“圖書館之城”的云之路
——以深圳圖書館為例

成 星

云時(shí)代的到來，為深圳“圖書館之城”的大力發(fā)展提供了契機(jī)。論文結(jié)合深圳圖書館行業(yè)現(xiàn)狀，提出了一種基于虛擬化技術(shù)為全市圖書館行業(yè)構(gòu)建云服務(wù)的思路，給出建設(shè)方法，突出云時(shí)代數(shù)字圖書館為讀者提供服務(wù)的新優(yōu)勢(shì)。

云計(jì)算云服務(wù)虛擬技術(shù)服務(wù)器虛擬化網(wǎng)絡(luò)虛擬化存儲(chǔ)虛擬化

1 云概念

云計(jì)算技術(shù)是分布式處理、并行計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算的發(fā)展，其核心思想在于服務(wù)與平臺(tái)的一體化[1]。它通過虛擬技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)中的資源整合成資源池，構(gòu)建出安全的海量存儲(chǔ)和強(qiáng)大的計(jì)算能力，供開發(fā)者在其基礎(chǔ)上開展信息資源的整合、編譯、關(guān)聯(lián)、導(dǎo)航,進(jìn)而能夠?yàn)樽x者提供對(duì)等、交互、實(shí)時(shí)、超時(shí)空和個(gè)性化服務(wù)。在云計(jì)算環(huán)境下，由于采用了虛擬技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)資源可以無限、實(shí)時(shí)地?cái)U(kuò)展，而用戶可以按需使用資源。

云服務(wù)是基于“網(wǎng)絡(luò)資源”的服務(wù)模式。網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的資源虛擬化后，被統(tǒng)一部署、調(diào)度和應(yīng)用，為用戶提供多元化個(gè)性服務(wù)。其產(chǎn)業(yè)分為三大塊：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（Infrastructure as a Service，IaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（Platform as a Service，PaaS）、軟件即服務(wù)（Software as a Service，SaaS）[2]。

表1 深圳圖書館行業(yè)IT設(shè)備現(xiàn)狀及計(jì)劃投資調(diào)查表

2 深圖行業(yè)現(xiàn)狀及云時(shí)代的規(guī)劃

2.1 各級(jí)圖書館IT現(xiàn)狀

深圳圖書館目前建有全國同行業(yè)最強(qiáng)最全的IT系統(tǒng)，包括3臺(tái)小型機(jī)、應(yīng)用服務(wù)器約70臺(tái)、核心交換機(jī)4臺(tái)、匯聚層交換機(jī)22臺(tái)、各類存儲(chǔ)容量約171T以及周邊網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)控系統(tǒng)等，并且計(jì)劃再投資1 000萬建設(shè)新機(jī)房。雖然IT設(shè)施強(qiáng)大，但各種計(jì)算資源的利用率不高，即使啟用“統(tǒng)一平臺(tái)”后，各項(xiàng)硬件設(shè)備的使用率基本維持在20%左右，大量的資源被閑置。與此同時(shí)，各區(qū)館也在熱火朝天地建設(shè)自己的機(jī)房，如鹽田區(qū)圖書館投資400萬改造現(xiàn)有IT環(huán)境，光明新區(qū)圖書館投資400萬級(jí)機(jī)房，坪山區(qū)圖書館投資300萬級(jí)機(jī)房，資源的重復(fù)投資和浪費(fèi)非常嚴(yán)重。表1是深圳圖書館行業(yè)IT現(xiàn)有及計(jì)劃在建設(shè)備調(diào)查統(tǒng)計(jì)情況。

2.2 云層規(guī)劃

如何充分利用現(xiàn)有的優(yōu)質(zhì)資源，使分布式的信息資源實(shí)現(xiàn)無縫鏈接，為讀者提供創(chuàng)新性的服務(wù)，打造智慧圖書館，云計(jì)算的出現(xiàn)開辟了我們的思路。深圳圖書館已制定了全市圖書館行業(yè)云規(guī)劃：深圳圖書館建設(shè)全局云，區(qū)、街道館建設(shè)局域云，云之間以寬帶互連，構(gòu)成“圖書館之城”云（City-Lib-icloud），如圖1所示。

2.3 深圳圖書館在云中的定位

在現(xiàn)有設(shè)施的基礎(chǔ)上提供三個(gè)云層服務(wù)。下層基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)層（IaaS）將為全市業(yè)內(nèi)機(jī)構(gòu)提供物理設(shè)施，運(yùn)行其特色服務(wù)。如觀瀾街道館特有的版畫和國畫資源，由于沒有強(qiáng)大的服務(wù)器和存儲(chǔ)空間支撐，至今無法建立特色數(shù)據(jù)庫為讀者展示。鑒于此，這些文化資源數(shù)字化后將被保存在IaaS層。當(dāng)讀者提出閱讀需求時(shí)，全局云可以依靠其強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)遷移能力，將數(shù)據(jù)快速傳送到距離讀者最近的局部云供其隨時(shí)隨地快速查閱。中層平臺(tái)即服務(wù)層（PaaS）將為行業(yè)建設(shè)者和感興趣的專業(yè)讀者提供開發(fā)和操作系統(tǒng)平臺(tái)，供其開發(fā)各自特有的中間件服務(wù)平臺(tái)。如大鵬街道館特有的大鵬所城等珍貴文物資源，擬建成3D交互式特色數(shù)據(jù)庫來形象地展示在全市讀者面前,但由于數(shù)據(jù)庫和操作系統(tǒng)等開發(fā)平臺(tái)的缺乏，無法開展該項(xiàng)目,而有了圖書館云就可以在PaaS層得到滿足，區(qū)館開發(fā)人員只要通過網(wǎng)絡(luò)接入該層，就可以利用深圳圖書館的開發(fā)資源，完成應(yīng)用的開發(fā)以及數(shù)據(jù)庫的建設(shè)。全市特色數(shù)據(jù)庫的開發(fā)都在全局云的云層上開發(fā)，統(tǒng)一了應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)，減少了應(yīng)用軟件的數(shù)量，簡化了讀者獲取信息的終端計(jì)算量。上層軟件即服務(wù)層（SaaS）將是為全市讀者提供跨媒體、跨網(wǎng)絡(luò)、跨終端的交互、實(shí)時(shí)以及個(gè)性化的服務(wù)。就如我們的“統(tǒng)一檢索”，讀者只需要通過一個(gè)瀏覽頁面，就可以獲取所需要的資源。

而各區(qū)街道館只需將各自的計(jì)算資源納入全局云的虛擬資源池中，在全局云層上開發(fā)自己的特色數(shù)據(jù)庫，就可以為讀者創(chuàng)造一個(gè)全新的服務(wù)模式。

3 “圖書館之城”云計(jì)算的建設(shè)規(guī)劃

建設(shè)深圳圖書館行業(yè)云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)時(shí)，原則是以服務(wù)為基礎(chǔ)，以讀者對(duì)信息的需求特征為出發(fā)點(diǎn)，挖掘讀者數(shù)據(jù)的多元化和個(gè)性化特點(diǎn)，嚴(yán)格把關(guān)各云層QOS建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，保障讀者服務(wù)質(zhì)量，設(shè)計(jì)出具有創(chuàng)新意義的服務(wù)平臺(tái)。結(jié)合深圳圖書館的具體建設(shè)情況，我們分別論述各云層的建設(shè)方法。

3.1 基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)的建設(shè)（IaaS）

IaaS是最底層的硬件計(jì)算資源。通過虛擬化技術(shù)，將深圳圖書館現(xiàn)有的與分散在全市各區(qū)街道館的基礎(chǔ)設(shè)備（如核心服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等）集成、管理起來，為讀者提供強(qiáng)大運(yùn)算、海量存儲(chǔ)和高速傳輸?shù)姆?wù)[3]。在云環(huán)境下，區(qū)、街道館無需再投資建設(shè)高昂的數(shù)據(jù)中心，也不需要購買多種服務(wù)器和大容量存儲(chǔ)設(shè)備，云可“按需供應(yīng)”給基層館資源，提供硬件及應(yīng)用環(huán)境，為深圳全市圖書館業(yè)務(wù)提供高效、安全和穩(wěn)定的計(jì)算環(huán)境和存儲(chǔ)環(huán)境。同時(shí)由于在云中應(yīng)用范圍廣且資源動(dòng)態(tài)性高，讀者隨時(shí)隨地提交對(duì)資源和應(yīng)用的請(qǐng)求，而虛擬機(jī)管理程序負(fù)責(zé)分配、傳送資源，因此IaaS層部署策略尤其重要。具體建設(shè)方法將結(jié)合部署策略從服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)三方面來闡述。

3.1.1 服務(wù)器虛擬化

首先，在物理層之上采用VMware Vsphere5.0進(jìn)行虛擬化部署生成不同配置的虛擬機(jī)，然后通過VCenter虛擬機(jī)管理平臺(tái)并結(jié)合VMware的VMotion、DRS、和HA等功能，進(jìn)行虛擬機(jī)的管理，為全局云中信息的快速響應(yīng)與調(diào)度提供強(qiáng)大的計(jì)算支持[4]。深圳圖書館目前已將20臺(tái)IBM X3650服務(wù)器虛擬化為資源池，接下來的工作將是把各區(qū)街道館的設(shè)備虛擬化后合并到深圳圖書館的大資源池中。

在服務(wù)器部署策略上，我們要遵循協(xié)同部署原則。針對(duì)常用的應(yīng)用服務(wù)，如Dilas系統(tǒng)，我們將其虛擬鏡像和每日產(chǎn)生的差異數(shù)據(jù)庫片段部署在局部云。當(dāng)讀者提出服務(wù)需求時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)將其請(qǐng)求接入最近的云端，保證信息的快速推送。

3.1.2 網(wǎng)絡(luò)虛擬化

虛擬化網(wǎng)絡(luò)是按照云中各功能區(qū)域運(yùn)行特點(diǎn)、讀者閱讀活動(dòng)特點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)，將交換機(jī)端口、路由器、防火墻等元素虛擬化后管理和配置，消除云中數(shù)據(jù)傳輸瓶頸，提高云中各功能系統(tǒng)間的協(xié)同部署能力，增強(qiáng)云系統(tǒng)服務(wù)的保障力，確保就近快速響應(yīng)云讀者發(fā)出的服務(wù)請(qǐng)求[5]。結(jié)合深圳圖書館云中業(yè)務(wù)運(yùn)行策略、虛擬機(jī)之間協(xié)同部署策略、設(shè)備分布情況和讀者服務(wù)QOS指標(biāo)等因素，網(wǎng)絡(luò)劃分為信任區(qū)（trust area）和非信任區(qū)（untrust area）兩部分。

（1）信任區(qū)網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)不同功能區(qū)域和不同虛擬機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。由于信任區(qū)數(shù)據(jù)交換多出現(xiàn)在虛擬機(jī)之間，其不是實(shí)際意義上的網(wǎng)絡(luò)交換，因此在設(shè)置路由表策略時(shí)，要考慮虛擬機(jī)之間信息傳輸?shù)挠|發(fā)機(jī)制，提高虛擬網(wǎng)絡(luò)對(duì)虛擬機(jī)遷移的可監(jiān)控性和管理性，提高數(shù)據(jù)遷移效果，保證虛擬化應(yīng)用的高效性。

（2）非信任區(qū)網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)對(duì)讀者請(qǐng)求數(shù)據(jù)的傳輸。該部分策略的設(shè)計(jì)原則是保證傳輸數(shù)據(jù)的安全性、可控性和可管性，因此應(yīng)根據(jù)讀者請(qǐng)求地點(diǎn)、內(nèi)容、權(quán)限來制定訪問策略表，提高云服務(wù)中外網(wǎng)傳輸效率。

兩網(wǎng)數(shù)據(jù)交換策略的配合，可以提高云網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性并減少故障收斂時(shí)間,確保能夠與虛擬資源一起被劃分、調(diào)度和移動(dòng)。同時(shí)在內(nèi)外網(wǎng)上建立透明的二次虛擬網(wǎng)絡(luò)，通過多路徑和最短路徑數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，以及流量負(fù)載分擔(dān)和轉(zhuǎn)發(fā)，確保網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)高效簡潔，實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)遷移數(shù)據(jù)的安全[6]。

3.1.3 存儲(chǔ)虛擬化

云存儲(chǔ)是采用第三方存儲(chǔ)連接件將全市各個(gè)節(jié)點(diǎn)不同類型的存儲(chǔ)設(shè)備部署在同一框架中，通過虛擬化技術(shù)使各部分協(xié)同工作，共同對(duì)讀者提供端到端的存儲(chǔ)和應(yīng)用服務(wù)。深圳圖書館云存儲(chǔ)采用四層架構(gòu)模式：

（1）訪問層。被授權(quán)讀者通過標(biāo)準(zhǔn)的公共應(yīng)用接口來訪問云中存儲(chǔ)系統(tǒng)。

（2）應(yīng)用平臺(tái)接口層。各云存儲(chǔ)部署單位開發(fā)和調(diào)用不同應(yīng)用接口滿足圖書館實(shí)際需求，包括虛擬參考咨詢服務(wù)、數(shù)據(jù)資源交換、數(shù)據(jù)資源整合、文檔處理以及協(xié)同工作等。

（3）基礎(chǔ)管理層。在異構(gòu)存儲(chǔ)器協(xié)同工作的基礎(chǔ)上，管理系統(tǒng)采用統(tǒng)一數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，將數(shù)據(jù)加密后輸送到應(yīng)用接口層。同時(shí)采用數(shù)據(jù)異地備份與容災(zāi)技術(shù)向應(yīng)用層提供統(tǒng)一的安全策略，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全快捷同步的傳遞[7]。

（4）物理存儲(chǔ)層。它是物理存儲(chǔ)設(shè)備與虛擬存儲(chǔ)管理的結(jié)合層，為硬件設(shè)備提供虛擬化過程、多請(qǐng)求并行管理及硬件存儲(chǔ)單元狀態(tài)監(jiān)控等服務(wù)。該方式對(duì)服務(wù)器層完全透明，無存儲(chǔ)連接方式問題。

IaaS層建設(shè)完畢，讀者請(qǐng)求響應(yīng)過程如圖2所示。

3.2 平臺(tái)即服務(wù)的建設(shè)（PaaS）

云服務(wù)中所有的業(yè)務(wù)程序都需要統(tǒng)一開發(fā)平臺(tái)，確保云系統(tǒng)中各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)可無縫轉(zhuǎn)發(fā)，讀者的數(shù)據(jù)請(qǐng)求可快速應(yīng)答。該層構(gòu)建在IaaS之上，是一個(gè)開發(fā)程序的平臺(tái)，是特色數(shù)據(jù)庫開發(fā)和運(yùn)行的環(huán)境。因此在PaaS層上，我們以SaaS的服務(wù)模式把開發(fā)平臺(tái)提供給用戶，例如提供軟件開發(fā)和操作系統(tǒng)平臺(tái)，各特色數(shù)據(jù)庫開發(fā)人員可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行軟件程序開發(fā)。該層將成為數(shù)字圖書館資源建設(shè)的共建共享平臺(tái)[8]。

該層提供的服務(wù)包括系統(tǒng)管理和具體業(yè)務(wù)兩大類。系統(tǒng)管理主要包括：信息資源管理、讀者管理、可用性管理、部署管理、備份管理、性能監(jiān)控、程序運(yùn)行管理、網(wǎng)絡(luò)安全管理。具體的業(yè)務(wù)功能包括：深圳全市圖書館行業(yè)的網(wǎng)站系統(tǒng)、特色數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、統(tǒng)一查詢系統(tǒng)、通借通還系統(tǒng)以及自助借還書系統(tǒng)等。

其中部署管理是采用多點(diǎn)協(xié)作、異地冗余的業(yè)務(wù)處理模式，充分利用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部資源，有效地分擔(dān)讀者業(yè)務(wù)處理壓力。同時(shí)系統(tǒng)資源、數(shù)據(jù)及各業(yè)務(wù)處理模塊都被靈活分布在云中的各級(jí)設(shè)備中，最大限度地保障了數(shù)據(jù)的完整和安全。處于云中的應(yīng)用可以即時(shí)遷移到距離讀者請(qǐng)求服務(wù)最近的節(jié)點(diǎn)；同時(shí)借助云特性，可以即時(shí)請(qǐng)求云端的其它資源開展協(xié)作，提高響應(yīng)的效率。

3.3 軟件即服務(wù)的建設(shè)（SaaS）

該云層是直接面對(duì)讀者的應(yīng)用層，它通過Inter-net提供軟件，讀者只需通過單一的入口，如“圖書館之城統(tǒng)一平臺(tái)”，即可使用該層服務(wù)在海量的數(shù)據(jù)庫中獲取到所需資源。該層服務(wù)的內(nèi)容有軟件提供、管理服務(wù)和統(tǒng)一信息[9]。其中軟件服務(wù)包括統(tǒng)一檢索、原文傳遞、特色庫管理、參考咨詢、資源調(diào)度、館際互借等；管理服務(wù)有身份管理、統(tǒng)一認(rèn)證、訪問控制等；統(tǒng)一信息有讀者信息、注冊(cè)信息、數(shù)據(jù)信息、日志信息等，這些都有利圖書館資源的管理和整合，并能夠依此挖掘讀者需求來加強(qiáng)讀者個(gè)性化服務(wù)。

讀者在使用SaaS平臺(tái)時(shí)，可以用任何能接入云網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)終端發(fā)起請(qǐng)求，這就為讀者提供了一種透明、統(tǒng)一、便捷的網(wǎng)頁接入模式，形成多層次、多樣化、專業(yè)化的數(shù)字圖書館服務(wù)平臺(tái)，從而極大地提高了深圳圖書館行業(yè)資源的使用率及服務(wù)能力。

4 云服務(wù)的優(yōu)勢(shì)

云服務(wù)的建設(shè)，消除了孤島資源，實(shí)現(xiàn)了資源充分共享，改變了傳統(tǒng)服務(wù)模式，提供了全新的服務(wù)理念。下面將從資源和服務(wù)兩方面說明云帶來的變化。

4.1 在資源建設(shè)方面的優(yōu)勢(shì)

（1）實(shí)現(xiàn)各區(qū)、街道圖書館的特色資源的整合。通過云的建設(shè)，云計(jì)算采用中間連接件技術(shù)，把各種特色數(shù)據(jù)統(tǒng)一存放在云中，使之成為網(wǎng)狀立體的信息體系，實(shí)現(xiàn)資源多點(diǎn)備份和異地部署，保障數(shù)據(jù)安全并提高服務(wù)效率。

（2）實(shí)現(xiàn)全市圖書館行業(yè)設(shè)備資源的高度統(tǒng)一。采用云計(jì)算構(gòu)建深圳圖書館行業(yè)云計(jì)算資源空間，共享基礎(chǔ)設(shè)施，避免重復(fù)投資，統(tǒng)一容災(zāi)備份，確保全市數(shù)據(jù)的安全。

（3）實(shí)現(xiàn)讀者應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)的統(tǒng)一。采用云計(jì)算的服務(wù)架構(gòu)有效統(tǒng)一開發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)平滑無縫跨空間檢索，減少數(shù)據(jù)推送開銷。

4.2 在服務(wù)方式方面的優(yōu)勢(shì)

（1）實(shí)現(xiàn)讀者服務(wù)一站式。云計(jì)算將圖書館的各種服務(wù)功能全部整合在網(wǎng)頁站點(diǎn)入口，讀者可通過該入口提出服務(wù)需求并參與資源的組織與管理。

（2）實(shí)現(xiàn)服務(wù)方式多樣化。利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，讀者可通過手機(jī)、手持閱讀器、平板電腦等移動(dòng)終端，直接對(duì)云端各類數(shù)據(jù)庫資源檢索和訪問[10]。

（3）實(shí)現(xiàn)服務(wù)手段的人性化。云計(jì)算的出現(xiàn)，讓數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)度更高，數(shù)據(jù)深度挖掘成為可能。通過挖掘讀者的需求特性，為讀者提供個(gè)性化資源推送服務(wù)。

（4）實(shí)現(xiàn)服務(wù)思想的智能化。云計(jì)算提供信息服務(wù)泛在平臺(tái)，讀者可從云中隨時(shí)隨地獲取服務(wù)，體驗(yàn)云計(jì)算帶來的交互、實(shí)時(shí)、超時(shí)空和個(gè)性化服務(wù)。

5 結(jié)語

云時(shí)代的來臨，為深圳“圖書館之城”詮釋了新的含義——“服務(wù)與內(nèi)容將存在云中”。而未來的圖書館將通過采用物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)，提高圖書館規(guī)劃、建設(shè)、管理、服務(wù)的智能化水平，使圖書館運(yùn)轉(zhuǎn)更高效、更敏捷、更低碳；同時(shí)采用多樣化的傳播方式，如跨媒體、跨網(wǎng)絡(luò)、跨終端，來實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的讀者服務(wù)，并建設(shè)超大規(guī)模、開放性、分布式的數(shù)字信息網(wǎng)絡(luò)體，成為一座擁有智慧的圖書館。

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成星深圳圖書館館員。廣東深圳，518026。

Cloud Road of The Library City：Taking the Practice of Shenzhen Library as an Example

Cheng Xing

The arrival of the cloud era provides a vigorously development opportunity to the"Library City".Combining the Shenzhen library profession situation,this paper proposes one kind of idea based on the virtualization technology,that is to construct cloud services for the Shenzhen library industry,gives the method of construction,highlights the new readers service advantage of the digital library in the cloud era.

Cloud computing.Cloud services.Virtualization technology.Server Virtualization.Network virtualization.Storage virtualization.

G250.71

2013-11-21 編校：劉勇定）