基于虛擬化平臺的檔案實時更新系統設計

孟慶德，張春霞

（東北石油大學，黑龍江大慶 163318）

在國家社會經濟迅猛發展的背景下，信息技術的發展狀況與前景已然受到各領域的重視[1]。檔案系統涉獵到的范圍非常廣泛，創建高效檔案系統現實意義重大[2]。此外，檔案亦是企業、高校等最基本、具有代表性的原始記錄。傳統意義上的檔案管理系統隨著社會科技的不斷發展，一些不足之處逐漸顯示出來，如傳統檔案尤其是紙質版檔案在采集、歸檔、整理、分類、裝訂、保管、儲存過程中，需要大量的人力、物力[3]。傳統檔案更新系統在保存時需要巨大空間，并且需要維持儲存檔案系統的適宜環境，過程較為復雜[4]。電子檔案在很大程度上彌補了傳統形式的人工整理、歸檔、真實性的記錄缺陷[5]。

在信息化不斷發展、不斷普及智能化的大社會背景下，檔案的錄入以及整理任務均可以依靠基于虛擬平臺的檔案智能化管控系統[6]。一方面，基于虛擬化平臺的檔案實時更新系統能夠達到循環操作的目的，減少了檔案管理務工人員的使用量，形成自動化管控平臺，使檔案實時更新系統的利用率以及工作效率有大幅度的提高[7]。另一方面，構建基于虛擬化平臺的檔案實時管理更新系統，符合社會發展所需，順應時代發展迫切所需，利用現代化科技是檔案管理任務重點關注的對象之一[8]。

1 檔案系統總體構架

檔案系統由海量信息管理資源庫、電源電壓、基礎電路、軟硬件設備以及其他支撐設備共同組成[9]，檔案系統的運行需要借助信息采集、檔案管理等諸多運行模塊，檔案系統總體構架如圖1 所示。

圖1 檔案系統總體框圖

檔案系統還需要進行定期管理、維護、開發利用任務，處于時刻動態更新的狀態，借助內部的系統維護、系統更新實現，保證檔案系統的實時性、兼容性、海量性和全面性[10]。

2 系統硬件結構

基礎檔案硬件設備包括電源電路、虛擬機、單片機、路由器、光端設備、高性能服務器、存儲設備、檔案數字化加工系統，根據所需建立海量信息資源庫[11]。

2.1 單片機指令系統

單片機的硅片上集成了中央處理器CPU、隨機存儲器以及RAM。程序存儲器ROM 或EPROM 定時/計數器，是一種半導體的集成設計芯片[12]。CPU主要功能可概括為破譯指令、分析指令、執行指令、按照指令進行相關運行；亦能夠執行有關算法運行、邏輯分析[13]；負責存儲器內外設備的數據信息資源交互；控制整個指令系統[14]。設計的CPU 包含8 條簡化指令，字長為8 bits，以出現的命令為指令方式，選用此方式由于其具有直接性，既能夠運用在源操作中，又能夠運行在目的性操作任務之中，具有很大的操作便利性，指令負責直接派發尋址單元的地址。信息資源數據存在于存儲器之中，每進行一個操作數便形成一個存儲單元，對應著一個特定的地址編碼。

2.2 時鐘電路模塊

在單片機的電路設計中，還包含著時鐘電路，通常在兩個引腳之間，將晶振與兩個電容連接起來，形成片內震蕩，片內震蕩的形成原理是51 內核單片機內部設有一個高增益反放大裝置[15]。其外部與一個晶振相連，在此過程中，會激發出震蕩脈沖。通常選取石英材質的晶振，參數范圍為1.2～12 MHz，電容參數范圍為5～30 F 即可[16]。電容參數選擇可以產生輕微調整頻率的功效，然而，參數值需要與晶振負載阻抗相符合，否則，時鐘電路的起振現象將很難發生。

3 系統軟件結構

3.1 檔案系統安全保障技術

由于電子檔案能夠儲存大量信息數據、儲存方式容易、傳送信息便捷，因此，分別從檔案載體保護、單一載體保護、集群式存儲載體保護3 個方面展開分析。

1）檔案載體保護

檔案信息需要寄存在相關設備中，將光盤、磁盤、計算機主板作為信息存儲載體，所以需要對這些載體進行保護。

2）單一載體保護

檔案部門將海量檔案信息資源儲存在軟盤中，之后將載有檔案信息資源的軟盤進行排列、分類，保存在對應的區域內，或者將其刻錄在光盤進行儲存。借助電子除塵等相關技術，調控檔案所處地區的溫濕程度，防止有害物質對檔案載體的破壞。除此之外還要預防磁場以及振動等對檔案載體安全的影響與威脅。

3）集群式存儲載體保護

磁盤整列、光盤庫、光盤塔、磁帶庫等均屬于集群式存儲載體。利用相關手段把眾多單一存儲載體合成為一個集群式存儲載體。如果某個單一載體遭到破壞，其所承載的信息能夠自發安全地傳遞到集群中的其余載體上。將失效的單一載體換代后，之前轉移到其余載體上的資源信息還會自發轉移到更換后的新載體上，通過這種方式能夠避免信息資源缺失的問題。

3.2 檔案信息加密

加密算法通常分成兩種類型：1）傳統加密算法，也叫對稱加密算法；2）公開密鑰加密算法，也叫非對稱加密算法。全部的加密算法均以兩種通用規則為基礎：將明文中的所有元素（比特、字母等）進行特定替換，將這些明文元素變成新元素；將明文的全部元素信息重新排列組合。完成操作的基本前提條件是全部信息元素均未丟失，確保操作具有可逆性。

1）對稱加密。對稱加密算法的加密和解密密鑰是相互對稱的，加密密鑰和解密密鑰是統一的、完全相同的。具體加密過程如下：將64 位的明文輸入塊轉換成數據長度為64 位的密文輸出塊，密碼長度值選用56 位。DES 將64 位輸入數據塊依照位置重新排列組合，同時將輸出分成L0、R0兩個模塊，這兩個模塊長度均為32 位，然后執行前后替換操作，最后，L0負責左32 位的數據輸出，R0負責右32 位的數據輸出，依據這個規則執行16 次迭代算法以后，得到L16、R16，將其作為輸入，執行逆置換，逆置換與初始置換相反，完成對稱算法的加密。對稱加密基本原理如圖2 所示。

圖2 對稱加密

2）非對稱加密。非對稱加密體制也叫公開密鑰密碼體制，這種加密方式的加密密鑰是透明的，不具有保密特性。而解密密鑰是嚴格具有保密性、不能公開的，由此可見，這種加密方式需同時借助加密密鑰以及解密密鑰共同完成加密過程。非對稱加密機制如圖3 所示。

圖3 非對稱加密

乙方生成一組密鑰，包括公鑰和私鑰兩種密鑰，將公鑰公開；甲方獲取到乙方公開的公鑰后，利用這個密鑰將機密信息經過加密處理之后發回乙方；乙方利用僅自己擁有的另一把特定密鑰即私鑰對經過甲方加密處理后的機密信息執行解密操作。乙方僅僅可以借助特定密鑰即私鑰解密經過相關處理加密的信息。在該密文加密傳遞過程中，盡管攻擊者得到了密文，而且也了解了乙的公鑰，但仍然無法對密文進行破譯，密文的破解僅僅可以由乙方的密鑰進行破譯才有效。同樣，甲乙兩方顛倒身份，非對稱加密機制加密原理不變。

3.3 檔案信息確認

信息確認指嚴格確保檔案信息可分享資源范圍，避免信息資源造假、篡改以及頂替。通過數字水印手段鑒別、確認信息的準確性，數字水印手段能夠使計算機進行識別以及讀取檔案信息資源時具有保證性，確保操作的真實性。

3.4 基于虛擬化平臺的信息數據融合

數據融合映射模型包含世界空間W、測量空間M、預融合空間M 以及目標空間O，這些空間設置借助S、F、P 3 種映射相連接，映射S 借助多傳感器由外部信息資源空間獲得原始信息資源構成測量空間；P將以上信息資源數據進行預處理組成預融合空間，其中的信息資源經由F 獲取到目標資源空間。針對外部資源空間：

式中，Wmn代表外部信息資源世界第m個目標的第n個性質；n代表目標的數量；m代表針對單一目標關注的最大特征數，矩陣序列中將有較多元素為0。針對信息資源測量空間，含有t時刻的測量空間矩陣為：

式中，Dlk表示第l類傳感器之中的第k個傳感器獲取到的原始數據；l表示傳感器種類數；k表示每一種傳感器涵蓋的最大傳感器數量。同樣，該矩陣中仍有很多元素值為0，通過映射所得模型可知：

式中，Pxy為借助原始測量信息資源數據經由預處理收集到的數據構成。在數據集映射中，Po映射方式為一一映射。

針對目標信息資源空間：

目標空間為融合結構構成，如式（5）：

式中，Δt代表觀測時間的間隔；N代表觀測次數；F代表融合結果的特征參量。根據上述融合結果，完成檔案實時更新。

4 實 驗

4.1 實驗環境

在實驗過程中，執行多個各不相同的任務，目的是針對在不同環境下的優化算法適應狀況進行檢測。因為在虛擬機運行過程中，物理機上的其余程序對它可能產生影響，所以此實驗測試時間設置在物理機空閑空載時段，借助修改源代碼，在運行進程中加入自動配置代碼，修繕配置文件，之后將提供的網頁打開，進行查看，對一些指標選項進行修改，確認后，能夠觸發相應接口，達到目的。通過檢測系統中CPU、內存、負載等性能或是網絡流量狀況能夠顯示出各個節點的工作情況、資源分配情況、適應度。

4.2 實驗結果與分析

采取隨機取樣，選擇3 個Slave 的一個節點，借助Ganglia 觀察的CPU Wait 10 情況看出，升級機器配置和任務數據參數，實驗組、對照組無異常現象，優化任務數據參數和機器配置，然后采用默認配置對比，不同系統下運行所用時間對比結果如表1 所示。

表1 不同系統下運行所用時間對比情況

由表1 可知，使用虛擬化系統檔案實時更新所耗時長比傳統系統少，且與默認配置相比，該系統更新時間為15 分27 秒，比默認配置要少1 分18 秒。不同系統下系統CPU使用率情況如圖4所示。

圖4 不同系統下CPU使用率對比分析

由圖4 可知，傳統系統CPU 使用率較高，長時間使用導致發熱，影響系統工作效率。而使用虛擬化系統比默認配置CPU 使用效率要低，系統性能良好。

5 結論

云計算模式能夠完成IT 服務的簡化，達到電子檔案資源系統的整理共享目標，構建一款新式IT 信息數據共享和電子信息資源化存儲架構，構建地區甚至全國的聯動運行機制。以虛擬化平臺為基礎的檔案更新系統建設能夠使資源得到統一整合與規劃建設，有效規避重復性建設，使運營所需維護成本大大降低；能夠達到各種各樣海量檔案資源儲存整理共享，使檔案館服務能力有效提高。