云計(jì)算環(huán)境下圖書(shū)館IT服務(wù)向IaaS遷移探析

●王世慧 杜 偉（濟(jì)南大學(xué) 圖書(shū)館，濟(jì)南 250022）

1 基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù) （IaaS） ［1］

目前現(xiàn)有的研究成果對(duì)云計(jì)算的定義并沒(méi)有達(dá)成共識(shí)。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）認(rèn)為云計(jì)算是一個(gè)模型，這個(gè)模型可以方便地按需訪問(wèn)一個(gè)可配置的計(jì)算資源（如網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)器、應(yīng)用程序及服務(wù)）的公共集合。這些資源可被快速提供，并且可使管理成本最小化和服務(wù)供應(yīng)商的干預(yù)最小化。這個(gè)云計(jì)算模型具有按需自助服務(wù)以及擁有廣泛的網(wǎng)絡(luò)存取平臺(tái)和資源池，同時(shí)具備快速?gòu)椥?、服?wù)檢測(cè)等五個(gè)基本特征。［2］

基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（Infrastructure as a Service，簡(jiǎn)稱IaaS） 是云計(jì)算的三種服務(wù)模型之一，它將硬件（服務(wù)器、存儲(chǔ)器及網(wǎng)絡(luò)）和相關(guān)軟件（操作系統(tǒng)虛擬技術(shù)、文件系統(tǒng)）作為服務(wù)交付給用戶使用。它是一個(gè)主機(jī)模式，包括網(wǎng)絡(luò)存取、路由服務(wù)及存儲(chǔ)。IaaS供應(yīng)商通常為用戶提供硬件和管理所需存儲(chǔ)的應(yīng)用程序和運(yùn)行應(yīng)用程序的平臺(tái)服務(wù)，包括帶寬、內(nèi)存和存儲(chǔ)的調(diào)整，具有基于動(dòng)態(tài)服務(wù)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。IaaS供應(yīng)商為用戶提供服務(wù)器、存儲(chǔ)空間和網(wǎng)絡(luò)組件以滿足他們的計(jì)算需求，用戶負(fù)責(zé)部署、管理軟件服務(wù)。在一個(gè)IaaS環(huán)境中，用戶可以運(yùn)行任何軟件、控制操作系統(tǒng)、Web服務(wù)器、防火墻等。它具有快速供應(yīng)、可擴(kuò)展、量入為出、自動(dòng)化管理等優(yōu)點(diǎn)。Amazon彈性云（Elastic Compute Cloud，簡(jiǎn)稱EC2） 和簡(jiǎn)單存儲(chǔ)服務(wù)（SimpleStorageService，簡(jiǎn)稱S3） 是IaaS產(chǎn)品的典型。

IaaS為用戶創(chuàng)建虛擬機(jī)并提供運(yùn)行所需的云計(jì)算環(huán)境。使用這一技術(shù)的前提是創(chuàng)建虛擬機(jī)，裝載初始創(chuàng)建所需的軟件和最終運(yùn)行于云中的軟件，包括用戶定制軟件和正版軟件。創(chuàng)建虛擬機(jī)后，將它上傳到IaaS供應(yīng)商的托管環(huán)境，此時(shí)配置IaaS供應(yīng)商提供的所需存儲(chǔ)器。配置完成，虛擬機(jī)可以自動(dòng)尋找并部署可運(yùn)行于該虛擬機(jī)上的硬件，然后開(kāi)始運(yùn)行。一旦虛擬機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，IaaS供應(yīng)商要確保該虛擬機(jī)以一個(gè)整體健康的狀態(tài)持續(xù)。運(yùn)行所需的應(yīng)用程序的原始存儲(chǔ)歸IaaS供應(yīng)商所有、維護(hù)，監(jiān)控所有的用戶定制軟件和正版軟件以確保它們的正常運(yùn)行是用戶的責(zé)任。對(duì)于沒(méi)有時(shí)間改寫(xiě)應(yīng)用程序代碼的用戶，IaaS是一個(gè)將應(yīng)用程序遷移到云的靈活的、最好的選擇。由于實(shí)現(xiàn)IaaS的核心是實(shí)現(xiàn)IT設(shè)備尤其是服務(wù)器的虛擬化，而目前開(kāi)展IaaS服務(wù)所需的虛擬化技術(shù)和運(yùn)營(yíng)技術(shù)相對(duì)成熟，因此IaaS被公認(rèn)為是部署云計(jì)算服務(wù)的最佳切入點(diǎn)。

2 圖書(shū)館IaaS應(yīng)用現(xiàn)狀

圖書(shū)館為讀者提供服務(wù)以及需要利用有限的資源尋找恰當(dāng)?shù)慕鉀Q方案的使命，對(duì)他們要采用的云計(jì)算服務(wù)模型產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。通常圖書(shū)館內(nèi)部缺乏先進(jìn)的IT管理人員，需要外部或者其他機(jī)構(gòu)提供IT服務(wù)支持，以及可以使用基于云的政策、法規(guī)來(lái)管理圖書(shū)館。以上這兩個(gè)因素使SaaS（Software as a Service） 和PaaS（Platformas a Service） 更加令人心動(dòng)，而IaaS方式很難被接受。雖然IaaS對(duì)于圖書(shū)館來(lái)說(shuō)不是第一選擇，但是許多圖書(shū)館一直在研究使用IaaS的新方法，它擁有巨大的市場(chǎng)。Amazon EC2為圖書(shū)館IT提供基礎(chǔ)設(shè)施，如提供按需使用的虛擬服務(wù)器、根據(jù)用戶所使用的操作系統(tǒng)（包括Linux及Windows） 配置不同大小的服務(wù)器。EC2利用它們的S3服務(wù)為機(jī)構(gòu)提供了基本無(wú)限的存儲(chǔ)，兼顧數(shù)據(jù)和服務(wù)器的快照能力，在機(jī)構(gòu)的專用網(wǎng)絡(luò)中包含EC2服務(wù)器的能力。［3］這些措施可以從基礎(chǔ)設(shè)施層面解決許多長(zhǎng)期困擾圖書(shū)館網(wǎng)絡(luò)信息管理和服務(wù)中存在的問(wèn)題，如硬件和軟件的更新總是趕不上技術(shù)的進(jìn)步，高薪聘用的IT管理人員始終無(wú)法融入圖書(shū)館服務(wù)團(tuán)隊(duì)等。［4］

當(dāng)然，目前關(guān)于IaaS的批評(píng)也有很多。包括政策法規(guī)及技術(shù)上的問(wèn)題，比如如何備份及查找存儲(chǔ)在云中的信息，如何保證數(shù)據(jù)安全和可靠性，如何在一個(gè)分散的環(huán)境中管理服務(wù)等。針對(duì)這些批評(píng)，云供應(yīng)商提出相應(yīng)的措施來(lái)解決其中一些問(wèn)題。如Amazon EC2服務(wù)中增加了云服務(wù)器與機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的專有連接（虛擬私有云）、基于存儲(chǔ)的提供位級(jí)快照及整個(gè)服務(wù)器實(shí)例的持續(xù)性的彈性塊存儲(chǔ)（ElasticBlock Store，簡(jiǎn)稱EBS）及服務(wù)器監(jiān)控機(jī)管理工具。Amazon還建立了可運(yùn)行于它們的云平臺(tái)，適用于所有服務(wù)的服務(wù)水平協(xié)議 （ServiceLevelAgreement，簡(jiǎn)稱SLA）。［5］這些服務(wù)水平協(xié)議不僅規(guī)定了正常運(yùn)行時(shí)間，而且解決了安全及法律問(wèn)題。

無(wú)論批評(píng)還是贊揚(yáng)，很多用戶還是看好其前景，并給予肯定。許多圖書(shū)館將它們的數(shù)字館藏、網(wǎng)站、備份圖書(shū)館集成系統(tǒng)等服務(wù)交付Amazon的EC2或者S3托管。例如哥倫比亞特區(qū)公共圖書(shū)館使用Amazon EC2服務(wù)托管網(wǎng)站、使用Amazon S3服務(wù)備份圖書(shū)館自動(dòng)化管理系統(tǒng)等。美國(guó)俄亥俄州圖書(shū)館與信息合作網(wǎng)（OhioLINK） 使用Amazon’s WebServices托管一小部分它們的數(shù)字公共資源，如肯特州的百年收藏，并且正在測(cè)試在云中的服務(wù)器管理以及DSpace館藏軟件的局限。英國(guó)圖書(shū)館使用Amazon EC2提供Web全文檢索服務(wù)，使用了900GB的磁盤(pán)空間。［6］維克森林大學(xué)Z．SmithReynolds圖書(shū)館自2008年起，一直專注于將圖書(shū)館的主要IT遷移到云或托管環(huán)境，并于2009年將本館的ILS及其他的一些應(yīng)用包括網(wǎng)站、發(fā)現(xiàn)服務(wù)及可以實(shí)施的數(shù)字圖書(shū)館服務(wù)遷移到Amazon’sEC2。［7］2009年7月美國(guó)國(guó)會(huì)圖書(shū)館與DuraSpace公司的DuraCloud項(xiàng)目的主要目的是檢測(cè)云技術(shù)在維持?jǐn)?shù)字內(nèi)容永久訪問(wèn)上的性能，使一個(gè)機(jī)構(gòu)在不需要本地構(gòu)建IT基礎(chǔ)設(shè)施的情況下，通過(guò)云計(jì)算機(jī)提供數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和訪問(wèn)。［8］CALIS以基礎(chǔ)實(shí)施服務(wù)IaaS/HaaS和基礎(chǔ)平臺(tái)服務(wù)PaaS為基礎(chǔ)，創(chuàng)建了數(shù)字圖書(shū)館云服務(wù)平臺(tái)，將分布在互聯(lián)網(wǎng)中各個(gè)圖書(shū)館的資源和服務(wù)整合為一體，形成一個(gè)可控的自適應(yīng)的新型服務(wù)體系。［9］

3 圖書(shū)館IT服務(wù)向IaaS遷移探析

圖書(shū)館將其主要IT服務(wù)移到云或者托管環(huán)境之前，需要考慮以下幾個(gè)方面：

（1）服務(wù)水平協(xié)議。服務(wù)水平協(xié)議是指IT服務(wù)供應(yīng)商和客戶之間就服務(wù)提供中關(guān)鍵的服務(wù)目標(biāo)及雙方的責(zé)任等有關(guān)細(xì)節(jié)問(wèn)題而簽訂的協(xié)議，它是一種衡量一個(gè)云供應(yīng)商服務(wù)平臺(tái)舒適度的方法。服務(wù)水平協(xié)議可以作為圖書(shū)館選擇IaaS服務(wù)供應(yīng)商的參考，比較各服務(wù)供應(yīng)商的服務(wù)水平和服務(wù)能力，制定可以確保圖書(shū)館正常工作時(shí)間、符合圖書(shū)館業(yè)務(wù)特點(diǎn)的具有法律效力的保護(hù)條款。

（2） 成本及承受能力。雖然將圖書(shū)館IT主要服務(wù)遷移到IaaS，可以以極低的成本投入獲得極高的運(yùn)算能力，克服服務(wù)器訪問(wèn)限制的瓶頸，降低有關(guān)的維護(hù)費(fèi)用等，［10］但在遷移之前要充分考慮所需要的人力、技術(shù)資源和費(fèi)用，需要了解云供應(yīng)商賬單上的每一項(xiàng)服務(wù)要素以及其計(jì)費(fèi)方式。如，供應(yīng)商是基于流量、存儲(chǔ)空間、服務(wù)CPU運(yùn)行時(shí)間來(lái)計(jì)費(fèi)，還是將這些因素綜合考慮來(lái)收費(fèi)，并且還要充分考慮隨著時(shí)間的推移如何看待成本問(wèn)題，以及圖書(shū)館的承受能力。圖書(shū)館應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到實(shí)施云計(jì)算不是要舍棄原有的IT基礎(chǔ)設(shè)施資源，而是利用云計(jì)算系統(tǒng)高效地監(jiān)控管理現(xiàn)有的和新增的IT基礎(chǔ)設(shè)施資源。

（3）安全問(wèn)題。目前尚未出現(xiàn)針對(duì)云計(jì)算架構(gòu)的安全規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。“云”是一個(gè)虛擬的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)位置可能分布在多個(gè)地方，缺乏相應(yīng)的技術(shù)和法規(guī)作支撐，數(shù)據(jù)安全難以得到保障。此外，云服務(wù)供應(yīng)商擁有比云用戶大的權(quán)限，可能使用戶的隱私信息難以保護(hù)。

（4）圖書(shū)館信息人員的知識(shí)和能力。圖書(shū)館IT服務(wù)遷移到IaaS平臺(tái)，為圖書(shū)館的信息人員提供了便捷的管理功能，同時(shí)對(duì)他們的知識(shí)和能力提出了更高的要求。

圖書(shū)館將其主要IT服務(wù)向云或托管環(huán)境遷移的同時(shí)，還要注重將圖書(shū)館的關(guān)鍵系統(tǒng)向開(kāi)源選項(xiàng)的遷移。當(dāng)然這兩個(gè)目標(biāo)并不總是同步的，有一些應(yīng)用程序肯定不是開(kāi)源的，但可能在托管環(huán)境中工作良好，反之亦然。表1顯示一些已被遷移或者正在向云環(huán)境遷移的圖書(shū)館服務(wù)。預(yù)計(jì)隨著時(shí)間的推移那些未出現(xiàn)在云中的基于PaaS的服務(wù)（如圖書(shū)館網(wǎng)站、數(shù)字圖書(shū)館應(yīng)用程序及機(jī)構(gòu)庫(kù)）都可遷移到I-aaS平臺(tái)。

表1 當(dāng)前基于云的解決方案列表

在將ILS和一些其他的應(yīng)用如網(wǎng)站、發(fā)現(xiàn)服務(wù)以及可以實(shí)施的數(shù)字圖書(shū)館服務(wù)遷移到IaaS時(shí)，可采用Amazon EC2。Amazon具有可擴(kuò)展的服務(wù)器解決方案及易用的管理控制臺(tái)。例如，許多基于服務(wù)器的圖像獲取可以與開(kāi)源或者專有平臺(tái)合作。此外，他們的EBS服務(wù)為用戶提供方便設(shè)置大容量磁盤(pán)空間的能力。最后，Amazon管理控制臺(tái)使用戶可以輕松地開(kāi)始、結(jié)束及管理自己的服務(wù)器，創(chuàng)建基于卷的EBS的最新發(fā)展，使用戶在不丟失實(shí)例的情況下停止它們。除此之外，EBS具有快照備份功能，通過(guò)此功能，數(shù)據(jù)可以被存儲(chǔ)在Amazon的S3環(huán)境中。通過(guò)EBS，用戶可以得到一個(gè)備份卷來(lái)存儲(chǔ)實(shí)例，這樣就不用依賴原始數(shù)據(jù)的活動(dòng)。Amazon還有如在EC2服務(wù)層設(shè)置一個(gè)防火墻及彈性IP地址這些長(zhǎng)期存在的功能。這些功能簡(jiǎn)化了用戶的實(shí)施，并使用戶輕松地在開(kāi)發(fā)環(huán)境及生產(chǎn)環(huán)境之間切換。除了這些功能之外，Amazon提供許多其他功能，包括自動(dòng)負(fù)載平衡、通過(guò)虛擬私有云與校園網(wǎng)連接等。［11］

4 圖書(shū)館IT服務(wù)向IaaS遷移的評(píng)估

4.1 服務(wù)質(zhì)量及穩(wěn)定性

許多IaaS供應(yīng)商提供的合法的協(xié)議集及SLA，令人滿意地解決了圖書(shū)館所關(guān)心的數(shù)據(jù)安全和正常工作時(shí)間。大多數(shù)圖書(shū)館早已熟練地使用SaaS模式提供服務(wù)，并越來(lái)越依賴互聯(lián)網(wǎng)連接，因此圖書(shū)館將其核心應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施移出校園網(wǎng)不再有障礙。此外，IaaS供應(yīng)商提供的可靠、有效的服務(wù)使尋找一般問(wèn)題如服務(wù)器配置、備份及記錄的解決方案相對(duì)簡(jiǎn)單。

4.2 對(duì)圖書(shū)館服務(wù)的影響

圖書(shū)館的一些重要應(yīng)用常常需要專門(mén)的軟件或者全局、復(fù)雜的配置，通過(guò)使用一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施層的服務(wù)，圖書(shū)館可以在線使用而無(wú)須尋找一個(gè)支持基礎(chǔ)技術(shù)的正確版本的服務(wù)。此外，可以快速安裝新的應(yīng)用而無(wú)須將重心放在確定可用的磁盤(pán)空間上，意味著提供基于技術(shù)的圖書(shū)館服務(wù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于使用本地硬件。將圖像和數(shù)據(jù)從它們目前運(yùn)行的硬件上分離，使圖書(shū)館在硬件出現(xiàn)故障時(shí)有能力將停機(jī)時(shí)間減到最少。

當(dāng)然，將圖書(shū)館的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施移出校園網(wǎng)意味著在因特網(wǎng)出現(xiàn)連接問(wèn)題時(shí)，圖書(shū)館將無(wú)法提供自己的關(guān)鍵服務(wù)（例如網(wǎng)站、ILS、發(fā)現(xiàn)層）。而解決這一意外的一個(gè)完整計(jì)劃還沒(méi)有制訂，因此可在圖書(shū)館配置一個(gè)本地機(jī)器，提供一個(gè)簡(jiǎn)單版的圖書(shū)館網(wǎng)站及一個(gè)圖書(shū)館目錄的快照，可運(yùn)行在圖書(shū)館發(fā)現(xiàn)層的本地安裝版上。

4.3 與本地技術(shù)解決方案的成本比較

計(jì)算技術(shù)的總擁有成本（TCO）可能是困難的，例如，Golden發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將電力和管理費(fèi)用計(jì)算在內(nèi)時(shí)，Amazon的定價(jià)與內(nèi)部管理服務(wù)器成本相當(dāng)。［12］但是圖書(shū)館經(jīng)常面臨更換服務(wù)器或者大的磁盤(pán)陣列的需要，更換硬件的成本與同一時(shí)期的EC2和EBS的數(shù)據(jù)量的成本對(duì)比，就有可比性。如Amazon EC2以每小時(shí)10美分的價(jià)格出售1.0GHz x86 ISA計(jì)算單元，增加新的計(jì)算單元或運(yùn)行實(shí)例，只需2到5分鐘。［13］通過(guò)維克森林大學(xué)Z.Smith Reynolds圖書(shū)館的實(shí)際使用，發(fā)現(xiàn)他們的大多數(shù)應(yīng)用可以運(yùn)行于兩個(gè)Amazon EC2小服務(wù)器上 （1CPU，1.7GB Ram）。［6］

4.4 下一步要解決的問(wèn)題

雖然圖書(shū)館向云計(jì)算的遷移可以稱作成功，但仍存在一些問(wèn)題需要解決。首先，雖然許多IaaS供應(yīng)商提供了好的文檔，工作人員仍需要進(jìn)行一些額外的培訓(xùn)，以了解云環(huán)境中系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)及存在的安全問(wèn)題。其次，雖然某一時(shí)期某個(gè)IaaS供應(yīng)商是市場(chǎng)上服務(wù)最成熟的，但是市場(chǎng)快速變化，要求圖書(shū)館根據(jù)變化進(jìn)行調(diào)整以確保使用最新的選項(xiàng)。例如，永久映像的建立是減輕圖書(shū)館向Amazon EC2轉(zhuǎn)換的重要一步，隨著技術(shù)的進(jìn)步，Amazon EC2還使圖書(shū)館快速安裝及配置新服務(wù)器成為可能，它可以與校園IT服務(wù)協(xié)調(diào)，為用戶提供無(wú)縫方式，這要求圖書(shū)館及時(shí)調(diào)整工作策略以適應(yīng)技術(shù)的更新。

5 結(jié)論

總之，IaaS服務(wù)降低了成本投入，因?yàn)榕c提供計(jì)算能力、存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施并不需要用戶購(gòu)買(mǎi)和維護(hù)。IaaS供應(yīng)商負(fù)責(zé)這些資源，客戶只需要支付他們使用時(shí)所花費(fèi)的費(fèi)用。IaaS的總結(jié)見(jiàn)表2。［14］隨著IaaS市場(chǎng)的成熟，我們可以尋找更加實(shí)惠和標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)，因此，隨著圖書(shū)館越來(lái)越充分地使用基于I-aaS平臺(tái)的應(yīng)用，分享和配置不同應(yīng)用目的的服務(wù)器變得可能。

表2 IaaS總結(jié)

［1］ SushilBhardwaj，et al．Cloud Computing：AStudyof Infrastructure as a Service （IAAS）［J］.International Journal of Engineering and Information Technology，2010，2（1）：60－63.

［2］ Peter Mell，TimGrance．The NISTDefinition ofCloud Computing［EB/OL］.［2010－11－17］．http://csrc.nist.gov/groups/SNS/cloud-computing/.

［3］ Amazon Web services．Amazon ElasticComputeCloud（Amazon EC2）［EB/OL］.［2010－09－17］．http://aws.amazon.com/ec2/#details.

［4］范并思．云計(jì)算與圖書(shū)館：為云計(jì)算研究辯護(hù)［J］．圖書(shū)情報(bào)工作，2009，53 （21）：5－9.

［5］ Amazon Web services．Amazon EC2 Service Level A-greement［EB/OL］.［2010－09－20］．http://aws.amazon.com/ec2-sla/.

［6］ Ellyssa Kroski．Libraries and the cloud ［EB/OL］.［2011－01－12］．http://www.online-information.co.uk/online2010/files/conferencing/50/Kroski,%20Ellyssa.pdf.

［7］ Erik Mitchell．Using Cloud Services for Library IT Infrastructure［EB/OL］.［2010－08－20］．code{4}lib Journal.2010（9）：http://journal.code4lib.org/articles/2510.

［8］ Libraryof Congress．DuraCloud［EB/OL］.［2010－12－12］．http://www.digitalpreservation.gov/partners/duracloud/duracloud.html.

［9］王文清，陳凌．CALIS數(shù)字圖書(shū)館云服務(wù)平臺(tái)模型 ［J］．大學(xué)圖書(shū)館學(xué)報(bào)，2009（4）：13－18，32.

［10］李永先，等．云計(jì)算技術(shù)在圖書(shū)館中的應(yīng)用探討［J］．江西圖書(shū)館學(xué)刊，2009（1）:105－106.

［11］ Amazon Web services．Amazon Elastic Block Store（EBS）［EB/OL］.［2010－09－17］．http://aws.amazon.com/ebs/.

［12］ Bernard Golden．The Case Against Cloud Computing,PartFour［EB/OL］.［2010－11－17］．http://www.cio.com/article/480595/The_Case_Against_Cloud_Com puting_Part_Four.

［13］ MichaelArmbrust，et al．AbovetheClouds：ABerkeleyViewofCloudComputing［EB/OL］.［2010－10－11］．http://www.eecs.berkeley.edu/Pubs/TechRpts/2009/EECS-2009-28.pdf.

［14］ Keith Pijanowski．Understanding public clouds：I-aaS，PaaS，SaaS［EB/OL］.［2010－10－11］．http://www.keithpij.com/Home/tabid/36/EntryID/27/Default.aspx.