1關(guān)于網(wǎng)格計(jì)算與數(shù)字圖書館的基本認(rèn)知

1.1 網(wǎng)格的概念、特點(diǎn)

一個(gè)集成的計(jì)算與資源環(huán)境稱為網(wǎng)格。基于網(wǎng)格的問題求解叫網(wǎng)格計(jì)算。[1]網(wǎng)格的特點(diǎn)：

(1)分布性：分布性是網(wǎng)格的一個(gè)最主要的特點(diǎn)。網(wǎng)格上的各類資源通常類型復(fù)雜、規(guī)模較大、跨越地理范圍較廣。在分布式計(jì)算環(huán)境下，需要解決資源與任務(wù)的分配和調(diào)度問題，安全傳輸與通信問題，實(shí)時(shí)性保障問題，人與系統(tǒng)以及人與人之間的交互問題等。

(2)異構(gòu)性：網(wǎng)格可以包含多種異構(gòu)資源，包括跨越地理分布的多個(gè)管理域。構(gòu)成網(wǎng)格計(jì)算系統(tǒng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)有多種類型，不同類型的超級(jí)計(jì)算機(jī)在體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件等多個(gè)層次上可能具有不同結(jié)構(gòu)。

(3)可擴(kuò)展性：網(wǎng)格可以從最初包含少數(shù)的資源發(fā)展到具有成千上萬資源的大網(wǎng)格。由此可能帶來的一個(gè)問題是隨著網(wǎng)格資源的增加而引起的性能下降以及網(wǎng)格延遲，網(wǎng)格必須能適應(yīng)規(guī)模的變化。

(4)共享性：網(wǎng)格的根本特征是資源共享而不是它的規(guī)模。盡管網(wǎng)格資源是分布的，但是它們卻是可以充分共享的。分布是網(wǎng)格硬件在物理上的特征，而共享是網(wǎng)格軟件支持下實(shí)現(xiàn)的邏輯上的特征。

(5)可適應(yīng)性：在網(wǎng)格中，具有很多資源，資源發(fā)生故障的概率很高，網(wǎng)格的資源管理或應(yīng)用必須能動(dòng)態(tài)適應(yīng)這些情況，調(diào)用網(wǎng)格中可用的資源和服務(wù)來取得最好的性能。與一般的局域網(wǎng)系統(tǒng)和單機(jī)的結(jié)構(gòu)不同，網(wǎng)格系統(tǒng)由于地域分布和系統(tǒng)的復(fù)雜使其整體結(jié)構(gòu)經(jīng)常發(fā)生變化，網(wǎng)格系統(tǒng)的應(yīng)用必須能適應(yīng)這種不可預(yù)測的結(jié)構(gòu)。

(6)結(jié)構(gòu)的不可預(yù)測性：動(dòng)態(tài)和不可預(yù)測的系統(tǒng)行為。在傳統(tǒng)的高性能計(jì)算系統(tǒng)中，計(jì)算資源是獨(dú)占的，因此系統(tǒng)的行為是可預(yù)測的。而在網(wǎng)格系統(tǒng)中，由于資源的共享造成系統(tǒng)行為和系統(tǒng)性能經(jīng)常變化。

(7)多級(jí)管理域：由于構(gòu)成網(wǎng)格系統(tǒng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)等資源通常屬于不同的機(jī)構(gòu)或組織并且使用不同的安全機(jī)制，因此需要各個(gè)機(jī)構(gòu)或組織共同參與解決多級(jí)管理域的問題。

1.2網(wǎng)格計(jì)算與數(shù)字圖書館

網(wǎng)格所關(guān)心的問題不再是文件交換，而是直接訪問計(jì)算機(jī)、軟件、數(shù)據(jù)和其他資源。這就要求網(wǎng)格具備解決資源與任務(wù)的分配和調(diào)度、安全傳輸與通信實(shí)時(shí)性保障、人與系統(tǒng)以及人與人之間的交互等能力。網(wǎng)格提供的資源是隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的，原來擁有的資源或者功能，在下一時(shí)刻可能就會(huì)出現(xiàn)故障或者拒絕被使用，而原來沒有的資源，可能隨著時(shí)間的進(jìn)展會(huì)不斷加入進(jìn)來。網(wǎng)格的根本特征就是資源共享，把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)整合成一臺(tái)巨大的超級(jí)虛擬計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)各種資源的全面共享。網(wǎng)格的三大虛擬技術(shù)分別是存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)、計(jì)算力、應(yīng)用與服務(wù)。而數(shù)字圖書館綜合了計(jì)算機(jī)、通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、高密度存儲(chǔ)器、多媒體等技術(shù)，成為現(xiàn)代圖書館研究發(fā)展的熱點(diǎn)。即數(shù)字技術(shù)改變圖書館的用戶對(duì)象、開放時(shí)間，以及所提供的服務(wù)類型的可能性，使得數(shù)字圖書館服務(wù)的內(nèi)容得到了相應(yīng)的擴(kuò)大[2]。數(shù)字圖書館提供的服務(wù)不僅包括傳統(tǒng)圖書館服務(wù)在數(shù)字環(huán)境中的實(shí)現(xiàn)（如在線閱讀與下載、電子文獻(xiàn)傳遞離線閱讀與打?。约耙跃W(wǎng)站服務(wù)形式提供的服務(wù)（如瀏覽、查詢、最新信息報(bào)道服務(wù)等）；還可以提供包括信息庫、教育環(huán)境、參考服務(wù)、個(gè)性化服務(wù)等在內(nèi)的服務(wù)平臺(tái)數(shù)字圖書館的讀者服務(wù)工作，包括網(wǎng)上學(xué)科導(dǎo)航系統(tǒng)的制作、網(wǎng)頁制作與維護(hù)、數(shù)字化資源的宣傳與推廣、用戶利用數(shù)字資源的培訓(xùn)、網(wǎng)上咨詢工作、各種請(qǐng)求的處理和轉(zhuǎn)換、可得數(shù)字資源的傳遞等。圖書館與用戶之間通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離交流，各類圖書館之間也是通過聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離網(wǎng)上合作的[3]。資源的規(guī)范化構(gòu)成數(shù)字圖書館服務(wù)核心，也是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格計(jì)算的基礎(chǔ)，這種規(guī)范化至少有三個(gè)方面的含義：資源管理的規(guī)范化，資源訪問的規(guī)范化，任務(wù)管理的規(guī)范化。 WSRF在Web技術(shù)基礎(chǔ)上，提出有狀態(tài)資源的概念。WSDM，定義了可管理資源，以Web服務(wù)規(guī)范分布資源的管理。

國內(nèi)外對(duì)資源服務(wù)化的實(shí)現(xiàn)技術(shù)做了很多研究。在設(shè)計(jì)資源包裝的數(shù)字圖書館服務(wù)模型時(shí)，主要采用面向任務(wù)的資源管理策略。數(shù)字圖書館服務(wù)以批作業(yè)的形式接受計(jì)算請(qǐng)求，動(dòng)態(tài)為每個(gè)請(qǐng)求分配合適的資源；在本次請(qǐng)求完成后自動(dòng)釋放所占用的資源。這種資源服務(wù)化策略有利于提高資源的使用率，也能夠滿足批作業(yè)類型問題和無循環(huán)的簡單工作流類型問題的要求。數(shù)字圖書館屬于復(fù)雜工作流類型的問題，需要以循環(huán)方式執(zhí)行一組批作業(yè)，當(dāng)數(shù)字圖書館以批作業(yè)為單位分配資源時(shí)，在批作業(yè)循環(huán)的兩次執(zhí)行之間，其中一些批作業(yè)需要的資源可能被其他用戶搶占，從而導(dǎo)致整個(gè)應(yīng)用問題無法執(zhí)行、甚至失敗。我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)面向用戶的數(shù)字圖書館服務(wù)模型，用于計(jì)算網(wǎng)格中資源的包裝。該模型將資源的分配與批作業(yè)的執(zhí)行分隔開來，使得每個(gè)并發(fā)用戶分別有一個(gè)獨(dú)占、穩(wěn)定的任務(wù)運(yùn)行環(huán)境，可以執(zhí)行任意數(shù)量的批作業(yè)任務(wù)。

2 數(shù)字圖書館用戶服務(wù)模型設(shè)計(jì)

數(shù)字圖書館用戶模型以WSDM和WSRF為基礎(chǔ)，將資源的管理接口和功能接口分開，并采用實(shí)例模式規(guī)范資源的管理和訪問。該策略的基本思想是：在使用數(shù)字圖書館技術(shù)進(jìn)行資源包裝時(shí)，從應(yīng)用領(lǐng)域的需求出發(fā)對(duì)資源進(jìn)行抽象，以用戶為單位進(jìn)行資源分配；將所分配的資源以專用運(yùn)行環(huán)境(CEE:Customized Execution Environment)的形式呈現(xiàn)給用戶。每個(gè)CEE對(duì)應(yīng)一種應(yīng)用需求，并以批作業(yè)的形式描述這種需求。它包含了完成該需求需要的CPU、磁盤空間、數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)文件、一個(gè)或多個(gè)遺留程序及這些遺留程序運(yùn)行需要的函數(shù)包和運(yùn)行支持系統(tǒng)等全部資源；按照相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)管理的知識(shí)，對(duì)這些資源進(jìn)行相應(yīng)的組裝和配置。用戶一旦獲得一個(gè)CEE后，可以把任意多個(gè)符合要求的批作業(yè)提交上去執(zhí)行，也可以把這些批作業(yè)涉及的數(shù)據(jù)文件保存在該CEE的存儲(chǔ)空間上。

2.1 相關(guān)策略的設(shè)計(jì)[4]

第一個(gè)策略以模板的形式表示應(yīng)用領(lǐng)域的需求，每個(gè)模板對(duì)應(yīng)一種應(yīng)用需求。這些模板是應(yīng)用領(lǐng)域的數(shù)據(jù)處理專家根據(jù)領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)所定義的，用來規(guī)定應(yīng)用需求的描述方法、實(shí)現(xiàn)方案對(duì)資源的要求、實(shí)現(xiàn)方案的評(píng)估方法。這種模板既獨(dú)立于特定的應(yīng)用問題，也與具體的資源無關(guān)，稱作需求——資源模板(RRT:Request-ResourceTem-plate)。每個(gè)RRT包括四部分：任務(wù)管理接口、抽象資源模型、資源申請(qǐng)參數(shù)、性能評(píng)估因子。任務(wù)管理接口規(guī)定了應(yīng)用需求的描述方法，由一組操作和屬性組成，分別用來提交計(jì)算請(qǐng)求、傳輸異地文件數(shù)據(jù)、獲知計(jì)算的執(zhí)行狀態(tài)和進(jìn)度。每個(gè)操作完成一個(gè)批作業(yè)，涉及一個(gè)或多個(gè)遺留程序的運(yùn)行。

屬性用來展示兩方面的信息：批作業(yè)的執(zhí)行進(jìn)度和狀態(tài)；批作業(yè)輸入數(shù)據(jù)文件和輸出數(shù)據(jù)文件在運(yùn)行環(huán)境中使用的名稱、存儲(chǔ)路徑。抽象資源模型規(guī)定為給任務(wù)管理接口中定義的各操作配置一個(gè)共同的運(yùn)行環(huán)境，需要有哪些類別的資源、對(duì)每類資源的數(shù)量要求、對(duì)資源之間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的要求以及根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域算法邏輯確定的其他要求。資源申請(qǐng)參數(shù)規(guī)定在為具體計(jì)算任務(wù)創(chuàng)建CEE時(shí)需要提供的參數(shù)，這些參數(shù)是對(duì)計(jì)算任務(wù)具體特征的抽象，反映了計(jì)算任務(wù)的規(guī)模、資源訪問模式以及針對(duì)這種模式所采取的優(yōu)化策略等。例如，在一個(gè)CCE上需要執(zhí)行多個(gè)批作業(yè)，這些批作業(yè)需要訪問某個(gè)共同的異地文件，則可以以資源申請(qǐng)參數(shù)的形式規(guī)定在創(chuàng)建該CEE時(shí)，就將此異地文件傳輸?shù)剿鶆?chuàng)建CEE的存儲(chǔ)空間上來，達(dá)到優(yōu)化異地文件傳輸和訪問效率的目的。性能評(píng)估因子規(guī)定了當(dāng)多個(gè)CEE都能夠滿足當(dāng)前需求時(shí)，對(duì)各個(gè)CEE進(jìn)行評(píng)估的元數(shù)據(jù)，例如一個(gè)CEE所能占用的最大磁盤空間、CPU的性能等。另一個(gè)重要策略是以局域計(jì)算系統(tǒng)作為資源提供和管理的主體。每個(gè)局域計(jì)算系統(tǒng)由一組資源(計(jì)算機(jī)、應(yīng)用軟件、領(lǐng)域數(shù)據(jù)庫、存儲(chǔ)設(shè)備等)組成，并自主調(diào)度這些資源完成應(yīng)用領(lǐng)域的數(shù)據(jù)處理要求。

2.2數(shù)字圖書館用戶服務(wù)的設(shè)計(jì)和組成結(jié)構(gòu)

數(shù)字圖書館用戶服務(wù)是對(duì)一個(gè)局域計(jì)算系統(tǒng)中與某個(gè)應(yīng)用需求相關(guān)的一組資源的抽象?？捎靡粋€(gè)四元組（host，rrt，A，B）表示，其中：host為被數(shù)字圖書館用戶服務(wù)包裝的資源所屬的局域計(jì)算系統(tǒng)，也是用來部署數(shù)字圖書館用戶服務(wù)的宿主機(jī)環(huán)境；rrt為領(lǐng)域?qū)＜叶x的一個(gè)RRT，表示在host上能夠完成的一種應(yīng)用需求；A為CEE的集合，每個(gè)CEE都是從host提供的資源中選擇一組合適的資源、并進(jìn)行恰當(dāng)?shù)慕M裝和配置而得到的，能夠獨(dú)立完成rrt任務(wù)管理接口中定義的全部操作；B為A中各個(gè)CEE所涉及資源的集合（見圖1）。

用于局域計(jì)算系統(tǒng)網(wǎng)格化的數(shù)字圖書館用戶服務(wù)模型由四部分組成：有狀態(tài)資源工廠（圖書館各類資源庫）、工廠服務(wù)（Web服務(wù)）、有狀態(tài)資源、實(shí)例服務(wù)（信息檢索模塊）。有狀態(tài)資源工廠是一個(gè)符合WSDM的可管理資源，負(fù)責(zé)B中資源的監(jiān)視和調(diào)度、A中CEE的創(chuàng)建和管理。它將rrt中定義的每個(gè)性能評(píng)估因子作為自己的一個(gè)屬性，并依據(jù)資源監(jiān)視的結(jié)果動(dòng)態(tài)維護(hù)這些屬性的值。工廠服務(wù)為有狀態(tài)資源工廠實(shí)現(xiàn)一個(gè)Web訪問界面。有狀態(tài)資源按照WSRF規(guī)范抽象A中各CEE的狀態(tài)和訪問接口，由rrt任務(wù)管理接口中的操作和屬性組成。每個(gè)有狀態(tài)資源對(duì)應(yīng)一個(gè)CEE，具體在該CEE上實(shí)現(xiàn)rrt任務(wù)管理接口中的各操作；根據(jù)該CEE上所運(yùn)行批作業(yè)的進(jìn)度和狀態(tài)，自動(dòng)維護(hù)屬性的值。實(shí)例服務(wù)為各個(gè)有狀態(tài)資源實(shí)現(xiàn)一個(gè)統(tǒng)一的Web界面。它與每個(gè)有狀態(tài)資源分別構(gòu)成一個(gè)有狀態(tài)的Web服務(wù)資源，被動(dòng)態(tài)分配給各個(gè)遠(yuǎn)程用戶。遠(yuǎn)程用戶獲得Web服務(wù)資源后，可以請(qǐng)求執(zhí)行任意多個(gè)符合規(guī)范的批作業(yè)。

3 應(yīng)用

在計(jì)算網(wǎng)格協(xié)同平臺(tái)Harmonia中，采用面向用戶的數(shù)字圖書館服務(wù)模型進(jìn)行資源服務(wù)化。服務(wù)主導(dǎo)型數(shù)字圖書館以用戶為中心的服務(wù)體系主要由：統(tǒng)一信息訪問平臺(tái)、個(gè)性化定制平臺(tái)、網(wǎng)上參考咨詢平臺(tái)和館際信息服務(wù)協(xié)作平臺(tái)構(gòu)成。因此，信息服務(wù)類欄目設(shè)置應(yīng)包括：跨庫檢索、定制服務(wù)、數(shù)字參考咨詢、代查代檢、網(wǎng)上文獻(xiàn)傳遞、館際互借等分欄，并建立相應(yīng)的信息服務(wù)系統(tǒng)。

3.1 跨庫檢索與統(tǒng)一信息訪問平臺(tái)建設(shè)

建立一個(gè)利用統(tǒng)一檢索界面解決數(shù)字圖書館眾多異構(gòu)數(shù)字資源統(tǒng)一檢索的統(tǒng)一信息訪問平臺(tái)，是數(shù)字圖書館實(shí)現(xiàn)跨庫檢索的基礎(chǔ)。當(dāng)前在解決異構(gòu)數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一檢索方面，主要有以下幾種方法[5]：(1)通過數(shù)據(jù)庫接口軟件與不同的數(shù)據(jù)庫直接連接，如ODBC和JDBC等。(2)不同數(shù)據(jù)庫間的格式轉(zhuǎn)換。(3)運(yùn)用元搜索引擎的基本原理，利用數(shù)據(jù)庫的Web客戶端進(jìn)行統(tǒng)一檢索。(4)基于OpenURL和SFX技術(shù)的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫整合。不過，目前國內(nèi)數(shù)據(jù)庫尚不支持OpenURL協(xié)議，且引進(jìn)的外文數(shù)據(jù)庫在國內(nèi)的鏡像站點(diǎn)也不支持Open URL協(xié)議，因而，在國內(nèi)利用基于Open URL和SFX技術(shù)的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫整合技術(shù)來建立統(tǒng)一信息訪問平臺(tái)實(shí)現(xiàn)服務(wù)主導(dǎo)型數(shù)字圖書館各種異構(gòu)數(shù)字資源的跨庫檢索的條件尚不成熟。

運(yùn)用元搜索引擎的基本原理，利用數(shù)據(jù)庫的Web客戶端進(jìn)行統(tǒng)一檢索的方法。網(wǎng)格中的元數(shù)據(jù)目錄系統(tǒng)是數(shù)據(jù)密集型計(jì)算環(huán)境，在Web服務(wù)中占有重要地位。元數(shù)據(jù)的功能：（1）開放性定義。元數(shù)據(jù)定義本身可以公開獲取、采用標(biāo)準(zhǔn)方法實(shí)現(xiàn)，其中內(nèi)容能夠以通用或標(biāo)準(zhǔn)的方式所識(shí)別和解釋；（2）開放性語義。原始局元素可在標(biāo)準(zhǔn)或通用環(huán)境下來識(shí)別、驗(yàn)證和解析；（3）開放性交流。基于開放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)元數(shù)據(jù)進(jìn)行交換，對(duì)其中元素進(jìn)行復(fù)用、繼承和擴(kuò)展；（4）機(jī)讀性。能夠利用計(jì)算機(jī)對(duì)元數(shù)據(jù)及其所標(biāo)記的信息內(nèi)容進(jìn)行識(shí)別、理解，并能支持軟件代理自動(dòng)地解析元數(shù)據(jù)及其內(nèi)容。目前國內(nèi)外已經(jīng)制訂的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)約有30種，有些屬于通用型的，如都柏林核心集；有些屬于專用型的，如描述數(shù)字圖像的MOA2，描述教育資源的IEEE LOM；此外還有專用于描述博物館藏品、地理資源、檔案文獻(xiàn)、音像資料、信息資源集合等多種類型元數(shù)據(jù)規(guī)范。其中都柏林元數(shù)據(jù)集業(yè)已成為互聯(lián)網(wǎng)RFC2413和美國國家信息標(biāo)準(zhǔn)。它由資源標(biāo)題、內(nèi)容創(chuàng)作者、內(nèi)容主題、資源類別、格式、語言、來源、關(guān)聯(lián)等15個(gè)基本元素組成，各元素可以重復(fù)選用，除描述性信息外，還包含了電子資源的若干檢索點(diǎn)和超文本鏈接信息，與XML擴(kuò)展置標(biāo)語言結(jié)合起來，將成為今后網(wǎng)絡(luò)查詢的重要渠道。

3.2定制服務(wù)與個(gè)性化定制平臺(tái)建設(shè)

為了能夠圍繞用戶信息活動(dòng)和用戶信息系統(tǒng)來組織、集成、嵌入數(shù)字信息資源和信息服務(wù)，適應(yīng)用戶信息檢索與利用的個(gè)性化要求，解決統(tǒng)一檢索界面帶來的問題，構(gòu)建以用戶為中心的服務(wù)體系，個(gè)性化定制平臺(tái)的建設(shè)已經(jīng)成為服務(wù)主導(dǎo)型數(shù)字圖書館建設(shè)不可或缺的組成部分。由于個(gè)性化服務(wù)系統(tǒng)MyLibrary具有下列主要功能[6]：(1)用戶可根據(jù)自己信息需求定制圖書館資源及其它Web資源并進(jìn)行個(gè)人圖書館管理；(2)提供了與圖書館自動(dòng)化系統(tǒng)OPAC的接口，可以直接查閱圖書館目錄，甚至還可以查詢用戶的借閱記錄；(3)個(gè)人鏈接收藏或叫書簽功能；(4)最新資料通告功能；(5)同步更新功能。清華同方開發(fā)的PIS(Personalizedinformationsystem)可以作為服務(wù)主導(dǎo)型數(shù)字圖書館構(gòu)建個(gè)性化定制平臺(tái)的一個(gè)現(xiàn)實(shí)選擇。PIS的客戶端由五個(gè)功能模塊組成。包括：首頁、資源導(dǎo)航、數(shù)據(jù)庫檢索、我的工作區(qū)、系統(tǒng)功能。

3.3數(shù)字參考咨詢

數(shù)字參考咨詢是數(shù)字圖書館為解決用戶在利用數(shù)字圖書館的各種資源、工具與服務(wù)過程中所遇到的疑難問題的一種基于網(wǎng)絡(luò)的參考咨詢服務(wù)。建立在數(shù)字化通信基礎(chǔ)上，通過網(wǎng)絡(luò)收發(fā)電子郵件、網(wǎng)頁表單或者使用在線聊天軟件、呼叫中心軟件、即時(shí)視像軟件等給遠(yuǎn)程用戶提供方便、快捷的信息咨詢服務(wù)。包括電子郵件咨詢、BBS、FAQ信息自助咨詢、實(shí)時(shí)參考咨詢。

還有其它用戶服務(wù)，如文獻(xiàn)傳遞。主要向用戶提供電子全文，實(shí)行一定的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。網(wǎng)上參考工具書、相關(guān)鏈接等。

（作者單位：鄭州師范高等?？茖W(xué)校圖書館）

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