省級(jí)國(guó)土資源檔案云平臺(tái)的研究與設(shè)計(jì)

黃華坤

摘 要：以廣東省國(guó)土資源檔案云平臺(tái)建設(shè)為研究基礎(chǔ)，分析云計(jì)算技術(shù)典型三層級(jí)理論，提出省級(jí)國(guó)土資源檔案云平臺(tái)的構(gòu)建思路。在三層級(jí)理論的指導(dǎo)下，詳細(xì)介紹基于虛擬化技術(shù)構(gòu)建的基礎(chǔ)架構(gòu)云、網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用系統(tǒng)宿主環(huán)境的平臺(tái)云實(shí)現(xiàn)方法和網(wǎng)絡(luò)化業(yè)務(wù)應(yīng)用的應(yīng)用云的搭建方法，為我國(guó)省級(jí)國(guó)土資源檔案信息化建設(shè)提供全新的思路和方法。

關(guān)鍵詞：國(guó)土資源檔案；基礎(chǔ)構(gòu)建云；平臺(tái)云；應(yīng)用云

國(guó)土資源檔案是指國(guó)土資源主管單位及下屬單位在開(kāi)展各項(xiàng)專(zhuān)業(yè)工作中直接形成的、具有保存價(jià)值的各種文字材料、圖紙、圖表、聲像等原始記錄。同時(shí)，國(guó)土資源檔案涵蓋了土地、地質(zhì)、礦產(chǎn)、測(cè)繪等各類(lèi)具有地理位置特征的空間數(shù)據(jù)檔案，數(shù)據(jù)形式呈現(xiàn)海量多源異構(gòu)的特點(diǎn)。國(guó)土資源檔案承載著國(guó)家的土地、礦產(chǎn)等國(guó)家基礎(chǔ)資源信息，在社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著重要的基礎(chǔ)作用。目前，信息化建設(shè)已成為國(guó)土資源檔案建設(shè)的關(guān)鍵和核心，許多國(guó)土資源檔案部門(mén)的信息化建設(shè)年度預(yù)算已達(dá)到數(shù)百萬(wàn)元至數(shù)千萬(wàn)元。

以廣東省為例，省級(jí)國(guó)土資源檔案館和市縣級(jí)國(guó)土資源檔案保管部門(mén)，都是以單個(gè)檔案部門(mén)為單位進(jìn)行信息化建設(shè)的。各單位都投入了大量的資金進(jìn)行數(shù)字檔案館信息化建設(shè)，從機(jī)房設(shè)施（數(shù)據(jù)中心）建設(shè)、購(gòu)置大量網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)安全等設(shè)備，到海量空間數(shù)據(jù)加工、數(shù)據(jù)資源整合、檔案網(wǎng)站建設(shè)、開(kāi)發(fā)國(guó)土資源檔案信息管理系統(tǒng)等，雖然極大地推動(dòng)了本部門(mén)的國(guó)土資源檔案信息化進(jìn)程，提升了信息化水平，但同時(shí)也看到，由于每個(gè)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不同，檔案信息化建設(shè)水平參差不齊，存在著檔案信息資源整合困難、共享程度低，檔案信息知識(shí)管理與服務(wù)手段落后等一系列的問(wèn)題。方昀、郭偉認(rèn)為，在信息時(shí)代有大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求并且要求能快速獲得，導(dǎo)致了數(shù)據(jù)中心的大量增加。[1]如何使海量國(guó)土資源數(shù)據(jù)得到更好的應(yīng)用，如何破解以上這些問(wèn)題，云計(jì)算技術(shù)給我們提供了嶄新的思路。

1 云計(jì)算典型層級(jí)介紹

經(jīng)過(guò)近幾年的大力發(fā)展，云計(jì)算技術(shù)在各行業(yè)的應(yīng)用已較為廣泛，云計(jì)算技術(shù)的概念也深入人心。簡(jiǎn)而言之，所謂云計(jì)算，是指基于互聯(lián)網(wǎng)、通過(guò)虛擬化方式共享信息資源的新型計(jì)算模式，使計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、軟件等資源，按照用戶(hù)的動(dòng)態(tài)需要，以服務(wù)的方式提供。SUN 公司在《云計(jì)算架構(gòu)介紹白皮書(shū)》中也提到：云計(jì)算把虛擬化、按需部署、網(wǎng)上服務(wù)提供和開(kāi)放源軟件融合在一起。[2]

近年來(lái)，云計(jì)算技術(shù)的迅速發(fā)展對(duì)檔案信息化進(jìn)程產(chǎn)生了越來(lái)越重要的影響。運(yùn)用云計(jì)算機(jī)技術(shù)，搭建省級(jí)和市級(jí)兩級(jí)檔案的溝通橋梁，加速現(xiàn)代檔案理念與新信息技術(shù)的融合，是本文研究的目的。

云計(jì)算可以按照用戶(hù)對(duì)資源和計(jì)算能力的需求動(dòng)態(tài)部署虛擬資源，不受物理資源的限制。用戶(hù)基于云的計(jì)算和應(yīng)用工作全部在虛擬化的資源上，不需要關(guān)心資源部署在哪些物理資源上，用戶(hù)可以方便地變更對(duì)計(jì)算資源的需求。云計(jì)算統(tǒng)一管理大量的物理資源，并將這些資源虛擬化，形成一個(gè)巨大的虛擬化資源池。云計(jì)算可以分為三種類(lèi)型的云，亦即表述為基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（Infrastructure as a Service，“IaaS”）、平臺(tái)設(shè)施即服務(wù)（Platform as a Service，“PaaS”）和軟件即服務(wù)（Software as a Service，“SaaS”），構(gòu)建一個(gè)完整的云平臺(tái)，如圖1：

第一層次（“IaaS”）搭建基礎(chǔ)設(shè)施云：對(duì)分布在大量計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)設(shè)備（包括本地或遠(yuǎn)程設(shè)備）上的計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源（包括內(nèi)存、I/0設(shè)備、計(jì)算能力CPU、帶寬、存儲(chǔ)等）集中起來(lái)形成一個(gè)虛擬的資源池，采用虛擬化技術(shù)整合設(shè)備資源，構(gòu)建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中心。

第二層次（“PaaS”）需要搭建一整套平臺(tái)運(yùn)行環(huán)境，包括開(kāi)發(fā)環(huán)境、應(yīng)用程序運(yùn)行環(huán)境、數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境等，作為一個(gè)綜合環(huán)境平臺(tái)，以服務(wù)方式提供給用戶(hù)，由后者在該環(huán)境中開(kāi)發(fā)和部署自己的應(yīng)用程序，再通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)提供服務(wù)。

第三層次（“SaaS”）就是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)（Internet）提供應(yīng)用軟件的服務(wù)模式。其特點(diǎn)是：供應(yīng)商將應(yīng)用軟件部署在自己的服務(wù)器上，通過(guò)Internet提供給用戶(hù)。用戶(hù)不用再購(gòu)買(mǎi)或者重新開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件，而通過(guò)一些協(xié)議，可直接在網(wǎng)絡(luò)上使用這些應(yīng)用軟件。目前網(wǎng)絡(luò)上多數(shù)是按租用的服務(wù)類(lèi)型和時(shí)間付費(fèi)使用軟件。

2 構(gòu)建省級(jí)國(guó)土資源檔案云平臺(tái)

本文以廣東省國(guó)土資源檔案云平臺(tái)為例進(jìn)行研究。關(guān)于檔案云平臺(tái)方面的研究，祝慶軒等認(rèn)為，“云檔案館”作為一新生事物，可以作如下定義：以互聯(lián)網(wǎng)為平臺(tái)，運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)和理念，向用戶(hù)提供服務(wù)的虛擬檔案館。[3]廣東省國(guó)土資源檔案館保管省級(jí)國(guó)土資源檔案數(shù)據(jù)，對(duì)省內(nèi)各地市的國(guó)土資源檔案業(yè)務(wù)進(jìn)行指導(dǎo)，省級(jí)與市級(jí)的檔案保管職能屬于上級(jí)與下級(jí)的關(guān)系，以省館為中心，輻射各市。

網(wǎng)絡(luò)方面，廣東省國(guó)土資源政務(wù)網(wǎng)絡(luò)已開(kāi)通，省館與市館的業(yè)務(wù)可以直接在政務(wù)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行；硬件資源方面，省館已建成網(wǎng)絡(luò)機(jī)房，有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備若干臺(tái)，具有一定的規(guī)模；軟件資源方面，網(wǎng)絡(luò)安全軟件、服務(wù)器運(yùn)行環(huán)境軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)、檔案管理平臺(tái)和各類(lèi)應(yīng)用系統(tǒng)都已具備；而市館則因各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不一致，信息化水平差別較大，但總體來(lái)說(shuō)都屬于較低水平，有些地方由于人才缺乏、經(jīng)費(fèi)緊張，根本就沒(méi)有信息化成果。在這些情況下，依托省館現(xiàn)有的信息化設(shè)備和各類(lèi)資源，構(gòu)建區(qū)域性的省級(jí)國(guó)土資源檔案云平臺(tái)（包括云存儲(chǔ)平臺(tái)），其他市館可以利用省級(jí)云平臺(tái)提供的各類(lèi)資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)本單位的檔案數(shù)據(jù)在云存儲(chǔ)平臺(tái)上管理，直接應(yīng)用云平臺(tái)的應(yīng)用系統(tǒng)而無(wú)需重新開(kāi)發(fā)，達(dá)到快速提升檔案信息化水平的目的。

通過(guò)對(duì)云平臺(tái)基本原理的理解，省級(jí)國(guó)土資源檔案云平臺(tái)應(yīng)屬于區(qū)域性的私有云，搭建該平臺(tái)，可以從“三朵云”的部署著手，即基礎(chǔ)架構(gòu)云（Infrastructure Cloud）、平臺(tái)云（Platform Cloud）和應(yīng)用云（Application Cloud）。

2.1 省級(jí)國(guó)土資源檔案基礎(chǔ)架構(gòu)云。首先要摸清省館與市館（包括本地或遠(yuǎn)程設(shè)備）機(jī)房設(shè)備的硬件資源（計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源），了解各類(lèi)設(shè)備上的資源信息（包括內(nèi)存、I/0設(shè)備、計(jì)算能力CPU、帶寬、存儲(chǔ)等），采用硬件虛擬化技術(shù)，對(duì)列入云平臺(tái)的計(jì)算機(jī)或操作系統(tǒng)進(jìn)行虛擬化，形成一個(gè)虛擬的資源池，構(gòu)建硬件虛擬平臺(tái)。如圖2：

通過(guò)虛擬化技術(shù)構(gòu)建的省級(jí)國(guó)土資源檔案基礎(chǔ)架構(gòu)云是以虛擬機(jī)的形式，安裝在基于政務(wù)網(wǎng)絡(luò)的虛擬機(jī)上。根據(jù)百度百科的介紹，虛擬化技術(shù)可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，而且每一個(gè)操作系統(tǒng)中都有多個(gè)程序運(yùn)行，每一個(gè)操作系統(tǒng)都運(yùn)行在一個(gè)虛擬的CPU或者是虛擬主機(jī)上。[4]構(gòu)建國(guó)土資源檔案基礎(chǔ)架構(gòu)云，主要形成以下四種虛擬效果：

虛擬內(nèi)存：將不相鄰的內(nèi)存區(qū)，甚至硬盤(pán)空間虛擬成統(tǒng)一連續(xù)的內(nèi)存地址。

存儲(chǔ)虛擬化：將實(shí)體存儲(chǔ)空間（如硬盤(pán)）分隔成不同的邏輯存儲(chǔ)空間。

網(wǎng)絡(luò)虛擬化：將不同網(wǎng)絡(luò)的硬件和軟件資源結(jié)合成一個(gè)虛擬的整體。

存儲(chǔ)器虛擬化：將網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的隨機(jī)存儲(chǔ)器聚合起來(lái)，形成統(tǒng)一的虛擬內(nèi)存池。

這樣，省級(jí)國(guó)土資源檔案基礎(chǔ)架構(gòu)云通過(guò)網(wǎng)絡(luò)就可以提供CPU、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)等計(jì)算服務(wù)，市級(jí)館的用戶(hù)可以將操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序安裝在省級(jí)國(guó)土資源檔案基礎(chǔ)架構(gòu)云上。同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)基于IP的VPN廣域網(wǎng)及通訊服務(wù)，所有虛擬客戶(hù)端的用戶(hù)都可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口來(lái)管理自己的虛擬資源。

2.2 省級(jí)國(guó)土資源檔案平臺(tái)云。平臺(tái)云也就是平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）。從網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用系統(tǒng)宿主環(huán)境的視角出發(fā)，平臺(tái)云是支撐網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用/服務(wù)開(kāi)發(fā)、部署、運(yùn)行和管理的一系列中間件系統(tǒng)的合體平臺(tái)。省級(jí)國(guó)土資源檔案平臺(tái)云是在基礎(chǔ)架構(gòu)云的基礎(chǔ)上進(jìn)行搭建的，它提供了一個(gè)位于云架構(gòu)上的硬件和軟件集合，從而為檔案管理的用戶(hù)提供檔案業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境，以及相應(yīng)的檔案管理系統(tǒng)建設(shè)所需的主機(jī)環(huán)境及檔案管理系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)。主要包括操作系統(tǒng)、平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)、檔案應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境和檔案業(yè)務(wù)管理架構(gòu)四種類(lèi)型的平臺(tái)云集合，如圖3：

操作系統(tǒng)：共享的操作系統(tǒng)虛擬化允許多個(gè)不同應(yīng)用在一份操作系統(tǒng)拷貝的控制下隔離運(yùn)行。在省級(jí)國(guó)土資源檔案云平臺(tái)建立的根操作系統(tǒng)，或稱(chēng)為宿主操作系統(tǒng)，通過(guò)劃分其特定部分，成為一個(gè)個(gè)隔離的操作執(zhí)行環(huán)境，供程序運(yùn)行。將操作系統(tǒng)資源訪問(wèn)虛擬化，對(duì)省級(jí)館而言，它是運(yùn)行于自己的獨(dú)立的操作系統(tǒng)實(shí)例中；對(duì)市級(jí)館而言，又可以提供上層應(yīng)用的命名空間、資源進(jìn)程需求等，使不同級(jí)別的用戶(hù)存在于一個(gè)操作系統(tǒng)內(nèi)核和硬件資源中。

數(shù)據(jù)庫(kù)：在省級(jí)國(guó)土資源檔案云平臺(tái)上創(chuàng)建云數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，使各級(jí)用戶(hù)可以快速使用和管理數(shù)據(jù)庫(kù)，無(wú)需再對(duì)服務(wù)器安裝數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，在平臺(tái)云上，市級(jí)館的用戶(hù)只需要選擇自己想要的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，點(diǎn)擊安裝，就能把數(shù)據(jù)庫(kù)安裝到服務(wù)器中。

檔案應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境：在省級(jí)國(guó)土資源檔案云平臺(tái)上，統(tǒng)一配置國(guó)土資源檔案開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的環(huán)境，其他用戶(hù)只需在平臺(tái)上直接使用該環(huán)境，而無(wú)需自己構(gòu)建開(kāi)發(fā)環(huán)境。

檔案業(yè)務(wù)管理架構(gòu)：對(duì)于國(guó)土資源檔案而言，省級(jí)和市級(jí)館的業(yè)務(wù)基本上是一致的，只需在平臺(tái)上定制開(kāi)發(fā)好檔案業(yè)務(wù)管理流程，不同用戶(hù)就可以直接使用，無(wú)需再開(kāi)發(fā)。

2.3 省級(jí)國(guó)土資源檔案應(yīng)用云。在云計(jì)算的典型層級(jí)里面，應(yīng)用云亦稱(chēng)為軟件即服務(wù)（“SaaS”），也可稱(chēng)作應(yīng)用即服務(wù)（“AaaS”）。在這個(gè)層級(jí)里所進(jìn)行的事情，就是將整個(gè)應(yīng)用集合虛擬化并提供給最終用戶(hù)。省級(jí)國(guó)土資源檔案應(yīng)用云要構(gòu)建的，就是把國(guó)土資源檔案管理系統(tǒng)和利用系統(tǒng)整合集成并在云平臺(tái)上虛擬化，最終直接提供給各級(jí)檔案部門(mén)使用。

廣東省國(guó)土資源檔案“一張圖”云服務(wù)平臺(tái)，是最終要在省級(jí)國(guó)土資源檔案應(yīng)用云中體現(xiàn)的應(yīng)用系統(tǒng)。平臺(tái)框架以IaaS（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）和PaaS（平臺(tái)設(shè)施即服務(wù)）為基礎(chǔ)，基于GIS技術(shù)管理空間數(shù)據(jù)庫(kù)。平臺(tái)將面向廣東省國(guó)土資源檔案館和全省21個(gè)地市的國(guó)土資源檔案部門(mén)提供三方面的服務(wù)：國(guó)土資源檔案“一張圖”公共服務(wù)平臺(tái)面向公眾，提供最基本的檔案目錄服務(wù)，以后可以進(jìn)一步拓展至互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)國(guó)土資源檔案公有云的服務(wù)；國(guó)土資源檔案管理與利用服務(wù)平臺(tái)保障各級(jí)各檔案部門(mén)對(duì)檔案數(shù)據(jù)進(jìn)行技術(shù)保管并提供給外界應(yīng)用；國(guó)土資源檔案數(shù)據(jù)中心可以對(duì)國(guó)土空間數(shù)據(jù)檔案進(jìn)行多源異構(gòu)數(shù)據(jù)處理（包括矢量數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、位置匹配、拓?fù)錂z查、疊加分析等）、數(shù)據(jù)編輯和更新維護(hù)以及第三方公共服務(wù)集成起來(lái)。平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)以SOA規(guī)范為基礎(chǔ)，以O(shè)SGI標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各個(gè)服務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一封裝，為服務(wù)提供者提供統(tǒng)一的服務(wù)發(fā)布功能，為服務(wù)提供者和消費(fèi)者之間提供統(tǒng)一的通信方式。

3 結(jié)語(yǔ)

廣東省已經(jīng)具備構(gòu)建省級(jí)國(guó)土資源檔案云平臺(tái)的三個(gè)典型層級(jí)的條件，基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（“IaaS”）是對(duì)硬件資源的整合，形成資源池，平臺(tái)即服務(wù)（“PaaS”）則是對(duì)硬件資源的補(bǔ)充和切合，兩者共同形成了構(gòu)建應(yīng)用即服務(wù)（“AaaS”）條件。廣東省國(guó)土資源檔案館已經(jīng)基本完成了第三層級(jí)的平臺(tái)軟件開(kāi)發(fā)。構(gòu)建省級(jí)國(guó)土資源檔案云平臺(tái)優(yōu)點(diǎn)不言而喻：實(shí)現(xiàn)全省檔案信息資源共享，在檔案部門(mén)之間共同構(gòu)筑檔案信息共享池。各級(jí)檔案部門(mén)可以分享由省級(jí)云平臺(tái)提供的基礎(chǔ)設(shè)施，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，不再需要為了滿足用戶(hù)需求花費(fèi)大量的資金購(gòu)買(mǎi)更高級(jí)別的服務(wù)器等相關(guān)的硬件。另外，還可以解決各地檔案部門(mén)信息化人才短缺的問(wèn)題。因此，構(gòu)建廣東的省級(jí)國(guó)土資源檔案云平臺(tái)將為未來(lái)國(guó)土資源檔案信息化提供寬廣之路。

參考文獻(xiàn)：

[1]方昀，郭偉.云計(jì)算技術(shù)對(duì)檔案信息化的影響和啟示[J].檔案學(xué)研究，2010（04）：71～72.

[2]SUN公司.云計(jì)算架構(gòu)介紹白皮書(shū)[M]，第一版，2009（6）：2.

[3]祝慶軒，桑毓域，方昀.基于云計(jì)算的檔案信息資源共享模式研究[J].蘭臺(tái)世界.2011（7）：8.

[4]百度百科，虛擬化技術(shù).[2013-08-12].http：//baike.baidu.com/view/13605.htm？fr=aladdin.

（作者單位：廣東省國(guó)土資源檔案館 來(lái)稿日期：2014-08-15）