基于云计算的高校图书馆信息共享系统的构建与实现

冯晓青

（南阳医学高等专科学校河南南阳473000）

教师、图书馆和实验室是高校办学的三大支柱[1]。图书馆对高校的科研和教学起着不可或缺的作用，其不仅为学生、教师提供文献服务，且还体现了学校学科建设的竞争力[2-5]。

随着互联网技术和信息技术的快速发展，众多高校建立了数字化图书馆[6]。读者可以使用网络访问存储在不同地域、不同载体的信息。其不仅能获取传统的纸质书籍，且还能获取音视频和图片等多媒体信息[7-8]。使用数字化图书馆不仅可以丰富馆藏资源，并可实现资源、信息共享，提高图书馆的业务效率从而更好地服务读者[9-10]。然而，建设数字化图书馆需要大量的馆藏文献和基础设施，大部分高校的数字图书馆具有硬件设施建设不足、资源分配分散、安全系数低、维护工作量大和个性化服务局限等缺点，已无法满足用户的需求[11-13]。

云计算[14-15]使用虚拟化技术将物理设备抽象为与硬件无关的虚拟服务器，并可在虚拟服务器上安装系统和软件。虚拟服务器具有硬件无关的特点，不仅方便迁移，且还能解决硬件不兼容的问题。云平台具有超强的计算、存储能力，并能合理利用各种软硬件资源。在计算方面，可以使用集群机制分配和使用不同院校分散的硬件服务器；在存储方面，可以将运行负载均匀分配到不同存储设备上使用。

基于以上分析，文中提出了一种基于云计算的高校图书馆信息共享系统。该系统包括基础设施层、平台层和应用层。基础设施层为系统提供计算、存储和通信服务；平台层实现平台管理和应用管理，以快速响应应用层请求；应用层为读者和管理员提供服务。该系统支持各种操作平台和终端设备的访问，具有界面简洁、操作方便、响应快速的特点。

1 系统总体架构

文中提出的基于云计算的高校图书馆信息共享系统体系架构，如图1所示。该系统由基础设施层、平台层和应用层组成，通过平台层实现软件与硬件设备间的交互，为系统的各项业务传递数据、解释命令。

图1 基于云计算的高校图书馆信息共享系统体系架构

基础设施层为系统提供计算、存储和通信服务，并负责实现应用软件与数据库间的交互。本系统使用各院校的服务器存储、备份数据，并管理负载。

平台层包括数字资源集成平台、数字资源管理云服务平台以及书刊管理云服务平台，用于快速响应应用层请求。本系统在平台层一方面使用Java Beans技术隔离应用层，降低操作复杂度。另一方面结合Serverlt和JSP技术提高系统的可用性与兼容性。

应用层为读者和管理员提供各种服务，该层通过安装JDBC驱动进行存储与事务等操作。

2 系统平台设计

基于云计算的高校图书馆信息共享系统的建设，不仅要考虑到高校的数字资源建设现状和图书馆的人财物状况，还要考虑到用户的需求与学科的分布特点。在充分利用各种已有基础设施的基础上，整合各高校图书馆资源，实现信息共享，并提供易扩展、标准化和经济型的图书馆系统。本文依托云计算的基础设施平台、本地服务平台、公共服务平台和软件服务平台，构建了如图2所示的7个功能模块：门户系统、统一检索和认证系统、馆际互借系统以及参考咨询系统。其中，云计算的本地服务平台为各高校图书馆；软件服务平台为共享中心；公共服务平台和基础设施平台均为管理中心。

图2 系统功能模块

系统门户使用Web技术实现各高校成员馆的服务平台和统一门户网站，构建了一个分布式的信息存储系统整合相关网站与各高校图书馆的数据。其中，统一门户网站集合了用户登录、统一检索、文献传递和用户个性化定制等信息综合服务。高校成员馆的服务平台通过自定义和个性化的设置体现各高校的特色。

统一认证模块包括认证和单点登录两项服务，简化了用户之间、馆际之间的数据交流与服务。其中，认证服务包括身份认证和授权两项功能。身份认证功能判断用户输入的用户名、密码等信息是否合法；而授权功能决定了资源的访问权限。本系统的用户认证流程如图3所示，具体描述为：

1）用户发起访问请求；

2）统一认证模块判断该用户是否已登录，若未登录，则跳到登录界面；

3）若登录成功，统一认证模块则发送令牌；

4）门户获取令牌后，发送获取用户信息的请求；

5）统一认证模块接收请求后，便发送用户名和访问权限给门户；

6）门户根据用户的反问权限跳转到登录成功后的界面。

图3 用户认证流程

统一检索功能使用元数据检索技术实现了各高校图书馆和数据库提供商间信息的整合，并提供统一的检索界面。该功能不仅提高了资源的利用率，且还具有良好的经济与社会效益。

馆际互借和文献传递功能实现了各高校间文献资源的共享，弥补了传统图书馆馆藏不足的问题。读者只需满足一定的协议和收费标准，便可使用该功能向其他成员图书馆借用资料。

本系统基于“分散建设”和“资源共享”的原则，鼓励各高校根据自身的学科和地区特点建设各具特色的数据库。各成员馆利用其专业学科优势，建设本校的实习数据库、校企合作实训数据库以及教师科研成果、精品课程等数据库。在建设特色数据库时，重点投入本校的优势专业和特色专业，实现不同高校专业间的优劣互补。综上所述，基于云计算的高校图书馆信息共享系统的特色数据库功能结构，如图4所示。

图4 特色数据库功能结构

专业课程学习功能实现了各课程资源按学科和专业分类，根据用户所选择的专业，显示专业介绍及学习目标等详情页面。用户可按照课程的先后顺序点击相应的课程检索资料，包括课件、教案、教学视频和实验等课程内容。专业课程学习功能结合使用各高校的精品课程和精品专业的建设成果，提供读者所需的各种数据。

为了方便管理员与读者间的交互，本系统提供了参考咨询功能。该功能采用中心咨询和本地咨询相结合的两层结构实时为用户提供咨询服务。其中，中心咨询平台安装在中心服务器上，由各高校成员馆和平台中心轮班回答用户的问题。本地咨询系统则安装在本地服务器上，提供本地咨询服务。

3 系统实现与测试

3.1 功能实现

文中开发环境使用struts2+spring3+hibernate4集成框架，主要实现了门户平台、统一认证系统和馆际互借与文献传递系统。

3.1.1 门户平台

基于云计算的高校图书馆信息共享系统为用户提供了一个可操作的、简洁的统一访问界面，主要实现了以下功能：

1）统一认证功能：本系统为所有应用进行单点登录、统一认证，并使用统一授权管理保证用户信息的一致性和系统的安全性；

2）统一检索功能：为了方便用户查找资源，本系统提供图书、期刊和中英文论文的导航服务；

3）应用集成功能：本系统在门户平台集成了统一检索、文献互助和特色数据库等服务。

门户平台的界面，如图5所示。

3.1.2 统一认证系统

统一认证系统提供用户认证断言服务，包括单点登录和用户登录两个模块。

文中使用LoginServlet的3个子类Form Login Servlet、HttpLoginServlet和Ss1ClientCertLogin Servlet分别以3种方式获取用户的登录信息，并使用Login Bean类进行汇总，实现多种登录方式。登录模块结构类图，如图6所示。其中，LoginServlet实现了用于处理登录接口的doLogin方法、显示是否已经登录的isLogined方法、获取用户隐藏标识的getUserld方法以及登录失败后发送提示信息的showLoginjsp方法等。用户登录时需检查输入的账号、密码、验证码和学校名称是否合法，若没发送异常信息即表明登录成功。

3.1.3 馆际互借与文献传递系统

本系统使用馆际互借与文献传递功能实现不同图书馆间的资源共享，读者可以使用该功能借入其他院校的电子文献或复制品。

图5 门户平台界面图

图6 登录模块结构类图

本系统的文献检索模块可以展示全部可互借的资料信息。当用户发起检索请求后，系统会创建检索线程，并向各文献传递机构和院校图书馆发送检索请求。最后汇总、聚类各线程的检索结果，并显示给用户。馆际互借与文献传递功能需要读者、其他文献机构管理员和本院校图书管理员相互配合才能实现，其用例模型如图7所示。本文实现的统一检索与文献传递界面，如图8所示。

图7 馆际互借与文献传递用例模型图

3.2 系统测试

基于云计算的高校图书馆信息共享系统的硬件平台，包括云平台基础服务系统、云存储资源池和虚拟机工作站。其中，云平台基础服务系统由2台IBM刀片服务器组成；云存储资源池由6台华为N8500存储设备组成，最多提供15 PB存储容量；虚拟机工作站使用若干装有不同操作系统的普通PC机组成。

本部分首先测试了物理服务器的虚拟化能力，具体测试步骤为：

图8 统一检索与文献传递界面

1）搭建硬件环境，并为每个物理服务器创建3个虚拟机；

2）运行所有物理服务器和虚拟机；

3）使用管理工具查看各虚拟机的运行情况；

4）登录并检查是否能在各虚拟机上进行各种操作。

测试结果表明，所有物理服务器上的虚拟机均能同时运行各自的操作系统，并进行有效操作。即对于用户而言，各物理服务器间没有差别。

本部分也进一步测试了设备的兼容性，分别在2台刀片服务器上安装Windows 10和红帽操作系统。测试结果表明，在各种硬件环境下，各虚拟机均未出现异常，并稳定正常运行。

4 结束语

使用数字化图书馆不仅可以丰富馆藏资源，而且能实现资源、信息共享，提高图书馆的业务效率并更好地服务读者。然而，大部分高校的数字图书馆具有硬件设施建设不足、资源分配分散、安全系数低、维护工作量大和个性化服务局限等缺点。本文针对该问题，提出了一种基于云计算的高校图书馆信息共享系统。该系统包括基础设施层、平台层和应用层，基础设施层为系统提供计算、存储和通信服务；平台层实现平台管理和应用管理以快速响应应用层请求；应用层为读者和管理员提供服务。该系统支持各种操作平台和终端设备的访问，具有界面简洁、操作方便，响应快速的特点。