東韓，楊揚(yáng)

（國家海洋信息中心 天津 300171）

隨著我國海洋信息化工作的不斷深入，國內(nèi)建成了大量的海洋專業(yè)信息數(shù)據(jù)庫，其服務(wù)模式從普通的資源共享集成模式，正在逐漸向交互性更高的知識服務(wù)形態(tài)轉(zhuǎn)變。然而在知識服務(wù)數(shù)字化的進(jìn)程中，這些各自獨(dú)立且內(nèi)部結(jié)構(gòu)相似的系統(tǒng)中所存在的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)資源管理模式滯后、系統(tǒng)維護(hù)成本高、使用效率低等問題逐漸顯現(xiàn)。這就需要提出適合于知識服務(wù)的海洋專業(yè)信息管理模式，為海洋科學(xué)研究提供技術(shù)支撐。

本文研究一種基于虛擬化技術(shù)的海洋專業(yè)知識服務(wù)解決方案，通過利用虛擬化技術(shù)對信息資源進(jìn)行整合利用，以分析解決上述系統(tǒng)建設(shè)中存在的問題。通過研究，探索建設(shè)海洋專業(yè)知識整合體，匯聚打通傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫資源，構(gòu)建海洋專業(yè)知識服務(wù)框架的可能性，進(jìn)一步加強(qiáng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)彈性和靈活性、提高資源使用效率、降低運(yùn)維成本，為海洋專業(yè)知識建設(shè)與管理提供保障。

1 海洋專業(yè)知識服務(wù)發(fā)展現(xiàn)狀

對于海洋領(lǐng)域來說，知識服務(wù)的主體是信息資源豐富、應(yīng)用范圍廣、實(shí)用性強(qiáng)的海洋專業(yè)信息整合體；知識服務(wù)的客體是接受知識服務(wù)來滿足其知識需求的海洋研究專家和相關(guān)科技人員。而海洋專業(yè)知識服務(wù)是通過梳理、標(biāo)準(zhǔn)化整合改造后的海洋信息資源，高效深入地滿足技術(shù)人員的知識需求，進(jìn)而建立海洋專業(yè)知識體系和柔性服務(wù)機(jī)制［1］。

隨著國家對海洋領(lǐng)域投入力度的加大，海洋信息資源量呈幾何倍數(shù)增長，各地也建成了許多海洋信息數(shù)據(jù)庫和知識服務(wù)系統(tǒng)。然而這些數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)由于各自獨(dú)立、資源異構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)不一，導(dǎo)致了不同節(jié)點(diǎn)間信息資源共享困難，片段知識難以及時有效地進(jìn)行組織整合，嚴(yán)重影響了知識服務(wù)質(zhì)量。具體表現(xiàn)在以下3個方面。

1．1 數(shù)據(jù)資源形式異構(gòu)

在海洋信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的建設(shè)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)為滿足自身系統(tǒng)建設(shè)和信息需求，獨(dú)立地完成各自的內(nèi)容，形成各自為政，單位分割。通過各自質(zhì)控后的數(shù)據(jù)形式各異，標(biāo)準(zhǔn)不一，嚴(yán)重影響了使用效率，造成了資源浪費(fèi)，數(shù)據(jù)不能得到有效共享。

1．2 傳統(tǒng)信息資源管理模式落后

目前傳統(tǒng)的信息資源管理大多采用分布式，每個節(jié)點(diǎn)單獨(dú)部署一套信息系統(tǒng)，各節(jié)點(diǎn)間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。這種部署方式會造成本地系統(tǒng)硬件配置成本增加，同時各節(jié)點(diǎn)間硬件資源不能充分共享，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性低、分布式管理復(fù)雜、運(yùn)維成本增加、維護(hù)難度大。

1．3 用戶需求響應(yīng)滯后

海洋信息資源豐富，品類眾多，知識需求也日趨多元化和個性化，面對龐大的海洋專業(yè)數(shù)據(jù)資源，專業(yè)背景各異的海洋科技人員難以在短時間內(nèi)準(zhǔn)確獲取自己所需的知識信息。隨著海洋專業(yè)知識服務(wù)需求的急劇增長，這些信息分類模糊、內(nèi)容相近的知識服務(wù)系統(tǒng)就不能有效地提供全面及時的數(shù)據(jù)服務(wù)，系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)性資源建設(shè)沒有形成，缺乏統(tǒng)一規(guī)劃。

2 虛擬化

為能高效地使用日益強(qiáng)大的計算資源，維護(hù)不斷增加的存儲空間，同時滿足需求的靈活性和多樣性，作為云計算系統(tǒng)的核心組成部分，虛擬化技術(shù)得到了快速發(fā)展。虛擬化［2］是云計算的基礎(chǔ)，是將各種計算及存儲資源充分整合并高效利用的關(guān)鍵技術(shù)。它通過在底層上加入一個中間層將硬件資源虛擬化，用與訪問抽象前資源一致的方法來訪問抽象后的資源，為一組類似資源提供一個通用的抽象接口集，從而隱藏屬性和操作間的差異，實(shí)現(xiàn)為某些對象創(chuàng)造虛擬的版本，且可隨時動態(tài)變化。虛擬化技術(shù)消除了底層物理設(shè)備與上層操作系統(tǒng)、軟件之間的耦合，實(shí)現(xiàn)了資源的高效靈活使用［3］，還可根據(jù)用戶需要動態(tài)的構(gòu)建虛擬鏡像，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)計算資源的可伸縮性、透明性和高效性［4］。由于海洋專業(yè)信息系統(tǒng)大部分使用的是海量分布式存儲，深入研究并利用虛擬化技術(shù)，能有效整合現(xiàn)有軟硬件資源，降低云計算平臺的構(gòu)建、運(yùn)營和維護(hù)成本，簡化資源管理步驟，提升系統(tǒng)穩(wěn)定性和擴(kuò)展性。

虛擬化可分為軟件和硬件兩個層面。軟件虛擬化主要是指操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序虛擬化；硬件虛擬化主要包括存儲設(shè)備、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備虛擬化。由于在海洋專業(yè)知識服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)中，獨(dú)立異構(gòu)的海洋專業(yè)數(shù)據(jù)庫主要影響了服務(wù)質(zhì)量，所以下面簡要介紹下存儲虛擬化技術(shù)。

存儲技術(shù)經(jīng)歷了從單個磁盤、磁帶到SAN和NAS存儲網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的歷程，對存儲環(huán)境和資源共享的迫切需求推動著存儲虛擬化技術(shù)成為主流技術(shù)。存儲虛擬化［5］是將存儲資源統(tǒng)一集中到一個大容量的資源池，通過建立虛擬機(jī)監(jiān)視器［6］在硬件設(shè)備上提供了一個模擬的硬件環(huán)境，能夠同時為多個操作系統(tǒng)服務(wù)，無需中斷數(shù)據(jù)應(yīng)用即可改變存儲系統(tǒng)和數(shù)據(jù)實(shí)時移動，實(shí)現(xiàn)對存儲系統(tǒng)單點(diǎn)統(tǒng)一管理。存儲虛擬化主要有基于主機(jī)的虛擬化和基于存儲設(shè)備的虛擬化：基于主機(jī)的虛擬化是在操作系統(tǒng)級別上完成虛擬化工作，不需要任何硬件支持，也不影響現(xiàn)有存儲系統(tǒng)的基本架構(gòu)，該方法最容易實(shí)現(xiàn)，成本最低，但可擴(kuò)充性較差；基于存儲設(shè)備的虛擬化是在存儲設(shè)備的適配器、控制器上實(shí)現(xiàn)虛擬化功能，目前很多存儲設(shè)備（如磁盤陣列等）內(nèi)部都有功能較強(qiáng)的處理器，并帶有專門的嵌入式系統(tǒng)，可以在存儲系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行存儲虛擬化的工作，對外提供已經(jīng)完成虛擬化的磁盤空間。

3 基于虛擬化技術(shù)的海洋專業(yè)知識服務(wù)

結(jié)合海洋信息多源、異構(gòu)且離散分布的特點(diǎn)，通過利用虛擬化技術(shù)可以將系統(tǒng)中的各種異構(gòu)的海洋信息資源轉(zhuǎn)換成為靈活統(tǒng)一的虛擬海洋信息資源池，從而為相關(guān)科技人員提供海洋專業(yè)知識服務(wù)提供相應(yīng)支撐。

在基于虛擬化技術(shù)的海洋專業(yè)知識服務(wù)框架中，數(shù)據(jù)的匯聚打通是建設(shè)核心。整個架構(gòu)以海洋專業(yè)數(shù)據(jù)庫為支撐，通過提供統(tǒng)一的虛擬資源目錄，將底層異構(gòu)的各種海洋信息資源，映射成為靈活統(tǒng)一的虛擬海洋信息數(shù)據(jù)資源池，為上層知識服務(wù)提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化接口，簡化訪問海洋信息數(shù)據(jù)資源的復(fù)雜性。其框架如圖1所示。

圖1 基于虛擬化技術(shù)的海洋專業(yè)知識服務(wù)框架

3．1 框架設(shè)計

從具體技術(shù)實(shí)現(xiàn)來說，基于虛擬化技術(shù)的海洋專業(yè)知識服務(wù)框架可以分成3個層面：基礎(chǔ)硬件層、管理控制層和用戶應(yīng)用層。

3．1．1 基礎(chǔ)硬件層

服務(wù)框架設(shè)計中的最底層是基礎(chǔ)硬件層，由各單位節(jié)點(diǎn)中大量分布式的異構(gòu)數(shù)據(jù)存儲設(shè)備組成，主要有各個節(jié)點(diǎn)中計算資源自身所擁有的IDE或SATA 硬盤，以及存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)等，彼此之間通過高速以太網(wǎng)相連，形成一個整體，構(gòu)成海洋專業(yè)知識服務(wù)框架的物理基礎(chǔ)設(shè)施。

3．1．2 管理控制層

管理控制層是整個知識服務(wù)框架支持運(yùn)作的核心。在硬件資源整合方面，通過虛擬機(jī)監(jiān)視器實(shí)現(xiàn)物理基礎(chǔ)設(shè)施的虛擬化，在軟件級別上將大量資源異構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲映射轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一的虛擬數(shù)據(jù)資源池。虛擬機(jī)監(jiān)視器是一個虛擬機(jī)平臺軟件，它運(yùn)行于各個單位節(jié)點(diǎn)上，以實(shí)現(xiàn)對存儲資源的虛擬化?；诔杀究紤]，可在采用開源虛擬化平臺軟件Xen［7］的基礎(chǔ)上通過二次開發(fā)來實(shí)現(xiàn)資源虛擬化過程；在管理控制方面，主要對虛擬化之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)度，為知識管理、知識挖掘和全文檢索提供透明訪問，同時協(xié)同安全管控，在保障系統(tǒng)安全的同時，建立并運(yùn)行維護(hù)機(jī)制，從技術(shù)和機(jī)制兩個方面進(jìn)行保護(hù)，維護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3．1．3 用戶應(yīng)用層

用戶應(yīng)用層是海洋專業(yè)知識服務(wù)的門戶，也是展現(xiàn)海洋數(shù)據(jù)和信息的表現(xiàn)形式，由知識分類、知識檢索、知識地圖和知識模版功能組成。針對相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜遗c研究人員，通過交流互動及時了解不同知識需求，提供個性化服務(wù)，建立知識豐富、交互性強(qiáng)、研究成果交流迅捷、簡便的服務(wù)平臺。

3．2 服務(wù)模型

基于上述框架設(shè)計，虛擬化的海洋專業(yè)知識服務(wù)模型主要包括海洋專業(yè)信息數(shù)據(jù)庫、海洋專業(yè)知識庫和管理工具3個部分（圖2）。

3．2．1 海洋專業(yè)信息數(shù)據(jù)庫

由分散在各節(jié)點(diǎn)上的多層次海洋專業(yè)數(shù)據(jù)庫及相關(guān)海洋知識系統(tǒng)構(gòu)成。

圖2 基于虛擬化技術(shù)的海洋專業(yè)知識服務(wù)模型

3．2．2 海洋專業(yè)知識庫

依照海洋專業(yè)知識分類，在虛擬化技術(shù)的支撐下，對海洋專業(yè)數(shù)據(jù)資源進(jìn)行重新組織與整合，通過提供虛擬信息與物理信息之間的資源映射和轉(zhuǎn)換，利用知識關(guān)聯(lián)技術(shù)存儲多維度的數(shù)據(jù)索引與知識關(guān)聯(lián)規(guī)則，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)主體，為海洋專業(yè)知識服務(wù)提供數(shù)據(jù)支持。

3．2．3 管理工具

主要提供知識內(nèi)容的更新管理和虛擬信息資源與物理信息資源之間的映射轉(zhuǎn)換功能。根據(jù)知識內(nèi)容的擴(kuò)充與變化情況，及時更新信息資源映射信息表中的信息，將對虛擬資源的操作映射到相應(yīng)的物理資源上，進(jìn)而形成虛擬目錄，以實(shí)現(xiàn)對物理海洋環(huán)境信息資源的透明訪問。

4 小結(jié)

通過引入虛擬化技術(shù)來解決當(dāng)前海洋專業(yè)知識服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)中存在的資源異構(gòu)、傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理模式落后、用戶需求響應(yīng)不及時等問題，從框架設(shè)計和服務(wù)模型兩方面分析了提供基于虛擬化技術(shù)的海洋專業(yè)知識服務(wù)的可能，提供了匯聚打通節(jié)點(diǎn)間海量數(shù)據(jù)，構(gòu)建信息資源豐富、應(yīng)用范圍廣、實(shí)用性強(qiáng)的海洋專業(yè)知識整合體的研究思路，為理清海洋信息資源，開展全方位、多層次的海洋專業(yè)知識服務(wù)做出了探索。

［1］李霞，樊治平，馮博．知識服務(wù)的概念、特征與模式［J］．情報科學(xué)，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，鄒德清，金海．Xen虛擬化技術(shù)［M］．武漢：華中科技大學(xué)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虛擬機(jī)的動態(tài)遷移技術(shù)研究［D］．上海：上海交通大學(xué)，2009．