景紅霞

(甘肅省圖書館 蘭州 730000)

1 云計算關(guān)鍵技術(shù)

云計算的理念體現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)時代的信息服務(wù)特性，正在推動一系列技術(shù)創(chuàng)新去解決互聯(lián)網(wǎng)平臺服務(wù)的生命周期管理問題，大規(guī)模分布式計算、存儲、通信問題以及資源按需提供、按量收費問題。云計算在虛擬化、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)管理、編程模式等方面具有自身獨特的技術(shù)［1］。

1.1 數(shù)據(jù)存儲技術(shù)

云計算系統(tǒng)需要同時滿足大量用戶需求，并行地為他們提供服務(wù)，云計算數(shù)據(jù)存儲技術(shù)必須具有高吞吐率和高傳輸率的特點。為保證高可用、高可靠和經(jīng)濟性，云計算采用分布式存儲的方式來存儲數(shù)據(jù)，采用冗余存儲的方式來保證存儲數(shù)據(jù)可靠性。云計算數(shù)據(jù)存儲技術(shù)主要有谷歌的非開源GFS和Hadoop開發(fā)團隊開發(fā)的GFS開源實現(xiàn)HDFS。大部分IT廠商，包括雅虎、英特爾的云計算計劃采用的都是HDFS數(shù)據(jù)存儲技術(shù)。云計算數(shù)據(jù)存儲技術(shù)未來發(fā)展將集中在超大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)加密和安全性保證以及繼續(xù)提高I/O速率等方面。

1.2 數(shù)據(jù)管理技術(shù)

云計算數(shù)據(jù)管理技術(shù)解決如何高效地管理大數(shù)據(jù)集，如何在規(guī)模巨大的數(shù)據(jù)中找到特定數(shù)據(jù)。云計算的特點是對海量數(shù)據(jù)存儲、讀取后進行大量的分析，數(shù)據(jù)的讀操作頻率遠大于數(shù)據(jù)更新頻率，云計算數(shù)據(jù)管理是一種讀優(yōu)化的數(shù)據(jù)管理。它采用數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域中列存儲數(shù)據(jù)管理模式。云計算數(shù)據(jù)管理技術(shù)中最著名的是谷歌BigTable數(shù)據(jù)管理技術(shù)。由于采用列存儲方式管理數(shù)據(jù)，如何提高數(shù)據(jù)更新速率和隨機讀速率是未來數(shù)據(jù)管理技術(shù)必須解決的問題。

1.3 編程模型

云計算的編程模型必須能讓用戶利用編程模型編寫簡單程序?qū)崿F(xiàn)特定目的，保證后臺復(fù)雜并行執(zhí)行和任務(wù)調(diào)度向用戶和編程人員透明?，F(xiàn)在大部分IT廠商提出的云計算計劃中采用的編程模型，都是基于Map－Reduce思想開發(fā)的編程工具。Map－Reduce是一種編程模型及高效的任務(wù)調(diào)度模型。該編程模式僅適用于編寫任務(wù)內(nèi)部松耦合、能高度并行化的程序。如何改進該編程模式，使程序員能輕松地編寫緊耦合程序，運行時能高效地調(diào)度和執(zhí)行任務(wù)，是Map－Reduce編程模型未來發(fā)展方向。

1.4 虛擬化技術(shù)

虛擬化是對資源的邏輯表示，且不受物理限制約束。其資源可以是硬件資源，如CPU、內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)等，也可以是軟件環(huán)境，如操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)、應(yīng)用程序等。虛擬化主要目標是對包括基礎(chǔ)設(shè)施、系統(tǒng)和軟件等IT資源的表示、訪問和管理進行簡化，并為這些資源提供標準接口來接收輸入和提供輸出。虛擬化技術(shù)是云計算最核心的技術(shù)，它基于使用軟硬件劃分、分時服務(wù)、模擬與仿真執(zhí)行等技術(shù)，達到在單個計算機物理設(shè)備上模擬出多個相互隔離的硬件執(zhí)行環(huán)境，并確保在虛擬出的環(huán)境中操作系統(tǒng)與應(yīng)用運行情況與在真實物理設(shè)備上運行情況基本相同。虛擬化的使用者可以是最終用戶、應(yīng)用程序或是服務(wù)。虛擬化技術(shù)降低了資源使用者與資源具體實現(xiàn)之間耦合程度，使用者不再依賴資源的某種特定實現(xiàn)。虛擬化技術(shù)的產(chǎn)品有VmwareThinApp、CitrixXenApp和MicrosoftApp－V等。

虛擬化技術(shù)隨云計算的發(fā)展不斷更新，功能強大的同時其安全漏洞也隨之增加。解決服務(wù)器虛擬化安全問題的關(guān)鍵在于虛擬機監(jiān)控器(VMM)的設(shè)計和配置，通過良好的接口定義、資源分配策略和嚴格的訪問策略能顯著提升服務(wù)器虛擬化環(huán)境安全。

1.5 云計算平臺管理技術(shù)

云計算資源規(guī)模龐大，一個系統(tǒng)的服務(wù)器數(shù)量會高達十萬臺并跨越幾個坐落于不同物理地點的數(shù)據(jù)中心，同時運行成百上千種應(yīng)用。如何有效地管理這些服務(wù)器，保證它們組成的系統(tǒng)能提供7×24小時不間斷服務(wù)?云計算系統(tǒng)的平臺管理技術(shù)是云計算的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，通過該技術(shù)能使大量的服務(wù)器協(xié)同工作，方便地進行業(yè)務(wù)部署和開通，快速發(fā)現(xiàn)和恢復(fù)系統(tǒng)故障，通過自動化、智能化手段實現(xiàn)大規(guī)模系統(tǒng)的可運營、可管理。Google通過其卓越的云計算平臺管理系統(tǒng)維持著全球上百萬臺PC服務(wù)器協(xié)同、高效地運行［2］。

2 云計算發(fā)展十大問題

從2007年云計算在全球“紅火”開始，云計算的發(fā)展面臨著一系列問題。如何更好地克服這些問題，是未來云計算發(fā)展的方向［3］:

(1)服務(wù)可用性。合乎情理地提供極高可用性服務(wù)的解決方案就是多云計算提供商，還有DDoS攻擊。由于彈性，云計算將攻擊目標從SaaS提供商轉(zhuǎn)移到能馬上吸引攻擊并且具有DDoS攻擊保護能力的效用計算機提供商。

(2)數(shù)據(jù)丟失。從本質(zhì)上說云計算的AP仍是私有的，或者說當前沒建立統(tǒng)一的標準。只有將云計算AP標準化，這樣SaaS開發(fā)人員就能在多個云計算提供商處發(fā)布服務(wù)和數(shù)據(jù)，某個公司的失誤或故障將不影響用戶數(shù)據(jù)的每個拷貝。

(3)數(shù)據(jù)安全性和可審計性。云計算數(shù)據(jù)安全性一直令人擔憂，一些敏感數(shù)據(jù)將不會放到“云”中。“云”從本質(zhì)上來說是提供了公共網(wǎng)絡(luò)，會遭受更多攻擊。可審計性也很重要，按照《薩班斯法案》和《健康保險攜帶和責任法案》等相關(guān)法律規(guī)定，企業(yè)提交到“云”中的數(shù)據(jù)必須滿足審計需求。當然，靈活運用加密存儲、虛擬局域網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)中間件(如防火墻，包過濾)等技術(shù)能解決一些問題。

(4)數(shù)據(jù)傳輸瓶頸。當前應(yīng)用發(fā)展越來越趨于數(shù)據(jù)密集型，如果應(yīng)用能被拆分交由不同“云”去處理，這將導(dǎo)致復(fù)雜的數(shù)據(jù)存放和傳輸?？爝f硬盤是克服這樣高互聯(lián)網(wǎng)傳輸成本問題的一種方法。一旦數(shù)據(jù)存放在“云”中，數(shù)據(jù)傳輸將不再是瓶頸，這不僅會催生其他一些利用“云”計算能力的新服務(wù)，還能快速降低廣域網(wǎng)寬帶的成本。此外，“云”內(nèi)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也可能是一個性能瓶頸。

(5)性能不可預(yù)知性。在云計算中多虛擬機能很好地共享CPU和內(nèi)存，但I/O的共享卻有明顯的問題。通過改進體系結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)以獲得更有效率的虛擬中斷和I/O通道。閃存能降低I/O沖突，閃存相比硬盤能支持更多單位時間內(nèi)I/O操作，有著隨機I/O訪問沖突的多虛擬機能很好地協(xié)同工作。另外，為云計算提供有效資源調(diào)度和管理工具可克服運行某些批處理程序時多個虛擬機調(diào)度問題。

(6)可伸縮存儲。針對這個問題有許多不同嘗試:提供豐富查詢、存儲API提供性能保證、由存儲系統(tǒng)支持數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。通過創(chuàng)建具備上述功能的存儲系統(tǒng)，而且提供向上和向下的伸縮性支持，同時在可擴展性、數(shù)據(jù)持久性以及高可用性等數(shù)據(jù)管理方面滿足程序員需求。

(7)大規(guī)模分布式系統(tǒng)中的錯誤。云計算中一個很大的挑戰(zhàn)是從大規(guī)模分布式系統(tǒng)中去消除錯誤。問題是這些bug不會在稍小規(guī)模的配置中重現(xiàn)，調(diào)試必須在生產(chǎn)環(huán)境中進行。云計算中的虛擬機可能使程序員獲得一些有價值信息。

(8)快速伸縮。即用即付無疑很適合存儲和網(wǎng)絡(luò)帶寬，這都可用使用字節(jié)數(shù)來衡量。由于使用虛擬機，計算稍有不同。如何在不違背使用協(xié)議的前提下實現(xiàn)根據(jù)負載自動、快速地調(diào)整計算規(guī)模以最大地節(jié)省費用，是亟待解決的問題。

(9)聲譽和法律危機。一個用戶的惡意操作會影響到整個“云”的聲譽。創(chuàng)建類似于信任郵件服務(wù)那樣的聲譽保護服務(wù)將成為可能。還有，法律責任轉(zhuǎn)移:當出現(xiàn)問題時，云計算提供商將會希望由用戶去承擔相應(yīng)的法律責任。

(10)軟件許可。當前軟件許可證通常限定在運行軟件的機器上。用戶購買軟件并按年支付維護費用。許多云計算提供商從一開始就傾向于開源軟件，部分是因為商業(yè)軟件許可證模式并不適合效用計算。要么開源持續(xù)流行，要么商業(yè)軟件公司改變他們許可證結(jié)構(gòu)，讓其更加適合云計算，還有鼓勵軟件公司制定銷售政策來向云計算提供產(chǎn)品。

3 云計算在圖書館的應(yīng)用［4］

3.1 云計算在國外圖書館的應(yīng)用

國外圖書館在云計算技術(shù)應(yīng)用方面領(lǐng)先國內(nèi)圖書館十年。Koha，是第一個開放源代碼的圖書館自動化系統(tǒng)，產(chǎn)生于1999年。它是在LibLime的云計算平臺上的全功能集成圖書館系統(tǒng)(ILS)，通過SaaS方式分發(fā)，含軟件安裝及托管。此產(chǎn)品的目標客戶是小型公共圖書館、學校及專業(yè)圖書館［5］。

2006年8月Amazon推出彈性計算云EC2服務(wù)，它為不同的組織機構(gòu)提供IT基礎(chǔ)服務(wù)，包括存儲服務(wù)和計算資源服務(wù)。EC2可為Linux、Windows等幾種不同的操作系統(tǒng)用戶提供云服務(wù)。目前租用亞馬遜云計算服務(wù)來處理自己業(yè)務(wù)的用戶超過37萬，哥倫比亞區(qū)公共圖書館正使用亞馬遜彈性計算云服務(wù)托管它們的網(wǎng)站，并使用亞馬遜的簡單存儲服務(wù)(S3)備份圖書館集成系統(tǒng)。OhioLINK圖書館聯(lián)盟也在使用Amazon＇s Web Services托管一小部分它們的數(shù)字公共資源，2008年4月，Google發(fā)布的AppEngine服務(wù)允許本地使用Google基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建Web應(yīng)用。東肯塔基大學圖書館使用Google Does收集網(wǎng)站表格的回復(fù)，把Google日歷當作培訓(xùn)和會議的日歷，用Google AnaIytics來收集網(wǎng)站、圖書館目錄及博客的數(shù)據(jù)?？屏_拉多州甘尼森的東部州立大學利用AppEngine建設(shè)ELi－brary供師生使用。

2009年7月14日，美國國會圖書館國家數(shù)字信息基礎(chǔ)設(shè)施與保存項目(NDIIPP)與DuraSpace公司宣布，他們將聯(lián)手發(fā)起一個為期一年的試驗計劃，檢驗利用云技術(shù)進行數(shù)字內(nèi)容永久存取的情況。在NDIIPP項目成員中參與此計劃的有紐約公共圖書館和生物多樣性歷史文獻圖書館。

業(yè)界最有影響的莫過于OCLC將“基于云”的服務(wù)引入圖書館界。2009年4月23日，OCLC在都柏林正式宣布將向它的會員圖書館提供“基于云的”、Web規(guī)模的、協(xié)作式的圖書館管理服務(wù)。這是圖書館界的第一個云計算服務(wù)。作為領(lǐng)域應(yīng)用的專業(yè)云計算服務(wù)，OCLC的“Web級協(xié)作型圖書館管理服務(wù)”即WorldCatLocal的強化版已于2009年7月上線。OCLC對超過1000多個會員圖書館進行云計算新產(chǎn)品的服務(wù)，其目標是取代當前圖書館的集成管理系統(tǒng)。

國外圖書館現(xiàn)已開始采用云服務(wù)來削減自己的IT部門，增加效率。

3.2 云計算在國內(nèi)圖書館應(yīng)用狀況

云計算在國內(nèi)圖書館的實際應(yīng)用還處于理論研討階段。2009年9月25日，中國圖書館學會學術(shù)委員會在上海舉辦了第一屆“云計算與圖書館”研討會，會議的一個結(jié)論是“云計算對數(shù)字圖書館來說是一個不可回避的問題”。此舉也表明國內(nèi)圖書館界已開始重視云計算，在云圖書館研究和應(yīng)用上邁出了重要的一步。

在應(yīng)用上有實質(zhì)進展的是中國高等教育文獻保障系統(tǒng)CALIS的數(shù)字圖書館云服務(wù)平臺(Nebula-Platform)。從2008年起，CALIS陸續(xù)推出了支持SaaS的新一代館際互借與文獻傳遞系統(tǒng)共享版、支持分布式云計算服務(wù)的CALIS數(shù)字圖書館云平臺(CALISEasyCloudPlatform)等一系列“云”應(yīng)用系統(tǒng)。截至目前，CALIS云服務(wù)平臺的框架已基本構(gòu)建完成，CALIS采用云計算在全國構(gòu)建分布式的數(shù)字圖書館云服務(wù)平臺。

4 云計算在圖書館應(yīng)用的優(yōu)勢

云計算作為一種技術(shù)與應(yīng)用結(jié)合的理念，為傳統(tǒng)圖書館提供了一種新的運營模式。對于經(jīng)濟條件較好的圖書館而言，可建立自己的專有云，作為“云”中心的一個節(jié)點;而對于資金欠缺或規(guī)模不大的圖書館而言，則可定制已存在的云服務(wù)，并在此基礎(chǔ)上利用應(yīng)用軟件對云數(shù)據(jù)進行過濾，滿足讀者需求。

4.1 為圖書館提供服務(wù)的高可靠性、高擴展性［6］

圖書館所有的數(shù)字資源都集中在館內(nèi)的服務(wù)器上，一旦服務(wù)器出現(xiàn)故障，圖書館將無法進行正常工作，甚至導(dǎo)致重要數(shù)據(jù)丟失，造成不可挽回的后果。而云計算中有成千上萬臺服務(wù)器，當某臺服務(wù)器出現(xiàn)故障，云計算中的其他服務(wù)器可在極短時間內(nèi)啟動并提供服務(wù)，真正實現(xiàn)無間斷的安全服務(wù)。

云計算具備靈活的擴展性和彈性，可動態(tài)伸縮，滿足應(yīng)用和用戶規(guī)模增長需要。當系統(tǒng)應(yīng)用請求突然劇增時，如果資源節(jié)點服務(wù)能力不夠，云計算能在幾分鐘之內(nèi)自動地動態(tài)增加服務(wù)節(jié)點數(shù)量。反之，服務(wù)節(jié)點數(shù)量能自動地隨著流量減少而減少。

4.2 為圖書館降低服務(wù)成本，提高服務(wù)效率

在傳統(tǒng)圖書館借閱服務(wù)和新興數(shù)字圖書館數(shù)字化服務(wù)中，享受圖書館信息服務(wù)都需要用戶投入較高成本。云計算是一種超強存儲和計算的泛在信息服務(wù)平臺，對用戶PC機的存儲與計算能力及獲取空間的要求均有所降低，用戶信息獲取成本能極大地降低。同時，云計算所面對的是TB甚至PB級數(shù)據(jù)，云計算模式下的計算是分布在大量分布式計算機上進行的。憑借云計算中成千上萬的計算機提供強大計算能力，在極短時間內(nèi)，就能對所需大量數(shù)據(jù)進行快速處理，完成海量數(shù)據(jù)的分析、挖掘、處理、存儲，為用戶提供科學的技術(shù)支持和分析數(shù)據(jù)。

與傳統(tǒng)數(shù)字圖書館相比，利用云計算進行圖書館數(shù)字資源檢索更加有效。云計算檢索功能還可為圖書館提供新的服務(wù)模式，即按用戶使用量來付費，根據(jù)不同用戶，開發(fā)不同檢索界面。用戶通過Google式的檢索界面將檢索請求提交給云計算服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)用戶提交請求調(diào)配強大的計算能力，進行本體演算、機器智能推理等復(fù)雜計算，合理分析用戶需求，根據(jù)分析結(jié)果調(diào)配存儲在云存儲服務(wù)器的資源，將結(jié)果提供給用戶。

4.3 提高圖書館信息資源利用率，在更大范圍實現(xiàn)資源共享

“云”中的信息資源可隨時更新。作為社會信息的中心——圖書館，其信息需求日日更新，借助云計算平臺，圖書館把最新信息即時提供給用戶就擁有了可行性。采用這種云計算模式，圖書館用戶可實時運行、隨時使用已有的各種云計算中的資源，簡化和壓縮了圖書館信息服務(wù)中咨詢獲取過程。用戶只需要一個能鏈接云計算端的終端設(shè)備，便可輕松獲取所需信息及服務(wù)，延伸了服務(wù)方式，降低了用戶獲取信息的難度和成本，從而吸引更多用戶利用圖書館信息資源。圖書館通過云計算能最大限度地共享圖書館信息資源，提高圖書館信息資源的社會價值和利用率［7］。隨著云計算技術(shù)的成熟及廣泛推廣，全球圖書館的數(shù)字資源將得到真正的整合，從而實現(xiàn)共建及共享。結(jié)束語

目前，云計算在圖書館中的應(yīng)用還處在探索階段，相關(guān)工具和技術(shù)還在不斷完善，存在諸如安全問題，版權(quán)保護問題，相關(guān)標準、協(xié)議、接口問題，網(wǎng)絡(luò)帶寬問題等都需要解決。

1 王平.云計算關(guān)鍵技術(shù)在數(shù)字圖書館中應(yīng)用研究［EB/OL］.http://wenku.baidu.com/view/49397a5277232f60 ddcca151.html.

2 解析:云計算發(fā)展進程中的六大關(guān)鍵技術(shù)［EB/OL］.http://www.searchcloudcomputing.com.cn/showcontent_59997.html.

3 陳全，鄧倩妮.云計算及其關(guān)鍵技術(shù)［J］.高性能計算發(fā)展與應(yīng)用，2009(1).

4 韓普，沈思，路高飛.云計算在國內(nèi)外數(shù)字圖書館中的應(yīng)用及進展［J］.現(xiàn)代情報，2012(5).

5 趙力.云計算在數(shù)字圖書館應(yīng)用［J］.科技信息，2011(11).

6、7 靳賀敏.云計算在圖書館數(shù)字資源建設(shè)中的應(yīng)用探究［J］.甘肅科技，2011(7).