基于數字圖書館的云系統研究

張艷紅 高振

摘要：

云計算是目前新技術中最重要技術之一，在數字圖書館服務系統中發揮著非常重要作用。以數字圖書與云計算相關概念為切點，并以此為理論基礎，從系統總體架構、云服務平臺數據庫服務器架構、云服務平臺應用服務器架構、云服務平臺網絡架構與集中存儲架構等方面設計論證數字圖書館向云演進的系統的構建。

關鍵詞：

數字圖書館; 云計算; 演進

中圖分類號： TP 311

文獻標志碼： A

A Study of Cloud System Based on Digital Library

ZHANG Yanhong， GAO Zhen

（Library， Shandong University， Jinan， ShanDong 250100， China）

Abstract：

Cloud computing is one of the most important technologies in the new technologies. It plays a very important role in the digital library service system. In this paper， based on the concepts and theory of digital books and cloud computing， the system architecture， the architecture of the cloud service platform， database server， the application server architecture of the cloud service platform， the network architecture of cloud service platform and the centralized storage architecture are designed. These are used to demonstrate the system of the evolution of the digital library cloud construction.

Key words：

digital library; cloud computing; evolution

0引言

關于數字圖書館的概念，筆者查閱大量文獻資料，發現有數十種不同的解釋。筆者選擇大眾比較認可的360百度對數字圖書館概念的描述：數字圖書館是利用數字技術處理（即上傳、下載、儲存、修改、查詢等）各類圖文兼有的圖書、影像、視頻等文獻。其本質上是屬于一種多媒體制造出來呈分布狀態的信息系統。其把不同類型的載體、在不同位置的信息資源通過相關數字處理技術連接在一起，從而為不同地區的用戶提供方便、快速地使用圖書館的信息。換言之，數字圖書館就是屬于一種虛擬圖書館，是以網絡環境為基礎，建立共享性知識網絡系統，給用戶使用圖書館資源帶來極大方便，而且還不受時間、區域等限止[1]。筆者總結所謂數字圖書館概念就是具有數種不一樣的多媒體內容的數化信息資源，通過相關新技術，比如互聯網技術、信息技術、通訊技術與數字化技術等，為用戶（讀者）提供快速、便利與高效的一種服務體系。

云計算目前還是處于一個正在發展與不斷完善階段，學界還沒有一個統一的概念。對于云計算概念有著多種理解與不同的認識。比如維基百度對云計算的概念解釋為：這是以互聯網為基礎的新的計算形式，再通過互聯網導購、自治服務等，從而為企業與個人提供需求，而產生的服務云計算方法，就被稱作為云計算。又如美國加州大學分校一份報告對云計算的概念的解釋：在現代網絡上存在無數種不同類型的服務模式，在這些服務模式中也包括了以數據為核心提供幫助的各種不同的軟硬件[2]。筆者認為云計算就是依托互聯網所有有關資源進行整合與優化，這里資源主要指軟硬件與相關平臺資源，再依據資源實際使用情況進行收費的一種新服務模式。

1系統總體架構設計

1.1圖書館兩大資源池

數字圖書館兩大資源池即為數字圖書館管理資源池與個人信息資源管理池。筆者依據目前我國高校數字圖書館系統軟件設計，可以把整套系統分為兩大主要部分，即圖書館管理關鍵系統與用戶個人信息資源管理系統[3]。

在對此系統進行開發設計時，對兩部分軟件系統配置了相應的硬件設施進行支持，同時還使用物理服務器與虛擬服務器兩種形式對不同軟件模塊支持。

1.2關于系統總計架構設計

筆者依據某高校數字圖書館的需求與系統分析，本論文所構建的數字圖書館向云演進的系統基本架構，如圖1所示。

集中化原則是該系統架構中存儲與網絡所堅持最重要原則，對各資源池應用進行統一支持。計算機資源對資源池卻存在不一樣處理方式，是依據實際業務的需要，對資源池進行具體劃分。不過這措施對集中化原則進行較好的反應，使得資源得到最大化利用，從而提升資源的利用率，同時還有利于資源管控。

從整個系統業務功能方面分析，在開發本系統之前計劃分成信息服務應用區、中心數據庫區與開發測試區三個邏輯區。信息服務應用區主要是集中設置圖書館管理系統、息信檢索系統等系統應用服務器，此區域均是使用虛擬化X86服務器;中心數據庫區的數據庫是通過應用UNIX服務虛擬化技術來進行設置的;開發測試區利用X86的虛擬化技術來滿足各大模塊設計需求。

信息服務應用區、開發測試區和中心數據庫區這幾個區均與以太網絡中心連接在一塊，其能與外界通信完全是因為是借助接入交換機來對數字圖書館平臺關鍵交換器進行連接，同時還設置所對應的硬件設施對服務負載均衡進行實施[3]。

2云服務平臺數據庫服務器架構設計

2.1關于數據庫服務器總體方案設計

筆者參考其它有關數字圖書館管理系統設計，再與虛擬化技術相結合，關于數字圖書館向云演進系統構建的數據服務架構設計，如圖2所示。

在對本系統中數據庫架構設計中加強對虛擬化技術（IBM Power VM）使用，再以邏輯分區技術對本系統數據庫架構劃分為三個分區，每個區均配置相應設施，比如網絡、CPU與存儲資源等。這樣每個分區均能看成一臺與其它沒有啥關系的邏輯服務器應用，再在每個區設立Oracle數據庫，從而構成了三臺邏輯服務器。

2.2關于數據庫訪問

此平臺的原數據庫平臺根本無需要重新設計，其完全可以搭建在當前圖書館服務系統的數據庫平臺的基礎之上，該數據庫訪問形式，只需要遵照XML語言規范與XHTML規范，再經過對應數據庫訪問語句就可以對相關數據庫頁面進行訪問，從而才能完成相關服務操作，比如數據查詢、數據庫訪問等。

3云服務平臺應用服務器架構設計分析

3.1構建虛擬化服務器集群平臺

虛擬化服務器集群平臺構成，如圖3所示：

3.1.1X86計算機服務器

虛擬機是由正常工作的虛擬化軟件提供資源。虛擬軟件還能為虛擬機運行提供支撐，同時還把許多配置相近的X86的計算機服務組合在一塊，另一方面與相同的存儲子系統和網絡相互銜接，建立非真實環境中資源集合，從而形成虛擬化服務器組，為資源管理帶來便利，不過服務器在型號選擇上注意整齊規劃統一。筆者建議選擇配置類似的4CPU的服務器，而此服務的內存卡與網卡等均安裝在同一PCI插槽里。

3.1.2存儲網絡

光纖通道SAN陣列是屬于一種應用非常普遍的存儲技術，此技術是由虛擬化系統對其進行支持，因此才能對本系統數據庫存中儲需要進行滿足。通過存儲區域網絡服務組之間共享存儲陣列，就能完全實現存儲資源的集合，此外，倘若把這些資源劃分給虛擬機時，就能使資源儲存更加具有一定靈活性[3]。

3.1.3IP網絡

計算機資源帶寬加大，均是由于每臺計算機服器有過個以太網絡接口卡。由于帶寬加大，計算機網絡的可用性效果會更好。此外，虛擬機將通過IP網絡提供許多服務，資源池所有網絡管理均是經過IP來實施的。由于數字圖書館具有一定繁瑣性與網絡擴展性，服務器虛擬化將會應用到以前的網絡系統，同時還會應用到當前的交換機接口，不對網絡系統進行改動。

3.1.4虛擬化管理服務器

此管理服務器能夠為資源池提供單一的控制節點，其提供了如各種軟硬件配置、各種性能控制、用戶訪問控制等虛擬架構管理服務，從產品的成熟度、市場占有率，以及技術資源獲取等各方面進行全面考慮，虛擬化平臺基礎軟件為VMware應用。

3.2選擇虛擬化服器

在對服務器選擇方面，應堅持兩方面原則：首先是選擇統一的產品架構。當前，雖然AMD與Intel兩種不同類型的CPU，均得到此軟件同時的支持，不過從虛擬化平臺建立與作用的整體實施情況來看，對于混合型CPU服務器并不是沒有限止的。其次是為了使服務器負載更具有穩定性與高效性，盡量使用配置統一的服務器。倘若配置差距較大，就容易使得資源分配與服務器出現障礙后，導致資源再次分配而產生了漏洞，從而使其影響更加廣乏的范圍[4]。

目前只有刀架式與刀片式兩種類型務服器，兩者進行比較，到底選擇哪種類型服務器？筆者建議在虛擬化平臺上的服務器，應該選用機架式服務器。但是要注意以下一些因素：一是償若采購服務器數量小，考慮到刀片式服務器成本高，就應選擇機架式;二是刀片服務器的I/O性能有一定限制，每片刀片獲得網絡與存儲端口少，選擇機架式服務器較合理。其原因是虛擬化性能要求高;三是虛擬化技術會導致服務數量降低，那么刀片服務器在某些方面優勢就會明顯降低。

3.3關于VMware虛擬化管理工具

為了更好對服務器虛擬架能夠較好地管控，筆者建議設置相應的物理服務器作為vCenter服務器，vCenter其功能就是能夠為構建的本系統環境提供較為集中的管理、自動化操作、以及對資源高效利用等。

從vCenter虛擬化平臺方面來分析，vCenter是屬于核心組件。不但在于全部對虛擬化平臺的管理與配置均能通過此控制平臺來實現，而且還在于vCenter是屬于某些功能所進行依靠的組件，倘若沒有vCenter就根本沒有辦法來實現。除此之外，對于vCenter平臺的控制功能與信息收集等均需要通過vCenter來實現，如圖4所示。

正因為vCenter有如此重要作用，就非常有必要為其設置兩臺相配套的服務器，而且還要通過VMware的Heartbeat功能實現兩臺服務器之間狀態與數據同步[5]。

4關于云服務平臺網絡架構與集中存儲架構設計

4.1云服務平臺網絡架構設計分析

云計算服務器虛擬化的網絡架構是指數字圖書館建立虛擬化平臺后，要求網絡結構在沒有虛擬化之前，變化不明顯，只是原數據傳輸終端結在與網絡端口（交換機）相接觸，再進行虛擬化，由于多了一層虛擬交換機，數據傳輸就會轉變成在交換機虛擬端口上的終結。如此，虛擬機就可以通過虛擬化平臺內再分配到不同的交換機上。它的基本原理與物理網絡架構很相似[5]。路由與數據傳輸具體關系如下：

（1） 一樣的虛擬機倘若在同一物理服務器上，就能夠在虛擬化層上進行數據傳輸。

（2） 一樣的虛擬機倘若在不同物理服務器上，就不能直接在虛擬化平臺傳輸數據，而需要從外界接入交換機再轉發到其它物理服務器的虛擬機上。

（3） 不是同一臺虛擬機，不管是在何種物理服務器上，均需要在網絡三層上進行路由轉發，由于間路由只在關鍵的交換機上實現，全部數據包均要通過關鍵的交換機路由。

（4） 網絡配置不發生變動的情況下，將來倘若依照服務器功能進行規劃，就能夠在關鍵的交換機上設置交換器訪問控制對不同功能服務器群之間的安全隔離進行實現。本系統的網絡架構，如圖5所示。

4.2云服務平臺集中存儲架構設計

云服務平臺集中存儲架構系統設計均是采用SAN存儲架構，面向數字圖書館全部服務模塊，而且還能與服務器虛擬化技術存儲應用相適應，本系統使用范圍主要包含以下幾點：

（1） 數據庫系統。海量數據儲存于各大服務版塊，對其要求“高三”（高可靠性、高性能與高可用性）。

（2） 服務虛擬化系統。重點是X86服務器的VMware虛擬化系統，其功能就是能夠向各臺VMware ESX服務器提供共享存儲支持。

（3） 關于開發環境的檢測。培訓服務器與開發環境的檢測也需要較小的空間來對數據進行存儲。

（4） 關于與此類型不同的文件數據存儲。根據本系統開發的實際情況，存儲架構均是使用統一存儲結構，這種結構就是一種以立足SAN技術基礎上的結構[6]。

4.3云服務平臺實現流程

某高校數字圖書館云服務平臺（以下簡稱“某高校云平臺”）在進行云計算時，還要按相關流程操作，不同云服務平臺供應商他所提供云計算方案大致是統一的，不過在細節方面還是有所不同的。該服務平臺實施過程詳如圖6所示。0

從總體上來分析，云計算服務平臺的實現流程，重點從前端、應用服務器、應用管理節點與服務群四個方面進行完成。

（1） 前端。其功能在云服務平臺正常工作過程中，對所發出的請求進行轉發，以及在使用靜態文件與負載均衡進行轉發。

（2） 應用服務器。其主要功能對服務器相關功能正常運轉程序進行支持。

（3） 應用管理節點。此節點功能夠為云服務平臺提供很多較為復雜的使用程序，比如開啟、停止與計費等。

（4） 服務器群。為云服務平臺提供被融合在一起各種各樣服務。

4.3.1關于實施Google APP Engine流程

某高校云平臺運用Google APP Engine 案例實施流程為：

首先用戶根據自己的實際情況，填寫資料進行Google賬戶注冊，倘若已冊過了，就可以直接登陸。

（1） 新建立應用，一般來說一個用戶能夠新建數個不同應用，其空間均僅為500MB。

（2） 對相關應用程序信息進行填寫，但需要提醒的，應用標識符注冊完成之后，

不能更改，所以在填寫時，就務必要注意。

（3） 采用Java與python語言對數字圖書館應用程序進行設計。

（4） 應用程序設計完畢，還需要進行本地測試，確保整個數字圖書館應用程序能夠

正常運轉，才算合格。最后才上傳至Google APP Engine。

4.3.2關于亞馬遜AWS流程的實施

還是以某高校數字圖書館為類，數字圖書館云服務平臺對亞馬遜AWS案例實施流程為：

（1） 與實施Google APP Engine案例一樣，也是首先注冊亞馬遜帳戶，如果已經注冊了就可以直接登陸了。

（2） 依據用戶需求的實際狀況，選擇平臺能提供的服務，不過在平臺向用戶提供服務之前，還要依據用戶實際情況填寫相關資料，進行注冊。

（3） 在正式應用之前，還要對所需要資源數進行確定，另一方面對于一部分服務還需要設定相配套的參數。

（4） 對等待處理的文件或數據上傳。對于不一樣的服務其上傳的數據資源類型也是存在差異的，有時系統為給自身處理帶來便利也會讓用戶上傳一部分文件之外或數據之外的附加程序。

（5） 上傳結束后，就是系統實施過程，在實施過程中，對用戶完全公開的，因此用戶根本不必了解系統實施過程中每個細節。

（6） 當系統運行停止后，系統不需要人為操作，自然將為用戶傳輸相應的結果。

（7） 用戶在使用結束后，就能夠支付相關費用，需要說明的是，使用亞馬遜AWS全部服務均是依照實際使用量計算相關費用的。

5總結

隨著我國經濟水平、通信息技術、以及互聯網技術的快速發展，越來越多的人感受到新技術無論給我們生活方式，還是企業生產，政府辦公或者其它方面均帶來全新的改變。而云計算就是當下新技術中最重要技術之一。在數字圖書館方面能效地解決圖書館紛繁復雜海量信息管理與安全等方面問題，從而達到構建一個用戶使用方便的數圖書館目的。因此探討數字圖書館向云演進系統設計具有很重要現實意義，本文首先對數字圖書館與云計算相關概念進行簡要闡述;然后以系統總體架構設計為本系統設計框架;接著重點分別從云服務平臺數據庫服務器架構與應用服務器架構兩大設計展開探討構建數字圖書館向云演進的系統，同時還花了一定的篇幅對服務平臺網絡架構與集中存儲架構設計進行分析;最后還對此系統的服務平臺的Google APP Engine與亞馬遜AWS兩大方案流程的實施進行詳細的論述，從而對構建數字圖書館向云演進的系統全方位進行論證。

參考文獻

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（收稿日期： 2020.02.20）