基于云計(jì)算的數(shù)字圖書館服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

引言

云計(jì)算具有超大規(guī)模、虛擬化、高可靠性、易用性、高可擴(kuò)展性、按需服務(wù)、廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，因此，研究人員已經(jīng)探索將云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用到數(shù)字圖書館服務(wù)共享平臺(tái)建設(shè)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(wù)平臺(tái)的架構(gòu)模型，并設(shè)計(jì)了服務(wù)平臺(tái)管理、運(yùn)行機(jī)制。裴紅羅等提出了一種基于云計(jì)算的數(shù)字圖書館平臺(tái)架構(gòu)，該平臺(tái)架構(gòu)分為模型數(shù)據(jù)庫、控制算法層和表現(xiàn)應(yīng)用層。陳宮、牛秦洲采用Eucalyptus和Portlet等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了一種基于云計(jì)算的數(shù)字圖書館信息服務(wù)平臺(tái)。在我國(guó)，數(shù)字圖書館建設(shè)主要集中在高校，但目前關(guān)于數(shù)字圖書館云計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)的研究，幾乎都將平臺(tái)定位于學(xué)術(shù)資源共享，而忽視了平臺(tái)可以為數(shù)據(jù)挖掘、基因序列測(cè)定、天文信號(hào)分析等需高性能計(jì)算支撐的工作提供計(jì)算資源，此外，研究都沒有涉及云計(jì)算平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。因此，本文提出一種基于云計(jì)算的數(shù)字圖書館服務(wù)平臺(tái)的架構(gòu)及實(shí)現(xiàn)技術(shù)，為高校自主建設(shè)數(shù)字圖書館云服務(wù)平臺(tái)提供參考。

1云計(jì)算

1.1云計(jì)算的基本架構(gòu)

Voorsluys等介紹了多個(gè)云計(jì)算架構(gòu)，其中普遍被認(rèn)可的云計(jì)算通用基本架構(gòu)如圖1所示。其中：IaaS(Infrastructureasaservice)表示基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)，基礎(chǔ)設(shè)施由虛擬機(jī)、服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、負(fù)載均衡設(shè)備等組成；PaaS(Platformasaservice)表示平臺(tái)即服務(wù)，PaaS層包括數(shù)據(jù)庫、Web服務(wù)器和開發(fā)工具集等；SaaS(Softwareasaservice)譯為軟件即服務(wù)，SaaS層屬于應(yīng)用層，為云用戶提供各種軟件服務(wù)。例如，GoogleAPPEngine實(shí)際上提供了PaaS服務(wù)；Amazon的云服務(wù)包括：EC2、S3存儲(chǔ)服務(wù)和ElasticBeanstalk，從技術(shù)架構(gòu)來看，前兩者屬于laaS,而ElasticBeanstalk則屬于PaaS。

1.2云計(jì)算平臺(tái)發(fā)展趨勢(shì)

Google、Amazon等公司提供的云計(jì)算平臺(tái)無法滿足不同用戶的特定需求，所以，很多機(jī)構(gòu)(如美國(guó)國(guó)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(wù)，自主建設(shè)私有云已經(jīng)成為一種潮流°Xen等開源平臺(tái)及軟件的出現(xiàn),使得學(xué)術(shù)界、中小企業(yè)自主搭建中小型云平臺(tái)成為可能，也為自主建設(shè)數(shù)字圖書館云服務(wù)平臺(tái)提供了一種更加貼近實(shí)際需求的選擇。

2基于云計(jì)算的數(shù)字圖書館服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)

本文提出的基于云計(jì)算的數(shù)字圖書館服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)如圖2所示，平臺(tái)由物理資源層、虛擬化資源層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和用戶層組成，可以滿足用戶對(duì)于存儲(chǔ)資源、計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)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(wù)器、存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。物理資源的規(guī)模與結(jié)構(gòu)相對(duì)固定，難以支持多變的服務(wù)需求，需要通過虛擬化方式將其整合，以便為上層服務(wù)。

2.2虛擬化資源層

利用虛擬化技術(shù)將各種物理資源整合(或劃分)并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的虛擬化資源，為云計(jì)算平臺(tái)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(chǔ)資源、計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源等。存儲(chǔ)資源通常由網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)和分布式存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。計(jì)算資源主要包含CPU資源和內(nèi)存資源。網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化抽象隔離了網(wǎng)絡(luò)中的路由器、交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)端口以及其他物理元素的網(wǎng)絡(luò)流量，將每個(gè)物理元素用虛擬表示形式代替,虛擬網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)設(shè)施層。為降低建設(shè)成本，可以采用開源技術(shù)構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施層，從功能、虛擬化技術(shù)支持程度和商用評(píng)估三個(gè)方面綜合來看,OpenStack是構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施層的理想選擇[7〕。作為開源云端運(yùn)算軟件的典型代表，OpenStack具有良好的靈活性、擴(kuò)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(jī)鏡像和實(shí)例管理、iSCSI存儲(chǔ)容器管理等，能幫助用戶快速構(gòu)建云基礎(chǔ)設(shè)施，已有超過100多個(gè)全球領(lǐng)先的IT公司參與了OpenStack項(xiàng)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(yùn)行在Windows平臺(tái)上，無法與Unix兼容。在云計(jì)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(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)字圖書館，其節(jié)點(diǎn)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(wù)完成對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的操作，可以利用Java持久化API等技術(shù)實(shí)現(xiàn)這個(gè)模塊。Java持久化API簡(jiǎn)稱JPA是JavaEE5規(guī)范中用于對(duì)象/關(guān)系映射的一組API，它使得對(duì)象(構(gòu)成上層服務(wù)的基本組件)持久化更加規(guī)范和容易實(shí)現(xiàn)。

2.4服務(wù)層

服務(wù)層由用戶管理服務(wù)、安全管理服務(wù)、資源管理服務(wù)、借閱服務(wù)、檢索服務(wù)、書刊推薦、專題訂閱等模塊組成。用戶管理服務(wù)實(shí)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(wù)完成用戶身份認(rèn)證，按角色來區(qū)分訪問控制。資源管理服務(wù)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)資源、計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)資源的管理，包括調(diào)度、動(dòng)態(tài)部署、配置和回收。借閱服務(wù)實(shí)現(xiàn)紙質(zhì)圖書資料的管理。檢索服務(wù)滿足學(xué)術(shù)資源的檢索、下載，書刊推薦和專題訂閱等則實(shí)現(xiàn)個(gè)性化服務(wù)。

服務(wù)層的實(shí)現(xiàn)可采用J2EE平臺(tái)。J2EE是當(dāng)前的主流平臺(tái)之一，具有支持異構(gòu)環(huán)境、可伸縮性強(qiáng)、采用多層的分布式服務(wù)模型等優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)J2EE的工具很多(如Eclipse)，這些工具通常都提供向?qū)?、上下文幫助、可視化工具及代碼自動(dòng)生成等功能，可避免不必要的重復(fù)編碼，幫助開發(fā)人員快速構(gòu)建應(yīng)用程序。

2.5用戶層

用戶通過門戶訪問云服務(wù)，而訪問方式卻各不相同，可以分Web服務(wù)、Web應(yīng)用、外部服務(wù)和非Web應(yīng)用等，因此,需要實(shí)現(xiàn)內(nèi)外部服務(wù)的匯總、服務(wù)個(gè)性化定制以及針對(duì)計(jì)算機(jī)、手機(jī)、平板電腦等不同設(shè)備的顯示。實(shí)現(xiàn)技術(shù)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(dòng)的開發(fā)模式,為JavaWeb應(yīng)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(wù)邏輯，加速Web應(yīng)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(yīng)該將最新的云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字圖書館或聯(lián)盟的建設(shè)，構(gòu)建云服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)資源大范圍共享，減少重復(fù)建設(shè)。在經(jīng)費(fèi)有限的情況下,高?？梢猿浞掷醚邪l(fā)人員優(yōu)勢(shì)，自主建設(shè)云服務(wù)平臺(tái)。本文分析了高校對(duì)于云服務(wù)平臺(tái)的主要需求，提出了基于云計(jì)算的數(shù)字圖書館服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)模型，詳細(xì)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(shù)的基礎(chǔ)上，介紹了架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，選用的技術(shù)具有成熟度高、兼容性強(qiáng)、研發(fā)難度低等特點(diǎn)，適合于快速構(gòu)建云服務(wù)平臺(tái)，可以為今后的建設(shè)工作提供參考和借鑒。

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