基于云計(jì)算的高校圖書館管理解決方案

董英俊

（煙臺黃金職業(yè)學(xué)院圖書館 山東煙臺 265400）

引言

近年來，通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)生成的速度不斷提高，同時提供了易于訪問的資源[1]。為處理大量快速增長的數(shù)據(jù)集，出現(xiàn)了一些采用價格合理且易于管理的技術(shù)。在這些快速發(fā)展的技術(shù)中，云計(jì)算目前已被廣泛應(yīng)用。基于云服務(wù)的技術(shù)在高校圖書館管理中得到認(rèn)可，各地的圖書館都在考慮通過降低支出和成本來更容易地獲取資源，以優(yōu)化資源利用率[2]。

高校圖書館是介于促進(jìn)教學(xué)活動和提供研究設(shè)施，并支持教學(xué)進(jìn)程的中間機(jī)構(gòu)，圖書館中的計(jì)算機(jī)應(yīng)用被廣泛視為一種內(nèi)部客戶機(jī)-服務(wù)器模式[3]。各種各樣的圖書館自動化軟件充斥著大學(xué)圖書館，但標(biāo)準(zhǔn)化軟件的普及卻阻礙了圖書館自動化運(yùn)維。從內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)轉(zhuǎn)向云計(jì)算模式，將使高校圖書館能夠更好地管理資源，解決基礎(chǔ)設(shè)施問題，尤其是技術(shù)人力問題。因此，本文提出的研究展示了一個在大學(xué)圖書館采用協(xié)作方式構(gòu)建基于云計(jì)算架構(gòu)的模型。文中重點(diǎn)介紹了高校圖書館的現(xiàn)狀，旨在以一種價格合理的虛擬化模式提供基于云計(jì)算的圖書館服務(wù)。

一、云計(jì)算

云計(jì)算的理念，源于不斷發(fā)展的虛擬化技術(shù)，以及面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)和自主計(jì)算[4]。在云計(jì)算中，硬件和軟件資源作為服務(wù)交付給用戶。云計(jì)算中的服務(wù)層提供了三種關(guān)鍵的服務(wù)架構(gòu)，即基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）模型、平臺即服務(wù)（PaaS）模型和軟件即服務(wù)（SaaS）模型。IaaS云計(jì)算服務(wù)架構(gòu)是該領(lǐng)域增長最快的架構(gòu)，為云客戶提供處理、存儲、網(wǎng)絡(luò)等服務(wù)。虛擬化是部署IaaS模型的關(guān)鍵技術(shù)，應(yīng)用程序可以通過客戶端界面或程序界面，從各種客戶端設(shè)備訪問，從而允許用戶在SaaS模型中管理和控制有限的特定于用戶的應(yīng)用程序配置。

與大數(shù)據(jù)相關(guān)的技術(shù)不斷進(jìn)步，使得云計(jì)算的采用變得越來越重要。隨著客戶對網(wǎng)絡(luò)的依賴越來越大，為了簡化空間、基礎(chǔ)設(shè)施和成本等問題，采用基于云的服務(wù)模式，以更快、更簡單的方式，更好地為用戶服務(wù)。隨著基于云的服務(wù)，因其在服務(wù)提供和基礎(chǔ)設(shè)施方面的靈活性，而在用戶群體中占據(jù)突出地位，一些云服務(wù)提供商應(yīng)運(yùn)而生。因此，越來越多的云服務(wù)提供商提供非統(tǒng)一的云服務(wù)，這使得客戶很難選擇符合其需求的最佳兼容服務(wù)提供商。使用云基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行大數(shù)據(jù)存儲和處理相關(guān)問題，以利用高性能的云資源，充分減少用戶的工作量，使得商業(yè)組織和其他組織能夠有效地利用各種云基礎(chǔ)設(shè)施模型。

云計(jì)算在教育中的應(yīng)用，尤其是在電子學(xué)習(xí)中的應(yīng)用越來越占主導(dǎo)地位，以減少教育機(jī)構(gòu)維護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施、硬件和軟件需求的支出。圖書館是任何高校促進(jìn)教學(xué)和研究進(jìn)展的重要組成部分，并且是電子學(xué)習(xí)平臺和開放在線課程的骨干。圖書館共享云平臺整合圖書館服務(wù)，同時克服處理海量數(shù)據(jù)的問題。基于云的圖書館資源共享系統(tǒng)，采用Hadoop框架在大學(xué)圖書館之間共享電子資源。

基于云的圖書館資源共享模型和算法，以展示圖書館如何通過使用云計(jì)算受益。圖書館信息資源共享使用聚類算法來評估資源共享的運(yùn)行機(jī)制，旨在展示通過云平臺共享實(shí)現(xiàn)圖書館自動化。因此，鑒于圖書館的基礎(chǔ)設(shè)施、軟件和硬件需求，在云平臺上進(jìn)行合作共享，利用云計(jì)算的三種基本模型，提出的研究具有重要意義。

二、高校圖書館自動化

學(xué)生在大學(xué)中獲得必要的基礎(chǔ)設(shè)施的同時，還應(yīng)該從教學(xué)平臺獲得教育支持，而教學(xué)平臺又深深依賴于高校圖書館提供的服務(wù)。如今，圖書館員需要超越傳統(tǒng)的圖書館服務(wù)，把自己與課堂教學(xué)結(jié)合起來，成為嵌入式圖書館員。除了課堂筆記、教學(xué)大綱、項(xiàng)目報告、問題論文等，電子書、電子期刊和書目數(shù)據(jù)庫也是主要的學(xué)習(xí)材料。因此，高校有責(zé)任為所有的學(xué)習(xí)材料建立在線資源庫，以便更方便、更順暢地提供資源。由于資金、空間、人員等方面的限制，高校幾乎沒有機(jī)會通過便利的圖書館服務(wù)為學(xué)生提供適當(dāng)?shù)姆?wù)。因此，許多高校圖書館在實(shí)施自動化圖書館服務(wù)時，不僅面臨著隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的快速發(fā)展而升級的問題，而且還面臨著產(chǎn)品和服務(wù)的維護(hù)問題。

目前，各高校圖書館都在通過校內(nèi)圖書館管理系統(tǒng)向主要由學(xué)生和教師組成的客戶提供圖書館服務(wù)。各高校圖書館的基礎(chǔ)設(shè)施基本相同，根據(jù)在校學(xué)生的數(shù)量建立圖書館管理系統(tǒng)，為學(xué)生和教師提供圖書館服務(wù)。然而，高校在購買服務(wù)器、作為客戶機(jī)的計(jì)算機(jī)以及用于強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)平臺的軟件方面受到財(cái)務(wù)限制，圖書館自動化系統(tǒng)和服務(wù)的安裝和實(shí)施需要相關(guān)領(lǐng)域的專家參與，這通常是高校圖書館所缺乏的。由于高校圖書館通常沒有專門的IT專業(yè)人員管理硬件和軟件相關(guān)的問題，因此，高校圖書館的館員往往將整個IT工作外包，這在更大程度上增加了成本。

三、基于云的高校圖書館虛擬化模型

為了解決上述問題，文中的研究為高校圖書館提出了一個云架構(gòu)模型。在提出的云架構(gòu)中，高校圖書館使用基于云的計(jì)算機(jī)技術(shù)，將其置于一個單一窗口的圖書館自動化系統(tǒng)中。在三種云交付模型中，采用基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)和軟件。在云計(jì)算環(huán)境中，高校的圖書館員不僅無需花費(fèi)大量資金購買硬件和服務(wù)器，也無需花費(fèi)大量時間來管理與硬件相關(guān)的問題。然而，圖書館員可以獲得正確的計(jì)算資源，如服務(wù)器類型、內(nèi)存、存儲等，這是在云基礎(chǔ)設(shè)施上運(yùn)行圖書館管理系統(tǒng)所必須的。云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施允許圖書館員在基于云的管理系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施上運(yùn)行其現(xiàn)有的本地管理系統(tǒng)應(yīng)用程序，并通過基于云的共享提供全面的服務(wù)支持。

建議通過云基礎(chǔ)設(shè)施的公共網(wǎng)關(guān)，使用Internet網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌瑢⒏咝５膱D書館互連，這有助于圖書館共享其館藏書目數(shù)據(jù)庫，并使用共享平臺為客戶提供圖書館服務(wù)。

1.基于IaaS的圖書館管理系統(tǒng)模型

在基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)交付模型中，高校圖書館通過互聯(lián)網(wǎng)或?qū)Ｓ命c(diǎn)對點(diǎn)廣域網(wǎng)連接到云管理系統(tǒng)。圖書館形成自己的私有云基礎(chǔ)設(shè)施，并使用虛擬化技術(shù)將所有學(xué)院圖書館與該云基礎(chǔ)設(shè)施連接起來。云圖書館向高校圖書館提供虛擬機(jī)，充當(dāng)該高校圖書館使用的管理系統(tǒng)應(yīng)用程序的單獨(dú)服務(wù)器。虛擬化在為不同用戶提供基于云的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，旨在向圖書館提供基礎(chǔ)設(shè)施資源，并積極地參與對基礎(chǔ)設(shè)施資源的監(jiān)控和維護(hù)。云上提供管理系統(tǒng)應(yīng)用程序的基礎(chǔ)設(shè)施資源，使圖書館管理員安裝操作系統(tǒng)、中間件、數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序軟件變得簡單。一旦基礎(chǔ)設(shè)施資源在云上可用，圖書館管理員可以啟動從本地管理系統(tǒng)服務(wù)器到基于云的管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)遷移，并為學(xué)生和教師提供服務(wù)。在將數(shù)據(jù)從本地管理平臺遷移到基于云的管理時，有必要檢查兩個管理平臺中存在的數(shù)據(jù)體系的操作性。為了訪問管理系統(tǒng)應(yīng)用模塊，圖書館員只需要與云管理服務(wù)器有專用連接或通過互聯(lián)網(wǎng)連接的計(jì)算機(jī)。管理應(yīng)用程序可以通過web瀏覽器訪問，將減輕圖書館員維護(hù)本地管理服務(wù)器的負(fù)擔(dān)。

針對較小規(guī)模的圖書館，使用云計(jì)算架構(gòu)，將它們納入云平臺，實(shí)現(xiàn)更好、更容易地查看和訪問資源和服務(wù)。研究中，驗(yàn)證了如何在獨(dú)立服務(wù)器上為基于IaaS云的管理模型設(shè)計(jì)虛擬環(huán)境，使用虛擬化技術(shù)為圖書館創(chuàng)建虛擬機(jī)（VM），共享物理硬件資源，并在VM上安操作系統(tǒng)。

為了確保IaaS交付模型適用于高校的圖書館，在獨(dú)立服務(wù)器上模擬了一個云模型。使用ESXi在獨(dú)立服務(wù)器上為不同的圖書館創(chuàng)建實(shí)例，以便在參與的圖書館之間共享硬件資源。虛擬機(jī)監(jiān)控程序直接在仿真服務(wù)器的物理硬件上運(yùn)行，根據(jù)每個圖書館的硬件要求在虛擬機(jī)上安裝了所需的操作系統(tǒng)。分配虛擬機(jī)之后，管理軟件和數(shù)據(jù)庫安裝在虛擬機(jī)上。使用web控制臺在每個VM上安裝和配置了不同的圖書館管理軟件和數(shù)據(jù)庫，通過各自的局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)鏈接與IaaS云管理系統(tǒng)連接。

2.基于SaaS的圖書館管理系統(tǒng)模型

高校的圖書館可以通過web瀏覽器連接到云管理應(yīng)用程序，在SaaS模型中，整個云基礎(chǔ)設(shè)施與各圖書館之間的管理應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫共享。云平臺負(fù)責(zé)向圖書館提供基礎(chǔ)設(shè)施資源和軟件應(yīng)用，以及管理軟件和數(shù)據(jù)庫的安裝和配置。整個云服務(wù)都是通過安全認(rèn)證定制的，即圖書館的用戶ID和密碼。為了訪問SaaS管理應(yīng)用程序模塊，圖書館員只需要一些與云管理服務(wù)器專用或基于互聯(lián)網(wǎng)連接的計(jì)算機(jī)。

此外，高校的圖書館可以通過軟件即服務(wù)應(yīng)用程序訪問基于云的管理軟件服務(wù)，為學(xué)生和教師等用戶提供服務(wù)，幫助他們利用圖書、期刊、論文的在線目錄來使用圖書館資源和服務(wù)，通過門戶訪問全文電子資源以及其他相關(guān)資源和設(shè)施。

提出的云計(jì)算技術(shù)模型廣泛應(yīng)用于圖書館正在進(jìn)行的主要技術(shù)工作，從采購書籍和期刊以滿足用戶需求，到最終頒發(fā)圖書館通關(guān)證書。高校圖書館云模式將采購服務(wù)、流通服務(wù)、編目服務(wù)和管理等全自動化服務(wù)遷移到云平臺上，為圖書館系統(tǒng)管理員和工作人員提供了從校內(nèi)或校外訪問圖書館的自動化服務(wù)，而不用考慮地理位置。

為了簡化圖書、期刊和其他圖書館文件的處理工作，使用連接到云管理服務(wù)器的計(jì)算機(jī)可以從圖書館內(nèi)的任何地方處理文件。如果圖書館有遠(yuǎn)程訪問VPN連接設(shè)施，內(nèi)部處理的提供可能會擴(kuò)展到外部的圖書館場所。此外，可以使用云管理系統(tǒng)從學(xué)術(shù)界獲得圖書和期刊采購建議。一旦完成文件處理，然后進(jìn)行采購，就可以使用云管理模塊上傳新到書籍封面的掃描圖像，以擴(kuò)大讀者群。

使用提議的云模型，高校圖書館的新生入學(xué)可能會更加順利。新生可以在云模塊上上傳與會員注冊相關(guān)的文件，新加入者可以選擇云平臺直接支付圖書館費(fèi)用。新加入者繳存的費(fèi)用和上傳的其他文件會由圖書館工作人員在同一個云平臺上進(jìn)行驗(yàn)證，隨后將收到其會員注冊的確認(rèn)書。盡管圖書館圖書的實(shí)際入住需要用戶親自完成，但與圖書館借閱服務(wù)相關(guān)的其他活動，如圖書需求、借閱項(xiàng)目續(xù)借、逾期費(fèi)用支付等，可以擴(kuò)展到云管理服務(wù)器連接的私有云和公共云。同時，圖書館館藏文件的狀態(tài)可通過云管理在線公共訪問目錄模塊向圖書館成員顯示。

通過獲取存儲在云端的與圖書館注冊相關(guān)的學(xué)生數(shù)據(jù)，以及確認(rèn)與圖書館相關(guān)費(fèi)用的用戶狀態(tài)，圖書館可以使用基于云的方法在校內(nèi)或校外頒發(fā)圖書館清關(guān)證明。

因此，在基于云的圖書館管理系統(tǒng)中，圖書館員購買、控制和維護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施的責(zé)任完全從圖書館場所轉(zhuǎn)移到了云服務(wù)提供商。云計(jì)算架構(gòu)由各種出版商共享，通過他們的門戶網(wǎng)站提供對書籍、期刊和數(shù)據(jù)庫的在線訪問。圖書館可以通過出版商云平臺訪問永久訂閱的電子資源，這些解決方案托管在云基礎(chǔ)設(shè)施中，用于存儲、管理和檢索數(shù)據(jù)。

結(jié)語

基于web或點(diǎn)到點(diǎn)的云計(jì)算客戶機(jī)-服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，以供高校圖書館在云環(huán)境下運(yùn)行的圖書館管理系統(tǒng)使用。云環(huán)境為圖書館提供多租戶基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)，通過運(yùn)行在虛擬化軟件上的虛擬機(jī)，促進(jìn)硬件資源共享。集成的圖書館管理軟件、數(shù)據(jù)庫以及其他工具和應(yīng)用程序可以安裝在云下的各個虛擬機(jī)上，各個圖書館可以通過用戶定義的身份驗(yàn)證策略，通過安裝在云中的各自虛擬機(jī)訪問其管理系統(tǒng)。

提出的模型僅限于高校圖書館，未來可能會開展進(jìn)一步的研究，為公共圖書館在更大范圍網(wǎng)絡(luò)上設(shè)計(jì)云模型。與高校圖書館不同，公共圖書館有未定義的用戶類別，涉及社會各階層。用戶群的多樣性要求結(jié)合廣泛的服務(wù)條款，并實(shí)現(xiàn)一個完整的體系結(jié)構(gòu)，以容納更多節(jié)點(diǎn)。此外，由于安全問題是任何云架構(gòu)所固有的，因此也需要適當(dāng)關(guān)注數(shù)據(jù)安全。因?yàn)樘岢龅哪Ｐ蜎]有突出任何額外的數(shù)據(jù)安全問題，為了避免數(shù)據(jù)安全方面的任何安全威脅，需要一種安全機(jī)制，通過登錄云管理系統(tǒng)對用戶進(jìn)行身份驗(yàn)證。未來的研究可能側(cè)重于改進(jìn)實(shí)現(xiàn)云計(jì)算的安全，在涉及管理員、圖書館工作人員、學(xué)生、學(xué)者和教師的用戶以及云架構(gòu)之間，既可以是基于硬件的安全性，也可以是基于軟件的安全性。由于區(qū)塊鏈技術(shù)已成為不同行業(yè)數(shù)據(jù)安全方面最首選的選擇，未來的研究可能會重點(diǎn)關(guān)注區(qū)塊鏈技術(shù)與云計(jì)算相結(jié)合的應(yīng)用，以改進(jìn)高校圖書館的云安全措施。

文中提出的云計(jì)算模型可以共享各種資源提供商的數(shù)據(jù)庫，提供對電子資源的在線訪問。如果安裝了基于云的圖書館軟件，研究的模型將發(fā)揮最大的功能。該模型展示了高校圖書館在IaaS和SaaS云平臺上合作共享的基礎(chǔ)設(shè)施、軟件和硬件需求的變化，將指導(dǎo)圖書館專業(yè)人員有效地利用云計(jì)算來增強(qiáng)圖書館服務(wù)，覆蓋更廣泛的用戶社區(qū)。提出的模型還將鼓勵研究人員研究上述各種云計(jì)算的安全問題，在IaaS平臺上的模型，將幫助圖書館與信息科學(xué)的教師在學(xué)習(xí)圖書館云實(shí)現(xiàn)課程時，提高學(xué)生對云計(jì)算圖書館架構(gòu)的理解。