基于虚拟化技术的海洋专业知识服务研究＊

东韩，杨扬

（国家海洋信息中心 天津 300171）

随着我国海洋信息化工作的不断深入，国内建成了大量的海洋专业信息数据库，其服务模式从普通的资源共享集成模式，正在逐渐向交互性更高的知识服务形态转变。然而在知识服务数字化的进程中，这些各自独立且内部结构相似的系统中所存在的传统数据资源管理模式滞后、系统维护成本高、使用效率低等问题逐渐显现。这就需要提出适合于知识服务的海洋专业信息管理模式，为海洋科学研究提供技术支撑。

本文研究一种基于虚拟化技术的海洋专业知识服务解决方案，通过利用虚拟化技术对信息资源进行整合利用，以分析解决上述系统建设中存在的问题。通过研究，探索建设海洋专业知识整合体，汇聚打通传统数据库资源，构建海洋专业知识服务框架的可能性，进一步加强系统结构弹性和灵活性、提高资源使用效率、降低运维成本，为海洋专业知识建设与管理提供保障。

1 海洋专业知识服务发展现状

对于海洋领域来说，知识服务的主体是信息资源丰富、应用范围广、实用性强的海洋专业信息整合体；知识服务的客体是接受知识服务来满足其知识需求的海洋研究专家和相关科技人员。而海洋专业知识服务是通过梳理、标准化整合改造后的海洋信息资源，高效深入地满足技术人员的知识需求，进而建立海洋专业知识体系和柔性服务机制［1］。

随着国家对海洋领域投入力度的加大，海洋信息资源量呈几何倍数增长，各地也建成了许多海洋信息数据库和知识服务系统。然而这些数据库和系统由于各自独立、资源异构、标准不一，导致了不同节点间信息资源共享困难，片段知识难以及时有效地进行组织整合，严重影响了知识服务质量。具体表现在以下3个方面。

1．1 数据资源形式异构

在海洋信息系统和数据库的建设过程中，经常出现为满足自身系统建设和信息需求，独立地完成各自的内容，形成各自为政，单位分割。通过各自质控后的数据形式各异，标准不一，严重影响了使用效率，造成了资源浪费，数据不能得到有效共享。

1．2 传统信息资源管理模式落后

目前传统的信息资源管理大多采用分布式，每个节点单独部署一套信息系统，各节点间通过网络进行连接。这种部署方式会造成本地系统硬件配置成本增加，同时各节点间硬件资源不能充分共享，进而导致系统稳定性和可靠性低、分布式管理复杂、运维成本增加、维护难度大。

1．3 用户需求响应滞后

海洋信息资源丰富，品类众多，知识需求也日趋多元化和个性化，面对庞大的海洋专业数据资源，专业背景各异的海洋科技人员难以在短时间内准确获取自己所需的知识信息。随着海洋专业知识服务需求的急剧增长，这些信息分类模糊、内容相近的知识服务系统就不能有效地提供全面及时的数据服务，系统的标准性资源建设没有形成，缺乏统一规划。

2 虚拟化

为能高效地使用日益强大的计算资源，维护不断增加的存储空间，同时满足需求的灵活性和多样性，作为云计算系统的核心组成部分，虚拟化技术得到了快速发展。虚拟化［2］是云计算的基础，是将各种计算及存储资源充分整合并高效利用的关键技术。它通过在底层上加入一个中间层将硬件资源虚拟化，用与访问抽象前资源一致的方法来访问抽象后的资源，为一组类似资源提供一个通用的抽象接口集，从而隐藏属性和操作间的差异，实现为某些对象创造虚拟的版本，且可随时动态变化。虚拟化技术消除了底层物理设备与上层操作系统、软件之间的耦合，实现了资源的高效灵活使用［3］，还可根据用户需要动态的构建虚拟镜像，进而实现计算资源的可伸缩性、透明性和高效性［4］。由于海洋专业信息系统大部分使用的是海量分布式存储，深入研究并利用虚拟化技术，能有效整合现有软硬件资源，降低云计算平台的构建、运营和维护成本，简化资源管理步骤，提升系统稳定性和扩展性。

虚拟化可分为软件和硬件两个层面。软件虚拟化主要是指操作系统和应用程序虚拟化；硬件虚拟化主要包括存储设备、服务器和网络设备虚拟化。由于在海洋专业知识服务系统建设中，独立异构的海洋专业数据库主要影响了服务质量，所以下面简要介绍下存储虚拟化技术。

存储技术经历了从单个磁盘、磁带到SAN和NAS存储网络系统的历程，对存储环境和资源共享的迫切需求推动着存储虚拟化技术成为主流技术。存储虚拟化［5］是将存储资源统一集中到一个大容量的资源池，通过建立虚拟机监视器［6］在硬件设备上提供了一个模拟的硬件环境，能够同时为多个操作系统服务，无需中断数据应用即可改变存储系统和数据实时移动，实现对存储系统单点统一管理。存储虚拟化主要有基于主机的虚拟化和基于存储设备的虚拟化：基于主机的虚拟化是在操作系统级别上完成虚拟化工作，不需要任何硬件支持，也不影响现有存储系统的基本架构，该方法最容易实现，成本最低，但可扩充性较差；基于存储设备的虚拟化是在存储设备的适配器、控制器上实现虚拟化功能，目前很多存储设备（如磁盘阵列等）内部都有功能较强的处理器，并带有专门的嵌入式系统，可以在存储系统内部进行存储虚拟化的工作，对外提供已经完成虚拟化的磁盘空间。

3 基于虚拟化技术的海洋专业知识服务

结合海洋信息多源、异构且离散分布的特点，通过利用虚拟化技术可以将系统中的各种异构的海洋信息资源转换成为灵活统一的虚拟海洋信息资源池，从而为相关科技人员提供海洋专业知识服务提供相应支撑。

在基于虚拟化技术的海洋专业知识服务框架中，数据的汇聚打通是建设核心。整个架构以海洋专业数据库为支撑，通过提供统一的虚拟资源目录，将底层异构的各种海洋信息资源，映射成为灵活统一的虚拟海洋信息数据资源池，为上层知识服务提供统一的标准化接口，简化访问海洋信息数据资源的复杂性。其框架如图1所示。

图1 基于虚拟化技术的海洋专业知识服务框架

3．1 框架设计

从具体技术实现来说，基于虚拟化技术的海洋专业知识服务框架可以分成3个层面：基础硬件层、管理控制层和用户应用层。

3．1．1 基础硬件层

服务框架设计中的最底层是基础硬件层，由各单位节点中大量分布式的异构数据存储设备组成，主要有各个节点中计算资源自身所拥有的IDE或SATA 硬盘，以及存储区域网络等，彼此之间通过高速以太网相连，形成一个整体，构成海洋专业知识服务框架的物理基础设施。

3．1．2 管理控制层

管理控制层是整个知识服务框架支持运作的核心。在硬件资源整合方面，通过虚拟机监视器实现物理基础设施的虚拟化，在软件级别上将大量资源异构的数据存储映射转化成统一的虚拟数据资源池。虚拟机监视器是一个虚拟机平台软件，它运行于各个单位节点上，以实现对存储资源的虚拟化。基于成本考虑，可在采用开源虚拟化平台软件Xen［7］的基础上通过二次开发来实现资源虚拟化过程；在管理控制方面，主要对虚拟化之后的数据进行调度，为知识管理、知识挖掘和全文检索提供透明访问，同时协同安全管控，在保障系统安全的同时，建立并运行维护机制，从技术和机制两个方面进行保护，维护系统的正常运行。

3．1．3 用户应用层

用户应用层是海洋专业知识服务的门户，也是展现海洋数据和信息的表现形式，由知识分类、知识检索、知识地图和知识模版功能组成。针对相关领域专家与研究人员，通过交流互动及时了解不同知识需求，提供个性化服务，建立知识丰富、交互性强、研究成果交流迅捷、简便的服务平台。

3．2 服务模型

基于上述框架设计，虚拟化的海洋专业知识服务模型主要包括海洋专业信息数据库、海洋专业知识库和管理工具3个部分（图2）。

3．2．1 海洋专业信息数据库

由分散在各节点上的多层次海洋专业数据库及相关海洋知识系统构成。

图2 基于虚拟化技术的海洋专业知识服务模型

3．2．2 海洋专业知识库

依照海洋专业知识分类，在虚拟化技术的支撑下，对海洋专业数据资源进行重新组织与整合，通过提供虚拟信息与物理信息之间的资源映射和转换，利用知识关联技术存储多维度的数据索引与知识关联规则，形成统一的数据服务主体，为海洋专业知识服务提供数据支持。

3．2．3 管理工具

主要提供知识内容的更新管理和虚拟信息资源与物理信息资源之间的映射转换功能。根据知识内容的扩充与变化情况，及时更新信息资源映射信息表中的信息，将对虚拟资源的操作映射到相应的物理资源上，进而形成虚拟目录，以实现对物理海洋环境信息资源的透明访问。

4 小结

通过引入虚拟化技术来解决当前海洋专业知识服务系统建设中存在的资源异构、传统数据管理模式落后、用户需求响应不及时等问题，从框架设计和服务模型两方面分析了提供基于虚拟化技术的海洋专业知识服务的可能，提供了汇聚打通节点间海量数据，构建信息资源丰富、应用范围广、实用性强的海洋专业知识整合体的研究思路，为理清海洋信息资源，开展全方位、多层次的海洋专业知识服务做出了探索。

［1］李霞，樊治平，冯博．知识服务的概念、特征与模式［J］．情报科学，2007，25（10）：1585－1587．

［2］ADAMS K，AGESEN O．A comparison of software and hardware techniques for x86virtualization［C］／／Proceedings of the 12th international conference on Architectural support for programming languages and operating systems．2006：2－13．

［3］NANDA S，CHIUEH T，BROOK S，et al．A survey on virtualization technologies．RPE Report，2005：1－42．

［4］UHLIG R，NEIGER G，RODGERS D，et al．Intel Virtualization Technology［J］．Computer，2005，38（5）：48－56．

［5］石磊，邹德清，金海．Xen虚拟化技术［M］．武汉：华中科技大学出版社，2009：13－46．

［6］ROSENBLUM M，GARFINKEL T．Virtual machine monitors：current technology and future trends［J］．Computer，2005，38（5）：39－47．

［7］江雪．基于Xen虚拟机的动态迁移技术研究［D］．上海：上海交通大学，2009．