基于云計算的數(shù)字圖書館服務平臺架構(gòu)設計

引言

云計算具有超大規(guī)模、虛擬化、高可靠性、易用性、高可擴展性、按需服務、廉價等優(yōu)點，因此，研究人員已經(jīng)探索將云計算技術應用到數(shù)字圖書館服務共享平臺建設中，以提高資源共享度。喻昕、王敬一提出了一種數(shù)字圖書館云服務平臺的架構(gòu)模型，并設計了服務平臺管理、運行機制。裴紅羅等提出了一種基于云計算的數(shù)字圖書館平臺架構(gòu)，該平臺架構(gòu)分為模型數(shù)據(jù)庫、控制算法層和表現(xiàn)應用層。陳宮、牛秦洲采用Eucalyptus和Portlet等技術，實現(xiàn)了一種基于云計算的數(shù)字圖書館信息服務平臺。在我國，數(shù)字圖書館建設主要集中在高校，但目前關于數(shù)字圖書館云計算平臺架構(gòu)的研究，幾乎都將平臺定位于學術資源共享，而忽視了平臺可以為數(shù)據(jù)挖掘、基因序列測定、天文信號分析等需高性能計算支撐的工作提供計算資源，此外，研究都沒有涉及云計算平臺的實現(xiàn)技術。因此，本文提出一種基于云計算的數(shù)字圖書館服務平臺的架構(gòu)及實現(xiàn)技術，為高校自主建設數(shù)字圖書館云服務平臺提供參考。

1云計算

1.1云計算的基本架構(gòu)

Voorsluys等介紹了多個云計算架構(gòu)，其中普遍被認可的云計算通用基本架構(gòu)如圖1所示。其中：IaaS(Infrastructureasaservice)表示基礎設施即服務，基礎設施由虛擬機、服務器、存儲設備、網(wǎng)絡設備、負載均衡設備等組成；PaaS(Platformasaservice)表示平臺即服務，PaaS層包括數(shù)據(jù)庫、Web服務器和開發(fā)工具集等；SaaS(Softwareasaservice)譯為軟件即服務，SaaS層屬于應用層，為云用戶提供各種軟件服務。例如，GoogleAPPEngine實際上提供了PaaS服務；Amazon的云服務包括：EC2、S3存儲服務和ElasticBeanstalk，從技術架構(gòu)來看，前兩者屬于laaS,而ElasticBeanstalk則屬于PaaS。

1.2云計算平臺發(fā)展趨勢

Google、Amazon等公司提供的云計算平臺無法滿足不同用戶的特定需求，所以，很多機構(gòu)(如美國國防部)開始構(gòu)建私有內(nèi)部云。一些小公司也致力于幫助客戶構(gòu)建云，如3Tera公司聲稱能夠提供許多Amazon沒有的管理服務，自主建設私有云已經(jīng)成為一種潮流°Xen等開源平臺及軟件的出現(xiàn),使得學術界、中小企業(yè)自主搭建中小型云平臺成為可能，也為自主建設數(shù)字圖書館云服務平臺提供了一種更加貼近實際需求的選擇。

2基于云計算的數(shù)字圖書館服務平臺架構(gòu)

本文提出的基于云計算的數(shù)字圖書館服務平臺架構(gòu)如圖2所示，平臺由物理資源層、虛擬化資源層、數(shù)據(jù)層、服務層和用戶層組成，可以滿足用戶對于存儲資源、計算資源和網(wǎng)絡資源的需求。

2.1物理資源層

最底層的物理資源主要包括服務器、存儲器、網(wǎng)絡設備等。物理資源的規(guī)模與結(jié)構(gòu)相對固定，難以支持多變的服務需求，需要通過虛擬化方式將其整合，以便為上層服務。

2.2虛擬化資源層

利用虛擬化技術將各種物理資源整合(或劃分)并轉(zhuǎn)換為相應的虛擬化資源，為云計算平臺提供了資源調(diào)配上的靈活性，提高了資源利用率。虛擬化資源層包括存儲資源、計算資源、網(wǎng)絡資源等。存儲資源通常由網(wǎng)絡文件系統(tǒng)和分布式存儲技術實現(xiàn)。計算資源主要包含CPU資源和內(nèi)存資源。網(wǎng)絡資源虛擬化抽象隔離了網(wǎng)絡中的路由器、交換機、網(wǎng)絡端口以及其他物理元素的網(wǎng)絡流量，將每個物理元素用虛擬表示形式代替,虛擬網(wǎng)絡元素配置靈活，能夠滿足特定需求。

物理資源層和虛擬化資源層共同組成了基礎設施層。為降低建設成本，可以采用開源技術構(gòu)建基礎設施層，從功能、虛擬化技術支持程度和商用評估三個方面綜合來看,OpenStack是構(gòu)建基礎設施層的理想選擇[7〕。作為開源云端運算軟件的典型代表，OpenStack具有良好的靈活性、擴展性和兼容性，采用分布式和異步的體系結(jié)構(gòu)，支持多種局域網(wǎng)管理方式、虛擬機鏡像和實例管理、iSCSI存儲容器管理等，能幫助用戶快速構(gòu)建云基礎設施，已有超過100多個全球領先的IT公司參與了OpenStack項目。

2.3數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層包含各種異構(gòu)數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫訪問模塊。數(shù)據(jù)庫軟件種類繁多，既有商業(yè)化的數(shù)據(jù)庫軟件，也有開源的數(shù)據(jù)庫軟件，不同的數(shù)據(jù)庫軟件依賴于不同的操作系統(tǒng)，如SQLServer只能運行在Windows平臺上，無法與Unix兼容。在云計算環(huán)境下，各數(shù)字圖書館組成聯(lián)盟有利于資源最大程度的共享，作為網(wǎng)絡節(jié)點的數(shù)字圖書館，其節(jié)點異構(gòu)性是不可避免的。數(shù)據(jù)庫訪問模塊(也稱為信息集成模塊)用于屏蔽各種數(shù)據(jù)庫的差異性，并提供訪問接口，便于上層服務完成對異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的操作，可以利用Java持久化API等技術實現(xiàn)這個模塊。Java持久化API簡稱JPA是JavaEE5規(guī)范中用于對象/關系映射的一組API，它使得對象(構(gòu)成上層服務的基本組件)持久化更加規(guī)范和容易實現(xiàn)。

2.4服務層

服務層由用戶管理服務、安全管理服務、資源管理服務、借閱服務、檢索服務、書刊推薦、專題訂閱等模塊組成。用戶管理服務實現(xiàn)用戶的增加、刪除、修改、查詢，并通過角色劃分賦予各用戶以不同的權(quán)限。安全管理服務完成用戶身份認證，按角色來區(qū)分訪問控制。資源管理服務負責存儲資源、計算資源和網(wǎng)絡資源的管理，包括調(diào)度、動態(tài)部署、配置和回收。借閱服務實現(xiàn)紙質(zhì)圖書資料的管理。檢索服務滿足學術資源的檢索、下載，書刊推薦和專題訂閱等則實現(xiàn)個性化服務。

服務層的實現(xiàn)可采用J2EE平臺。J2EE是當前的主流平臺之一，具有支持異構(gòu)環(huán)境、可伸縮性強、采用多層的分布式服務模型等優(yōu)點，開發(fā)J2EE的工具很多(如Eclipse)，這些工具通常都提供向?qū)А⑸舷挛膸椭?、可視化工具及代碼自動生成等功能，可避免不必要的重復編碼，幫助開發(fā)人員快速構(gòu)建應用程序。

2.5用戶層

用戶通過門戶訪問云服務，而訪問方式卻各不相同，可以分Web服務、Web應用、外部服務和非Web應用等，因此,需要實現(xiàn)內(nèi)外部服務的匯總、服務個性化定制以及針對計算機、手機、平板電腦等不同設備的顯示。實現(xiàn)技術可以采用JSF(JavaServerFaces),JSF提供了一種以組件為中心的用戶界面(UI)構(gòu)建方法，采用基于組件和事件驅(qū)動的開發(fā)模式,為JavaWeb應用程序開發(fā)帶來了極大的便利，使得開發(fā)人員可以專注于業(yè)務邏輯，加速Web應用程序的構(gòu)建。

3結(jié)語

作為圖書館的主要依托單位，各高校應該將最新的云計算技術應用于數(shù)字圖書館或聯(lián)盟的建設，構(gòu)建云服務平臺，實現(xiàn)資源大范圍共享，減少重復建設。在經(jīng)費有限的情況下,高校可以充分利用研發(fā)人員優(yōu)勢，自主建設云服務平臺。本文分析了高校對于云服務平臺的主要需求，提出了基于云計算的數(shù)字圖書館服務平臺架構(gòu)模型，詳細說明了架構(gòu)模型每層的構(gòu)成及功能，在研究主流開發(fā)技術的基礎上，介紹了架構(gòu)的實現(xiàn)技術，選用的技術具有成熟度高、兼容性強、研發(fā)難度低等特點，適合于快速構(gòu)建云服務平臺，可以為今后的建設工作提供參考和借鑒。

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