基于微服務(wù)架構(gòu)的圖書館能力開放平臺設(shè)計(jì)

徐華

摘 要：當(dāng)前，各高校自建圖書館管理系統(tǒng)，其可靠性和可擴(kuò)展性較低，不能適應(yīng)圖書管理工作快速發(fā)展的要求。文章基于微服務(wù)、DevOps、虛擬化等技術(shù)，提出了基于微服務(wù)的體系架構(gòu)、基于數(shù)據(jù)中臺的數(shù)據(jù)共享框架兩個設(shè)計(jì)思路，圖書館能力開放平臺架構(gòu)包括基礎(chǔ)資源層、數(shù)據(jù)共享層、應(yīng)用融合層;其次，對架構(gòu)的基礎(chǔ)資源層、數(shù)據(jù)共享層、應(yīng)用融合層進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，并分析了各層的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法。通過應(yīng)用分析，文章驗(yàn)證了該能力開放平臺架構(gòu)具有較好的敏捷開發(fā)能力、持續(xù)集成能力以及彈性擴(kuò)展能力。

關(guān)鍵詞：圖書館;能力開放平臺;微服務(wù);虛擬化

0 ? 引言

隨著社會發(fā)展和科技進(jìn)步，圖書館在知識積累和知識查詢工作中的作用越來越重要。為提升圖書館資源的利用率，方便讀者對知識的查詢和使用，數(shù)字圖書館已成為圖書館資源管理的發(fā)展趨勢[1-2]。這種背景下，各個高校開始自建圖書館管理系統(tǒng)，對數(shù)字資源進(jìn)行管理和使用。如何建設(shè)更加高效的圖書館管理系統(tǒng)，已成為當(dāng)前的一個研究重點(diǎn)。楊思洛等[3]分析了國內(nèi)外圖書館的發(fā)展趨勢，研究結(jié)果表明，大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)是圖書館數(shù)據(jù)資源管理和使用的關(guān)鍵技術(shù)?！笆奈濉币?guī)劃綱已將大數(shù)據(jù)、人工智能等核心技術(shù)與各產(chǎn)業(yè)深度融合作為今后行業(yè)發(fā)展的方向。以教學(xué)工作為例，程玉等[4]提出了學(xué)生畫像、個性化學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)效果評價(jià)等方面的大數(shù)據(jù)應(yīng)用發(fā)展路徑?？紤]到圖書館數(shù)字資源的體量大、數(shù)據(jù)類型多樣，曾文等[5]分析了科技大數(shù)據(jù)領(lǐng)域數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，提出了提升數(shù)據(jù)清洗、存儲效率的關(guān)鍵技術(shù)措施。為提升數(shù)字圖書館知識發(fā)現(xiàn)的效率，李潔[6]研究了知識發(fā)現(xiàn)算法，提出了數(shù)字圖書館知識發(fā)現(xiàn)服務(wù)的模式和策略。

通過對已有研究分析可知，當(dāng)前研究主要集中在如何提升單個圖書館管理系統(tǒng)的效率。但是，每個圖書館建立自己的信息化平臺，在資源利用率、成本開銷方面存在局限性。為了提升圖書館系統(tǒng)的可靠性和可擴(kuò)展性，本文提出構(gòu)建圖書館能力開放平臺。首先提出了基于微服務(wù)的體系架構(gòu)、基于數(shù)據(jù)中臺的數(shù)據(jù)共享框架兩個能力開放平臺架構(gòu)的設(shè)計(jì)思路。其次，提出了圖書館能力開放平臺架構(gòu)，該架構(gòu)包括基礎(chǔ)資源層、數(shù)據(jù)共享層、應(yīng)用融合層。其次，對基礎(chǔ)資源層、數(shù)據(jù)共享層、應(yīng)用融合層3個層面進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，并給出了實(shí)施建議。最后，對基于微服務(wù)架構(gòu)的圖書館能力開放平臺的應(yīng)用方法進(jìn)行了分析，驗(yàn)證了體系架構(gòu)，較好地實(shí)現(xiàn)了圖書數(shù)字資源的敏捷開發(fā)、持續(xù)集成和彈性擴(kuò)展。

1 能力開放平臺架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)思路

為提升圖書館對數(shù)字資源的管理能力，本文提出基于微服務(wù)架構(gòu)的圖書館能力開放平臺。該平臺需要實(shí)現(xiàn)資源的可擴(kuò)展、可維護(hù)、可共享3個目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)3個目標(biāo)，本文提出基于微服務(wù)的體系架構(gòu)、基于數(shù)據(jù)中臺的數(shù)據(jù)共享框架兩個設(shè)計(jì)思路，下面進(jìn)行詳細(xì)介紹。

在基于微服務(wù)的體系架構(gòu)方面，考慮到微服務(wù)架構(gòu)與傳統(tǒng)體系架構(gòu)的區(qū)別是服務(wù)小、易擴(kuò)展。微服務(wù)技術(shù)可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求，將圖書管理系統(tǒng)劃分為多個獨(dú)立的小服務(wù)，從而降低圖書管理系統(tǒng)修改和維護(hù)的難度。另外，基于微服務(wù)技術(shù)，可以使平臺支持Docker容器技術(shù)。在Docker容器技術(shù)環(huán)境下，虛擬機(jī)的粒度更小，可以根據(jù)需要進(jìn)行遷移、關(guān)閉、擴(kuò)容，從而顯著降低資源消耗，提升硬件資源的利用率。

基于數(shù)據(jù)中臺的數(shù)據(jù)共享框架方主要利用數(shù)據(jù)中臺的功能豐富、便于共享兩個優(yōu)勢。隨著知識經(jīng)濟(jì)的到來，知識共享已成為推動社會發(fā)展和進(jìn)步的關(guān)鍵要素。圖書館作為知識積累和共享的關(guān)鍵途徑，數(shù)據(jù)共享已成為其發(fā)展的必然趨勢。在數(shù)據(jù)共享領(lǐng)域，數(shù)據(jù)的安全是數(shù)據(jù)共享相關(guān)方最關(guān)注的問題。為了提升數(shù)據(jù)安全共享的能力，本文采用大數(shù)據(jù)技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行安全管理，采用數(shù)據(jù)中臺技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全共享。

1.2 體系架構(gòu)

圖書館平臺架構(gòu)如圖1所示。從圖1可知，現(xiàn)有的圖書館系統(tǒng)架構(gòu)如圖1（a）所示，每個圖書館構(gòu)建自己的硬件平臺、系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件。這種架構(gòu)存在資源浪費(fèi)、可維護(hù)性差等缺點(diǎn)。本文提出的圖書館能力開放平臺架構(gòu)如圖1（b）所示，該架構(gòu)包括基礎(chǔ)資源層、數(shù)據(jù)共享層、應(yīng)用融合層。

基礎(chǔ)資源層包括云計(jì)算平臺和PAAS平臺兩個模塊。云計(jì)算平臺層采用虛擬化技術(shù)，可以提升資源利用率和資源可靠性。云計(jì)算平臺的按需擴(kuò)展和動態(tài)遷移技術(shù)，可以根據(jù)每個圖書館的業(yè)務(wù)需求，對資源進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。數(shù)據(jù)處理層主要包括大數(shù)據(jù)平臺層和數(shù)據(jù)中臺層。大數(shù)據(jù)平臺層主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲、管理等功能。數(shù)據(jù)中臺層主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的共用功能。應(yīng)用融合層包括微服務(wù)架構(gòu)和DevOps架構(gòu)。微服務(wù)架構(gòu)可以將圖書館的系統(tǒng)進(jìn)行拆分，得到多個互相獨(dú)立的微服務(wù)。這種架構(gòu)可以便于圖書館開發(fā)新功能。DevOps架構(gòu)是基于微服務(wù)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)一站式開發(fā)的一組過程和方法。在DevOps架構(gòu)下，圖書館系統(tǒng)的開發(fā)人員和IT運(yùn)維人員可以整合為同一技術(shù)人員。在這種背景下，軟件模塊的開發(fā)、測試、發(fā)布、維護(hù)、更新的效率更高，更能適應(yīng)當(dāng)前的開發(fā)環(huán)境。

2 各層的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 基礎(chǔ)資源層設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基礎(chǔ)資源層的實(shí)現(xiàn)主要采用云計(jì)算技術(shù)和Docker容器技術(shù)。在云計(jì)算平臺層，通過采用虛擬化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲設(shè)備的按需擴(kuò)展和動態(tài)遷移。在服務(wù)器虛擬化方面，平臺可以提供的資源包括計(jì)算資源池、彈性主機(jī)服務(wù)。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備虛擬化方面，平臺可以提供網(wǎng)絡(luò)資源池、通信鏈路資源池。在存儲設(shè)備虛擬化方面，平臺可以提供存儲資源池、異地容災(zāi)資源池。為保障云計(jì)算平臺的可靠性和穩(wěn)定性，平臺提供負(fù)載均衡、安全管控等性能管理設(shè)備。

PAAS主要功能是根據(jù)業(yè)務(wù)需求，提供靈活的中間件服務(wù)。中間件服務(wù)主要采用Docker容器技術(shù)實(shí)現(xiàn)。Docker容器可以在云計(jì)算平臺上申請資源。Docker容器的最大優(yōu)點(diǎn)是申請的資源容量小、部署速度快，可以滿足小型業(yè)務(wù)的計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲資源的需求。采用Docker容器技術(shù)后，可以有效提升云計(jì)算平臺資源的利用率和便捷性。

2.2 數(shù)據(jù)處理層設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)處理層主要包括大數(shù)據(jù)平臺和數(shù)據(jù)中臺兩個模塊。大數(shù)據(jù)平臺模塊主要包括數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)操作功能、數(shù)據(jù)中間件兩個子模塊。數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)操作功能包括數(shù)據(jù)采集和傳輸、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)治理等基本功能。數(shù)據(jù)治理主要是根據(jù)圖書館的預(yù)定規(guī)則，對數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理，便于數(shù)據(jù)在圖書館業(yè)務(wù)中使用。數(shù)據(jù)中間件模塊主要包括數(shù)據(jù)處理的消息隊(duì)列、提升數(shù)據(jù)處理速度的緩存服務(wù)等功能。

數(shù)據(jù)中臺主要完成數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)提純加工等數(shù)據(jù)處理的公共工作，便于各個圖書館可以快速方便地對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。本文中數(shù)據(jù)中臺主要功能包括常用的機(jī)器學(xué)習(xí)算法、語音識別算法、圖像識別算法、數(shù)據(jù)可視化等數(shù)據(jù)處理功能。

在數(shù)據(jù)處理層的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方面，當(dāng)前大數(shù)據(jù)框架主要包括Hadoop，Spark，Storm，F(xiàn)link，Samza，Presto五種。根據(jù)對各種框架的應(yīng)用場景、用戶人數(shù)等特征比較，本文選擇Hadoop作為數(shù)據(jù)存儲平臺，Spark作為大數(shù)據(jù)分析架構(gòu)。Hadoop主要技術(shù)包括MapReduce、HDFS、Yarn三種。其中，MapReduce作為分布式計(jì)算技術(shù)，HDFS作為分布式文件存儲系統(tǒng)，Yarn作為高效的資源調(diào)度工具。在Spark架構(gòu)方面，平臺可以采用Scala，Java，Python等語言作為數(shù)據(jù)分析語言?？紤]到人工智能技術(shù)領(lǐng)域使用最多的語言為Python，所以本文采用Python語言作為數(shù)據(jù)分析語言。

2.3 應(yīng)用融合層設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

應(yīng)用融合層主要功能是為圖書館提供常用的應(yīng)用開放功能。例如，圖書館數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)功能服務(wù)接口、業(yè)務(wù)接口開發(fā)規(guī)范、大數(shù)據(jù)應(yīng)用子系統(tǒng)、知識圖譜算法庫等常用的應(yīng)用接口和子系統(tǒng)，主要由微服務(wù)架構(gòu)和DevOps架構(gòu)兩種技術(shù)實(shí)現(xiàn)。微服務(wù)架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)一般包括服務(wù)注冊、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)負(fù)載均衡、服務(wù)網(wǎng)關(guān)4個關(guān)鍵要素。當(dāng)前可以實(shí)現(xiàn)微服務(wù)架構(gòu)的管理框架較多，Dubbo和Spring Cloud是當(dāng)前使用比較廣泛的兩種架構(gòu)[7]。

考慮到平臺的易用性，本文選擇Spring Cloud作為微服務(wù)架構(gòu)的管理框架。在服務(wù)注冊和服務(wù)發(fā)現(xiàn)方面，平臺使用Eureka實(shí)現(xiàn)注冊中心功能。Eureka可以為用戶提供開放的API，便于用戶將服務(wù)注冊到注冊中心，用戶也可以在注冊中心查找感興趣的服務(wù)，并通過API進(jìn)行調(diào)用。在采用Eureka實(shí)現(xiàn)注冊中心功能時，平臺通過構(gòu)建Eureka Server，Service Provider，Service Consumer 3個角色，可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)的注冊和使用。Eureka Server可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)的注冊和發(fā)現(xiàn)功能，Service Provider可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)的提供功能，Service Consumer可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)的使用功能。在服務(wù)的負(fù)載均衡方面，平臺使用Ribbon組件實(shí)現(xiàn)服務(wù)的負(fù)載均衡功能。Ribbon組件根據(jù)服務(wù)使用情況，可以自動執(zhí)行服務(wù)負(fù)載均衡策略、服務(wù)超時重試策略，從而平衡已注冊的各個服務(wù)的調(diào)用關(guān)系，提升系統(tǒng)的性能。在服務(wù)網(wǎng)關(guān)的配置方面，本文使用Zuul技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。Zuul組件可以采用RESTAPI接口對外提供服務(wù)，有效降低各個服務(wù)之間因接口不同導(dǎo)致服務(wù)訪問失敗的概率，提升了服務(wù)的可靠性。

3 應(yīng)用分析

為提升本文提出的基于微服務(wù)架構(gòu)的圖書館能力開放平臺的可用性，本小節(jié)對如何使用此平臺進(jìn)行分析說明。從本文提出的平臺設(shè)計(jì)框架可知，搭建平臺的基礎(chǔ)資源層、數(shù)據(jù)共享層、應(yīng)用融合層，可以提升圖書館資源管理平臺的可擴(kuò)展性、可維護(hù)性、可共享性。

搭建基礎(chǔ)資源層需要支持虛擬化技術(shù)的硬件環(huán)境。所以，在采購基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)資源、服務(wù)器資源、存儲資源時，需要首先考慮的參數(shù)指標(biāo)是對虛擬化技術(shù)的支持。在數(shù)據(jù)共享層面，平臺考慮到大數(shù)據(jù)技術(shù)和數(shù)據(jù)中臺技術(shù)包含的內(nèi)容較多，在部署數(shù)據(jù)共享層時，盡量采用市場占有率較高的開源技術(shù)。這種部署策略可以有效提升數(shù)據(jù)共享層的可靠性和可擴(kuò)展性，也便于后期對平臺的維護(hù)和使用。對于應(yīng)用融合層，微服務(wù)的架構(gòu)和相關(guān)技術(shù)已在文中描述。需要注意的關(guān)鍵問題是應(yīng)用的微服務(wù)化。因?yàn)槲⒎?wù)主要的優(yōu)勢是將大型軟件劃分為多個獨(dú)立的子模塊，便于一站式開發(fā)和應(yīng)用。但是，如何進(jìn)行服務(wù)的劃分，是一個比較有挑戰(zhàn)性的工作。所以，在應(yīng)用融合層，盡量邀請實(shí)施經(jīng)驗(yàn)豐富的業(yè)務(wù)專家和技術(shù)專家對業(yè)務(wù)需求進(jìn)行分析，制定符合業(yè)務(wù)發(fā)展需要和技術(shù)架構(gòu)的應(yīng)用融合功能。通過上述分析可知，本文提出的基于微服務(wù)架構(gòu)的圖書館能力開放平臺，較好地提升了圖書數(shù)字資源管理平臺的敏捷開發(fā)能力、持續(xù)集成能力以及彈性擴(kuò)展能力。

4?結(jié)語

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，圖書館中的數(shù)字資源快速增加。圖書館為了滿足數(shù)字資源的存儲和使用需求，開始加大圖書館軟硬件資源的建設(shè)。但是，自建圖書館管理系統(tǒng)存在可靠性低，不便于擴(kuò)展等問題，不能有效滿足當(dāng)前圖書管理工作快速發(fā)展的要求。為解決此問題，本文提出構(gòu)建圖書館能力開放平臺，對該平臺的基礎(chǔ)資源層、數(shù)據(jù)共享層、應(yīng)用融合層進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，并給出了實(shí)施建議。在大數(shù)據(jù)時代下，圖書館的數(shù)字資源需要共享和使用，才能發(fā)揮數(shù)字資源的價(jià)值。下一步工作中，基于本文的研究成果，采用大數(shù)據(jù)挖掘和人工智能分析技術(shù)，研究圖書館數(shù)字資源的共享機(jī)制，從而發(fā)揮圖書館數(shù)字資源的價(jià)值。

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（編輯 王永超）