基于成本效率最优的云图书馆数据中心智能化管理策略

●马晓亭（兰州商学院 信息工程学院，兰州 730020）

1 引言

随着云计算技术的发展与成熟，将云计算技术与云读者个性化阅读需求相结合，加强云基础设施资源与云业务整合，建设安全可控、易于管理、虚拟化、弹性分配云资源的数字图书馆成为必然。

云数据中心是云图书馆建设、运营、维护工作的核心，具有采用面向服务架构（SOA）思想设计，超大规模、虚拟化、高安全、可扩展的特点。云图书馆数据中心管理的科学化、自动化与智能化水平，决定了云系统运营效率和读者云阅读满意度。只有采用高安全、智能化、自动化的管理策略，不断加强云数据中心的基础设施资源整合与智能调度水平，实现云数据中心安全、资源、服务、用户的管理部署与监控，并通过监测数据智能报警与系统优化，图书馆云平台才能安全、高效、经济、低碳地为读者服务。［1］

2 图书馆云数据中心智能化管理需求与特点

云图书馆数据中心由云计算系统、云存储系统、云数据中心网络系统、云数据中心安全防御系统、各种云应用与操作系统等单元组成，具有组织结构复杂、系统管理难度大等特点。只有加强管理工作的智能化、自动化水平建设，确保系统自动检测云资源使用状况、云系统运营综合效率与瓶颈节点、基础设施资源的智能优化与动态分配、云系统自动安全预警与智能防御、系统效率与低碳运营最佳优化等方面内容，才能提高云数据中心的整体运营效率与读者云服务保障能力。

2.1 云基础设施资源的智能化管理需求

云基础设施资源管理内容可分为三点：（1）自动监督和控制云数据中心计算、存储、网络等物理设施的运行状况，建立安全、高效、自动化的基础设施资源管理平台，利用虚拟化技术按需动态分配资源，降低云基础设施资源的管理复杂度与管理成本。（2）确保基础资源物理设备管理与虚拟化管理相结合，提高云数据中心系统冗余性、开放性与异构设备的兼容性。（3）加强云服务器、云存储、云网络等异构物理设备的整合，将计算、存储、网络三大资源融合为一个整体逻辑资源池，转变多模块管理方式为统一管理系统模式，并提供一站式的运维服务，实现降低管理成本、提高云系统的综合运营效率。

2.2 提高云基础设施资源智能化分配效率

图书馆云数据中心具有系统结构复杂、用户资源需求动态变化的特点。将IT系统资源静态供应模式转变为根据用户需求动态分配，实现云数据中心基础设施系统负载均衡，是提高云数据中心运营效率、降低读者云阅读成本的保证。在构建计算、网络、存储资源池时，确保云控制器对系统庞大资源的智能化监测、控制、调动的科学化、自动化水平，提高云系统IT资源融合效率。在云基础设施资源调动、分配活动中，自动、智能地优化云资源池结构与资源分配效率，实现云数据中心安全、平衡、高效、经济地运营。

2.3 确保云数据中心管理的安全、可靠

图书馆云数据中心管理的安全风险来自云基础设施的组织、运营与云服务的交付过程，主要有基础设施硬件设备、云系统与云应用平台、云数据与云服务的保密性、云资源整合和可用性四个方面。应加强云数据中心内部设备之间数据与云迁移数据的保密性、完整性、可用性和安全监控，对访问云数据中心的系统管理员与普通用户加强身份和访问控制管理，特别防范非法用户通过获得超级权限而控制云数据中心系统。此外，应加强云图书馆在云系统多租户架构环境下的通信保密与数据加密机制、系统内部安全机制、系统内部稳定性机制、数据中心存储安全机制，确保云图书馆与其它云租户的云应用与数据安全隔离，实现网络安全一体化防护和云系统的智能化配置与故障自动化排除。

2.4 对虚拟化资源的智能化管理

虚拟化技术跨越了云物理资源设备分隔对云系统资源统一化管理的束缚，将云数据中心资源划归到一个虚拟资源池中统一管理、合理分配，提高了云资源的利用率与云系统保障能力。在对虚拟化资源的管理中，要加强对物理资源和虚拟化资源的统一组织与协调管理，通过监管云数据中心虚拟机之间的流量，执行有效的端口管理策略和流量管控策略，提高不同虚拟设备与虚拟系统间的数据传输效率。同时，根据云系统与读者云阅读需求，完成云资源与虚拟机的安全、高效、快速迁移，并实现虚拟设备端口管理策略的自动化迁移。［2］

2.5 实现云数据中心资源的动态管理与低碳运营

通过虚拟化技术对云资源进行整合，云数据中心可根据读者云阅读需求有效动态分配系统资源，在确保满足读者云阅读活动对云资源需求的前提下，降低读者开展云阅读活动成本，提高云系统的资源管理效率与云保障能力。

在云资源的动态管理中，要加强用户对云基础设施资源与云应用活动的智能化监控与管理，加强云资源动态管理的安全性与可靠性，提高动态管理的效率与负载快速均衡能力。通过云系统自动监控并合理设置平均负载阈值，当云系统负荷大于或小于阈值后，系统为云服务自动增加或者减少云资源分配量，确保云资源的弹性、高效分配。同时，采用智能化管理手段提高云数据中心系统运营效率与能源消耗，通过云资源的统一管理与负载均衡消除云计算热点和云存储热点，实现数据中心安全、高效、经济、低碳运营。

2.6 加强海量非结构化数据管理效率与存储安全

据IDC调查，企业中80%的数据都是非结构化数据，并且这些数据每年按60%指数增长，加强对海量非结构化数据的有效组织与管理，成为云计算数据中心所面临的又一挑战。在云图书馆数据管理中，由于云服务方式、规模和用户服务区域的不断扩展，需要加强云数据中心操作系统对存储在文件系统中非结构化数据的管理效率，采用容错、高并发I/O等机制，提高云图书馆对位于世界不同地域数据中心数据整合及更新的能力。

云图书馆网络数据中心采用基于多租户架构的IT交付模式，云图书馆与多租户共享云物理空间并在逻辑上隔离，云存储空间物理上的共享性是图书馆云用户数据安全和隐私保护的主要安全威胁。位于世界不同地域的云用户对云图书馆海量文件和数据库的读/写操作，备份云数据库与中心库的同步性、准确性和数据迁移问题，以及云图书馆的容灾性、灾后数据恢复能力建设，也增加了云图书馆管理的复杂性。［3］

3 云图书馆数据中心系统架构与智能化管理策略

云图书馆数据中心具有强大的虚拟计算、高效的动态扩容、系统资源集中管理的特点。通过虚拟化、动态负载均衡、可靠双机热备、多机容灾备份等技术，为读者提供安全、可靠、经济、满意的云个性化阅读服务。

云系统利用网络传输，以按需求、易扩展的方式为用户分配云基础设施资源（硬件、平台、软件、云服务），对云系统基础设施、云操作与应用系统、云应用服务、云用户采用智能与自动化的管理策略，实现数据中心管理的可扩展、虚拟化和可视化要求，确保云数据中心安全、高效、便捷、自动化地为用户服务。

3.1 图书馆云数据中心智能化管理系统架构

建立科学、合理的云网络数据中心管理体系，必须在建设可靠、高效、安全、冗余的管理基础设施基础上，将科学的数据中心管理理念与图书馆云用户服务模式相结合，并融入到云网络数据中心系统信息处理生命周期中的各个环节、平台之上，为云客户服务需求和各种云业务提供整体解决方案。图书馆云网络数据中心管理系统架构设计如下图所示。［4］

图 图书馆云网络数据中心管理系统架构

在云网络数据中心管理系统架构建设上，具有数据中心设备与网络拓扑结构复杂，数据传输对中心内部网络带宽要求高，图书馆云中心与备份中心数据交换即时、海量等特点。因此，按照系统功能可将物理层分为服务器集群、云存储设备、系统管理服务器、网络交换设备和安全网关5部分。同时，针对物理层设备划分，建立相应的虚拟管理层，提高对物理层设备工作效率与虚拟化管理的能力。管理层结合图书馆云服务模式、内容、服务需求制定，涵盖了云业务管理、效率管理、网络管理、安全管理等各个方面，为图书馆云网络数据中心系统业务层提供服务支持，确保中心的各项云业务管理与云用户服务职能。

在云网络数据中心管理体系建设与系统优化中，紧密结合系统中心跨云网络数据传输、云图书馆存储数据间依赖关系、系统设施负载均衡这3个数据管理与业务处理流程目标，查找并消除中心系统工作与网络传输瓶颈。在对系统效率与功能优化的基础上,确保数据中心设备的全局负载均衡与合理冗余，提高中心系统基础设施综合利用率。

3.2 云基础设施资源的有效整合与智能管理

实现对云基础设施资源智能化管理的前提是对数据中心和底层IT资源的有效整合。在物理设备的整合中，可将云数据中心划分为云计算区域、云存储区域、云网络区域、云服务管理区域4个部分，加强各区域设备布置与逻辑管理的集中化程度。在业务层面上，按照业务类型实现不同IT和IP设备的融合，提高设备的云综合保障能力。在服务层面上，依据读者云阅读服务对基础设施平台建设与资源分配需求，提高云资源池统一划分与管理的安全与效率，实现云应用服务资源分配的高效与平衡。

在云基础设施资源智能化管理中，应以读者云服务需求为依据，突出管理好物理设备、云应用、网络流量、云服务4个方面的内容，实现云虚拟池的正确划分与自动部署。根据云应用负荷与数据中心突发流量特点，提高云系统动态负载均衡的安全、效率、自动化、智能化水平。同时，实现云管理平台对云基础设施资源的统一界面、集中管理，确保管理数据的自动采集与智能化处理，提高云系统告警、配置的自动化与监控信息处理的智能化水平。

3.3 云数据中心的虚拟化、自动化管理策略

虚拟化技术将云计算、存储、网络资源划分为一个可按需分配的资源池，根据读者需求对云系统内CPU、内存、磁盘、I/O等硬件资源自动分配，提高了资源利用率并简化系统管理，实现了云设备的整合与云系统自动化、智能化配置水平，显著提升了云系统的工作效率。

对图书馆云数据中心的虚拟化、自动化管理中，要提高虚拟资源、虚拟管理、虚拟访问管理工作的效率与安全，加强云数据中心易管性与经济性。首先，要提高管理员对云图书馆远程控制、监测和管理的能力，实现管理员对云系统的离线配置与Web界面管理，可详细查看到云数据中心读者数量与阅读状态、设备运行状况与故障节点、云资源分配情况与效率。其次，实现对云物理资源和虚拟资源池的自动化管理与智能化分配、配置，自动为图书馆管理员提供面向业务的云应用管理和流量分析方案，在拓扑图上将虚拟机迁移过程与迁移量通过图表方式显示。可根据用户云资源使用情况自动关闭闲置资源，动态调控CPU频率、数据中心设备与空调的电力消耗，确保云数据中心低碳运营。第三，在虚拟机迁移或云基础设施资源动态分配时，云系统管理软件相应界面应自动显示云资源需求与迁移量，并通过智能化分析、自动配置云系统资源迁移量与均衡参数，执行科学、安全的虚拟资源迁移策略，实现对云数据中心虚拟化、自动化管理的安全、可视、可控、智能、统一、透明要求。

3.4 云数据中心网络的智能化管理策略

较高的云数据中心网络数据传输效率与安全性，可以为图书馆云计算与存储系统提供均衡的数据传输保障，防止因传输瓶颈而导致云系统综合性能下降。在云数据中心网络的智能化管理中，除加强对网关、路由器、交换机、网络安全设备进行管理外，还需要根据云存储、云计算、云虚拟化应用服务需求，以确保云系统整体高效、安全、平衡、经济运营为目的，制定可控、可审计、可度量、智能化的管理策略实现云资源的统一管理。

为了提高云系统内部网络管理效率，可采用虚拟化网络管理平台技术架构，实现网络资源的虚拟化配置、分发、管理和监控，对云数据中心网络采取VLAN划分、网络IP管理、虚拟防火墙管理和网络流量控制和监控等方式，提高网络和数据传输安全与效率。此外，采用统一平台、统一界面方式，对云数据中心进行智能化的网络性能、网络设备运行状况及海量传输数据的监控，实现设备状态数据采集、故障发现、故障告警、自动修复的自动化与智能化。第三，为了提高网络传输效率，云数据中心应根据云服务数据传输需求与中心网络拓扑结构变化实际，对易产生数据丢失与传输延迟的关键节点、设备进行智能化分析，通过加强瓶颈节点设备性能与减少数据传输接口数量，确保数据传输具有较高的传输速率和较低的误码率与丢包率。

3.5 云数据中心智能化监控策略

智能化监控策略主要对云数据中心基础设施资源物理设备运行与安全状况进行监控，监控内容有CPU使用率、内存利用率、网络带宽利用率、云设备及空调耗电、云存储设备利用率等。此外，还包括对设备云应用请求系统响应时间、数据吞吐量、非法攻击与云安全防护、资源利用与能耗效率、云系统瓶颈节点进行监控。在监控策略的制定中，应重点加强监测设备布置位置科学性和数量的合理性，不能降低云系统的综合运营效率。其次，云系统中央控制器应根据云系统监测任务情况，依据负载均衡和高效的原则自动分配与迁移监测任务，当某台监测服务器出现故障时自动迁移到其他监测设备上，确保监控活动的持续性。

3.6 云数据中心的安全管理策略

图书馆云数据中心具有云系统组织结构复杂、云资源管理伸缩性强、多租户资源共享应用模式、云服务环境安全威胁多的特点。因此，为了确保云数据中心智能化管理策略的高效性与可靠性，必须将安全管理策略放到首要位置，科学制订全面覆盖云数据中心和云服务各个环节的安全战略。

在云数据中心安全管理策略制定中，首先要重点突出数据在数据中心内部网络传输、存储的安全性与可靠性，确保不被非法窃取并具有较高的传输效率。同时，充分利用云端的超强计算能力实现云模式的安全检测和防护，加强对云数据中心核心数据的加密与安全审计。其次，提高云数据中心安全检测引擎对系统安全威胁与系统漏洞检测的有效性，利用安全策略、用户身份识别和鉴定、访问控制、安全管理软件（安全管理软件、虚拟防火墙、杀毒软件等）在中心内部划分有效的安全边界。同时，根据云服务的特点，采用虚拟化技术为每个用户提供逻辑上安全隔离的CPU、内存、存储和网络资源等云IT基础设施。第三，对用户核心数据与云服务共享数据进行冗余备份，提高云数据中心的数据灾难恢复和负载均衡能力，当数据丢失或者云系统出现故障时，可通过灾难恢复与负载迁移确保云服务的安全性。

4 结束语

图书馆云数据中心具有基础设施结构复杂、云个性化阅读服务质量要求高、云计算环境安全威胁多、云系统运营经济与低碳环保的要求。因此，在图书馆云数据中心智能化管理策略制定与实施中，要采用高效的智能化管理策略，加强云基础设施资源融合和优化云系统功能架构。从读者云阅读需求和云服务保障力建设出发，建立一个标准、开放、易扩、可联动的智能化管理平台，实现云图书馆资源、业务、运维的精细化管理，为读者提供安全、便捷、经济、低碳的个性化云阅读服务。［4］

［1］张红萍.图书馆如何应对云计算环境的到来［J］．图书馆理论与实践，2011（5）：25－26.

［2］陈康,郑纬民．云计算：系统实例与研究现状［J］.软件学报，2009，20（5）：1337－1348.

［3］汪来富，等．云计算应用安全研究［J］．电信科学，2010（6）：67－70.

［4］冯永财．图书馆云计算的应用研究与实践构想［J］．图书馆理论与实践，2011（7）：13－15.