基于微服務架構的圖書館能力開放平臺設計

徐華

摘 要：當前，各高校自建圖書館管理系統，其可靠性和可擴展性較低，不能適應圖書管理工作快速發展的要求。文章基于微服務、DevOps、虛擬化等技術，提出了基于微服務的體系架構、基于數據中臺的數據共享框架兩個設計思路，圖書館能力開放平臺架構包括基礎資源層、數據共享層、應用融合層;其次，對架構的基礎資源層、數據共享層、應用融合層進行了詳細設計，并分析了各層的技術實現方法。通過應用分析，文章驗證了該能力開放平臺架構具有較好的敏捷開發能力、持續集成能力以及彈性擴展能力。

關鍵詞：圖書館;能力開放平臺;微服務;虛擬化

0 ? 引言

隨著社會發展和科技進步，圖書館在知識積累和知識查詢工作中的作用越來越重要。為提升圖書館資源的利用率，方便讀者對知識的查詢和使用，數字圖書館已成為圖書館資源管理的發展趨勢[1-2]。這種背景下，各個高校開始自建圖書館管理系統，對數字資源進行管理和使用。如何建設更加高效的圖書館管理系統，已成為當前的一個研究重點。楊思洛等[3]分析了國內外圖書館的發展趨勢，研究結果表明，大數據和人工智能技術是圖書館數據資源管理和使用的關鍵技術。“十四五”規劃綱已將大數據、人工智能等核心技術與各產業深度融合作為今后行業發展的方向。以教學工作為例，程玉等[4]提出了學生畫像、個性化學習、學習效果評價等方面的大數據應用發展路徑。考慮到圖書館數字資源的體量大、數據類型多樣，曾文等[5]分析了科技大數據領域數據的特點，提出了提升數據清洗、存儲效率的關鍵技術措施。為提升數字圖書館知識發現的效率，李潔[6]研究了知識發現算法，提出了數字圖書館知識發現服務的模式和策略。

通過對已有研究分析可知，當前研究主要集中在如何提升單個圖書館管理系統的效率。但是，每個圖書館建立自己的信息化平臺，在資源利用率、成本開銷方面存在局限性。為了提升圖書館系統的可靠性和可擴展性，本文提出構建圖書館能力開放平臺。首先提出了基于微服務的體系架構、基于數據中臺的數據共享框架兩個能力開放平臺架構的設計思路。其次，提出了圖書館能力開放平臺架構，該架構包括基礎資源層、數據共享層、應用融合層。其次，對基礎資源層、數據共享層、應用融合層3個層面進行了詳細設計，并給出了實施建議。最后，對基于微服務架構的圖書館能力開放平臺的應用方法進行了分析，驗證了體系架構，較好地實現了圖書數字資源的敏捷開發、持續集成和彈性擴展。

1 能力開放平臺架構設計

1.1 設計思路

為提升圖書館對數字資源的管理能力，本文提出基于微服務架構的圖書館能力開放平臺。該平臺需要實現資源的可擴展、可維護、可共享3個目標。為實現3個目標，本文提出基于微服務的體系架構、基于數據中臺的數據共享框架兩個設計思路，下面進行詳細介紹。

在基于微服務的體系架構方面，考慮到微服務架構與傳統體系架構的區別是服務小、易擴展。微服務技術可以根據業務需求，將圖書管理系統劃分為多個獨立的小服務，從而降低圖書管理系統修改和維護的難度。另外，基于微服務技術，可以使平臺支持Docker容器技術。在Docker容器技術環境下，虛擬機的粒度更小，可以根據需要進行遷移、關閉、擴容，從而顯著降低資源消耗，提升硬件資源的利用率。

基于數據中臺的數據共享框架方主要利用數據中臺的功能豐富、便于共享兩個優勢。隨著知識經濟的到來，知識共享已成為推動社會發展和進步的關鍵要素。圖書館作為知識積累和共享的關鍵途徑，數據共享已成為其發展的必然趨勢。在數據共享領域，數據的安全是數據共享相關方最關注的問題。為了提升數據安全共享的能力，本文采用大數據技術對數據進行安全管理，采用數據中臺技術實現數據的安全共享。

1.2 體系架構

圖書館平臺架構如圖1所示。從圖1可知，現有的圖書館系統架構如圖1（a）所示，每個圖書館構建自己的硬件平臺、系統軟件、應用軟件。這種架構存在資源浪費、可維護性差等缺點。本文提出的圖書館能力開放平臺架構如圖1（b）所示，該架構包括基礎資源層、數據共享層、應用融合層。

基礎資源層包括云計算平臺和PAAS平臺兩個模塊。云計算平臺層采用虛擬化技術，可以提升資源利用率和資源可靠性。云計算平臺的按需擴展和動態遷移技術，可以根據每個圖書館的業務需求，對資源進行動態調整。數據處理層主要包括大數據平臺層和數據中臺層。大數據平臺層主要實現數據的采集、傳輸、存儲、管理等功能。數據中臺層主要實現數據處理的共用功能。應用融合層包括微服務架構和DevOps架構。微服務架構可以將圖書館的系統進行拆分，得到多個互相獨立的微服務。這種架構可以便于圖書館開發新功能。DevOps架構是基于微服務架構實現一站式開發的一組過程和方法。在DevOps架構下，圖書館系統的開發人員和IT運維人員可以整合為同一技術人員。在這種背景下，軟件模塊的開發、測試、發布、維護、更新的效率更高，更能適應當前的開發環境。

2 各層的設計與實現

2.1 基礎資源層設計與實現

基礎資源層的實現主要采用云計算技術和Docker容器技術。在云計算平臺層，通過采用虛擬化技術，可以實現服務器、網絡設備、存儲設備的按需擴展和動態遷移。在服務器虛擬化方面，平臺可以提供的資源包括計算資源池、彈性主機服務。在網絡設備虛擬化方面，平臺可以提供網絡資源池、通信鏈路資源池。在存儲設備虛擬化方面，平臺可以提供存儲資源池、異地容災資源池。為保障云計算平臺的可靠性和穩定性，平臺提供負載均衡、安全管控等性能管理設備。

PAAS主要功能是根據業務需求，提供靈活的中間件服務。中間件服務主要采用Docker容器技術實現。Docker容器可以在云計算平臺上申請資源。Docker容器的最大優點是申請的資源容量小、部署速度快，可以滿足小型業務的計算資源、網絡資源、存儲資源的需求。采用Docker容器技術后，可以有效提升云計算平臺資源的利用率和便捷性。

2.2 數據處理層設計與實現

數據處理層主要包括大數據平臺和數據中臺兩個模塊。大數據平臺模塊主要包括數據的基礎操作功能、數據中間件兩個子模塊。數據的基礎操作功能包括數據采集和傳輸、數據存儲、數據治理等基本功能。數據治理主要是根據圖書館的預定規則，對數據進行規范化處理，便于數據在圖書館業務中使用。數據中間件模塊主要包括數據處理的消息隊列、提升數據處理速度的緩存服務等功能。

數據中臺主要完成數據匯聚、數據可視化、數據提純加工等數據處理的公共工作，便于各個圖書館可以快速方便地對數據進行處理。本文中數據中臺主要功能包括常用的機器學習算法、語音識別算法、圖像識別算法、數據可視化等數據處理功能。

在數據處理層的技術實現方面，當前大數據框架主要包括Hadoop，Spark，Storm，Flink，Samza，Presto五種。根據對各種框架的應用場景、用戶人數等特征比較，本文選擇Hadoop作為數據存儲平臺，Spark作為大數據分析架構。Hadoop主要技術包括MapReduce、HDFS、Yarn三種。其中，MapReduce作為分布式計算技術，HDFS作為分布式文件存儲系統，Yarn作為高效的資源調度工具。在Spark架構方面，平臺可以采用Scala，Java，Python等語言作為數據分析語言。考慮到人工智能技術領域使用最多的語言為Python，所以本文采用Python語言作為數據分析語言。

2.3 應用融合層設計與實現

應用融合層主要功能是為圖書館提供常用的應用開放功能。例如，圖書館數據業務功能服務接口、業務接口開發規范、大數據應用子系統、知識圖譜算法庫等常用的應用接口和子系統，主要由微服務架構和DevOps架構兩種技術實現。微服務架構的實現一般包括服務注冊、服務發現、服務負載均衡、服務網關4個關鍵要素。當前可以實現微服務架構的管理框架較多，Dubbo和Spring Cloud是當前使用比較廣泛的兩種架構[7]。

考慮到平臺的易用性，本文選擇Spring Cloud作為微服務架構的管理框架。在服務注冊和服務發現方面，平臺使用Eureka實現注冊中心功能。Eureka可以為用戶提供開放的API，便于用戶將服務注冊到注冊中心，用戶也可以在注冊中心查找感興趣的服務，并通過API進行調用。在采用Eureka實現注冊中心功能時，平臺通過構建Eureka Server，Service Provider，Service Consumer 3個角色，可以實現服務的注冊和使用。Eureka Server可以實現服務的注冊和發現功能，Service Provider可以實現服務的提供功能，Service Consumer可以實現服務的使用功能。在服務的負載均衡方面，平臺使用Ribbon組件實現服務的負載均衡功能。Ribbon組件根據服務使用情況，可以自動執行服務負載均衡策略、服務超時重試策略，從而平衡已注冊的各個服務的調用關系，提升系統的性能。在服務網關的配置方面，本文使用Zuul技術來實現。Zuul組件可以采用RESTAPI接口對外提供服務，有效降低各個服務之間因接口不同導致服務訪問失敗的概率，提升了服務的可靠性。

3 應用分析

為提升本文提出的基于微服務架構的圖書館能力開放平臺的可用性，本小節對如何使用此平臺進行分析說明。從本文提出的平臺設計框架可知，搭建平臺的基礎資源層、數據共享層、應用融合層，可以提升圖書館資源管理平臺的可擴展性、可維護性、可共享性。

搭建基礎資源層需要支持虛擬化技術的硬件環境。所以，在采購基礎網絡資源、服務器資源、存儲資源時，需要首先考慮的參數指標是對虛擬化技術的支持。在數據共享層面，平臺考慮到大數據技術和數據中臺技術包含的內容較多，在部署數據共享層時，盡量采用市場占有率較高的開源技術。這種部署策略可以有效提升數據共享層的可靠性和可擴展性，也便于后期對平臺的維護和使用。對于應用融合層，微服務的架構和相關技術已在文中描述。需要注意的關鍵問題是應用的微服務化。因為微服務主要的優勢是將大型軟件劃分為多個獨立的子模塊，便于一站式開發和應用。但是，如何進行服務的劃分，是一個比較有挑戰性的工作。所以，在應用融合層，盡量邀請實施經驗豐富的業務專家和技術專家對業務需求進行分析，制定符合業務發展需要和技術架構的應用融合功能。通過上述分析可知，本文提出的基于微服務架構的圖書館能力開放平臺，較好地提升了圖書數字資源管理平臺的敏捷開發能力、持續集成能力以及彈性擴展能力。

4?結語

隨著信息技術的發展，圖書館中的數字資源快速增加。圖書館為了滿足數字資源的存儲和使用需求，開始加大圖書館軟硬件資源的建設。但是，自建圖書館管理系統存在可靠性低，不便于擴展等問題，不能有效滿足當前圖書管理工作快速發展的要求。為解決此問題，本文提出構建圖書館能力開放平臺，對該平臺的基礎資源層、數據共享層、應用融合層進行了詳細設計，并給出了實施建議。在大數據時代下，圖書館的數字資源需要共享和使用，才能發揮數字資源的價值。下一步工作中，基于本文的研究成果，采用大數據挖掘和人工智能分析技術，研究圖書館數字資源的共享機制，從而發揮圖書館數字資源的價值。

[參考文獻]

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[3]楊思洛，董嘉慧.國內外智慧圖書館研究熱點及發展趨勢探究[J].現代情報，2020（11）：167-177.

[4]程玉，胡凡剛，吳運明.教育大數據價值體現、問題反思與發展路徑[J].軟件導刊，2020（5）：281-284.

[5]曾文，車堯.科技大數據的情報分析技術研究[J].情報科學，2019（3）：93-96.

[6]李潔.數據驅動下數字圖書館知識發現服務創新模式與策略研究[D].吉林：吉林大學，2019.

[7]張樹新，吳海斌，蒙輝，等.基于SpringCloud的航運EDI平臺IT生態環境設計[J].中國儲運，2018（2）：100-103.

（編輯 王永超）