桌面云在高校圖書館的應用分析

王　苑,　楊昌輝

(合肥工業(yè)大學a.圖書館;b.管理學院，合肥　230009)

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桌面云在高校圖書館的應用分析

王苑a,楊昌輝b

(合肥工業(yè)大學a.圖書館;b.管理學院，合肥230009)

摘要：隨著云計算在高校圖書館的大力普及，桌面云的虛擬化技術在圖書館系統變革中的優(yōu)勢日益顯著。在分析了桌面應用現狀后，文章對高校圖書館桌面云的框架設計和應用場景進行了探討和分析。

關鍵詞：云計算；虛擬化；圖書館

一、引言

作為第二課堂的高校圖書館，擔負著為教學和科研服務的雙重責任。而在當前，高校圖書館在發(fā)展中卻也面臨著以下幾點亟待解決的問題：第一，讀者遠程借閱和閱覽無法通過傳統的VPN解決方案進行,而需要在保證圖書安全的前提條件下滿足讀者遠程借閱和閱覽的需求，將圖書館原來的內部應用發(fā)布到Internet；第二，一些高校已經開發(fā)的移動圖書館APP并不支持目前市場上的IOS設備和安卓等新的移動設備，使得一部分讀者無法在移動設備上進行借閱和瀏覽；第三，將圖書館一些應用開放給外網讀者以提供便利的同時，高校圖書館卻也因為開放外網訪問而使得現有的IT架構面臨著來自病毒、黑客攻擊等安全隱患；第四，在高校圖書館內，普遍存在著系統后臺服務器老化，傳統使用的無盤工作站軟件系統不穩(wěn)定，啟動緩慢等問題。當系統發(fā)生單點故障時，極有可能造成業(yè)務宕機，進而影響系統的可用性；第五，由于圖書館內部各專業(yè)部門之間分工不同，桌面應用的差異也較大，這就給IT部門帶來了較大的系統維護壓力，需要簡化IT管理。

針對以上問題，需要構建新型架構去支撐高校圖書館的運行和發(fā)展。而桌面云(DAAS ：Desktop As a Service)作為一種將服務器虛擬化和桌面虛擬化技術相結合的新型互聯網資源利用方式，其將最終用戶的數據、應用、桌面操作系統用虛擬化的技術從用戶的物理桌面上剝離出來，集中到數據中心，最大程度地保證應用數據的安全，減少維護的壓力，用戶也將更方便、靈活地應用各種終端、各種網絡在任何時間、地點訪問自己的桌面和應用。由于其“安全”“管理”“靈活”“綠色”的特性，越來越多的單位開始實施和部署桌面云[1]。

2015年1月30日，國務院印發(fā)了《關于促進云計算創(chuàng)新發(fā)展培育信息產業(yè)新業(yè)態(tài)的意見》，要求深化云計算在各重點領域的應用，提出政府部門及教育、醫(yī)療等行業(yè)要加大采購云計算服務的力度。采購云服務正在成為一種趨勢。云計算的主要技術包含服務器虛擬化、存儲虛擬化、網絡虛擬化、桌面虛擬化等。桌面虛擬化是虛擬化應用的新方向，其覆蓋的終端數最高，應用范圍也最廣[2]。目前，在國內，關于“圖書館、云計算”領域的研究論文已較多，但研究重點主要集中在云計算在圖書館應用的宏觀展望、云計算與信息資源共享、服務器虛擬化在圖書館中的應用等。2013年以來，桌面云在高校開始嘗試投入應用，最初用于科研軟件的集中發(fā)布，逐步拓展到實驗室、多媒體教室，圖書館辦公區(qū)和電子閱覽室。據筆者在CNKI(中國知網)輸入“桌面云and圖書館”或“圖書館and桌面虛擬化”查詢所知，近三年來，關于桌面云的研究論文共有15篇，且研究尚處于初級階段，主要就桌面云在圖書館應用的展望、桌面云在圖書館細分領域的應用展開分析，尚缺乏全面深入的桌面云在圖書館，尤其是高校圖書館整體應用方面的研究論文。

本文對高校圖書館應用現狀進行了梳理，重點分析了桌面云系統架構的關鍵技術，桌面云系統的設計方案以及實施桌面云系統的效果情況，并指出了當前桌面應用存在的一些問題，旨在深入探索桌面云在圖書館各部門運行的實踐意義和價值。

二、桌面云的關鍵技術分析

1.桌面云的系統架構

桌面云打破了傳統IT架構硬件和軟件的硬耦合，利用虛擬化技術實現了服務器平臺和終端的對話，所有后臺應用系統都加載在服務器上，應用程序在虛擬化平臺上運行后，終端接收的只是虛擬化平臺運行范圍的屏幕畫面[3]。終端和服務器平臺之間通過桌面云傳輸協議來進行對話交互。

典型的桌面云架構主要包含云平臺和終端兩層，其中云平臺主要包含服務器集群、存儲、網絡交換機、防火墻、負載均衡設備以及桌面虛擬化軟件；云終端可以為各類PC設備、瘦客戶機、顯示器、PAD、智能手機等接入設備。在桌面云的系統架構中，用戶通過終端設備(瘦終端、平板或安裝在PC上的桌面云軟件)訪問接入服務器，接入服務器將用戶信息提供給桌面管理服務器，桌面服務器通過認證服務器對用戶身份進行認證，驗證成功后在數據庫服務器上找出具有訪問權限的用戶訪問桌面云，平臺通過傳輸協議實現桌面與用戶終端的鏈接。筆者認為主要需要從以下三個方面來實現高校圖書館桌面云平臺的架構：

一是重新開發(fā)新的、更加適合高校圖書館現實情況的應用技術，以便為各種需求的用戶提供更加完善的閱覽服務與技術支撐；二是優(yōu)化底層硬件算法技術，利于實現高校圖書館硬件集群；三是建立虛擬計算服務技術，保障圖書館用戶的服務托管、個人應用等順利實現。協調論文寫作存儲、動態(tài)跟蹤、RSS、在線協同辦公或其他個人用戶文獻檢索等服務。

2.桌面云的開放接口(API)

由于高校圖書館的桌面云服務平臺服務的內容和對象不盡相同，因此需要提供不同的開放式服務接口，以方便不同的使用者更加快速、便捷地使用操作，這其中，筆者認為主要應該包括以下幾個層面的接口：一是統一的高校圖書館服務界面接口，主要面向各種不同使用目的的讀者以及查詢者等終端公共用戶；二是面向高校圖書館圖書借閱的軟件租用接口，以方便不同借閱者從不同終端如手機、pad等移動終端快速便捷地進行圖書借閱等；三是面向高校圖書館的服務器集群接口；四是面向高校圖書館的數據托管接口。

3.桌面云的傳輸協議

桌面云的傳輸協議是桌面虛擬化技術的核心，協議效率決定了用戶桌面使用的最終體驗。遠程連接協議負責桌面客戶端和遠程桌面之間的信息封裝和傳送，包括：桌面屏幕變化信息、音頻信息、視頻信息、外設映射信息等。通過傳輸協議，將云端與本地進行連接，信息傳送需要進行信息壓縮、解密，客戶端進行解壓和解密，保證信息傳送的高效和安全。不同協議由于底層實現方式有所不同，導致針對功能支持和實現效果都不同[4]。目前提供桌面虛擬化解決方案的國內外廠商都有自己的協議，以下對華為、Citrix等五種傳輸協議進行了對比和分析，見表1：

表1　主流桌面云協議對比

目前以Citrix為代表的ICA協議是業(yè)界公認的性能優(yōu)良、客戶體驗(視頻、音頻播放、用戶外放設備支持等)流暢，傳輸安全性、穩(wěn)定性較高的協議，在當前復雜的網絡環(huán)境下對傳輸帶寬要求較低，保證了客戶良好的使用體驗[5]。另外，基于SPICE開源的桌面虛擬化協議，搭配KVM使用圖像傳輸性能也較好，進入門檻低，吸引了很多國內優(yōu)秀的云計算初創(chuàng)企業(yè)基于該協議進行開發(fā)，有很好的發(fā)展前景。

在教育行業(yè)中，推動建設高校圖書館桌面云，以信息化帶動教育現代化，能為學生提供更加開放、便捷的學習資源。目前，Citrix公司本著降低終端投入、實現高效管理、延長設備使用壽命、提高整體安全性、適應教育教學改動的需要的目的，通過桌面云已實現了以下幾個方面的應用場景和服務形式：

a.校園云。將計算、存儲以及數據資源服務，通過網絡提供給教師和學生。

b.遠程教學/遠程實驗室。遠程訪問機房環(huán)境，便捷訪問托管桌面。

c.高效的學習實驗室/機房?？梢钥焖俑孪到y環(huán)境，實現用戶數據永久保存，安全性高，易管理。

d.流動式圖書館。自動查詢終端，鎖定的工作環(huán)境以及定時系統重置。

e.教師在不同教室間漫游。實現遠程備課，重要的課件和資料集中存儲，以及永久的工作環(huán)境和在不同的多媒體教室間漫游。

f.綠色校園。實現節(jié)能減排，綠色IT。

三、高校圖書館的桌面云系統設計

1.高校圖書館的桌面云應用場景分析

第一，館員工作桌面應用。針對不同的業(yè)務部門，桌面云的應用可實行定制化。采取應用虛擬化交付，針對館員的實際工作需要，定制統一界面、數據共享、系統穩(wěn)定和性能優(yōu)良的服務桌面，館員在自己的工作桌面上只能看到與工作相關的應用和模塊，這在整合資源配置的同時，也減少了后臺運行成本。

第二，電子閱覽室。電子閱覽室是圖書館信息化服務的基本項目之一，電腦數量龐大，極易出現系統故障，采用池化云桌面(VDI)進行交付后，讀者訪問速度會明顯加快，管理人員對系統更新、軟件安裝、病毒查殺、安全策略設置等維護操作時只需要在虛擬化平臺進行統一操作即可，大幅降低了維護壓力；同時，讀者的上機記錄隨時保留可查，敏感應用可錄像保存；另一方面，電子閱覽室也可減少相關技術人員的配備、降低能耗、節(jié)約設備采購和更新資金。在未來可以把電子閱覽室目前的管理系統和圖書館后期的統一身份認證系統對接，為讀者提供無縫的電子閱讀體驗。

第三，移動圖書館服務。構建移動圖書館，無論是互聯網讀者、廣域網讀者還是內網讀者，能夠支持各種終端設備，尤其是近期興起的平板設備熱潮，包括surface以及基于Android的移動平臺和基于IOS的IPad等，我們均可以實現在這些移動設備上正常借閱，但是無法輕易取走數據；另一方面，保障了數據安全性，減少了對終端設備和帶寬的依賴性，增加了訪問的靈活性。

第四，檢索終端桌面服務。 目前，分布在流通等部門的館藏書目檢索終端一般都采用PC或瘦終端實現，設備老化、管理維護難、讀者使用感知較差。通過應用虛擬化進行交付后，一方面桌面云終端只需要發(fā)布常用的館藏書目查詢應用即可，訪問速度會大幅提高；另一方面，云終端采用了無風扇設計，能耗低、噪音小、故障率極少。

第五，業(yè)務審計錄像監(jiān)控。對于關鍵業(yè)務系統、敏感數據的操作，桌面云可以實現功能強大的操作監(jiān)控，對鼠標移動、擊鍵信息等屏幕更新錄像進行監(jiān)控，對用戶、具體應用、終端或者服務器靈活設置監(jiān)控，強化審計，一旦發(fā)生安全事故時可對具體操作進行回溯追責。

2.高校圖書館的桌面云平臺架構

第一，總體架構。根據以上高校圖書館的應用場景，設計出一種面向高校圖書館的應用交付云平臺架構。在這個架構下，平臺被分為四部分，終端層、防火墻層、虛擬桌面層、應用層，各部分之間使用WLAN和防火墻嚴格隔離，只放開訪問必須的端口。將用戶隔離后對后臺服務器有很好的保護，所有的個人桌面、應用、文檔都被集中控制在虛擬桌面層。所以當用戶使用各種終端接入接口服務器(WI/SF),需要通過域控制服務器(AD)驗證身份信息，在基礎架構服務集群控制下，才能訪問分配給他的虛擬桌面，通過分配桌面訪問后臺系統。從服務器端到終端網段所有通訊都被安全接入網關封裝在加密通道內，具體如下圖1所示：

圖1　面向高校圖書館的桌面云平臺架構

第二，具體場景的應用設計。不同瀏覽目的的讀者通過圖書館桌面云，借助自己的便攜式筆記本電腦即可獲得所需要的桌面環(huán)境，實現遠程借閱或瀏覽圖書館館藏資源。目前，大部分高校的圖書館IT管理尚屬于分散式管理。IT管理員工作難度大，系統更新頻繁且穩(wěn)定性較低，設備利用率不高，讀者破壞意圖較為強烈，各種病毒木馬等惡意攻擊流行。而當讀者借助桌面云實現遠程借閱和閱覽時，將可以保證圖書館數據的安全性并降低日常維護的開銷。

目前，一些高校自行開發(fā)的移動圖書館APP中，有許多界面簡單、功能不完善、支持的移動終端不夠全面，對IOS設備和一些新的安卓移動設備并不支持，以致讀者使用體驗較差。而重新開發(fā)APP將需投入相對較大的資金，并增加維護人員。桌面云很好地實現了對這些不同移動終端的支持，使持有不同終端設備的讀者均可輕松訪問。

目前，數據資料安全可控是各大高校圖書館最為核心的一環(huán)。而桌面云方案將數據集成存儲、集中計算，其細顆粒度策略能確保數據安全并且不改變用戶使用習慣。通過桌面云，圖書館將可以有效控制外網訪問讀者，確?，F有圖書館數據庫和IT架構的安全性，詳見下圖2。

圖2　桌面云保障系統可用性

高校圖書館通過桌面云方案，將可增加PC硬件使用周期，減少采購費用，實現簡化IT管理，提高業(yè)務的連續(xù)性，避免因為單點故障而造成業(yè)務宕機，保障了系統的可用性，詳見下圖3。

圖3　桌面云簡化IT管理

由于圖書館內部各專業(yè)部門之間分工不同，桌面應用的差異也較大，給IT部門帶來的系統維護壓力較大。如采編部日常使用的圖書館自動化系統的采訪、編目和典藏的功能模塊的數據銜接，咨詢部的中外文數據查詢的頻繁切換等問題，各部門桌面應用程序不同，安裝維護的工作量也就加大。而電子閱覽室電腦數量最集中，日常管理也更繁瑣。對管理人員來說，每位讀者的到訪都需要進行一次開機，開賬號的步驟，如果遇到機器死機，還需要重復這一操作。而讀者也反映機器非常慢，使用體驗差，并且讀者在閱覽室上網行為無法得到監(jiān)管，也會存在一些安全風險。而通過桌面云，這些問題均可得到很好的解決。

3.高校桌面云的配置選型

針對不同類型用戶對高校圖書館桌面云的使用，如：教育科研人員需要集中存儲科研成果，按需分配科研所需軟硬件環(huán)境；學生上機環(huán)境集中管理、快速部署；校領導及教師隨時圖書館辦公；學生通過自己的移動終端獲得所需要的圖書館桌面環(huán)境；圖書館檢索系統的運行維護等。筆者分析了上述情況，根據圖書館桌面總數、具體應用場景的差異性、桌面應用的配置等，得出整體方案的實施成本，具體包含服務器、存儲、網絡設備選型等。

以某大學圖書館400臺桌面云設計為例，其中圖書館工作人員辦公用機約80臺，主要分布在采編部、咨詢部、辦公室等部門，電子閱覽室4個，約270臺，終端檢索機50臺?？傮w設計的目標是要在降低計算機管理維護成本的同時提升館員、讀者的應用需求和良好的使用體驗。筆者根據桌面虛擬化的相關案例和實踐，設定方案規(guī)劃中的選型原則，如下表2所示:

表2　面向高校圖書館的桌面云資源需求模型

根據上述方案的規(guī)劃：終端檢索、電子閱覽室、流通部辦公用機應用環(huán)境相對較低，因此在桌面配置上，設定2核CPU,2G內存，操作系統選擇資源消耗較少的Windows XP操作系統；咨詢部、采編部等核心業(yè)務部門業(yè)務處理任務較重，配置4核CPU、4G內存、Windows 7操作系統足以勝任目前主流應用程序；根據以上測算原則，計算出圖書館共需CPU 892核，內存926G。

目前主流物理服務器配置為2路6核128G內存，因此從內存的角度來說，926/128約為8臺物理服務器可以滿足需求；從CPU的角度來說，一般桌面的虛擬化比率在8左右，因此需要物理服務器配置大概為892/2/6/8約在9臺左右；為尋求服務器CPU和內存的平衡，同時考慮系統容災需求，可采用“N+1”服務器配置，需要服務器10臺，合計成本約50萬元。

存儲按照每用戶50G的存儲空間，400用戶最少20T存儲空間?？紤]到系統的容災備份，磁盤配置RAID10存儲，雖然存儲利用率較低，但是安全性較高，IO讀寫性能較強?；谝陨弦蛩?，將配置物理存儲40T以上，IOPS不低于10 000的FC-SAN存儲，合計投資約40萬。根據該平臺的建設需求，還需要配置千兆24接口FC-SAN光纖交換機4臺，防火墻設備2臺，負載均衡設備2臺等，合計成本約40萬元。

400個桌面虛擬化軟件授權價格約60萬元。綜合以上配置，預測該項目合計硬件投資190萬元左右，考慮到15%的系統集成費用，累計投資在220萬元左右，400臺平均單桌面成本在5 500元左右。

四、預期效果分析

桌面云具有易于安裝、易于使用、易于管理、易于擴展的良好功能，其可實現服務器整合，從而節(jié)省高校圖書館硬件成本，降低機房制冷、耗電、場地等的開銷，提高硬件整體利用率，快速實現災難恢復，快速創(chuàng)建測試系統等。通過桌面云，將可實現應用權限的智能識別以及遠程鎖定和擦除等功能。

1.管理和服務模式改變

圖書館通過桌面云的實施一方面改變了現有IT的管理和運維模式，館員可以更高速、穩(wěn)定地訪問桌面應用，確保了日常工作的連續(xù)性；技術人員的工作界面統一，管理集中，工作量減少，效率提高；實現了業(yè)務數據集中，系統安全性大幅增強；讀者可以通過任何設備、任何時間、任何地點訪問移動圖書館，有效提升了圖書館的服務形象。

2.圖書館藏資源共享模式的優(yōu)化

第一，無縫對接OPAC系統。 圖書館公共目錄檢索系統(OPAC)是科研需求、搜索情報的切入點，是圖書館網頁職能的體現。傳統的查詢方式是在到館的情況下，通過服務大廳的終端檢索設備進行瀏覽、閱讀，易遇到排隊擁擠、查詢系統宕機的問題。而桌面云的檢索終端，尤其是移動終端，能夠支持主流的桌面操作系統，可以實現無縫對接國內外文獻信息和數據庫，突破時空限制，實現館藏資源的異地共享。第二，異構信息資源共享的云終端。作為蘊藏多元化信息資源和科研成果的高校圖書館，在“互聯網+”的浪潮中，要想實現最大深度和廣度上的資源共享模式，提高知識傳播的核心競爭力，還是要借力于云環(huán)境的虛擬化技術[6]?！度珖矆D書館事業(yè)發(fā)展“十二五規(guī)劃”》提出繼續(xù)實施文化共享工程，建設覆蓋全國的數字圖書館虛擬網、互聯互通的數字圖書館系統平臺和海量分布的數字資源庫群，通過虛擬化技術將資源整合形成龐大的高速計算和存儲網絡，在圖書館經費并不充裕的前提下，大大減少對自有硬件資源的依賴，也為用戶大開方便之門，實現經濟型共享資源模式，只需用戶有一臺接入網絡的終端就可以相對低廉的成本獲取所需的信息和資料。

3.優(yōu)化資源，節(jié)能減排

桌面虛擬化技術覆蓋到整個高校圖書館的業(yè)務工作后，特別是擁有龐大數量的電子閱覽室后，瘦客戶機的優(yōu)越性日益顯著，圖書館的用電成本和能源消耗大幅下降，也為創(chuàng)建低碳節(jié)約型校園添磚加瓦。另一方面,雖然桌面云的一次性硬件投資高于普通PC，但是其整體TCO(Total Cost of Ownership)要遠低于PC成本[7]。

五 、結束語

云計算的出現改變了傳統高校圖書館的管理、服務、工作流程，是未來互聯網發(fā)展的方向[8]。在當前“互聯網+”的業(yè)務背景下，云計算未來必將深刻影響高校圖書館，給行業(yè)帶來煥然一新的變化。桌面云的時代下，IT的入口已經改變，未來和新一代圖書管理系統有效融合后，將成為下一代圖書館IT架構的基本模式。同時大量的數據集中后，為未來數據資源的整合提供了可能，高校圖書館、社會圖書館可以通過云的架構實現信息資源的共享，為公眾提供更廣泛的服務。

參考文獻：

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[6]王峰，江峰，李朝陽.虛擬桌面及關鍵技術分析[J].電信技術,2011，(1):24-26.

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[8]馮磊.淺談桌面虛擬化技術在圖書館中的應用前景[J].晉圖學刊,2011，(1):37-40.

(責任編輯蔣濤涌)

Analysis of the Application of Desktop Cloud in University Library

WANG Yuana,YANG Chang-huib

(a.Library; b.School of Management, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

Abstract:The advantages of desktop virtualization technology become more and more significant with the rapid growth of cloud computing in university library. This paper analyzes the current situation of desktop applications, and discusses the framework design and application scenario of desktop cloud in university library.

Key words:cloud computing; virtualization; library

中圖分類號：G250.72

文獻標志碼：A

文章編號：1008-3634(2016)01-0133-07

作者簡介：王苑(1981-)，女，浙江嘉興人，館員。

基金項目：安徽省哲學社會科學規(guī)劃項目(AHSKY2014D22)

收稿日期：2015-05-04