鄭凱，聶瑞華，梁卓明，劉學文

（1.華南師范大學網(wǎng)絡中心，廣州510631；2.廣州北大明天資源科技發(fā)展有限公司軟件開發(fā)部，廣州510632）

數(shù)字校園數(shù)據(jù)中心和主題數(shù)據(jù)庫的研究與實現(xiàn)

鄭凱1，聶瑞華1，梁卓明1，劉學文2

（1.華南師范大學網(wǎng)絡中心，廣州510631；2.廣州北大明天資源科技發(fā)展有限公司軟件開發(fā)部，廣州510632）

研究了數(shù)據(jù)中心和主題數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運行機制，提出并實現(xiàn)了一套數(shù)據(jù)中心的設計方案，以解決數(shù)字校園建設面臨的數(shù)據(jù)分散、難以共享等問題，最后結(jié)合實例描述了信息系統(tǒng)與主題數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)交換過程.

數(shù)據(jù)中心；主題數(shù)據(jù)庫;信息標準;數(shù)據(jù)交換；企業(yè)數(shù)據(jù)總線

0 引言

信息系統(tǒng)分散開發(fā)、信息資源難以共享等問題，已成為阻礙高校信息化水平進一步發(fā)展的主要原因.通過數(shù)據(jù)中心對分散的信息資源以主題數(shù)據(jù)庫的方式進行邏輯上和物理上的整合，形成支撐全校各類信息系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的權威數(shù)據(jù)，是數(shù)字校園的重要建設目標.主題數(shù)據(jù)庫的概念由詹姆斯·馬?。↗ames Martin）博士首先提出，他定義主題數(shù)據(jù)庫為第三類信息系統(tǒng)應用的數(shù)據(jù)環(huán)境[1].主題數(shù)據(jù)庫建立在各信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的基礎上，是面向一類對象或業(yè)務邏輯的結(jié)構(gòu)和獨立于具體應用的全局性數(shù)據(jù)資源，是建立數(shù)字校園數(shù)據(jù)中心的關鍵技術和核心內(nèi)容[2].

在數(shù)字校園建設如火如荼的今天，如何科學地設計數(shù)據(jù)中心的運行機制，構(gòu)建符合學校數(shù)字校園建設實際的主題數(shù)據(jù)庫，已經(jīng)成為校園信息化建設的研究熱點.本文從數(shù)字校園建設實踐出發(fā)，給出了一套數(shù)據(jù)中心和主題數(shù)據(jù)庫的詳細設計，并結(jié)合實例描述了在該設計方案中，應用系統(tǒng)與主題數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)交換過程.

1 信息標準和統(tǒng)一編碼

設計和規(guī)范化一套適合數(shù)據(jù)中心和主題數(shù)據(jù)庫的信息標準和統(tǒng)一編碼，是疏導學校數(shù)據(jù)流，實現(xiàn)校園內(nèi)多個信息管理系統(tǒng)有機結(jié)合及可持續(xù)發(fā)展的基礎和根本保證[3].信息標準和統(tǒng)一編碼規(guī)定了全校范圍內(nèi)各類數(shù)據(jù)的編碼標準、接口標準、數(shù)據(jù)格式、管理規(guī)范、實施規(guī)范和維護規(guī)范等，適用于學校及各部門建立的管理信息系統(tǒng)對全校標準數(shù)據(jù)的共享與交換，和作為學校與上級管理部門、兄弟院校等校外部門的數(shù)據(jù)接口.

數(shù)字校園數(shù)據(jù)中心構(gòu)建可參考的信息標準包括國家信息標準、教育部信息標準、學校內(nèi)部定義的數(shù)據(jù)標準及其它相關部委的數(shù)據(jù)標準，這些標準目標并沒有完全達到一致.其中，教育部發(fā)展規(guī)劃司和信息中心組織編制的《教育管理信息標準》[4]共包括5部分，分別為：《學校管理信息標準》，《教育行政部門管理信息標準》，《教育卡標準》，《信息交換標準》，《軟件設計規(guī)范》.

在數(shù)據(jù)中心信息標準的規(guī)劃和建設中，首先應從最基本、最核心的數(shù)據(jù)部分入手，如人事信息、學生信息等，由點及面，逐步擴充，逐步完善.基本和核心的數(shù)據(jù)標準應盡量參照國家信息標準和教育部信息標準制定，其他數(shù)據(jù)標準需對校內(nèi)各類信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)字典進行分析，并比照國家信息標準和教育部信息標準，制定符合學校實際情況的科學的數(shù)據(jù)標準.在統(tǒng)一代碼的編制過程中，應重視學校的通用基礎性代碼制定，如學生學號、教職工號、課程編號、設備號等，這類代碼一般在多個信息系統(tǒng)中出現(xiàn)，但代碼編制必須以數(shù)據(jù)的源頭和維護信息系統(tǒng)的代碼規(guī)則為準.

2 數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)和主題數(shù)據(jù)庫

本文利用數(shù)據(jù)視圖、數(shù)據(jù)中間表、臨時表、存儲過程等數(shù)據(jù)庫技術設計數(shù)據(jù)中心的結(jié)構(gòu)和運行機制，通過ESB企業(yè)服務總線技術承載數(shù)據(jù)的交換過程和處理邏輯，研究與實現(xiàn)了一套完整的數(shù)字校園數(shù)據(jù)中心解決方案.數(shù)據(jù)中心集成了學校各個領域（主題）的權威數(shù)據(jù)表.為了完成學校多個信息系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互，提高數(shù)據(jù)同步效率及出現(xiàn)錯誤時能夠具有回溯檢查數(shù)據(jù)的手段，還需要各類數(shù)據(jù)中間表、數(shù)據(jù)日志及存儲過程、觸發(fā)器等對象.我們把數(shù)據(jù)中心的結(jié)構(gòu)分為兩部分：主題數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)交換區(qū)，如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 主題數(shù)據(jù)庫

主題數(shù)據(jù)庫建立在數(shù)據(jù)主題域的基礎上，數(shù)據(jù)主題域需要根據(jù)現(xiàn)有信息系統(tǒng)的執(zhí)行狀態(tài)和學校業(yè)務活動邏輯進行劃分.通過分析提煉出信息系統(tǒng)間需要交互的數(shù)據(jù)關系模型，構(gòu)建主題數(shù)據(jù)庫，把相互間聯(lián)系比較緊密的數(shù)據(jù)管理組織在一起，通過數(shù)據(jù)視圖和數(shù)據(jù)交換機制對數(shù)據(jù)進行維護.文獻[5-6]對基于數(shù)據(jù)依賴關系及親和度的主題數(shù)據(jù)庫規(guī)劃方法和分解模式進行了闡述.由于主題數(shù)據(jù)庫之間存在相互依賴性，在進行主題數(shù)據(jù)庫的劃分時還應遵循“自頂向下”的原則，根據(jù)其各自的依賴約束確定構(gòu)建的順序.在頂層主題數(shù)據(jù)庫內(nèi)可以對庫表進行更細粒度的劃分，盡量減少數(shù)據(jù)間的耦合度.

主題數(shù)據(jù)庫與信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的主要區(qū)別在于，主題數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)關系在數(shù)據(jù)規(guī)劃時被重新組織，每個主題庫中所存儲的數(shù)據(jù)都是完整的，數(shù)據(jù)關聯(lián)也都是準確的.任何臟數(shù)據(jù)或者異常數(shù)據(jù)都不能作為數(shù)據(jù)存根進入主題數(shù)據(jù)庫，它們在下文將提到的數(shù)據(jù)交換的清洗環(huán)節(jié)中就被過濾掉了.數(shù)據(jù)中心需要保證主題數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)的歷史完整性、持久性和回溯能力，因此，主題數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)記錄一般只作增量存儲，對數(shù)據(jù)的操作必須記入日志.

根據(jù)各高校的信息系統(tǒng)應用現(xiàn)狀，數(shù)據(jù)中心可以按圖2列出的幾個頂層主題數(shù)據(jù)庫進行劃分和構(gòu)建.其中，基礎信息主題數(shù)據(jù)庫主要保存國家信息標準規(guī)定的通用數(shù)據(jù)字典和全校統(tǒng)一的通用基礎代碼，所有其它主題數(shù)據(jù)庫都向該主題數(shù)據(jù)庫獲取基礎信息.

2.2 數(shù)據(jù)交換區(qū)

為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，各信息系統(tǒng)需要與數(shù)據(jù)中心進行數(shù)據(jù)增量同步.為了將不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對象區(qū)別開來，我們在數(shù)據(jù)中心為每個信息系統(tǒng)創(chuàng)建了一個數(shù)據(jù)庫用戶，每個用戶分配一片數(shù)據(jù)存放區(qū)域，這些區(qū)域構(gòu)成數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)交換區(qū).數(shù)據(jù)交換區(qū)內(nèi)存在的對象類型包括物化視圖、預處理數(shù)據(jù)表、清洗歷史記錄表和分發(fā)任務表.

物化視圖包括一個查詢結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫對象，它是遠程數(shù)據(jù)按一定規(guī)則獲得的本地數(shù)據(jù)副本（快照），用來生成基于數(shù)據(jù)表求和的匯總表.信息系統(tǒng)以物化視圖為中介向數(shù)據(jù)中心導入數(shù)據(jù).在實際情況中，根據(jù)特定信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫需導入到數(shù)據(jù)中心的表創(chuàng)建相應的物化視圖.在Oracle 10g數(shù)據(jù)庫環(huán)境下，通過配置定時器（Quartz）定時對物化視圖進行刷新.

預處理數(shù)據(jù)表又可稱為增量表.系統(tǒng)定期查詢物化視圖的數(shù)據(jù)變化，把發(fā)生變化的數(shù)據(jù)記錄保存到增量表中等待數(shù)據(jù)清洗.增量表的結(jié)構(gòu)與物化視圖的結(jié)構(gòu)類似，但新增SORTID、OPERATION、FLAG三個字段.SORTID標識對數(shù)據(jù)記錄多次操作的順序，OPERATION標識對數(shù)據(jù)記錄的操作類型，F(xiàn)LAG標識該數(shù)據(jù)記錄是否已完成清洗.

清洗歷史記錄表又可稱為存根表.預處理數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)記錄在進行清洗之前，將數(shù)據(jù)記錄的主鍵ID、操作時間和操作類型等信息保存到存根表，用于數(shù)據(jù)記錄的備份和還原.

分發(fā)任務表用于保存經(jīng)過清洗后需分發(fā)給其它信息系統(tǒng)控制信息.為完成數(shù)據(jù)記錄到多個信息系統(tǒng)的更新，可以有多個分發(fā)任務表.

3 主題數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)視圖的建立

為保證主題數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的完整性，主題數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)完全按照國家信息標準或教育部信息標準進行設計.在數(shù)據(jù)表的數(shù)據(jù)維護中，可能存在不同字段或記錄由不同業(yè)務部門進行維護的現(xiàn)象.例如人事基本信息表包含了職稱和職務兩個字段，其中，職稱字段由人事管理系統(tǒng)進行維護，而職務字段則一般由組織部負責維護.為適應這種需求，就需要在完整數(shù)據(jù)表的基礎上建立不同的數(shù)據(jù)視圖，不同部門通過業(yè)務信息系統(tǒng)只在可見的數(shù)據(jù)視圖范圍內(nèi)進行數(shù)據(jù)操作，從而屏蔽了學校實際業(yè)務劃分對主題數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)表的切割.數(shù)據(jù)視圖分為行數(shù)據(jù)視圖和列數(shù)據(jù)視圖.

3.1 行數(shù)據(jù)視圖

主題數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)記錄由不同部門進行維護的情況需建立行數(shù)據(jù)視圖.例如在學生基本信息表中，本科生的信息由教務處負責維護，而研究生的信息則由研究生處負責維護.

根據(jù)數(shù)據(jù)表中對數(shù)據(jù)記錄進行維護的部門個數(shù)，建立與數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)一致的行數(shù)據(jù)視圖，每個視圖對應一個數(shù)據(jù)維護部門.各部門均被嚴格地限制在各自數(shù)據(jù)視圖內(nèi)對數(shù)據(jù)記錄進行插入、修改和刪除等操作，操作后的數(shù)據(jù)記錄經(jīng)過數(shù)據(jù)交換區(qū)的導入和清洗工作后才能更新源數(shù)據(jù)表.

3.2 列數(shù)據(jù)視圖

主題數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)表中的字段由不同部門進行維護的情況需建立列數(shù)據(jù)視圖.例如在人事基本信息表中，職稱字段由人事處負責維護，而職務字段則一般由組織部負責維護.

根據(jù)數(shù)據(jù)表中對字段進行維護的部門個數(shù)，建立只包含主鍵、引導字段和維護字段的列數(shù)據(jù)視圖.如人事基本信息表形成的列視圖應包含教職工號（主鍵）、姓名、單位（引導字段）等信息.每個視圖對應一個數(shù)據(jù)維護部門.在多個列數(shù)據(jù)視圖中，必須定義一個主視圖.在人事基本信息表形成的列視圖中，我們定義人事處維護的列數(shù)據(jù)視圖為主視圖.為保證數(shù)據(jù)的一致性，只有主視圖才有插入、修改和刪除數(shù)據(jù)記錄的權限，其它視圖只能對數(shù)據(jù)記錄的維護字段進行修改，沒有插入和修改數(shù)據(jù)記錄的權限.在列數(shù)據(jù)視圖上操作的數(shù)據(jù)記錄在更新源數(shù)據(jù)表前同樣要經(jīng)過數(shù)據(jù)交換區(qū).

4 數(shù)據(jù)交換過程與步驟

各個信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫表與數(shù)據(jù)中心主題數(shù)據(jù)庫表進行數(shù)據(jù)交換之前，必須先完成字段及數(shù)據(jù)的信息標準化工作，然后建立起與主題數(shù)據(jù)庫表的映射和對應關系及編碼規(guī)則轉(zhuǎn)換關系，一個典型的映射關系表如表1所示.

表1 信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)表與主題數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)表之間的映射關系

數(shù)據(jù)中心與其它信息系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換的步驟和詳細過程如圖3所示.

圖3 數(shù)據(jù)交換的詳細流程與步驟

信息系統(tǒng)與數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)交換可以分為4個步驟，導入、清洗、分發(fā)和傳送.這些步驟通過數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)交換區(qū)建立的表對象和機制實現(xiàn).我們用開源企業(yè)數(shù)據(jù)總線（ESB，EnterpriseServiceBus）[7]Mule[8]的InBound和OutBound接口完成數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)交換區(qū)各類對象間的流轉(zhuǎn)，用Mule的UMO（Universal Model Object）存儲過程執(zhí)行數(shù)據(jù)處理邏輯.

4.1 更新數(shù)據(jù)導入

信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫為需要導入數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)表創(chuàng)建日志，并將該日志表的訪問權限分配給數(shù)據(jù)中心.數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)交換區(qū)創(chuàng)建相應的物化視圖，數(shù)據(jù)中心定時查詢信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)表的日志得到更新數(shù)據(jù)的編號，然后通過刷新物化視圖、調(diào)用UMO存儲過程獲取信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的更新數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存入相應的預處理數(shù)據(jù)表和清洗歷史記錄表，并自動引發(fā)數(shù)據(jù)清洗.

數(shù)據(jù)導入分為歷史數(shù)據(jù)導入和更新數(shù)據(jù)導入兩個階段.以人事主題數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)導入為例，數(shù)據(jù)導入需要由Mule Inbound接口的ImportDataService調(diào)用3個存儲過程：

HR.pro_hr_ryjbxx_trun：清空教職工基本信息表；

HR.pro_hr_exc_ryjbxx_import：把教職工基本信息或更新導入預處理數(shù)據(jù)表；

HR.pro_hr_exc_ryzp_import：把教職工照片或照片更新導入預處理數(shù)據(jù)表.

4.2 導入數(shù)據(jù)清洗

數(shù)據(jù)清洗是將導入的來自信息系統(tǒng)的更新數(shù)據(jù)進行正確性、唯一性過濾后，保存到主題數(shù)據(jù)庫的過程.數(shù)據(jù)清洗調(diào)用UMO存儲過程實現(xiàn)，該模塊生成一個從數(shù)據(jù)交換區(qū)臨時表轉(zhuǎn)存到主題數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)清洗處理邏輯，數(shù)據(jù)清洗規(guī)則可以按需求動態(tài)配置.

我們將數(shù)據(jù)清洗過程分為數(shù)據(jù)基本校驗和邏輯分析兩個步驟.數(shù)據(jù)基本校驗是針對數(shù)據(jù)本身的檢查，主要包括映射轉(zhuǎn)換后的字段類型匹配判斷，字段長度限制判斷，字段非空判斷，唯一性檢查和沖突數(shù)據(jù)判斷等.邏輯分析則檢查更新數(shù)據(jù)與主題數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)記錄是否匹配.

更新的人事基本信息進入主題數(shù)據(jù)庫前，Mule需調(diào)用兩個存儲過程進行清洗：

HR.pro_hr_ryjbxx_clr：清洗教職工基本數(shù)據(jù)；

HR.pro_hr_ryzp_clr：清洗教職工照片信息.

4.3 權威數(shù)據(jù)分發(fā)

完成清洗的更新數(shù)據(jù)進入主題數(shù)據(jù)庫后，需要把這些數(shù)據(jù)及時同步到訂閱這些數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)中去，以完成全校所有信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)更新.如人事基本信息作為數(shù)字校園平臺和校內(nèi)多個信息系統(tǒng)的用戶權限管理的數(shù)據(jù)前提，需要同步到單點登錄系統(tǒng)、協(xié)同辦公系統(tǒng)、一卡通系統(tǒng)和教務系統(tǒng)等多個信息系統(tǒng).

要完成主題數(shù)據(jù)庫權威數(shù)據(jù)到各系統(tǒng)的同步，首先要把數(shù)據(jù)根據(jù)建立的表映射關系和編碼規(guī)則轉(zhuǎn)換關系進行轉(zhuǎn)換，然后調(diào)用存儲過程，把轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送到同步系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換區(qū)的分發(fā)任務表待傳送.不同的同步目標系統(tǒng)需調(diào)用不同的存儲過程.在分發(fā)任務表的表結(jié)構(gòu)中，字段APPLICATION_ID標識數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)分發(fā)的目標信息系統(tǒng)號，字段SCOUNTS標識傳送次數(shù)的計數(shù)器，累計到一定次數(shù)后，數(shù)據(jù)中心會將該分發(fā)表刪除.

4.4 分發(fā)數(shù)據(jù)傳送

分發(fā)任務表中的數(shù)據(jù)傳送到目標信息系統(tǒng)可以通過兩種途徑，其中一種是把數(shù)據(jù)傳送到各個信息系統(tǒng)提供的中間表里.如果信息系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)更新的WebService，也可以把分發(fā)任務表中的數(shù)據(jù)封裝到XML格式的字符串中進行傳送.

在把人事基本信息分發(fā)和傳送給一卡通系統(tǒng)的實例中，Mule需調(diào)用兩個存儲過程：

ICS.pro_ics_ryjbxx_dis：人事基本信息到分發(fā)任務表；

ICS.pro_ics_info_trans：分發(fā)任務表的數(shù)據(jù)傳送給一卡通系統(tǒng).

5 數(shù)據(jù)安全管理

數(shù)據(jù)中心尤其是主題數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲的權威數(shù)據(jù)是數(shù)字校園得以正常運轉(zhuǎn)的基礎，因此，建立起健全的數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)安全和數(shù)據(jù)安全體系是非常必要的.我們把可以增強數(shù)據(jù)安全性的主要措施進行了歸納：

1）數(shù)據(jù)中心和主題數(shù)據(jù)庫必須構(gòu)建在性能穩(wěn)定的服務器硬件和大型數(shù)據(jù)庫軟件中；

2）主題數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)必須定時備份，最好能夠具備實時異地數(shù)據(jù)遠程復制機制；

3）只能對主題數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行查詢和分析，不能直接進行插入、修改和刪除等操作；

4）針對各個信息系統(tǒng)建立準確的數(shù)據(jù)視圖；

5）在數(shù)據(jù)清洗和數(shù)據(jù)分發(fā)過程中，對進行操作的數(shù)據(jù)表和數(shù)據(jù)進行備份，并建立操作日志，以便進行數(shù)據(jù)回溯.

6 結(jié)語

數(shù)據(jù)中心是高校數(shù)字校園建設的基礎設施和支撐平臺.在本文的研究中，利用主題數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)交換區(qū)存儲和交換全校公用的權威數(shù)據(jù)，通過調(diào)用企業(yè)服務總線的接口和存儲過程實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和傳送.華南師范大學數(shù)字校園建設以此方案構(gòu)建起數(shù)據(jù)中心和主題數(shù)據(jù)庫，并成功完成了多達14個信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換工作.下一步，將在提高數(shù)據(jù)交換的效率，增強數(shù)據(jù)中心的安全性和穩(wěn)定性等方面繼續(xù)展開研究.

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[8] Tom Bender.Mule-A detailed look at an enterprise[C]//Denver，USA：Colorado Software Summit，2005.

Research and Implementation of Data Center and Subject Database for Digital Campus

ZHENG Kai1，NIE Rui-hua1，LIANG Zhuo-ming1，LIU Xue-wen2
（1.Network Center,South China Normal University,Guangzhou 510631,Guangdong，China;2.Department of Software Project,Tomorrow Resource&Tech Limited Co,Guangzhou 510632,Guangdong，China）

s：The digital campus construction facing the problems like data dispersion and difficulty in sharing data.After deeply studying the structure and mechanism of data center and subject databases,a scheme of data center is proposed to resolve these problems.The procedure of data exchange between information systems and subject databases is described using examples.

data center；subject database；information standards；data exchange；ESB

TP 393

A

1001-4217（2010）01-0061-08

2009-07-24

鄭凱（1978-），男，浙江舟山人，博士生，工程師.研究方向：計算機網(wǎng)絡與教育應用.E-mail：david@scnu.edu.cn

華南師范大學“211工程”項目支持