館界還沒有一個統一明確定義，不同的文獻從不同的視角進行描述，進而得出不同的結論。嚴棟^[14]提出智慧圖書館是通過物聯網來實現智慧化的服務和管理。董曉霞^[15]等人認為智慧圖書館是感知智慧化和數字圖書館服務智慧化的綜合。烏恩^[16]認為智慧圖書館是在物聯網、云計算、智慧化設備的支撐下，實現書書相聯、書人相聯、人人相聯，為用戶提供智慧化服務。曾子明^[17]等人認為智慧圖書館是以信息技術為支撐，以人和物的互聯互通和協同感知為核心要素，不斷提升讀者閱讀體驗的智慧型知識服務。沈奎林^[18]等人在建設南京大學智慧圖書館的實踐中，認為關于智慧圖書館其核心內容應有互聯、便利和高效三個內在特點，而要建設互聯便利高效的智慧圖書館，必須依靠物聯網等技術實現全方位感知，進而智慧化服務讀者。

從目前的文獻和研究成果來看，在關于智慧圖書館的相關論述中，利用新一代信息技術實現設備互聯互通，資源深度融合和為讀者提供智慧化服務，這三項是智慧圖書館的核心內容。

2.2 ?系統框架

實現智慧圖書館的互聯互通、深度融合、智慧化服務，需要新一代信息技術為支撐。新一代信息技術指大數據、物聯網、云計算、智能感知等技術。這些實現智慧圖書館的關鍵技術不應僅僅只是簡單堆砌，應是一個系統工程，具有完整的系統框架。從我館建設智慧圖書館的實踐來看，我們認為智慧圖書館的系統框架應包含感知層、網絡層、數據層、應用層。如圖1所示。

2.2.1 ?應用層

指智慧圖書館直接面向讀者的具體應用服務，主要包括承載館藏數據和讀者信息數據的圖書管理系統即匯文系統、移動圖書館、統一認證平臺、古籍普查平臺、自助選位系統、新生培訓系統、自助借還系統、opac檢索系統、虛擬化云桌面系統、門禁系統、無線管理系統和地圖導航系統等各個業務應用服務系統。

2.2.2 ?數據層

作為智慧圖書館的數據支撐層，負責感知層和應用層之間進行數據傳遞和處理^[19]。從技術形式上，數據層融合云計算、大數據、存儲技術等多種技術，高度集成，負責來自感知層和應用層的數據存儲和處理。從內容形式上，數據層是智慧圖書館異構數據的融合遷移、資源調度、安全管理，其異構數據包括館藏數據、讀者數據、環境感知數據等來自于感知層的智慧設備終端和應用層的各個應用系統數據庫產生的各類信息數據。

網絡層

介于數據層和感知層之間，由覆蓋整個圖書館的有線網和無線網，校園網和電信網，局域網和互聯網，物聯網和通信網等多種網絡融合構成，實現各類信息數據的高效、安全傳輸。由于我館為高校館，本身網絡環境處于學校網絡框架下，不存在復雜的網絡環境。為避免所屬教科網的局限性，我們租用了一條電信光纖，主要用于讀者自助上網體驗。校園網與電信網之間通過匯聚交換機鏈路，做到讀者訪問不同網絡地址時，網絡環境自動切換。

感知層

面向讀者的第一層，為上層提供采集讀者數據和環境數據。主要包括 RFID圖書自助系統、基于VR的虛擬圖書館、二維碼信息標識、3D感知體驗、讀者實時定位采集和溫度濕度煙霧噪聲的環境感知等前端服務內容。

虛擬化數據層

數據層作為承上啟下的中間處理層，是整個智慧圖書館系統的關鍵和基礎。圖書館服務智慧化就是對數據的智慧化處理，通過采集來自感知層的各種異構信息數據，在數據層對數據進行采集存儲、整理加工、計算處理、統計分析，得出符合讀者需求的結果，最后在應用層上進行互動式呈現。因此，智慧圖書館數據層必須具備大容量存儲能力和高性能計算處理能力。

支撐數據層運營的硬件系統的物理存放地在圖書館中心機房。隨著大數據存儲和云計算處理需要，圖書館中心機房升級為圖書館數據中心。數據中心合理布局和硬件系統高效運轉是數據層的性能保障和實現方式。結合我館建設實踐，我們認為實現數據中心數據層的建設目標，關鍵在于將數據中心模塊化和虛擬化。模塊化數據中心和虛擬化數據中心是實現智慧圖書館的前提和基礎。

3.1 ?虛擬化數據中心

3.1.1 ?虛擬化技術定義及優勢

隨著智慧圖書館感知層設備不斷豐富，感知層和應用層系統產生大量異構數據，對于負責信息計算和數據處理的中介層——數據層的計算性能和存儲能力的要求變得異常高。圖書館傳統中心機房硬件布局本質上是采用硬件與服務應用單一對應模式。這種“一設備一應用”的硬件簡單管理模式存在諸多問題。①建設成本高。隨著智慧圖書館應用廣泛開展，應用服務系統會不斷增加，按照傳統布局，每新增一應用就應購置一套服務器和存儲，而不考慮服務器系統資源利用率，這樣的建設模式不但導致中心機房空間、動力、制冷等資源越來越緊張，建設成本也相當昂貴。②資源利用率低。服務器和存儲資源往往以應用峰值來進行配置，一旦分配完畢，系統資源閑時利用率低，而其他應用又不能共享已分配的空閑資源，造成大量硬件資源浪費。③管理效率低下。一個應用對應一套硬件設備的傳統機房管理模式，會隨著應用的增加，導致系統資源調度、硬件健康監控、數據備份與恢復等機房管理效能非常低，硬件設備和系統資源都得不到統一管理與高效利用。

而虛擬化數據中心（Virtual Data Center，VDC）是建設智慧圖書館的新模式，針對傳統圖書館中心機房的諸多弊端，摒棄“煙囪式”的建設模式，弱化異構硬件自身結構，強調以系統資源的有效管理、安全調度、實時監控、合理利用為統一管理目標，對智慧圖書館數據層的數據處理和計算具有重要支撐作用。

虛擬化數據中心的核心是虛擬化技術（ Virtual Technology，VT），它是將各種計算及存儲資源充分整合和高效利用的關鍵技術^[22]。虛擬化技術的主要目的是對 IT基礎設施和資源管理方式的簡化^[23]。虛擬化技術在智慧圖書館數據中心的應用，按照信息數據處理和存儲要求，主要集中在對服務器和存儲上進行虛擬化，即服務器虛擬化和存儲虛擬化。

服務器虛擬化

服務器虛擬化是指將服務器軟件和硬件相互分離，把CPU、內存、硬盤、網卡等硬件轉換成動態資源，使得在單臺大型服務器主機上可以同時運行多個不同類型的操作系統^[24]。服務器虛擬化的主要優勢在于將原有固定分配的閑時資源動態分配，簡化系統資源管理，實現服務器整合，提高系統資源運行效率。

存儲虛擬化

存儲虛擬化是指存儲設備（存儲系統）和服務器操作系統分隔開來，為存儲用戶提供統一的虛擬存儲池^[25]。智慧圖書館數據中心部署服務器虛擬化，必然涉及云計算和大數據，而首要解決的問題就是存儲I/O性能瓶頸問題。近年來，硬件計算性能的發展遠遠快于存儲性能。存儲虛擬化優勢在于：①所有存儲空間實行中央管理，集中管理，有效提高存儲利用率，從而降低圖書館采購存儲硬件成本;②不同品牌的存儲硬件可以統一在一個平臺上，這樣操作不但可以整合當前舊存儲到新存儲系統中來，而且還可以根據需要購買不同供應商的存儲產品。

3.1.2 ?我館VDC建設解決方案

• 服務器虛擬化

目前，我館運行著38套系統，其中應用服務系統14個，11個電子期刊系統和13個數據庫系統，這些系統分散運行在各個服務器上，所有的系統均采用物理化部署。這些服務器老化嚴重，使用年限較長，宕機風險大。服務器配置也遠遠不能后滿足應用發展需求，迫切需要更換現有的設備，以提高圖書館的應用系統運載能力。更為重要的是，我館雁山新館建設按照智慧圖書館設計要求部署，以此應對開展的多項智能化服務。目前，已部署了多種智能化服務項目如讀者行為習慣智能感知、RFID自助借還、3D導航、實時定位、自助選位、智能燈控等等。 我館中心機房服務器原有運行模式為一對一對應模式，如圖4所示。資源利用率低。服務器虛擬化后，服務器資源將實現按需分配，動態調度，共享使用，高效利用。同時，原來各個應用系統的系統安全，也將有主機統一管理，安全策略和防火墻得到快速統一部署。服務器虛擬化架構模式如圖5所示。

存儲虛擬化

目前，我館的存儲系統還處于依附于服務器的從屬設備的地位。由于在原中心機房建設之初，并沒有針對存儲系統做統一整體規劃，所以存儲系統是伴隨著應用系統拓展、服務器個數的增加而無序發展，存在著資源分散，管理繁瑣等問題。存儲系統的現狀既不能滿足我館對智慧圖書館的建設要求，也不符合當前存儲技術發展的趨勢。

為解決上述存儲問題，應建立高效的圖書館數據中心，為打造智慧圖書館的奠定堅實基礎。根據我館實際情況，我館分為雁山館、育才館和王城館三個館舍。因此，對校區間的網絡延時要求特別高。以服務器通過光纖交換機連接磁盤陣列的傳統、單地模式已經不能適應我館發展要求。經過廣泛調研發現，建立圖書館雙活數據中心是今后圖書館存儲構架的發展趨勢，也為智慧圖書館提供數據支撐。而對于存儲異地數據庫的最好方式則是異地雙活模式。

圖書館雙活數據中心是指數據中心共享網絡以及服務器資源，兩套存儲同時對外提供服務，整個系統具有業務負載均衡和自動故障切換功能。存儲雙活作為整個系統的核心基礎架構平臺，主要解決以下兩個核心問題：一是如何在數據中心間實現數據實時同步，從而保證異常情況下，零數據丟失（RPO≈0）;二是如何實現存儲資源的虛擬化，提供可同時被數據中心主機訪問的存儲共享卷，從而實現主機應用集群的跨站點部署，保證異常情況下，應用的自動切換（RTO≈0）。

隨著我館以后主要業務都集中在雁山館。我館數據中心應以雁山校區為主存儲，實現鏡像數據的集中存儲和統一保護，簡化數據管理并帶來數據管理的高效性。雁山校區本地通過10GE網絡將兩臺存儲互連，完成本地存儲雙活，鏡像存儲經由高速光纖將數據復制到育才校區災備中心存儲。育才館作為災備中心，負責備份雁山館的重要數據，同時兼顧少量應用。王城館由于館舍被進一步壓縮，學生教師人員相對較少，因此，沒有建立中心機房。根據我館智慧圖書館數據中心建設要求、實際應用和未來拓展等因素綜合考量，存儲雙活解決方案如下，見圖6。

4 ?結 ?論

構建智慧圖書館以建設一個高效安全穩定的數據中心為前提，而建設計算性能高，數據處理快的數據層則是數據中心良好運行的有力保障。綜上所述，文章對于數據建設提出了結合實際的解決方案，具有一定的借鑒意義。當然，文章探討的智慧圖書館數據層建設主要偏向硬件平臺建設，而要充分發揮智慧圖書館的內涵意義，作用于具體服務應用形式，還需要我們不斷開拓思路，大膽應用云計算、互聯網、網聯網、大數據處理等先進技術，為圖書館信息數據智慧化地進的來、出的去、玩得轉助力。智慧圖書館數據層建設，隨著信息技術的不斷發展而拓展出新的內容，是一個長期的建設探索過程。

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蔣繼平 ?廣西師范大學圖書館副研究館員。 廣西桂林，541004。

韋巖鷹 ?廣西師范大學圖書館館員。 ?廣西桂林，541004。

（收稿日期：2018-03-30 ?編校：劉忠斌）