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1、数字图书馆解决方案1.1 数字图书馆系统概述随着现代计算机通讯、多媒体技术的高速发展，传统图书馆开始发生巨大的变革，图书馆文献信息资源的数字化、网络化，推动着图书馆管理与服务方式的变革和发展，导致了图书馆内涵与外延的变化，出现了电子图书馆、虚拟图书馆及数字图书馆。数字图书馆也叫电子图书馆，相对传统图书馆而言，它管理和珍藏的不是纸质的图书，而是数字化的电子图书，并让人们利用计算机通过网络检索和获得这些数字图书。所以数字图书馆是存储和管理大量数字图书，并为人们提供网络检索和阅读服务的计算机网络系统。1.2 当前数字图书馆面临的主要问题高校希望借助数字图书馆，提高图书馆的服务效率与管理水平，突破了传
2、统图书馆在地域、时间、受众人数等方面的局限性，解决图书馆传统媒介信息的保存、管理和查阅等问题。并充分利用网络资源，加强学生自学和计算机应用能力；进一步加强学校信息资料和数据库资源的充分利用和共享。目前高校数字图书馆建设中面临的主要问题有： 实际应用中的信息有90%是非结构化数据。传统的基于关系型数据库的存储和管理方式无法有效地对海量的非结构化内容进行检索； 异构数据库统一检索平台； 对中文信息的智能跨库检索； 对图象、视频和音频的内容的检索； 对数字化资源的保护； 充分利用其他图书馆的信息资源，真正做到信息资源共享； 建设学科专业资源库，为科研和教学提供资源服务；1.3 数字图书馆的特点数字图
3、书馆是一个开放式的硬件和软件的集成平台，通过对技术和产品的集成，把当前大量的各种文献载体数字化，将它们组织起来在网上服务。从理论上讲，数字图书馆是一种引入管理和应用数字化技术的方法，它的主要特点有： 信息实体虚拟化：网络环境下，各类文献为载体的知识信息，都转化为数字形式并在全球范围内传输。用户对信息知识的利用不受地理位置的限制，只要上网，在任何时候都可以利用。 信息资源数字化：利用现代信息技术和网络技术，将文献进行压缩处理并转化为数字信息。 信息制作规划计划化：文献信息资源数字化，要有计划地开发和利用，具有跨行业跨地区，跨部门的特点，各行各业要协同作战，统一组织，共同努力，不搞重复建设，资源浪
4、费。 信息传递网络化：数字图书馆的服务，通过以网络为主的信息基础设施来实现，数字图书馆依据高速宽带网构筑的网络，以高速、大容量、高保真的计算机和网络系统，将世界各国的图书馆和无数台计算机联为一体，信息传递网络化带来了信息服务的跨时空，信息利用的开放化和信息传递的标准化和规范化。 信息利用共享化：数字图书馆通过提供网上的交互服务，使联网者均可随时查阅利用数字图书馆的信息，服务对象扩及馆外及国内国外的使用者，实现真正意义上的资源共享。 信息提供层次化：数字图书馆是可以实现智能检索的知识中心，它有别于传统图书馆，不仅提供文献，还将提供更深层次的信息服务。通过对信息的分析和重组，提高信息的使用价值，形
5、成符合用户需求的知识或帮助其找到解决方案，并对提供的知识产品的质量进行评价。综上，数字图书馆不是一个脱离传统图书馆的孤立概念，而是传统图书馆的延伸和扩展，是未来图书馆发展的方向，传统图书馆要充分利用现代科技的手段，提高自己在新时代的适应能力。1.4 数字图书馆应用分析从系统结构上看,数字图书馆是一个以数据存储系统为核心和底层支持,配合业务应用系统进行多功能数据查询服务的大型数据库应用解决方案.在数字图书馆中,数据的存储和管理是整个系统的核心部件,一切的应用服务全部由处于核心位置的数据存储和管理系统来支撑. 从数字图书馆业务应用的角度看,一个完整的数字图书馆应该由三个层次组成: 元数据服务器和对
6、象服务器以及图书馆应用系统。在图书馆系统的部署过程中需要部署两种数据内容：一是电子资源库内的索引信息，也就是目录信息；二是资源库内图书的具体内容。建立索引信息的目的是可以提供给读者根据不同的分类进行图书检索的功能。两种数据内容可以同时存放于磁盘阵列中，也可以分开存放，将图书具体内容存放于磁盘阵列，将索引信息存放于数据库服务器上。部署方式根据不同的软、硬件设备进行不同的设计。影响电子图书馆的运行效率的因素是很多的。硬件架构、网络环境、存储模式、软件兼容性等都是需要综合考虑的因素。可以说图书馆的信息化建设是一个比较复杂的过程，在构建数字化图书馆时需要考虑的几个模块： 网络环境现代数字图书馆本质上是
7、基于网络环境下的海量数据库及其应用。网络操作系统为当前的主流操作系统，如Windows ，Unix或Linux等。网络环境以Internet为基础进行设计，网络功能要强大，能支持多种网络协议，如TCP/IP、ISO10161等。实现数字资源的多渠道发布。 硬件设备数字图书馆硬件设备主要包括数字图书馆专用服务器、路由器、防火墙和存储设备等。 数字图书馆服务器的组织与安排要考虑系统的安全性、可扩充性。硬盘、磁盘阵列、NAS等是数字图书馆常见的存储设备。在图书馆信息化解决方案中数据的灾难备份及恢复也是要考虑的一个重要因素。 软件系统平台完整的图书馆信息化解决方案软件系统平台包括制作系统、发布系统、应
8、用平台等。制作系统实现将原始资料数字化，发布系统是将制作系统数字化后的数据发布到数字图书馆之中，供用户和读者使用。应用平台对于用户和读者来说是进入数字图书馆的一个入口，为用户和读者提供了使用界面，并将网站管理平台、全文检索系统、阅读器等集成在一起，提供用户和读者使用。网站管理系统应包括数据追加、网站维护、用户管理、流量监控等功能。全文检索系统是数字图书馆系统必不可少的核心部分，数字图书馆的易用性很大程度上通过全文检索系统得以体现。一般全文检索系统提供了分类检索、标题检索、作者检索等检索功能。阅读器能给读者提供原出版物的信息，是读者见识数字图书馆“庐山真面目”的工具。由于技术积累和其他因素的影响
9、，当前各家数字图书馆的阅读器差别很大。数字图书馆软件系统平台还必须考虑与图书馆自动化系统的兼容问题，以及数字图书馆的易用性问题。同时安全访问控制以及著作权保护也需要在设计时考虑，实现对数字资源的访问和使用进行全方位、多层次的许可、控制和监督。并保护信息拥有者和最终用户的利益。 数据库及其资源在选用或使用数据库时应考虑数据库的易维护性、易升级性、开放性、通用性和可靠性。虽然自行开发数据库价格便宜，但其维护、升级、通用性都很差，因而在图书馆信息化解决方案中应优先考虑选用性能/价格比较高的大型商用数据库，如Oracle等。数据库资源是信息化图书馆的核心。通俗地讲，在图书馆信息化解决方案中如何选择性能
10、价格比最高的数据库资源对于数字图书馆建设的成败至关重要。数据库资源应能处理图书、期刊、特种文献及电子媒体等信息资源。 体系结构当前软件体系结构上以C/S结构、C/S+B/S结构（在客户服务器结构上加上WEB应用服务器）、B/S结构或三层架构为主。综合考虑互联网设施的日益完善、信息技术的普及初期投入和维护成本，在图书馆软件体系架构上选择B/S结构或三层结构将是主流选择。 标准化图书馆信息化建设本身当前还没有标准与规范，国家正在强化这方面的工作。图书馆信息化解决方案应遵循当前已有的标准或规范。如数据应遵循ISO2709、MARC（CN-MARC）；字符集应支持GBK和GB18030-2000；网络
11、应遵循诸如TCP/IP与ISO10610等。1.5 数字图书馆存储方案设计数字图书馆建设的基本内容有三部分：数字资源建设、数字资源管理和发布服务。图1 数字图书馆建设内容 数字资源建设即数字资源的获得和建立。数字资源的获得和建立可以通过各种方式，包括传统纸质书籍的数字化，数字资源的外购，互联网资源的搜索采集，数字资料的创造如读者的发表（如学校图书馆中，学生论文库），新产生数字资源的直接管理等。 数字资源的管理安全可靠的数字资源管理平台是建设数字图书馆的基础，需要包括数据的维护、索引维护等。 数据发布和服务即资源的服务管理，包括权限限制等。下面是根据以上原则，在综合分析后给出的系统整体拓扑图：图
12、2 智慧校园系统拓扑结构作为数字图书馆基础应用平台，必须在支持业界流行的、先进的标准基础上，统一考虑数字图书馆理论的几大重要元素，即元数据的管理、元对象的管理、以及如何通过一个统一的库访问协议对元数和元对象进行一致性完整性操作。如上图所示，智慧校园方案拓扑结构是基于由一个索引服务器、一个或多个资源管理器和一个或多个客户程序构成的客户/服务器模型。客户程序发送请求至索引服务器，然后索引服务器转发请求至资源管理器，最后资源管理器响应索引服务器的请求，并将请求的数字式数据对象传递至客户。对于视频或音频信息这样的超大信息对象，通常采用的发布方式是基于视频流、音频流完成的。可以支持不同服务方式，包括视频
13、单点点播、视频多点广播、视频多点直播。 对于普通文字信息的数字化处理，可考虑人工输入或用扫描仪进行数字化。将系统外的资产纳入管理系统, 其来源既可以是独立于任何系统外的原始资料, 如纸介质教学参考书、微缩胶片、光盘等，也可以是由其它系统的数据库或导出 /转换的结果。该方案的存储系统为主存储，按照集中存储、统一管理的原则，利用SAN等高速磁盘I/O设备存储提供给各应用系统所需的数据。考虑到有可能发生的不可抗拒的自然灾害，如地震、火灾等，在安全级别要求高的学校可以考虑建立同城异地容灾系统。l 存储系统通常情况下，一页图书的存储容量大约为35KB，馆藏图书厚薄不等，中等规模的图书大约为300页左右，
14、所以一本普通图书所占用的存储空间约为35*300KB=10500KB10M，较小规模学校的馆藏图书约为10万册，中等高校的馆藏图书约为2030万册，重点高校可以达到100万册的馆藏量。根据上述公式，普通高校的传统图书的馆藏图书容量在10T左右。但目前随着视频、音频等数字化资源的迅速增长，存储空间的需求增长也很迅速，具体空间测算可以根据用户实际情况进行估算。从存储的角度分析该系统运行的瓶颈。电子书库内部的书籍、期刊内页面大多为A4的纸面，一般情况下，这样的一页内容大概为20K大小。以超星电子库为例，一个用户点击数据库时最多会打包发送大概30K的内容，假如1000个用户点击数据库，那么数据流量大概
15、为1000*30=30M流量。从数据传输速度的角度来看，推荐配置为光纤通道。同时图书馆的数据量是很大的，要求盘阵具有很强的扩展性。根据电子资源库的应用模式可以知道，图书馆每次的响应都是小包、大数据量的方式。当用户浏览图书馆内容时。应用软件往往会在系统存储里建立一个缓存，这样可以降低对磁盘读取的频率。对于小文件来讲，较大的缓存能大大的增加文件读取的命中率，很大的改善数据的响应速度。所以系统设计时应该较大的增加磁盘阵列内缓存的容量。本地存储系统采用2台Brocade交换机以及1台FC-FC磁盘阵列提供海量存储。该配置为将来扩充方便，平滑升级也预留了一定的扩展槽位，当这些扩展槽位用完后，还可以通过增
16、加扩展柜的方式来继续扩展数据库系统的存储容量。存储盘阵选择SS3000光纤磁盘阵列，它所具有的超越同类产品的强大性能和超大扩展容量以及领先业界的数据管理、保护功能不仅有助于满足用户今天的各种存储需求，而且为满足未来存储需求的持续增长奠定了良好的基础。1.6 存储产品推荐 图：SS3000SS3000 系列存储是推出的一款面向图书馆业务应用的中端存储产品。它采用6GB SAS 存储架构和企业级的RAID 控制器，可提供SAS、FC 和iSCSI 多种主机接口。SS3000 通过对数据进行整合，提高可用性及性能，极大的改进生产效率。SS3000 具有更完善的技术及可靠性，使用户可以充分利用这种优化
17、过的性能及可靠性对数据进行保护，并通过网络来共享整个存储系统的资源。SS3000具有4个自适应8Gb/S的FC主机接口，可以连接多个主机或SAN网络。既可以作为DAS 设备应用，也可以无缝的过渡到SAN 网络。此外，SS3000 具有的自适应性，使它可以轻松兼容原有的2G，4G 或8GB 的SAN网络。提高了投资利用率。SS3000 自带的存储管理软件可以轻松的对设备进行管理，简单的设计风格，减小了操作难度，同时SS3000 还支持双机及集群环境，利用双活动RAID控制器和镜像缓存，以及冗余部件和自动化的I/O 路径故障切换，可以很快捷的构造以SS3000 为核心的高可用集群应用系统。1.7
18、图书馆桌面虚拟化1.7.1 图书馆桌面概述一直以来，图书馆桌面电脑普遍使用的是功能全面的“胖客户端”PC。在许多情况下，此类 PC 提供了价格、性能与功能的最佳组合。但是，在不少使用案例中，胖客户端 PC 并不是理想的解决方案。其缺点包括： 难以管理：面对广泛分布的 PC 硬件，用户日益要求能在任何地方访问其桌面环境，因此集中式 PC 管理极难实现。此外，众所周知，由于 PC 硬件种类繁多，用户修改桌面环境的需求各有不同，因此 PC 桌面标准化也是一个难题。 总体拥有成本高：PC硬件相对较低的成本优势，通常无法抵消PC管理和支持工作的高昂成本。目前，PC管理工作包括部署软件、更新和修补程序等，
19、由于这些工作需要对多种PC配置的部署进行测试和验证，因而会耗费大量的人力。同时，由于标准化程度不高，支持人员经常需要亲临现场解决问题，这就进一步增加了支持成本。 难以保护数据的安全：确保PC上的数据能成功备份并能在PC出现故障或文件丢失时恢复，是一个巨大的挑战。即使数据能成功备份，PC失窃的风险也威胁着重要数据的安全。 资源未充分利用：PC的分布式特性使人们难以通过集中资源的方式提高利用率和降低成本。结果，PC的利用率通常低于5%，远程办公室需要重复的桌面基础架构，移动工作人员可能需要使用复杂的远程桌面解决方案。1.7.2 桌面虚拟化技术桌面虚拟化，又称虚拟桌面vinual Desktop，从
20、字面上理解就是用户桌面电脑应用环境是虚拟的。可以从以下4点表述什么是桌面虚拟化： 桌面不是由本地操作系统生成，而是由后端的服务器或数据中心交付提供； 虚拟的操作桌面包含应用程序的虚拟化，且这些应用程序是受控的； 用户在虚拟桌面的操作与传统Pc机一致的； 用户可以通过接入设备，在任何地点、任何时间访问网络上属于用户个人的桌面系统1.7.3 桌面虚拟化解决方案当前在桌面虚拟化领域主要有3个厂商：Microsoft、Citrix和VMware。每个厂商都有基于自己独有技术的解决方案，在图书馆建议采用VMware的解决方案，VMware是服务器虚拟化的领跑者，其方案的稳定性、兼容性及易用性在业界口碑极
21、好。具体部署方案从以下3方面实行：1） 服务器端部署：按照图书馆200个点的PC终端计算，我们在服务器端要搭建3台双路六核服务器(64G内存、6T硬盘)，平均每台能够承载80个用户端，服务器均部署VMware vSphere虚拟化架构软件，每台物理服务器配置8块干兆网卡，每块千兆网卡负载10个虚拟桌面连接，启用网卡负载均衡模式可保证虚拟桌面间的数据交换为千兆交换。2）虚拟桌面环境的部署与管理VMware View Manager为VMwale vSphere虚拟桌面管理器，部署在Windows 2003 Server环境上，VMware View Manager 与Microsoft Acti
22、ve Directory(又称AD域、AD服务器、活动目录等，存储了有关网络用户对象的信息)集成，通过基于WEB管理界面按照不同策略向Active Directory用户分配虚拟机(即建立用户虚拟桌面)，使用组策略工具分配每一种类型用户虚拟桌面的应用环境，即对图书馆不同性质的部门如采编部、期刊部、流通部、信息部等分别设定不同的应用系统环境，并通过安全性组策略，保证各虚拟桌面数据的安全。管理员可以监视和审核桌面活动，并可以对多个虚拟桌面进行负载平衡。3）客户终端访问虚拟桌面接入可以有多种方式，常用的有两种：第1种方式是通过购买价格低廉但性能稳定的瘦客户端采用远程显示协议(RDP)接人，通过SSL
23、进行加密，使用户在任何地方的登录都有安全保障。第2种方式是利用现有的PC机通过远程桌面访问的方式登录服务器虚拟桌面。逻辑拓扑图如下： 1.7.4 桌面虚拟化对存储的要求桌面虚拟化对存储的需求如下l 存储性能需求据以往经验及用户习惯分析，一般用户对IO性能要求在25 IOPS左右，以200个用户计算，共需要5000 IOPS。l 存储容量需求以每个用户20G系统空间，20G数据存储空间计算，在采用Composer技术时，多个用户可共享系统空间，200个用户约需6T空间。为了满足数据安全要求，需要对虚拟桌面进行备份，因此需要8T的备份空间。l 存储容量 如采用存储时，配置2台存储，以每台存储配置1
24、6个SAS硬盘并配置为RAID10，其中一台存储配置16块1T SATA硬盘并配置为RAID 10：虚拟桌面20G系统磁盘文件存放在SAS盘上。虚拟桌面的20G用户数据存放在SATA盘上。l 存储性能方案将所有磁盘配置为RAID 10，虽空间利用率较低，但IO性能提升较多，特别是针对虚拟桌面这种随机零散读写需求较高的应用，上述配置的磁盘数量可以满足5000个IOPS的磁盘IO性能需求。建议图书馆桌面虚拟化后端采用的SS2000存储。SS2000为双控制器，3U 16盘位存储，支持8Gb FC、1Gb iSCSI、10GbiSCSI等主机接口技术，支持SSD、SAS、NL SAS多种类型的磁盘介
25、质，支持混插，最大支持112个磁盘驱动器，提供优异的海量存储能力。具备高度的配置灵活性与高效的存储利用效率，帮助用户无缝适应不断升级的基础架构。1.7.5 方案亮点目前高校图书馆传统终端设备基本都是PC机，在使用功能上可分为业务工作终端、公共检索终端、电子阅览室终端等。业务工作终端主要使用人员为图书馆工作人员，公共检索终端、电子阅览室终端主要对象为师生读者。终端的数量多，对教师、学生承担着重要的信息服务功能，且目标受众人员获取的应用资源不同，在经费有限的前提下要提高其管理和服务能力，实施桌面虚拟化技术是值得尝试的。1）提升公共检索终端(又称OPAC检索机)服务效率公共检索终端数量多且分散放置，
26、终端使用对象多、使用频率高，要求设备稳定可靠、容易管理。传统模式图书馆采用PC机和触摸屏设备相结合，结果造成设备管理费时费力。如果改用瘦客户机虚拟桌面模式，该模式具有硬件及系统故障率低 桌面系统 “重启即消”功能，并且非授 用户无法对机器进行任何的配置更改，完全可以降低原PC模式的故障率，提升设备的利用率，保证系统的稳定运行2） 提升电子阅览室终端的易管理性和操作方便性电子阅览室主要提供用户查阅及获取电子书籍、音视频资料等，如果使用传统的PC机提供，管理人员经常要应付用户针对特定音视频、电子书籍安装不同的应用程序，而对其使用过的Pc设备进行整理还原工作更是一项艰巨的任务。如果我们在一台虚拟桌面
27、将全部的音视频、电子书籍应用打开程序全部安装好，并通过VMwaTe View Managel虚拟桌面管理器复制推送到所有电子室终端(瘦客户机)，师生在任何一台电子阅览室瘦客户机上都可以打开所有想打开的电子文档。因此，通过在电子阅览室终端应用瘦客户机可以极大地减少管理人员对终端的系统和应用软件管理，并切实方便师生使用。电子阅览室管理人员通过瘦客户机管理软件能够对所有瘦客户端的用户桌面进行监控和统计，可以在后台对不良用户进行警告甚至“踢出”虚拟桌面。3）提升各部室业务工作终端办公效率在图书馆的业务工作中，例如采访、编目、信息和流通，工作人员主要是运行图书集成管理系统，并进行一些系统上的操作，将相应
28、数据输入输出中央数据库，工作内容相对固定、明确，不需要强大的本地存储及运算性能。如果使用传统PC作为终端，PC机的利用率非常低，并且岗位人员可自行在PC机上安装与工作无关的软件，降低了办公效率和服务能力。而我们如果对所有这些业务工作终端全部采用瘦客户机虚拟桌面模式，则虚拟桌面只需安装图书管理系统的客户端软件和常用办公软件，通过策略锁定其他软件的安装，则这些瘦客户机终端只能进行图书业务处理，提升图书馆的办公效率和服务能力，各部室管理工作也变得轻松简单4) 提高图书馆有限经费的利用率每年度学校用于图书馆建设的经费都是有限的，而这有限的经费主要用于大量书刊、数据库采购，以保证高校图书馆中央书库的更新
29、度，如果一个图书馆每年度将几十万经费花在传统PC终端电脑采购维护上，则是一笔极大的浪费。而如果我们在图书馆采用瘦客户端作为图书馆员的操作终端，我们将极大地减少该笔费用的支出，以确保图书馆有限的经费能主要用于书刊、数据库的采购更新。表1是两种模式基于经济角度的直观比较。5）提升图书馆电脑应用管理水平传统PC机模式，图书馆系统管理部一般都要安排23名系统维护人员专门处理各种PC终端的故障，维护量大且管理难度高。由于故障率高，图书馆提供服务的质量就打折扣，读者的投诉率就高，而采用虚拟桌面这些问题则迎刃而解。表2是两种模式在管理方面的直观比较，我们可以清楚地看出采用虚拟桌面能有效提升图书馆电脑应用管理
30、水平，降低图书馆电脑应用管理难度。44.14.24.34.44.54.64.6.14.6.24.6.34.6.44.6.54.6.6 存储产品推荐图 SS2000根据图书馆桌面虚拟化特点需求，建议图书馆桌面虚拟化解决方案中使用SS2000系列存储。SS2000系列存储为新一代针对中小企业所设计的外接式FC 8Gb与iSCSI千兆/万兆通用型存储系统，可将块数据(block)与文件(file)存储集中在单一平台上，让中小企业以最具性价比的模式，简化管理并提升应用弹性，同时达到提高存储性能的目标。双控制器(active-active)的冗余设计是特别针对需要处理大量数据的行业，如图书馆桌面虚拟化等
31、领域，这些行业应用对数据服务的连续性、扩展性、稳定性、读写性能及保存时限都有一定要求。SS2000系列产品可以满足这些关键应用需求，非常适合图书馆桌面虚拟化部署应用。SS2000产品亮点：l 高可用性的双控制器架构l 同时支持6Gbps与3Gbps SAS和SATA硬盘l 可外接扩展柜，扩展容量高达112个硬盘，容量可支持到336TBl 丰富的千兆iSCSI和FC主机连接端口，快速组建IP-SAN或FC-SANl 针对IT应用环境与视频监控的针对性存储解决方案l 通用型存储方案，可简化管理并提高弹性l 专为解决非结构化零散数据巨增的挑战所设计l 业界顶尖备份、大容量档案存储方案l 支持随需扩展，为部署云端数据中心的最佳方案