基于云計算的高校圖書館管理解決方案

董英俊

（煙臺黃金職業(yè)學院圖書館 山東煙臺 265400）

引言

近年來，通信技術的不斷進步，使得數(shù)字數(shù)據(jù)生成的速度不斷提高，同時提供了易于訪問的資源[1]。為處理大量快速增長的數(shù)據(jù)集，出現(xiàn)了一些采用價格合理且易于管理的技術。在這些快速發(fā)展的技術中，云計算目前已被廣泛應用。基于云服務的技術在高校圖書館管理中得到認可，各地的圖書館都在考慮通過降低支出和成本來更容易地獲取資源，以優(yōu)化資源利用率[2]。

高校圖書館是介于促進教學活動和提供研究設施，并支持教學進程的中間機構，圖書館中的計算機應用被廣泛視為一種內(nèi)部客戶機-服務器模式[3]。各種各樣的圖書館自動化軟件充斥著大學圖書館，但標準化軟件的普及卻阻礙了圖書館自動化運維。從內(nèi)部網(wǎng)絡架構轉(zhuǎn)向云計算模式，將使高校圖書館能夠更好地管理資源，解決基礎設施問題，尤其是技術人力問題。因此，本文提出的研究展示了一個在大學圖書館采用協(xié)作方式構建基于云計算架構的模型。文中重點介紹了高校圖書館的現(xiàn)狀，旨在以一種價格合理的虛擬化模式提供基于云計算的圖書館服務。

一、云計算

云計算的理念，源于不斷發(fā)展的虛擬化技術，以及面向服務的體系結(jié)構和自主計算[4]。在云計算中，硬件和軟件資源作為服務交付給用戶。云計算中的服務層提供了三種關鍵的服務架構，即基礎設施即服務（IaaS）模型、平臺即服務（PaaS）模型和軟件即服務（SaaS）模型。IaaS云計算服務架構是該領域增長最快的架構，為云客戶提供處理、存儲、網(wǎng)絡等服務。虛擬化是部署IaaS模型的關鍵技術，應用程序可以通過客戶端界面或程序界面，從各種客戶端設備訪問，從而允許用戶在SaaS模型中管理和控制有限的特定于用戶的應用程序配置。

與大數(shù)據(jù)相關的技術不斷進步，使得云計算的采用變得越來越重要。隨著客戶對網(wǎng)絡的依賴越來越大，為了簡化空間、基礎設施和成本等問題，采用基于云的服務模式，以更快、更簡單的方式，更好地為用戶服務。隨著基于云的服務，因其在服務提供和基礎設施方面的靈活性，而在用戶群體中占據(jù)突出地位，一些云服務提供商應運而生。因此，越來越多的云服務提供商提供非統(tǒng)一的云服務，這使得客戶很難選擇符合其需求的最佳兼容服務提供商。使用云基礎設施進行大數(shù)據(jù)存儲和處理相關問題，以利用高性能的云資源，充分減少用戶的工作量，使得商業(yè)組織和其他組織能夠有效地利用各種云基礎設施模型。

云計算在教育中的應用，尤其是在電子學習中的應用越來越占主導地位，以減少教育機構維護基礎設施、硬件和軟件需求的支出。圖書館是任何高校促進教學和研究進展的重要組成部分，并且是電子學習平臺和開放在線課程的骨干。圖書館共享云平臺整合圖書館服務，同時克服處理海量數(shù)據(jù)的問題?；谠频膱D書館資源共享系統(tǒng)，采用Hadoop框架在大學圖書館之間共享電子資源。

基于云的圖書館資源共享模型和算法，以展示圖書館如何通過使用云計算受益。圖書館信息資源共享使用聚類算法來評估資源共享的運行機制，旨在展示通過云平臺共享實現(xiàn)圖書館自動化。因此，鑒于圖書館的基礎設施、軟件和硬件需求，在云平臺上進行合作共享，利用云計算的三種基本模型，提出的研究具有重要意義。

二、高校圖書館自動化

學生在大學中獲得必要的基礎設施的同時，還應該從教學平臺獲得教育支持，而教學平臺又深深依賴于高校圖書館提供的服務。如今，圖書館員需要超越傳統(tǒng)的圖書館服務，把自己與課堂教學結(jié)合起來，成為嵌入式圖書館員。除了課堂筆記、教學大綱、項目報告、問題論文等，電子書、電子期刊和書目數(shù)據(jù)庫也是主要的學習材料。因此，高校有責任為所有的學習材料建立在線資源庫，以便更方便、更順暢地提供資源。由于資金、空間、人員等方面的限制，高校幾乎沒有機會通過便利的圖書館服務為學生提供適當?shù)姆铡Ｒ虼耍S多高校圖書館在實施自動化圖書館服務時，不僅面臨著隨著計算機和通信技術的快速發(fā)展而升級的問題，而且還面臨著產(chǎn)品和服務的維護問題。

目前，各高校圖書館都在通過校內(nèi)圖書館管理系統(tǒng)向主要由學生和教師組成的客戶提供圖書館服務。各高校圖書館的基礎設施基本相同，根據(jù)在校學生的數(shù)量建立圖書館管理系統(tǒng)，為學生和教師提供圖書館服務。然而，高校在購買服務器、作為客戶機的計算機以及用于強大網(wǎng)絡平臺的軟件方面受到財務限制，圖書館自動化系統(tǒng)和服務的安裝和實施需要相關領域的專家參與，這通常是高校圖書館所缺乏的。由于高校圖書館通常沒有專門的IT專業(yè)人員管理硬件和軟件相關的問題，因此，高校圖書館的館員往往將整個IT工作外包，這在更大程度上增加了成本。

三、基于云的高校圖書館虛擬化模型

為了解決上述問題，文中的研究為高校圖書館提出了一個云架構模型。在提出的云架構中，高校圖書館使用基于云的計算機技術，將其置于一個單一窗口的圖書館自動化系統(tǒng)中。在三種云交付模型中，采用基礎設施即服務和軟件。在云計算環(huán)境中，高校的圖書館員不僅無需花費大量資金購買硬件和服務器，也無需花費大量時間來管理與硬件相關的問題。然而，圖書館員可以獲得正確的計算資源，如服務器類型、內(nèi)存、存儲等，這是在云基礎設施上運行圖書館管理系統(tǒng)所必須的。云計算基礎設施允許圖書館員在基于云的管理系統(tǒng)基礎設施上運行其現(xiàn)有的本地管理系統(tǒng)應用程序，并通過基于云的共享提供全面的服務支持。

建議通過云基礎設施的公共網(wǎng)關，使用Internet網(wǎng)絡拓撲，將高校的圖書館互連，這有助于圖書館共享其館藏書目數(shù)據(jù)庫，并使用共享平臺為客戶提供圖書館服務。

1.基于IaaS的圖書館管理系統(tǒng)模型

在基礎設施即服務交付模型中，高校圖書館通過互聯(lián)網(wǎng)或?qū)Ｓ命c對點廣域網(wǎng)連接到云管理系統(tǒng)。圖書館形成自己的私有云基礎設施，并使用虛擬化技術將所有學院圖書館與該云基礎設施連接起來。云圖書館向高校圖書館提供虛擬機，充當該高校圖書館使用的管理系統(tǒng)應用程序的單獨服務器。虛擬化在為不同用戶提供基于云的基礎設施服務方面發(fā)揮著關鍵作用，旨在向圖書館提供基礎設施資源，并積極地參與對基礎設施資源的監(jiān)控和維護。云上提供管理系統(tǒng)應用程序的基礎設施資源，使圖書館管理員安裝操作系統(tǒng)、中間件、數(shù)據(jù)庫和應用程序軟件變得簡單。一旦基礎設施資源在云上可用，圖書館管理員可以啟動從本地管理系統(tǒng)服務器到基于云的管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)遷移，并為學生和教師提供服務。在將數(shù)據(jù)從本地管理平臺遷移到基于云的管理時，有必要檢查兩個管理平臺中存在的數(shù)據(jù)體系的操作性。為了訪問管理系統(tǒng)應用模塊，圖書館員只需要與云管理服務器有專用連接或通過互聯(lián)網(wǎng)連接的計算機。管理應用程序可以通過web瀏覽器訪問，將減輕圖書館員維護本地管理服務器的負擔。

針對較小規(guī)模的圖書館，使用云計算架構，將它們納入云平臺，實現(xiàn)更好、更容易地查看和訪問資源和服務。研究中，驗證了如何在獨立服務器上為基于IaaS云的管理模型設計虛擬環(huán)境，使用虛擬化技術為圖書館創(chuàng)建虛擬機（VM），共享物理硬件資源，并在VM上安操作系統(tǒng)。

為了確保IaaS交付模型適用于高校的圖書館，在獨立服務器上模擬了一個云模型。使用ESXi在獨立服務器上為不同的圖書館創(chuàng)建實例，以便在參與的圖書館之間共享硬件資源。虛擬機監(jiān)控程序直接在仿真服務器的物理硬件上運行，根據(jù)每個圖書館的硬件要求在虛擬機上安裝了所需的操作系統(tǒng)。分配虛擬機之后，管理軟件和數(shù)據(jù)庫安裝在虛擬機上。使用web控制臺在每個VM上安裝和配置了不同的圖書館管理軟件和數(shù)據(jù)庫，通過各自的局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)鏈接與IaaS云管理系統(tǒng)連接。

2.基于SaaS的圖書館管理系統(tǒng)模型

高校的圖書館可以通過web瀏覽器連接到云管理應用程序，在SaaS模型中，整個云基礎設施與各圖書館之間的管理應用程序和數(shù)據(jù)庫共享。云平臺負責向圖書館提供基礎設施資源和軟件應用，以及管理軟件和數(shù)據(jù)庫的安裝和配置。整個云服務都是通過安全認證定制的，即圖書館的用戶ID和密碼。為了訪問SaaS管理應用程序模塊，圖書館員只需要一些與云管理服務器專用或基于互聯(lián)網(wǎng)連接的計算機。

此外，高校的圖書館可以通過軟件即服務應用程序訪問基于云的管理軟件服務，為學生和教師等用戶提供服務，幫助他們利用圖書、期刊、論文的在線目錄來使用圖書館資源和服務，通過門戶訪問全文電子資源以及其他相關資源和設施。

提出的云計算技術模型廣泛應用于圖書館正在進行的主要技術工作，從采購書籍和期刊以滿足用戶需求，到最終頒發(fā)圖書館通關證書。高校圖書館云模式將采購服務、流通服務、編目服務和管理等全自動化服務遷移到云平臺上，為圖書館系統(tǒng)管理員和工作人員提供了從校內(nèi)或校外訪問圖書館的自動化服務，而不用考慮地理位置。

為了簡化圖書、期刊和其他圖書館文件的處理工作，使用連接到云管理服務器的計算機可以從圖書館內(nèi)的任何地方處理文件。如果圖書館有遠程訪問VPN連接設施，內(nèi)部處理的提供可能會擴展到外部的圖書館場所。此外，可以使用云管理系統(tǒng)從學術界獲得圖書和期刊采購建議。一旦完成文件處理，然后進行采購，就可以使用云管理模塊上傳新到書籍封面的掃描圖像，以擴大讀者群。

使用提議的云模型，高校圖書館的新生入學可能會更加順利。新生可以在云模塊上上傳與會員注冊相關的文件，新加入者可以選擇云平臺直接支付圖書館費用。新加入者繳存的費用和上傳的其他文件會由圖書館工作人員在同一個云平臺上進行驗證，隨后將收到其會員注冊的確認書。盡管圖書館圖書的實際入住需要用戶親自完成，但與圖書館借閱服務相關的其他活動，如圖書需求、借閱項目續(xù)借、逾期費用支付等，可以擴展到云管理服務器連接的私有云和公共云。同時，圖書館館藏文件的狀態(tài)可通過云管理在線公共訪問目錄模塊向圖書館成員顯示。

通過獲取存儲在云端的與圖書館注冊相關的學生數(shù)據(jù)，以及確認與圖書館相關費用的用戶狀態(tài)，圖書館可以使用基于云的方法在校內(nèi)或校外頒發(fā)圖書館清關證明。

因此，在基于云的圖書館管理系統(tǒng)中，圖書館員購買、控制和維護基礎設施的責任完全從圖書館場所轉(zhuǎn)移到了云服務提供商。云計算架構由各種出版商共享，通過他們的門戶網(wǎng)站提供對書籍、期刊和數(shù)據(jù)庫的在線訪問。圖書館可以通過出版商云平臺訪問永久訂閱的電子資源，這些解決方案托管在云基礎設施中，用于存儲、管理和檢索數(shù)據(jù)。

結(jié)語

基于web或點到點的云計算客戶機-服務器體系結(jié)構，以供高校圖書館在云環(huán)境下運行的圖書館管理系統(tǒng)使用。云環(huán)境為圖書館提供多租戶基礎設施和服務，通過運行在虛擬化軟件上的虛擬機，促進硬件資源共享。集成的圖書館管理軟件、數(shù)據(jù)庫以及其他工具和應用程序可以安裝在云下的各個虛擬機上，各個圖書館可以通過用戶定義的身份驗證策略，通過安裝在云中的各自虛擬機訪問其管理系統(tǒng)。

提出的模型僅限于高校圖書館，未來可能會開展進一步的研究，為公共圖書館在更大范圍網(wǎng)絡上設計云模型。與高校圖書館不同，公共圖書館有未定義的用戶類別，涉及社會各階層。用戶群的多樣性要求結(jié)合廣泛的服務條款，并實現(xiàn)一個完整的體系結(jié)構，以容納更多節(jié)點。此外，由于安全問題是任何云架構所固有的，因此也需要適當關注數(shù)據(jù)安全。因為提出的模型沒有突出任何額外的數(shù)據(jù)安全問題，為了避免數(shù)據(jù)安全方面的任何安全威脅，需要一種安全機制，通過登錄云管理系統(tǒng)對用戶進行身份驗證。未來的研究可能側(cè)重于改進實現(xiàn)云計算的安全，在涉及管理員、圖書館工作人員、學生、學者和教師的用戶以及云架構之間，既可以是基于硬件的安全性，也可以是基于軟件的安全性。由于區(qū)塊鏈技術已成為不同行業(yè)數(shù)據(jù)安全方面最首選的選擇，未來的研究可能會重點關注區(qū)塊鏈技術與云計算相結(jié)合的應用，以改進高校圖書館的云安全措施。

文中提出的云計算模型可以共享各種資源提供商的數(shù)據(jù)庫，提供對電子資源的在線訪問。如果安裝了基于云的圖書館軟件，研究的模型將發(fā)揮最大的功能。該模型展示了高校圖書館在IaaS和SaaS云平臺上合作共享的基礎設施、軟件和硬件需求的變化，將指導圖書館專業(yè)人員有效地利用云計算來增強圖書館服務，覆蓋更廣泛的用戶社區(qū)。提出的模型還將鼓勵研究人員研究上述各種云計算的安全問題，在IaaS平臺上的模型，將幫助圖書館與信息科學的教師在學習圖書館云實現(xiàn)課程時，提高學生對云計算圖書館架構的理解。