深圳圖書館QoS規(guī)劃探析

劉 磊

（深圳圖書館，廣東 深圳 518036）

1 背景及概念

目前，深圳圖書館（以下簡稱深圖）完成了全館信息化基礎(chǔ)硬件設(shè)施建設(shè)以及軟件系統(tǒng)的試運行，搭建了服務(wù)于全館的多個業(yè)務(wù)子系統(tǒng)。深圖已經(jīng)成為國內(nèi)設(shè)備規(guī)模最大、系統(tǒng)功能最強的公共圖書館之一。

QoS（Quality of Service）即網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，原指網(wǎng)絡(luò)提供更高優(yōu)先服務(wù)的一種能力，包括專用帶寬、抖動控制和延遲、丟包率的改進以及不同WAN、LAN和MAN技術(shù)下的指定網(wǎng)絡(luò)流量等，同時確保為每種流量提供的優(yōu)先權(quán)不會阻礙其他流量的進程。網(wǎng)絡(luò)必須滿足QoS要求才能確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪m當服務(wù)級別。隨著時代的發(fā)展，QoS被賦予了新的含義，比如科學(xué)設(shè)計硬件架構(gòu)，以滿足各種業(yè)務(wù)系統(tǒng)的需求，充分利用設(shè)備性能以達到節(jié)能減排的效果，進行安全加固、安全審計，給予關(guān)鍵業(yè)務(wù)充分的可靠、可持續(xù)性等等。

不難看出，QoS這個來自網(wǎng)絡(luò)界的專業(yè)術(shù)語可以引申到現(xiàn)代圖書館信息化服務(wù)建設(shè)的方方面面。眾所周知，現(xiàn)代圖書館已經(jīng)步入數(shù)字圖書館時代，其服務(wù)質(zhì)量的高低在很大程度上取決于QoS的優(yōu)劣。

2 現(xiàn)代圖書館網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用分析與QoS實踐

2.1 核心數(shù)據(jù)庫服務(wù)

核心數(shù)據(jù)庫服務(wù)是圖書館的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)以及目前的所有創(chuàng)新型業(yè)務(wù)圍繞的基石，QoS規(guī)劃的重點在于同時滿足高可用的持續(xù)服務(wù)能力、最高的安全性以及最高的性能表現(xiàn)。圖書館核心數(shù)據(jù)庫的QoS規(guī)劃見圖1。

圖1 核心數(shù)據(jù)庫的QoS規(guī)劃圖

服務(wù)器：UNIX小型機系統(tǒng)是最佳選擇，性能強勁，且架構(gòu)基于多任務(wù)和易于擴展?？杀M量配置高可用的雙機集群系統(tǒng)，這樣可大大減少非計劃故障宕機時間。同時考慮到未來的業(yè)務(wù)發(fā)展，其性能應(yīng)超前規(guī)劃，如配置多顆CPU，大內(nèi)存。安全方面應(yīng)為系統(tǒng)管理員及數(shù)據(jù)庫管理員設(shè)定單獨的賬戶，嚴格審計登錄行為。

網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)安全：配置雙光纖網(wǎng)卡，達到故障冗余以及負債均衡的目的，在整個網(wǎng)絡(luò)的防火墻端劃分單獨的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域DMZ區(qū)（非軍事區(qū)），將核心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器放置在這個區(qū)域，嚴格控制訪問IP以及端口，可以隔離來自外部網(wǎng)絡(luò)以及內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的黑客入侵。

存儲及備份：雙光纖HBA存儲卡多路徑接入存儲，這種情況需要在服務(wù)器端安裝多路徑軟件，數(shù)據(jù)庫用戶表空間規(guī)劃在存儲系統(tǒng)上，安裝數(shù)據(jù)庫時采用裸設(shè)備方式，效率更高。

高端存儲一般擁有快照功能，快照分為指針快照方式和克隆快照方式，一般核心數(shù)據(jù)庫出于故障快速恢復(fù)、數(shù)據(jù)備份、大報表生成、軟件測試等目的，可以部署克隆快照，將快照卷掛接至測試服務(wù)器，進行以上業(yè)務(wù)操作，能大大減輕對核心服務(wù)器的資源消耗。

備份可以使用如ORACLE自帶的RMAN管理器，編寫自動備份腳本，并通過備份管理軟件備份至物理磁帶庫。

2.2 多媒體音視頻點播服務(wù)

目前圖書館音、視頻資源越來越豐富，音視頻、點播服務(wù)、數(shù)字資源建設(shè)等工作日益繁重。多媒體音視頻點播服務(wù)QoS規(guī)劃見圖2。

圖2 多媒體音視頻點播服務(wù)QoS規(guī)劃圖

圖書館需要從以下方面考慮優(yōu)化服務(wù)：

在存儲網(wǎng)絡(luò)方面，目前市場上的ISCSI存儲發(fā)展迅速，服務(wù)器連接存儲僅需一塊普通網(wǎng)卡，在數(shù)據(jù)中心機房搭建獨立的ISCSI存儲網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器配置單獨的網(wǎng)卡連接存儲，流量與服務(wù)網(wǎng)絡(luò)分離，無論是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，還是存儲網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)均很方便將來擴展需求。

在服務(wù)網(wǎng)絡(luò)方面，讀者對音、視頻服務(wù)質(zhì)量的要求越來越高，因此點播服務(wù)占用帶寬較大，服務(wù)器必須單獨規(guī)劃網(wǎng)段，甚至可以在每臺服務(wù)器聚合捆綁兩條千兆鏈路，并可使用隨服務(wù)器攜帶的多路網(wǎng)卡智能捆綁和負載均衡軟件以實現(xiàn)鏈路的冗余和高帶寬。

在應(yīng)用層面，視頻點播軟件通常具備多臺服務(wù)器智能負載均衡功能，將負荷自動均衡到多臺視頻點播服務(wù)器上，同時也可根據(jù)服務(wù)器實際負荷量，對并發(fā)點播數(shù)進行限制，從而保證點播質(zhì)量。另外，優(yōu)秀的視頻點播軟件還具備資源調(diào)度機制，對于點播量較大的資源，會優(yōu)先保存在本地硬盤上進行緩存，綜合利用這些策略，科學(xué)地設(shè)置軟件參數(shù)，可以在很大程度上提高服務(wù)質(zhì)量。

在資源層面，對數(shù)字資源進行細加工，按照不同的編碼格式存放，以便根據(jù)來自內(nèi)網(wǎng)的點播和外網(wǎng)的點播請求進行區(qū)分，提供相對應(yīng)的服務(wù)。

2.3 電子數(shù)據(jù)庫服務(wù)與數(shù)字資源長期保存

為了有效提升數(shù)字資源服務(wù)質(zhì)量，圖書館應(yīng)考慮以下幾點：

網(wǎng)絡(luò)通道：在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)時，可為電子數(shù)據(jù)庫服務(wù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)規(guī)劃單獨的VLAN，與其他服務(wù)網(wǎng)段隔離。圖書館一般都會設(shè)立獨立的電子數(shù)據(jù)庫閱覽區(qū)，客戶端最好也單獨規(guī)劃獨立的VLAN，因為每個商業(yè)電子數(shù)據(jù)庫都會在授權(quán)方面進行網(wǎng)絡(luò)訪問的IP控制。

服務(wù)器：這是QoS規(guī)劃中的難點，主要有以下原因：（1）不少商業(yè)電子數(shù)據(jù)庫對服務(wù)器環(huán)境要求不同，如有的需要服務(wù)器上安裝SQL Server，有的需要安裝Apache，這就需要配置多臺電子數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；（2）電子數(shù)據(jù)庫的使用率不同，因此，服務(wù)器的負荷大小有非常大的差異；（3）存儲量要求不同，如深圖引入的多種電子數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)量從幾百兆到十幾TB不等。

虛擬化技術(shù)可以很好地解決這些困難。如果存在多個單獨運行某一個電子數(shù)據(jù)庫的服務(wù)器，那么許多服務(wù)器的利用率可能只有10%～20%，虛擬化技術(shù)能大大減少需要的服務(wù)器數(shù)量，使得單個的服務(wù)器可以代替原先5個甚至更多的服務(wù)器，同時不會增加電力和制冷需要。專業(yè)的虛擬機軟件如VMware還可以根據(jù)服務(wù)器負荷情況在服務(wù)器之間進行均衡，這種方式以充分發(fā)揮硬件本身性能為基礎(chǔ)，不會增加電力和制冷方面的消耗。

存儲系統(tǒng)：電子數(shù)據(jù)庫服務(wù)的特點對存儲的性能無特殊要求，可以考慮使用高性價比的IPSAN存儲設(shè)備，存儲量大，配置靈活，門檻較低，且具備SAN的優(yōu)點，性能又相對較高，對于存放圖書館的電子數(shù)據(jù)庫資源非常實用。

圖書館可適當?shù)丶右詰?yīng)用存儲虛擬化技術(shù)，如Thin Provision（自動精簡配置）技術(shù)。以往用戶必須把存儲空間分配給不同的用戶和不同的應(yīng)用，而每個用戶和應(yīng)用都需要分配額外的空間來適應(yīng)未來容量需求的增長，因此實際上存儲陣列中有大量的閑置存儲空間。而Thin Provision技術(shù)則可以根據(jù)該用戶或者該應(yīng)用的容量需求現(xiàn)狀，動態(tài)并且實時地改變存儲容量資源的劃分，從而更加充分地利用磁盤陣列的有效存儲空間，降低用戶在購置存儲空間方面的成本。對圖書館而言，各種數(shù)據(jù)庫需要不定期的數(shù)據(jù)更新，這種存儲虛擬化新技術(shù)，可在很大程度上減輕圖書館規(guī)劃存儲時的煩惱。

應(yīng)用系統(tǒng)方面：基于多種平臺、結(jié)構(gòu)各異的各種類型的數(shù)字資源成為了圖書館的重要收藏源。圖書館書目、題錄、文摘、全文數(shù)據(jù)庫、電子期刊數(shù)據(jù)庫、電子圖書數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫、自建的特色數(shù)據(jù)庫等數(shù)字資源與傳統(tǒng)的紙質(zhì)館藏文獻共存，形成了豐富多樣的數(shù)字圖書館館藏體系。對此，深圖自主研發(fā)了電子資源統(tǒng)一檢索：此平臺基于HTTP協(xié)議，采用URL和WEB頁面分析技術(shù)，用于對圖書館購買的各種電子數(shù)據(jù)庫及其他專業(yè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)一檢索。目前實現(xiàn)統(tǒng)一檢索的有50多種中外文數(shù)據(jù)庫，如CNKI的中國學(xué)術(shù)期刊、博（碩）士學(xué)位論文、報紙全文數(shù)據(jù)庫以及重慶維普數(shù)據(jù)庫、萬方數(shù)據(jù)庫、EBSCO、FirstSearch、INSPEC等。

2.4 城市街區(qū)24小時自助圖書館網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用分析

2006年10 月，深圖基于成熟的RFID（無線射頻識別）技術(shù)和全面開展的自助服務(wù)，首次提出“城市街區(qū)24小時自助圖書館”的服務(wù)模式。該項創(chuàng)新型業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，要求圖書館必須為其設(shè)計單獨的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提供24小時不間斷的服務(wù)，同時在機器上還應(yīng)具備讀者現(xiàn)金處理功能，故QoS規(guī)劃考慮的重點是網(wǎng)絡(luò)的高可用性以及數(shù)據(jù)傳輸過程的安全性。自助圖書館規(guī)劃見圖3。

深圖為自助圖書館租用了25兆光纖線路，鏈路上采用中國電信提供的MPLS VPN加密專網(wǎng)服務(wù)，一方面保證了性能，另一方面考慮了安全性以及價格因素。

MPLS VPN網(wǎng)絡(luò)即多協(xié)議標記交換虛擬專網(wǎng)，這種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)可以結(jié)合服務(wù)等級、流量控制等，為用戶在公共IP網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建虛擬專網(wǎng)，滿足自助圖書館與總部間安全、快速、可靠的通信需求，并能夠支持數(shù)據(jù)、語音、圖像等高質(zhì)量、高可靠性多媒體業(yè)務(wù)。自助圖書館的數(shù)據(jù)包括業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以及監(jiān)控數(shù)據(jù)，其中監(jiān)控數(shù)據(jù)還包括監(jiān)控視頻，可以充分利用MPLS VPN的特性，提高服務(wù)質(zhì)量。

圖3 自助圖書館網(wǎng)絡(luò)QoS規(guī)劃圖

服務(wù)器方面也主要從高可用性，高性能方面考慮，部署集群系統(tǒng)以支持24小時不間斷業(yè)務(wù)，同時考慮到近幾年可能大量部署，因此服務(wù)器應(yīng)考慮擴展性因素；備份工作主要應(yīng)針對服務(wù)的快速恢復(fù)，可以應(yīng)用虛擬磁帶庫來備份系統(tǒng)及服務(wù)系統(tǒng)，虛擬磁帶庫數(shù)據(jù)傳輸速度快，連接方便，數(shù)據(jù)可靠性高，一旦服務(wù)端系統(tǒng)遭到惡意破壞，或者無法預(yù)計的故障，也可保證在最短的時間內(nèi)恢復(fù)服務(wù)。

3 結(jié)束語

今天，圖書館信息化建設(shè)已經(jīng)成為信息化社會的重要組成部分。面對新時代的機遇和挑戰(zhàn)，現(xiàn)代圖書館業(yè)務(wù)不斷創(chuàng)新，圖書館的服務(wù)方式以及服務(wù)理念都在不斷地向前發(fā)展。科學(xué)的QoS規(guī)劃能有效提升圖書館的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，根據(jù)圖書館實際應(yīng)用的多樣化需求，制訂科學(xué)合理的QoS優(yōu)化方案，更好地為讀者服務(wù)，正是圖書館核心價值的重要表現(xiàn)。

[1] 朱月梅.FCSAN與IPSAN架構(gòu)在數(shù)字圖書館中的應(yīng)用研究[J].圖書情報工作,2006(9):113-116.

[2] 潘瑜青.流媒體中的QOS控制[J].微計算機信息,2008(1):43-47.

[3] 楊光年.存儲技術(shù)的發(fā)展及整合與虛擬化應(yīng)用[J].計算機與數(shù)字工程,2008(3):140-144.