区域图书馆数据中心IaaS建设研究

（深圳图书馆 广东深圳 518036）

1 引言

2006年，我国颁布了《中华人民共和国国民经济和社会发展十一个五年规划纲要》与《国家“十一五”时期文化发展规划纲要》，纲要明确提出将“覆盖全社会的公共文化服务体系”，“基本公共文化服务普遍均等”纳入本时期重要的社会发展目标。〔1〕在政府的强力引导与行业文化自觉的推动下，全国各地开始了以图书馆总分馆制、图书馆联盟、图书馆服务网络等为代表的公共图书馆一体化服务体系建设。

在公共图书馆服务一体化建设过程中，需要有遍布本区域的基层图书馆和技术力量比较强大的中心图书馆。基层图书馆在中心图书馆搭建的统一服务技术平台上聚焦于专业的图书馆服务；中心图书馆则通过集成本区域内各基层图书馆的计算资源、网络资源、存储资源、人力资源以及应用系统等，形成区域图书馆的数据中心，为各基层图书馆提供强有力的技术支撑，二者分工明确，相得益彰。

现代科技特别是云计算技术的发展，为中心图书馆数据中心建设提供了良好的技术基础。在经历前期的喧嚣与沉淀，云计算在IT界得到了广泛的认可，在图书馆界也得到了实际应用，它正好契合图书馆服务一体化的发展理念，也正好契合图书馆数据中心建设，并在图书馆数据中心的升级、改造和更新中得到吸收和采用。〔2〕从表现形态来看，云计算可以分为IaaS、SaaS和PaaS三种服务模式，本文主要探讨IT基础设施云IaaS的建设。

2 图书馆传统IT系统应用现状与对策

2.1 应用现状

在非云架构的图书馆数据中心，一个图书馆业务应用投入运行前，IT系统管理员要根据应用系统的需求和目的准备一个固定的IT资源，过程复杂，周期较长，往往一个IT应用系统所占有的计算资源、存储资源和网络资源是独立的。在这种传统的计算机网络应用架构和模式下，由于不可能对业务应用独占的IT资源进行动态分配，必然造成了数据中心业务应用密度低、硬件资源利用率低，在有限的物理空间内IT系统难以满足应用的发展变化、灵活部署和快速维护。〔3〕另外，一个区域中的所有图书馆，无论大小，为了应对服务的需求，跟上业务处理自动化、网络化的步伐，投入不少的精力去建立自己的数据中心，部署五脏俱全的硬件基础设备和各种应用系统，从专业技术人才力量、建设资金投入、基础资源利用、管理维护成本等方面考虑都是值得图书馆界深思的。因此，区域中心图书馆有必要建立具有新一代智能弹性架构的数据中心，减少不必要的重复投入，降低区域图书馆IT建设、管理和维护的总成本。

2.2 对策

在区域内由中心图书馆建设云架构数据中心，并聚集相应的技术支撑力量进行IT系统的运维，而此区域的基层图书馆可以通过互联网或其他特定的广域网从中心图书馆数据中心按需获取IT基础资源，在完善的、规模化的云计算架构计算机网络环境中，逐步得到计算服务、存储服务和网络服务，这种图书馆IaaS云服务模式更加注重具有较多IT资源的大中型图书馆合作，形成分布式的云计算资源。

由于图书馆重点工作在于业务应用和读者服务，基层图书馆现有的极少数IT技术人员、较少的资金规模均无法支持IT系统的建设和维护，也谈不上应用系统开发、数据库系统的维护等高技术层面的支撑，因此建设区域性的IaaS数据中心尤为必要。虽然目前IaaS云服务在图书馆界极为少见，但是政府和图书馆的IT管理者开始认识到融合和整合本区域图书馆界的硬件资源、软件资源和数据资源所具有的极大优点。随着云计算的技术条件步入成熟，以及图书馆对区域性的IaaS数据中心需求开始增多，政府所提供的经济条件开始具备，图书馆IaaS数据中心将逐渐进入规模化建设和应用阶段。

3 区域图书馆数据中心IaaS构建

IaaS数据中心正经历从整合、虚拟化到业务变化编排自动化的发展进程。

虚拟化是IaaS数据中心构建最重要的技术之一，涵盖服务器虚拟化、存储虚拟化和网络虚拟化。调查显示，全球多数的数据中心的资源利用率在15%～20%之间，通过整合、虚拟化技术可以实现50%～60%的利用率。〔4〕如图1所示，IaaS数据中心需在逻辑上和物理上将特定区域的图书馆服务器、存储和网络等资源进行大规模的集中和融合，通过整合或共享物理资产来提高资源利用率，形成规模化的计算资源池、存储资源池和网络资源池，在统一管理平台中实现对资源的快速部署、重组部署和业务编排自动化，以满足图书馆IT业务变化和发展的需要，建设节能高效的图书馆和绿色数据中心，为区域基层图书馆提供高效的IaaS服务。

图1 图书馆云计算数据中心架构图

在图书馆IaaS数据中心建设中，基础资源虚拟化和业务管理自动化是不可或缺的重要技术应用。

3.1 基础资源虚拟化

区域中心图书馆要建设IaaS 数据中心，首先要分析提供图书馆IaaS云服务范围内图书馆业务应用需要的服务器、存储和网络的物理IT资源需求，并将服务器、存储和网络等资源进行整合和重新规划，采用虚拟化技术，形成虚拟IT资源池，简化IT系统管理、优化IT基础资源，再通过智能的管理和调度系统，将资源池中的资源根据不同图书馆的应用需求分配到不同的应用处理系统，灵活地为应用提供资源调配与部署，按需向区域基层图书馆提供IT资源服务，发挥IT资源的全部潜力。〔5〕

3.1.1 服务器虚拟化

服务器虚拟化也称为计算虚拟化，就是采用虚拟化技术将服务器物理资源抽象成逻辑资源。简单地说，就是让一台物理服务器变成几台、几十台乃至上百台相互隔离的虚拟服务器。虚拟化技术使得服务器中的CPU、内存、磁盘、I/O等硬件变成可以动态管理的逻辑“计算资源池”， 通过区分资源的优先次序，随时根据动态的变化将服务器资源分配给最需要的业务，提升单个业务承担应用负载峰值的能力。虚拟化技术实现了区域中心图书馆服务器资源的整合，提高了资源利用率，简化了系统管理，让IT系统对图书馆业务云服务的变化更具适应力。

3.1.2 存储虚拟化

存储虚拟化的方式是将资源的逻辑映像与物理存储分开，展现给图书馆系统管理员的是一套简化的、虚拟的资源逻辑视图。对图书馆IaaS数据中心来说，虚拟化的存储资源就像是一个巨大的“存储池”，读者和工作人员完全看不到具体的磁盘、磁带位置和状况，也无需了解数据经过的路径和保存的具体存储设备。从存储资源的管理方面来看，采取集中化统一管理平台对虚拟存储资源池进行智能调度，通过统一管理平台进行资源分配、资源回收以及资源利用情况的监控，并根据具体的需求把存储资源动态地分配给图书馆任何一个必要的业务应用，将使存储空间得到更加合理的利用。

3.1.3 网络虚拟化

网络虚拟化是中心图书馆整合本馆的网络资源，通过多虚一模式、一虚多模式或混合模式虚拟化形成“网络资源池”，然后重新规划核心层和接入层，形成具有弹性架构的新一代智能网络交换系统，并通过网络的信息感知，联动计算资源和存储资源动态迁移和调整，使得中心图书馆在网络资源的管理和利用上更加灵活地支持区域图书馆的云服务。

3.2 业务管理自动化

随着IT 系统在图书馆应用越来越深入，其承载的图书馆业务系统将越来越复杂，面向功能的独立管理系统由于标准不统一，很难适应图书馆IT 设施的变化或核心应用的调整。图书馆IT基础设施虚拟化后，一个融合的IT 基础架构管理平台屏蔽了不同厂商、不同型号IT设备的差异和内部细节，管理对象变成了虚拟的、可灵活迁移的资源。通过面向图书馆业务的编排和调度，实现业务应用与基础资源的合理分配，解决不同的图书馆业务应用在不同时间中对基础资源的使用所存在的忙闲不均的问题。

图书馆IT系统管理员要完成业务应用编排自动化，首先要收集整理网络功能、服务器能力和存储容量等基础资源，建立抽象的资源和功能模型，然后对它们进行参数赋值，形成可分发的服务模型。接着我们对每个具体的业务应用进行需求分析和等级定位，组合编排服务模型形成可用的图书馆业务实例，之后应用系统的建立、复制、调整、优化、部署和维护等都将由系统自动快速地完成。〔6〕图书馆IT系统管理员将因管理自动化而大大受益，他们从云计算的建立、调整、扩容、维护等繁杂的工作任务中解脱出来，将更多的精力投入到为基层图书馆提供高质量的图书馆IaaS服务中去。

3.3 图书馆数据中心IaaS构建实例

深圳图书馆作为深圳市“图书馆之城”的中心图书馆，于2013年开始整合服务器资源、网络资源和存储资源，至今计算虚拟化和网络虚拟化已基本完成，紧接着计划着手存储资源虚拟化。

按照云计算架构重组数据中心的基础资源，逐步淘汰独立服务器运行单个应用的模式，深圳图书馆将在近五十台虚拟服务器中安装运行实时参考系统、SOLARWINDS网络管理系统、图书馆之城中心管理系统等十多个应用系统。为了方便虚拟服务器的快速部署和维护，IT系统管理员建立了不同的应用模型实例，应用系统可以按需在不同的虚拟服务器间迁移，也可以根据应用的变化随时调整虚拟服务器挂接的存储空间。在网络资源融合方面，核心网络交换机、核心防火墙均进行多虚一的整合，网络交换性能得到叠加，广域网信息处理能力大大提高，网络层次更加简化，管理维护更加智能。

深圳图书馆数据中心已逐步向云计算架构转型，并已向各区图书馆和分馆免费提供图书馆之城中心管理系统及其BS/CS虚拟应用服务器，在统一应用和管理平台上运行的业务系统包括采编、流通、典藏、统计、OPAC、自助服务、专题资源加工、电子阅览室管理等。由于深圳图书馆提供的应用软件平台、配套的服务器资源和存储资源涵盖了图书馆的主要业务，因此各区图书馆逐步减少了IT系统的建设与维护投入，社区图书馆基本不需要服务器和存储系统，具备联网条件后就可利用深圳图书馆的计算资源和存储资源进行全面的读者服务。目前，深圳图书馆正在升级数据中心向云计算架构深化，IT系统具备了弹性智能的架构，形成了区域性图书馆私有云的雏形，逐步向深圳地区的基层图书馆开放IT资源，提供IaaS云服务，大大地降低了深圳市图书馆IT系统建设、管理和维护的总成本。

3.4 区域图书馆IaaS必须面对和解决的问题

3.4.1 建立一个各馆联盟的技术组织

为了使区域中心图书馆云架构数据中心更好地向中小型图书馆提供IaaS云服务，需要建立一个以中心图书馆IT技术力量为主的，联合各中小型图书馆为辅的联盟技术组织，共同制定和遵守IaaS日常运行维护规范。区域中小型图书馆需要有少量技术人员与中心图书馆进行技术对接与沟通，及时处理本馆客户端的应用问题，向中心图书馆数据中心反映相关应用故障现象，这是IaaS云服务质量保证的重要环节之一。

3.4.2 区域图书馆IT资源互补整合

区域中心图书馆在IaaS建设起步时，往往会遇到计算资源和存储资源的不足问题。众所周知，基础资源的建设常常是需要一两年甚至更长的时间才能得以解决。因此，不能仅看到一个图书馆的资源，而是要在区域各图书馆中去寻求整合，如有的图书馆存储资源丰富，有的图书馆高端服务器较多，那么区域中心图书馆就可通过高带宽广域网，将资源纳入虚拟化资源池进行统一调配和管理，形成区域分布式的资源架构。值得一提的是，整合区域图书馆基础资源，需要两馆之间具备高Qos带宽的广域网连接，如MPLS VPN、光纤专线等接入。

3.4.3 应用与数据的安全保障

区域基层图书馆希望得到IaaS云服务，但往往对服务质量和数据安全心存顾虑。为了让中小型图书馆放心地享受区域IaaS云服务，区域中心图书馆从自身职能定位出发,一方面可与基层图书馆签订责任协议，主动承担IaaS服务质量责任和数据安全保障责任,并对响应与恢复时间提出明确的要求；另一方面区域中心图书馆要采取一切必要的技术措施，确保云平台的高可用,如部署网络入侵检测设备应对网络攻击,服务器高可用性集群避免硬件单点故障,完善用户认证机制并强化应用层安全漏洞扫描从而提升应用系统安全性，本地和远程容灾系统确保数据安全,以及严格执行相应的网络管理制度等等。

4 IaaS云架构数据中心是未来图书馆发展的趋势

从以下三个方面分析，建设和发展区域性图书馆IaaS数据中心，形成区域性图书馆IaaS云服务，将是今后图书馆IT应用的主要模式。

4.1 技术力量和基础资源条件

基层图书馆由于人员编制少，IT系统规模较小，不具备招募和储备高端计算机网络人才以及缺乏建设云计算数据中心的IT技术人才。而区域中心图书馆的IT应用数量大且集中，大量的IT基础资源和大规模的IT系统运行方式具备了云计算和云服务的基础，这种需求和条件吸引了众多高端计算机网络专业人才聚集，因而在技术力量方面具备了建立IaaS数据中心的能力，在设备资源与广域网资源方面具备了提供云服务的基础。

4.2 建设资金保障

基层图书馆由于规模小，服务覆盖的范围有限，难以依靠区、县、镇等政府的有限拨款来建设较大规模资金投入的IaaS数据中心。区域中心图书馆一般为市、省级公共图书馆，其资金来源于市、省级财政，从减少重复投资，图书馆业务指导关联性，以及服务覆盖范围等方面因素考虑，容易取得政府的支持，得到相应的建设资金以支持云计算建设和云服务的开展。

4.3 管理和维护成本

区域中心图书馆的项目经费和年度经费预算相对比较充足，后期维护的经费来源有保障，从保护现有投资角度，大幅降低区域图书馆IT系统维护投入总成本（TCO），以及拥有的系统维护能力和承担区域中心图书馆职责等方面来看，必须要安全地、高效地维持云计算数据中心的运转。而基层图书馆应该把有限的经费和力量投入到日常的业务应用与读者服务中去，从IT技术管理和维护中解脱出来，将主要精力关注于图书馆软性实力的提升和服务的增值。

1. 公共图书馆研究院. 中国公共图书馆发展蓝皮书(2010). 深圳：海天出版社,2010

2. Michael Miller. 史美林 等译. 云计算. 北京：机械工业出版社，2009

3. IBM中国研究院虚拟化与云计算小组. 虚拟化与云计算. 北京：电子工业出版社，2009

4. IBM云计算中心. 智慧的云计算：物联网发展的基石. 北京：电子工业出版社，2010

5. IBM中国研究院虚拟化与云计算小组. 云计算实践之道：战略蓝图与技术架构. 北京：电子工业出版社，2011

6. 杭州华三通信技术有限公司. 新一代网络建设理论与实践.北京：电子工业出版社，2011