桌面云在高校图书馆的应用分析

王　苑,　杨昌辉

(合肥工业大学a.图书馆;b.管理学院，合肥　230009)



桌面云在高校图书馆的应用分析

王苑a,杨昌辉b

(合肥工业大学a.图书馆;b.管理学院，合肥230009)

摘要：随着云计算在高校图书馆的大力普及，桌面云的虚拟化技术在图书馆系统变革中的优势日益显著。在分析了桌面应用现状后，文章对高校图书馆桌面云的框架设计和应用场景进行了探讨和分析。

关键词：云计算；虚拟化；图书馆

一、引言

作为第二课堂的高校图书馆，担负着为教学和科研服务的双重责任。而在当前，高校图书馆在发展中却也面临着以下几点亟待解决的问题：第一，读者远程借阅和阅览无法通过传统的VPN解决方案进行,而需要在保证图书安全的前提条件下满足读者远程借阅和阅览的需求，将图书馆原来的内部应用发布到Internet；第二，一些高校已经开发的移动图书馆APP并不支持目前市场上的IOS设备和安卓等新的移动设备，使得一部分读者无法在移动设备上进行借阅和浏览；第三，将图书馆一些应用开放给外网读者以提供便利的同时，高校图书馆却也因为开放外网访问而使得现有的IT架构面临着来自病毒、黑客攻击等安全隐患；第四，在高校图书馆内，普遍存在着系统后台服务器老化，传统使用的无盘工作站软件系统不稳定，启动缓慢等问题。当系统发生单点故障时，极有可能造成业务宕机，进而影响系统的可用性；第五，由于图书馆内部各专业部门之间分工不同，桌面应用的差异也较大，这就给IT部门带来了较大的系统维护压力，需要简化IT管理。

针对以上问题，需要构建新型架构去支撑高校图书馆的运行和发展。而桌面云(DAAS ：Desktop As a Service)作为一种将服务器虚拟化和桌面虚拟化技术相结合的新型互联网资源利用方式，其将最终用户的数据、应用、桌面操作系统用虚拟化的技术从用户的物理桌面上剥离出来，集中到数据中心，最大程度地保证应用数据的安全，减少维护的压力，用户也将更方便、灵活地应用各种终端、各种网络在任何时间、地点访问自己的桌面和应用。由于其“安全”“管理”“灵活”“绿色”的特性，越来越多的单位开始实施和部署桌面云[1]。

2015年1月30日，国务院印发了《关于促进云计算创新发展培育信息产业新业态的意见》，要求深化云计算在各重点领域的应用，提出政府部门及教育、医疗等行业要加大采购云计算服务的力度。采购云服务正在成为一种趋势。云计算的主要技术包含服务器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化、桌面虚拟化等。桌面虚拟化是虚拟化应用的新方向，其覆盖的终端数最高，应用范围也最广[2]。目前，在国内，关于“图书馆、云计算”领域的研究论文已较多，但研究重点主要集中在云计算在图书馆应用的宏观展望、云计算与信息资源共享、服务器虚拟化在图书馆中的应用等。2013年以来，桌面云在高校开始尝试投入应用，最初用于科研软件的集中发布，逐步拓展到实验室、多媒体教室，图书馆办公区和电子阅览室。据笔者在CNKI(中国知网)输入“桌面云and图书馆”或“图书馆and桌面虚拟化”查询所知，近三年来，关于桌面云的研究论文共有15篇，且研究尚处于初级阶段，主要就桌面云在图书馆应用的展望、桌面云在图书馆细分领域的应用展开分析，尚缺乏全面深入的桌面云在图书馆，尤其是高校图书馆整体应用方面的研究论文。

本文对高校图书馆应用现状进行了梳理，重点分析了桌面云系统架构的关键技术，桌面云系统的设计方案以及实施桌面云系统的效果情况，并指出了当前桌面应用存在的一些问题，旨在深入探索桌面云在图书馆各部门运行的实践意义和价值。

二、桌面云的关键技术分析

1.桌面云的系统架构

桌面云打破了传统IT架构硬件和软件的硬耦合，利用虚拟化技术实现了服务器平台和终端的对话，所有后台应用系统都加载在服务器上，应用程序在虚拟化平台上运行后，终端接收的只是虚拟化平台运行范围的屏幕画面[3]。终端和服务器平台之间通过桌面云传输协议来进行对话交互。

典型的桌面云架构主要包含云平台和终端两层，其中云平台主要包含服务器集群、存储、网络交换机、防火墙、负载均衡设备以及桌面虚拟化软件；云终端可以为各类PC设备、瘦客户机、显示器、PAD、智能手机等接入设备。在桌面云的系统架构中，用户通过终端设备(瘦终端、平板或安装在PC上的桌面云软件)访问接入服务器，接入服务器将用户信息提供给桌面管理服务器，桌面服务器通过认证服务器对用户身份进行认证，验证成功后在数据库服务器上找出具有访问权限的用户访问桌面云，平台通过传输协议实现桌面与用户终端的链接。笔者认为主要需要从以下三个方面来实现高校图书馆桌面云平台的架构：

一是重新开发新的、更加适合高校图书馆现实情况的应用技术，以便为各种需求的用户提供更加完善的阅览服务与技术支撑；二是优化底层硬件算法技术，利于实现高校图书馆硬件集群；三是建立虚拟计算服务技术，保障图书馆用户的服务托管、个人应用等顺利实现。协调论文写作存储、动态跟踪、RSS、在线协同办公或其他个人用户文献检索等服务。

2.桌面云的开放接口(API)

由于高校图书馆的桌面云服务平台服务的内容和对象不尽相同，因此需要提供不同的开放式服务接口，以方便不同的使用者更加快速、便捷地使用操作，这其中，笔者认为主要应该包括以下几个层面的接口：一是统一的高校图书馆服务界面接口，主要面向各种不同使用目的的读者以及查询者等终端公共用户；二是面向高校图书馆图书借阅的软件租用接口，以方便不同借阅者从不同终端如手机、pad等移动终端快速便捷地进行图书借阅等；三是面向高校图书馆的服务器集群接口；四是面向高校图书馆的数据托管接口。

3.桌面云的传输协议

桌面云的传输协议是桌面虚拟化技术的核心，协议效率决定了用户桌面使用的最终体验。远程连接协议负责桌面客户端和远程桌面之间的信息封装和传送，包括：桌面屏幕变化信息、音频信息、视频信息、外设映射信息等。通过传输协议，将云端与本地进行连接，信息传送需要进行信息压缩、解密，客户端进行解压和解密，保证信息传送的高效和安全。不同协议由于底层实现方式有所不同，导致针对功能支持和实现效果都不同[4]。目前提供桌面虚拟化解决方案的国内外厂商都有自己的协议，以下对华为、Citrix等五种传输协议进行了对比和分析，见表1：

表1　主流桌面云协议对比

目前以Citrix为代表的ICA协议是业界公认的性能优良、客户体验(视频、音频播放、用户外放设备支持等)流畅，传输安全性、稳定性较高的协议，在当前复杂的网络环境下对传输带宽要求较低，保证了客户良好的使用体验[5]。另外，基于SPICE开源的桌面虚拟化协议，搭配KVM使用图像传输性能也较好，进入门槛低，吸引了很多国内优秀的云计算初创企业基于该协议进行开发，有很好的发展前景。

在教育行业中，推动建设高校图书馆桌面云，以信息化带动教育现代化，能为学生提供更加开放、便捷的学习资源。目前，Citrix公司本着降低终端投入、实现高效管理、延长设备使用寿命、提高整体安全性、适应教育教学改动的需要的目的，通过桌面云已实现了以下几个方面的应用场景和服务形式：

a.校园云。将计算、存储以及数据资源服务，通过网络提供给教师和学生。

b.远程教学/远程实验室。远程访问机房环境，便捷访问托管桌面。

c.高效的学习实验室/机房。可以快速更新系统环境，实现用户数据永久保存，安全性高，易管理。

d.流动式图书馆。自动查询终端，锁定的工作环境以及定时系统重置。

e.教师在不同教室间漫游。实现远程备课，重要的课件和资料集中存储，以及永久的工作环境和在不同的多媒体教室间漫游。

f.绿色校园。实现节能减排，绿色IT。

三、高校图书馆的桌面云系统设计

1.高校图书馆的桌面云应用场景分析

第一，馆员工作桌面应用。针对不同的业务部门，桌面云的应用可实行定制化。采取应用虚拟化交付，针对馆员的实际工作需要，定制统一界面、数据共享、系统稳定和性能优良的服务桌面，馆员在自己的工作桌面上只能看到与工作相关的应用和模块，这在整合资源配置的同时，也减少了后台运行成本。

第二，电子阅览室。电子阅览室是图书馆信息化服务的基本项目之一，电脑数量庞大，极易出现系统故障，采用池化云桌面(VDI)进行交付后，读者访问速度会明显加快，管理人员对系统更新、软件安装、病毒查杀、安全策略设置等维护操作时只需要在虚拟化平台进行统一操作即可，大幅降低了维护压力；同时，读者的上机记录随时保留可查，敏感应用可录像保存；另一方面，电子阅览室也可减少相关技术人员的配备、降低能耗、节约设备采购和更新资金。在未来可以把电子阅览室目前的管理系统和图书馆后期的统一身份认证系统对接，为读者提供无缝的电子阅读体验。

第三，移动图书馆服务。构建移动图书馆，无论是互联网读者、广域网读者还是内网读者，能够支持各种终端设备，尤其是近期兴起的平板设备热潮，包括surface以及基于Android的移动平台和基于IOS的IPad等，我们均可以实现在这些移动设备上正常借阅，但是无法轻易取走数据；另一方面，保障了数据安全性，减少了对终端设备和带宽的依赖性，增加了访问的灵活性。

第四，检索终端桌面服务。 目前，分布在流通等部门的馆藏书目检索终端一般都采用PC或瘦终端实现，设备老化、管理维护难、读者使用感知较差。通过应用虚拟化进行交付后，一方面桌面云终端只需要发布常用的馆藏书目查询应用即可，访问速度会大幅提高；另一方面，云终端采用了无风扇设计，能耗低、噪音小、故障率极少。

第五，业务审计录像监控。对于关键业务系统、敏感数据的操作，桌面云可以实现功能强大的操作监控，对鼠标移动、击键信息等屏幕更新录像进行监控，对用户、具体应用、终端或者服务器灵活设置监控，强化审计，一旦发生安全事故时可对具体操作进行回溯追责。

2.高校图书馆的桌面云平台架构

第一，总体架构。根据以上高校图书馆的应用场景，设计出一种面向高校图书馆的应用交付云平台架构。在这个架构下，平台被分为四部分，终端层、防火墙层、虚拟桌面层、应用层，各部分之间使用WLAN和防火墙严格隔离，只放开访问必须的端口。将用户隔离后对后台服务器有很好的保护，所有的个人桌面、应用、文档都被集中控制在虚拟桌面层。所以当用户使用各种终端接入接口服务器(WI/SF),需要通过域控制服务器(AD)验证身份信息，在基础架构服务集群控制下，才能访问分配给他的虚拟桌面，通过分配桌面访问后台系统。从服务器端到终端网段所有通讯都被安全接入网关封装在加密通道内，具体如下图1所示：

图1　面向高校图书馆的桌面云平台架构

第二，具体场景的应用设计。不同浏览目的的读者通过图书馆桌面云，借助自己的便携式笔记本电脑即可获得所需要的桌面环境，实现远程借阅或浏览图书馆馆藏资源。目前，大部分高校的图书馆IT管理尚属于分散式管理。IT管理员工作难度大，系统更新频繁且稳定性较低，设备利用率不高，读者破坏意图较为强烈，各种病毒木马等恶意攻击流行。而当读者借助桌面云实现远程借阅和阅览时，将可以保证图书馆数据的安全性并降低日常维护的开销。

目前，一些高校自行开发的移动图书馆APP中，有许多界面简单、功能不完善、支持的移动终端不够全面，对IOS设备和一些新的安卓移动设备并不支持，以致读者使用体验较差。而重新开发APP将需投入相对较大的资金，并增加维护人员。桌面云很好地实现了对这些不同移动终端的支持，使持有不同终端设备的读者均可轻松访问。

目前，数据资料安全可控是各大高校图书馆最为核心的一环。而桌面云方案将数据集成存储、集中计算，其细颗粒度策略能确保数据安全并且不改变用户使用习惯。通过桌面云，图书馆将可以有效控制外网访问读者，确保现有图书馆数据库和IT架构的安全性，详见下图2。

图2　桌面云保障系统可用性

高校图书馆通过桌面云方案，将可增加PC硬件使用周期，减少采购费用，实现简化IT管理，提高业务的连续性，避免因为单点故障而造成业务宕机，保障了系统的可用性，详见下图3。

图3　桌面云简化IT管理

由于图书馆内部各专业部门之间分工不同，桌面应用的差异也较大，给IT部门带来的系统维护压力较大。如采编部日常使用的图书馆自动化系统的采访、编目和典藏的功能模块的数据衔接，咨询部的中外文数据查询的频繁切换等问题，各部门桌面应用程序不同，安装维护的工作量也就加大。而电子阅览室电脑数量最集中，日常管理也更繁琐。对管理人员来说，每位读者的到访都需要进行一次开机，开账号的步骤，如果遇到机器死机，还需要重复这一操作。而读者也反映机器非常慢，使用体验差，并且读者在阅览室上网行为无法得到监管，也会存在一些安全风险。而通过桌面云，这些问题均可得到很好的解决。

3.高校桌面云的配置选型

针对不同类型用户对高校图书馆桌面云的使用，如：教育科研人员需要集中存储科研成果，按需分配科研所需软硬件环境；学生上机环境集中管理、快速部署；校领导及教师随时图书馆办公；学生通过自己的移动终端获得所需要的图书馆桌面环境；图书馆检索系统的运行维护等。笔者分析了上述情况，根据图书馆桌面总数、具体应用场景的差异性、桌面应用的配置等，得出整体方案的实施成本，具体包含服务器、存储、网络设备选型等。

以某大学图书馆400台桌面云设计为例，其中图书馆工作人员办公用机约80台，主要分布在采编部、咨询部、办公室等部门，电子阅览室4个，约270台，终端检索机50台。总体设计的目标是要在降低计算机管理维护成本的同时提升馆员、读者的应用需求和良好的使用体验。笔者根据桌面虚拟化的相关案例和实践，设定方案规划中的选型原则，如下表2所示:

表2　面向高校图书馆的桌面云资源需求模型

根据上述方案的规划：终端检索、电子阅览室、流通部办公用机应用环境相对较低，因此在桌面配置上，设定2核CPU,2G内存，操作系统选择资源消耗较少的Windows XP操作系统；咨询部、采编部等核心业务部门业务处理任务较重，配置4核CPU、4G内存、Windows 7操作系统足以胜任目前主流应用程序；根据以上测算原则，计算出图书馆共需CPU 892核，内存926G。

目前主流物理服务器配置为2路6核128G内存，因此从内存的角度来说，926/128约为8台物理服务器可以满足需求；从CPU的角度来说，一般桌面的虚拟化比率在8左右，因此需要物理服务器配置大概为892/2/6/8约在9台左右；为寻求服务器CPU和内存的平衡，同时考虑系统容灾需求，可采用“N+1”服务器配置，需要服务器10台，合计成本约50万元。

存储按照每用户50G的存储空间，400用户最少20T存储空间。考虑到系统的容灾备份，磁盘配置RAID10存储，虽然存储利用率较低，但是安全性较高，IO读写性能较强。基于以上因素，将配置物理存储40T以上，IOPS不低于10 000的FC-SAN存储，合计投资约40万。根据该平台的建设需求，还需要配置千兆24接口FC-SAN光纤交换机4台，防火墙设备2台，负载均衡设备2台等，合计成本约40万元。

400个桌面虚拟化软件授权价格约60万元。综合以上配置，预测该项目合计硬件投资190万元左右，考虑到15%的系统集成费用，累计投资在220万元左右，400台平均单桌面成本在5 500元左右。

四、预期效果分析

桌面云具有易于安装、易于使用、易于管理、易于扩展的良好功能，其可实现服务器整合，从而节省高校图书馆硬件成本，降低机房制冷、耗电、场地等的开销，提高硬件整体利用率，快速实现灾难恢复，快速创建测试系统等。通过桌面云，将可实现应用权限的智能识别以及远程锁定和擦除等功能。

1.管理和服务模式改变

图书馆通过桌面云的实施一方面改变了现有IT的管理和运维模式，馆员可以更高速、稳定地访问桌面应用，确保了日常工作的连续性；技术人员的工作界面统一，管理集中，工作量减少，效率提高；实现了业务数据集中，系统安全性大幅增强；读者可以通过任何设备、任何时间、任何地点访问移动图书馆，有效提升了图书馆的服务形象。

2.图书馆藏资源共享模式的优化

第一，无缝对接OPAC系统。 图书馆公共目录检索系统(OPAC)是科研需求、搜索情报的切入点，是图书馆网页职能的体现。传统的查询方式是在到馆的情况下，通过服务大厅的终端检索设备进行浏览、阅读，易遇到排队拥挤、查询系统宕机的问题。而桌面云的检索终端，尤其是移动终端，能够支持主流的桌面操作系统，可以实现无缝对接国内外文献信息和数据库，突破时空限制，实现馆藏资源的异地共享。第二，异构信息资源共享的云终端。作为蕴藏多元化信息资源和科研成果的高校图书馆，在“互联网+”的浪潮中，要想实现最大深度和广度上的资源共享模式，提高知识传播的核心竞争力，还是要借力于云环境的虚拟化技术[6]。《全国公共图书馆事业发展“十二五规划”》提出继续实施文化共享工程，建设覆盖全国的数字图书馆虚拟网、互联互通的数字图书馆系统平台和海量分布的数字资源库群，通过虚拟化技术将资源整合形成庞大的高速计算和存储网络，在图书馆经费并不充裕的前提下，大大减少对自有硬件资源的依赖，也为用户大开方便之门，实现经济型共享资源模式，只需用户有一台接入网络的终端就可以相对低廉的成本获取所需的信息和资料。

3.优化资源，节能减排

桌面虚拟化技术覆盖到整个高校图书馆的业务工作后，特别是拥有庞大数量的电子阅览室后，瘦客户机的优越性日益显著，图书馆的用电成本和能源消耗大幅下降，也为创建低碳节约型校园添砖加瓦。另一方面,虽然桌面云的一次性硬件投资高于普通PC，但是其整体TCO(Total Cost of Ownership)要远低于PC成本[7]。

五 、结束语

云计算的出现改变了传统高校图书馆的管理、服务、工作流程，是未来互联网发展的方向[8]。在当前“互联网+”的业务背景下，云计算未来必将深刻影响高校图书馆，给行业带来焕然一新的变化。桌面云的时代下，IT的入口已经改变，未来和新一代图书管理系统有效融合后，将成为下一代图书馆IT架构的基本模式。同时大量的数据集中后，为未来数据资源的整合提供了可能，高校图书馆、社会图书馆可以通过云的架构实现信息资源的共享，为公众提供更广泛的服务。

参考文献：

[1]赵迎春.桌面虚拟化在图书馆的应用[J].情报科学,2012，(2):240-242.

[2]张媛.云时代图书馆桌面虚拟化带来的管理技术变革[J].新世纪图书馆,2013，(4):67-69.

[3]李镇伟.基于桌面云技术的电子阅览室升级初探[J].图书馆工作与研究,2013，(9):45-47.

[4]钟远薪.图书馆云桌面应用浅识[J].图书馆论坛,2014，(6):106-111.

[5]贾斌. 基于电信行业中终端虚拟化技术的研究与应用[D].北京:北京邮电大学,2012.

[6]王峰，江峰，李朝阳.虚拟桌面及关键技术分析[J].电信技术,2011，(1):24-26.

[7]陈国刚.基于虚拟化的云桌面技术方案研究与设计[J].情报探索，2013，(6):86-88.

[8]冯磊.浅谈桌面虚拟化技术在图书馆中的应用前景[J].晋图学刊,2011，(1):37-40.

(责任编辑蒋涛涌)

Analysis of the Application of Desktop Cloud in University Library

WANG Yuana,YANG Chang-huib

(a.Library; b.School of Management, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

Abstract:The advantages of desktop virtualization technology become more and more significant with the rapid growth of cloud computing in university library. This paper analyzes the current situation of desktop applications, and discusses the framework design and application scenario of desktop cloud in university library.

Key words:cloud computing; virtualization; library

中图分类号：G250.72

文献标志码：A

文章编号：1008-3634(2016)01-0133-07

作者简介：王苑(1981-)，女，浙江嘉兴人，馆员。

基金项目：安徽省哲学社会科学规划项目(AHSKY2014D22)

收稿日期：2015-05-04