CALIS数字图书馆云服务平台模型

1、 CAL I S 数字图书馆云服务平台模型t 王文清 陈 凌摘要 结合云计算、SaaS 、W eb2.0、SOA 等技术,基于CAL I S /十五0成果和三期建设目标,提出了CAL I S 云战略和相应的数字图书馆云服务平台(即N ebula 平台模型。该模型适合于构建大型分布式的公共数字图书馆服务网络,能将分布在互联网中各个图书馆的资源和服务整合为一个整体,形成一个可控的自适应的新型服务体系,通过对各种服务进行动态管理和分配,来满足不同层次和规模的数字图书馆需求,支持馆际透明的协作和服务获取,支持多馆资源的共建和共享,具有自适应扩展的能力。文中描述了N ebula 云服务平台总体模型和主要

2、服务功能,描述了平台的整合机制(包括开放接口和服务整合方式等,给出数字图书馆公有云、私有云和混合云的构建方式,最后论述该平台需要解决的部分关键问题并介绍其进展情况。关键词 数字图书馆 云计算 云服务 服务集成 C ALI S1 引言中国高等教育文献保障系统(China A cade m ic Librar y I n for m ati o n Syste m,简称CALIS通过二期(即/十五0项目建设,已初步建成了分布式中国高等教育数字图书馆系统1,其中部分应用系统已经在上百个成员馆和多个省中心部署和使用。C ALI S 三期项目的建设目标是为全国近2000个高校成员馆提供标准化、低成本、自

3、适应、可扩展的数字图书馆统一服务和集成平台,这些馆通过彼此互联,构成全国高校数字图书馆三级共建和共享服务以及多馆服务协作的联合体系,共同为高校师生提供全方位的文献服务、咨询服务、电子商务和个性化服务。C ALI S 三期建设的难点在于既要建立多级共建共享中心,又要为不同规模的高校图书馆提供低成本、本地化的数字图书馆解决方案,同时,这些中心和图书馆又能彼此互联,具有很好的扩展性和灵活性。云计算(C l o ud Co m puti n g 是一种将分布式计算、网格计算23、并行计算以及Internet 结合起来的新的I T 资源提供模式456,能将动态、可伸缩的I T 计算资源以服务方式通过I

4、n ter net 提供给用户。狭义上的云计算是指用虚拟技术构建的虚拟化数据中心,将分布在大量的计算机和存储设备(包括本地或远程设备上的计算和存储资源(包括内存、I/O 设备、存储、带宽、计算能力等集中起来成为一个虚拟的资源池,以服务方式按需(免费或租用提供给网络用户。这种云计算被称为/基础设施即服务0(IaaS,Infrastructure as a Serv ice ,也被称为/硬件即服务0(H aaS,H ardware as a Serv ice 。Am azon 的E2和E3是这类模式的代表7。广义上的云计算还包括软件即服务SaaS (Soft w re as a Serv i c

5、e、平台即服务PaaS(Platfor m as a Serv i c e等多种服务模式。SaaS 通过浏览器把程序以服务方式交付给用户,向用户收取服务费。用户通过互联网使用程序,降低在服务器和软件授权的购买和系统运维上的成本;供应商只需统一安装和维护一套软硬件系统,如Salesforce .co m 8等。很多SaaS 还提供了开放API ,让开发者能够开发更多的互联网应用。PaaS 把开发环境、应用程序运行环境、数据库环境等作为一种服务来提供给开发商,由后者开发程序并通过互联网提供给用户。这类服务商有Sa lesforce 的网络应用软件平台force .co m 9和Goog le 的应

6、用软件引擎Goog le A ppEng ine10等。总之,云计算的内涵非常丰富。云计算不仅包括以服务为交付模式的计算和存储基础设施,还包括虚拟主机租用、应用服务环境租用、数据库环境租用、编程模型、数据服务(Data as a Serv ice、商业流13专稿:云计算与图书馆 程服务(Process as a Serv ice、应用服务(Applicati o n as a Serv ice等各种模式111213。云计算具有这样的特性:对资源动态分配、以w eb 为中心、交付的是服务。云计算为CALIS 三期建设提供了新的思路和可行的技术路线,应用云计算对于C ALI S 完成三期建设目标将

7、起到至关重要的作用。 结合云计算、SaaS 、W eb2.0、SOA 等技术,基于C ALI S 十五成果、三期建设目标和未来发展方向,本文提出了CALIS 数字图书馆云战略:即设计和开发C ALI S 数字图书馆云服务平台(称为Nebu la 平台,构建多级CALIS 数字图书馆云服务中心,为高校用户提供各种类型的数字图书馆服务,同时为图书馆提供本地化的数字图书馆云计算解决方案。而这些服务和解决方案是CALIS 和图书馆难以从Goog le 等其他云计算厂商直接得到的。C ALI S 数字图书馆云服务平台Nebula 适合于构建大型分布式的公共数字图书馆服务网络,能将分布在互联网中各个图书馆

8、的资源和服务整合成为一个整体,形成一个可控的自适应的新型服务体系,通过对各种服务进行动态管理和分配,来满足不同层次和规模的数字图书馆需求,支持馆际透明的协作和服务获取,支持各馆用户的聚合和参与,支持多馆协作的社会化网络的构建,支持多馆资源的共建和共享,具有自适应扩展的能力。本文主要描述Nebu la 云服务平台的总体模型、服务架构和主要服务功能、统一开放接口和服务整合方式,给出了分布式部署和集成方式(即公有云、私有云和混合云的构建方式,最后介绍该平台建设的关键问题和进展情况。2 平台总体模型 根据CALIS 三期建设要求,结合云计算、SaaS 、SOA 等技术,提出了C ALI S 数字图书馆

9、云服务平台(称为N ebu la P latfor m 框架。它以基础设施服务IaaS /H aaS 和基础平台服务PaaS 为基础,包括以下4个方面的内容:(1面向图书馆的CAL I S 数字图书馆公共服务平台,用于构建CAL I S 云服务中心;(2面向图书馆的CAL I S 数字图书馆SaaS 服务平台,用于为图书馆提供SaaS 服务;(3面向图书馆的数字图书馆本地服务平台:包括本地应用基础平台和本地应用系统;(4面向图书馆的C ALI S 云联邦服务平台,以便将不同的图书馆本地服务、C ALI S 公共服务以及第三方公共服务集成起来。该平台模型如图1所示。图1 CAL IS 云服务平台

10、总体模型211 基础设施服务和基础平台服务这两类服务可以由第三方服务商提供,也可以由自己的云计算中心提供。CAL I S 将建设1至多个云服务中心,搭建自己的基础设施平台IaaS;同时,适当利用第三方提供的部分I aaS 服务。212 CAL I S 数字图书馆公共服务平台该公共服务平台(称为N ebu l a Cen tra l Platfor m 由一组软件构成,可以在云中使用,提供的基本服务包括统一认证服务、计费服务、联合资源检索服务、数据服务、知识服务、数字对象存储和下载服务、元数据联合编目服务、文献联合订购服务、全局资源调度服务等。上述服务既可以直接面向图书馆,也可以通过一组Open

11、 API 提供给图书馆。CAL I S 公共服务平台除了在C ALI S 全国中心部署,也可以在部分省中心部署,用于建立CALIS 数字图书馆云服务中心。213 CAL I S 数字图书馆SaaS 服务平台该SaaS 服务平台直接面向图书馆提供最终的应用服务。这类服务包括馆际互借SaaS 服务、参考咨询SaaS 服务、特色库加工SaaS 服务、教参管理SaaS 服务、学位论文SaaS 服务等。各个馆可以按需租用部分或全部服务。14 C ALI S 数字图书馆SaaS 服务平台可在CALIS 全国中心和多个省中心部署。214 C ALI S 本地服务平台C ALI S 本地服务平台由C ALI

12、S 本地应用基础平台、CAL I S 本地应用系统以及第三方本地应用系统组成。前两类系统能为图书馆提供本地化的云解决方案。C ALI S 本地应用基础平台(称为Nebula M ain Server具有统一服务注册和管理、统一监控和日志管理、本地统一认证/授权、单点登录、公共服务发布、外部服务订阅等核心功能。此外,该平台还提供状态管理、负载管理等实时服务,提供简化和自动化的部署和管理方式,保证服务的可获得性和可伸缩性。该基础平台负责与CALIS 数字图书馆公共服务平台、C ALI S 云联邦服务平台进行交互,实现分布式资源和服务的自动注册和发现。CALI S 本地应用基础平台是本地化云解决方案

13、的关键所在,起到承上启下、馆内集成、馆间互联的核心作用。C ALI S 本地应用系统(统称为N ebula App lica -tion Server用于为图书馆提供具体的业务功能。这类应用系统包括本地版的门户系统(Porta l、馆际互借系统、文献传递工具、参考咨询系统、特色库加工系统、资源收割系统、资源发布系统、资源仓储服务系统、统一检索系统、资源调度系统等。C ALI S 本地应用系统内置了标准化接口,能与C ALI S 本地基础平台无缝集成。 第三方本地应用系统通过支持标准化的统一认证、监控、日志等接口,与C ALI S 本地基础平台无缝集成,成为本地数字图书馆的一个有机组成部分。21

14、5 云联邦服务平台 云联邦服务平台(称为N ebu la Federati o n Pla-t for m ,NFP用于实现跨云的服务集成,也是实现私有云和公有云互操作并形成混合云的关键。它以Open API 方式对外提供抽象化的应用服务,还能对C ALI S 各个中心的Open API 提供托管服务。该平台用于将不同的图书馆本地服务平台、C ALI S 公共服务平台以及第三方公共服务集成起来,以统一服务接口方式提供给图书馆,供图书馆、C ALI S 和ISV 进行进一步整合(m ash -up,降低服务集成难度,从而能形成高度集成的数字图书馆系统,以统一的界面和操作方式为读者提供服务。综合上

15、述,C ALI S 数字图书馆云服务平台作为一个载体,承载了图书馆所需的各种服务。图书馆可在云平台上开发和集成新的服务,通过线上线下互动,以更好地满足高校图书馆的内部管理和用户服务的需求。3 服务架构3.1 SOA 架构面向服务架构(SOA ,Ser v ice -Oriented Arch itec -ture是当前w eb 应用系统有效的建模思想和软件构建方法,通过模块化、集成化、动态组装,使得系统的重用性、可靠性、可扩展性和开发速度大大提高。OSG i 规范14为网络服务定义了一个通用的、标准的、面向组件的计算环境。软件组件可以动态地发现和使用其他库或者应用程序。OSG i 定义了组件规

16、范和服务规范。服务是组件之间的交互接口。组件可插拔,可动态改变行为,复用能力更强。I B M 、SUM 、BEA 、开源社区等一些中间件和应用系统都开始采用OSG i 标准来构建。CAL I S 数字图书馆云服务平台的系统架构是以SOA 规范为基础,以OSG i 标准对各个服务进行统一封装,为服务提供者提供统一的服务发布功能,为服务消费者和提供者之间提供统一的通信方式。3.2 服务模型CALI S 数字图书馆云服务平台由一系列服务功能组成,这些功能分为5个层次:基础层、开发层、核心服务和通用服务层、应用层、门户层。如图2所示。图2 CA L IS 云服务平台的服务架构15 C ALI S 数字

17、图书馆云服务平台将各个层次的服务都构建在OSG i 框架上,这些服务都封装为OSG i 服务,以供其他组件调用。新开发的应用系统都基于N ebula 开发平台进行开发,可以调用已有的核心/通用服务。已有的应用系统通过提供规定的接口纳入整个平台。部分应用系统(如馆际互借、参考咨询等需要基于M ult-i Tennant 进行改造和接入,统一内部数据,以便能够提供SaaS 服务。门户系统采用portlet 作为统一的应用前端组件,调用其他服务,提供统一的用户登入/登出,提供客户自助服务中心,将各种业务功能以统一的界面和操作方式展现给用户。上述各种服务通过组合,可构成不同的CALIS 应用平台或应用

18、系统。应用服务的运行状态监控、服务切换、服务分配等都由云服务平台中的核心服务实现,以此实现系统的自治。核心服务还提供安全管理、事务管理、容错性、持久化、缓存管理、负载管理、服务调度、大数据分布式存储等服务功能。这些核心服务确保整个云服务平台能提供/云0一样的统一的、规模化的服务。4 整合机制为实现来自不同服务平台/系统的服务整合15,CALI S 整个云服务平台需要建立统一基础信息,提供统一开放API ,提供统一的API 托管,提供统一认证服务。4.1 统一基础信息 整个CALIS 数字图书馆云服务平台建立和管理统一的基础信息,包括用户信息、知识库信息、应用/资源/服务/仓储注册信息、数据信息

19、、订阅信息、计费信息等。这些信息为服务整合奠定了基础。4.2 统一APIOpen API 是w eb 2.0的一种服务模式,也是云计算的服务方式。利用这些API 可以实现对分散数据和服务进行整合(m ash -up,能带来具有新价值的w eb 服务1617。C ALI S 云服务平台上的各项服务都是基于CA-LI S 自主开发的N ebula OSG i 基础框架来实现,遵循OSG i 服务接口规范。该基础框架能将这些OSG i 服务自动发布成W eb Serv i c es(格式为REST 、SOAP 、JSON 等,作为统一的API 对外服务。这种独特的自动封装技术,一方面大大免除了开发人

20、员的重复性工作,提高了系统可靠性;另一方面能对外提供更多的服务接口。CAL I S 云服务平台提供的所有服务分为三个层次:系统内的私有服务、馆内/平台内私有服务、公有服务,分别为:(1同一系统内的私有服务的注册和管理由Nebula OSG i 基础框架完成。这些服务无需对系统外提供。(2馆内/平台内的私有服务(即私有API,可以被同一个平台内的其他系统调用。(3馆/平台的公有服务(即Open API可以被另一个馆/平台所访问。后面这两类服务都通过应用/服务注册管理和同步机制来实现。图书馆和独立软件开发商可以很方便地调用上述Open API ,构建自己的应用系统和服务,实现对现有海量数据的集成,

21、实现对已有服务的集成,设计更多的业务模式和功能,实现自有应用的快速接入。4.3 统一认证统一认证是实现服务安全整合的前提。CAL I S 云服务平台能为各个云服务中心的所有用户提供统一的用户通行证(即CALI S_I D ,使得用户能在各个CALI S 云服务中心和图书馆本地平台之间实现跨域的单点登录和身份认证。CAL I S 统一认证机制也为CALIS 数字图书馆云联邦服务平台N I P 提供了API 接口的安全调用和身份认证功能,确保图书馆用户能通过N I P 安全地访问被托管的受控的API 服务。对于需要身份认证的接口,所有调用这些接口的应用系统都需要遵循CALI S 统一认证规范,调用

22、C ALI S 提供的用户身份认证接口。4.4 服务整合和托管CAL I S 各云服务中心都提供Open API ,部分图书馆和其他独立服务提供商也会提供部分Open API 。CALIS 需要为这些不同来源的API 提供一个统一的API 托管服务中心,以方便各个图书馆对它们的调用。CAL I S 云联邦服务平台(NFP能为来自各个CALI S 公共服务平台、图书馆本地平台以及其他ISP 的服务提供统一的API 托管服务,以统一的标准和规范提供给其他图书馆和I SV,以降低服务集成的困难和成本,并为图书馆带来新的服务模式。该平台提供了各类服务的注册和管理功能,提16 供了通用的认证、授权、计费

23、和安全等服务,能简化服务集成,支持服务的快速接入和交付。 该平台实际上是一个虚拟化的OpenAPI 池,能使服务以标准化、统一的方式被各类应用系统所整合和管理,从而实现各数字图书馆各应用和资源之间的无缝集成,消除数据及应用孤岛,实现内容整合和服务协同。对于C ALI S 已有的整合方式和服务接口1819,需要按照新的Open API 规范进行封装和调整,以便能纳入CALI S 云平台中。C ALI S 云联邦服务平台提供灵活的整合方式,如:用户能创建和定制M ash -up 整合方式,能将各种服务(如REST 、W SDL 、RSS 、ATOM 、OA I 、ODL 、SRU /SRW 等集成

24、起来;能够控制整合的范围和权限,既能确保被整合服务的安全性,也能将整合结果共享给协作方。5 应用方式C ALI S 数字图书馆云平台能提供标准化、低成本、自适应、可扩展的数字图书馆统一服务和集成解决方案,为CALI S 及其成员馆提供了灵活的部署和应用方式,既能满足C ALI S 构建公有云服务中心的需要,也能满足图书馆构建私有服务云的需要,还能实现对这两类服务云的整合。5.1 本地云平台(私有云 利用CALIS 本地平台(包括CAL I S 本地基础平台M ain Server 和应用系统App Server,图书馆能方便构建自己的数字图书馆云平台,支持与第三方应用系统的集成。该本地云平台可

25、以安装在本地H aaS /PaaS 上,也可以部分安装在远程的公共PaaS /H aaS 平台上。这些图书馆云平台能获取和集成C ALI S 公共云所提供的各种服务。 部分图书馆的云平台也可以对外开放部分服务。这些服务能被C ALI S 云服务中心和CALIS 云联邦服务平台以及其他图书馆所访问和集成,从而实现各个馆之间的资源和服务的共享和集成。整个图书馆云平台可以部署在多台集群服务器上(如图3所示,即M ai n server(主控服务器和、N ebula App Server(简称N-Server可以部署在一台或多台服务器上;随着访问量或者存储容量需求的变化,服务器可以灵活增减。同时,对外

26、的服务以及本地平台内的统一认证服务都由M ai n Ser ver 统一提供。此外,第三方应用系统(简称X -Ser ver可与M a i n Server 和N-Server集成。图3 图书馆本地云平台5.2 CALI S 公有云利用CALIS 公共服务平台PaaS 和SaaS 服务平台,CALIS 各个中心能有效地构建高校数字图书馆公共云。这些公共云既可以架构在CAL I S 自己的云计算中心中的基础环境(H aaS /PaaS 中,也可以将部分功能放在其他云计算中心提供的远程公共基础设施H aaS 或基础平台PaaS 上,其部署方式类似于图3所示。CAL I S 公有云将自己的服务以Pa

27、aS 或者SaaS 方式对外提供给各个馆,供它们使用。5.3混合云图4 CAL IS 云服务中心和云联邦整合方式17CAL IS数字图书馆云服务平台模型 在 CAL IS国家级云中心, 部署 CAL IS 云联邦服 务平台, 能将 CAL IS各个公有云提供的 Open AP I以 托管方式汇集起来, 以统一、 透明的方式对外服务, 提供对各个公有云和私有云的整合方式, 供图书馆 进行深层次集成, 从而形成数字图书馆混合云 ( hy brid / federated cloud 。 6 结语 CAL IS数字图书馆云服务平台具有动态、 可管 理、 自适应的系统组成能力和集成机制, 具有很强的

28、自治性, 能实现分布式数字图书馆服务的虚拟化, 能 实现更大程度的资源共享和协作, 将使我国数字图 书馆应用进入一个新的里程。 云技术在实践中面临着大量的技术难题和工程 问题。由于服务的分布式、 动态组合、 响应性能、 可 伸缩性等要求, 为实现 CAL IS云服务平台, 还需要进 一步研究、 开发和完善很多关键技术, 如分布式缓存、 分布式会话管理、 大数据的分布式存储、 海量数据库 的水平或垂直切分、 分布式索引、 服务动态注册、 分布 式服务调度与服务质量保证、 分布式监控、 基于 M a pReduce的海量数据处理等, 以确保整个数字图书馆 云平台的可靠性、 鲁棒性、 安全性和可伸缩

29、性。 此外, CAL IS 云服务平台的复杂性还在于除了 开发集中式的公共服务平台和云联邦服务平台 ( 需 据此构建 1至多个 CAL IS云服务中心 之外, 还需要 能同时为图书馆本身提供本地化、 标准化、 低成本、 自适应的云解决方案, 并且这些平台之间都需要能 相互集成。 到目前为止, CAL IS 云服务平台的基本框架已 经完成, Nebu la OSG i框架、 ebula开发平台、 N 本地基 础平台核心版和典型应用系统、 统一用户等基础信 息库和统一认证机制基本建成、 公共服务平台框架、 20 21 部分核心 服务、 基于 H adoop 的 大数据资源存 储服务系统 ( P a

30、aS服务 原型以及已有 SaaS 系统的 改进已初步完成。 在上述框架中, 各个系统内部由独立的逻辑组 件 ( OSG i 组成, 对外屏蔽系统在 内部实现, 提供统 一的服务接口; 各组件之间可以动态组配成一个新 系统或者从已有系统中卸载, 具有很大的弹性, 以满 足不同规模的需求。这使得整个系统具备更高性能 的服务能力。 上述基础工作的顺利完成, 表明了 CAL IS云服 18 务平台模型的可行性, 为 CAL IS云服务平台的进一 步开发以及 CAL IS三期项目的建设和大规模实施奠 定了良好的基础。 参考文献 1 王文清. 中国 高等教育数字 图书馆系统建设 回顾和展望. 数 字图 书

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38、 23 . h ttp: / /www. salesforce. 作者单位: CAL IS管理中心, 北京, 100871 收稿日期: 2009年 5月 1日 (转第 32页 高校图书馆信息服务社会化的理论与实践 为地方信息服务的显著成绩, 提升了职工队伍 的专业水平, 促进了图书馆科学研究的进步。近 3 年, 广州大学图书馆员工获得的教育部、 广东省、 广 州市级社会科学研究课题近 30项, 发表专业论文约 200篇, 出版信息服务与研究专著 1部。近 3年信息 服务社会化到帐收入近 170万元。 高校图书馆作为学校的教学、 科研的主要支柱 之一, 为学校提供信息服务和为地方提供信息服务 相

39、互促进、 交相辉映。广州大学所属的广州发展研 究院、 新闻传播学院等有关研究和教学机构, 无疑从 图书馆的特色数据库和相关信息产品中受益匪浅。 以为本校教学、 科研、 管理服务为第一要务的同时, 发挥高校图书馆的资源和人才优势, 为地方提供信 息服务, 着力追求两者效益尽可能的交融结合、 相互 促进、 共同 发展, 正 是新时代图书 馆事业发 展的方 向, 高校图书馆为地方经济建设和社会发展提供信 息服务的阳光大道将越走越宽广。 参考文献 1 周济. 以服务为 宗旨 在 贡献 中发 展. 中国 高校科 技与 产业 化. 200711 22 23 : 2 中国图书馆学会, 国家图书馆 . 中国图

40、书馆事业发展报告: 2007 . 北京: 国家图书馆出版社, 2008 46 51, 53, 56 : , 3 同 2 51 : 4 同 2 53 : 5 同 2 56 : 作者单位: 广州大学图书馆 , 广州, 510006 收稿日期: 2008年 10月 24日 Theory and P ractice of Socia lizat io n of Un iversity L ibrary Inform at io n Serv ice L ibrary o f Guangzhou U niversity as an Exam ple Zhang Baiying Abstrac: On the pre ise that contem porary h igher education shou ld prom ote the loca l econom ic and serve the t m lo cal soc ial develop en , th is article d iscusses the h istorical