0 引言

    隨著信息技術(shù)不斷發(fā)展，各領(lǐng)域數(shù)據(jù)資源不斷擴(kuò)大，數(shù)據(jù)量呈幾何增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)多樣性。不同平臺(tái)之間元數(shù)據(jù)資源分散、資源反復(fù)存儲(chǔ)，使得數(shù)據(jù)共享難的問(wèn)題日益嚴(yán)重。元數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)科學(xué)數(shù)據(jù)共享的4種方式之一^[1]，因此集中配置管理公共元數(shù)據(jù)為解決這一問(wèn)題提供了有效途徑。元數(shù)據(jù)(Metadata)是“關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”或“關(guān)于信息的信息”^[2]。如年齡、身高、性格等就是描述人的元數(shù)據(jù)，可根據(jù)其推測(cè)人的樣子。元數(shù)據(jù)可以記錄數(shù)據(jù)的來(lái)龍去脈，可以把整個(gè)業(yè)務(wù)的工作流、信息流有效地管理起來(lái)，提高平臺(tái)的可擴(kuò)展性^[3]。而公共元數(shù)據(jù)是指在領(lǐng)域中可通用的并具有重要參照意義的元數(shù)據(jù)，其需要滿足一定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)中除要詳細(xì)列出實(shí)體與元素集以外，還要說(shuō)明元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)適用范圍、參考標(biāo)準(zhǔn)、術(shù)語(yǔ)與定義、元數(shù)據(jù)分級(jí)、元數(shù)據(jù)性質(zhì)、標(biāo)識(shí)、格式和類型以及元數(shù)據(jù)擴(kuò)展原則等^[4]。元數(shù)據(jù)在科學(xué)數(shù)據(jù)領(lǐng)域中的研究與應(yīng)用取得了較大進(jìn)展，科學(xué)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的逐漸豐富和發(fā)展為元數(shù)據(jù)在科學(xué)數(shù)據(jù)不同領(lǐng)域的應(yīng)用提供較為充分的工具和標(biāo)準(zhǔn)^[5]。

    目前，元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分散使各平臺(tái)中元數(shù)據(jù)難以共享，元數(shù)據(jù)反復(fù)存儲(chǔ)浪費(fèi)了存儲(chǔ)空間。為解決此問(wèn)題，本文提出將公共元數(shù)據(jù)集中管理，通過(guò)Web Service技術(shù)提供對(duì)外的公共元數(shù)據(jù)配置服務(wù)與共享服務(wù)，并利用Redis內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)提高服務(wù)速度。實(shí)際上，平臺(tái)不僅保證了元數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和高速共享，也簡(jiǎn)化各平臺(tái)數(shù)據(jù)交換的流程，使平臺(tái)間只需開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單的接口調(diào)用和數(shù)據(jù)解析功能即可完成數(shù)據(jù)交互。

1 元數(shù)據(jù)配置管理研究現(xiàn)狀

    SUFI S等^[6]認(rèn)為元數(shù)據(jù)描述框架相比元數(shù)據(jù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，其承擔(dān)的指導(dǎo)性和框架性作用更強(qiáng)，不局限于特定領(lǐng)域的術(shù)語(yǔ)平臺(tái)限制，強(qiáng)調(diào)了數(shù)據(jù)描述框架在領(lǐng)域中的重要性，對(duì)元數(shù)據(jù)配置管理在領(lǐng)域中的指導(dǎo)性與框架性給予肯定。同時(shí)，Jian Qin等^[7]指出，龐大的、復(fù)雜的標(biāo)準(zhǔn)和廣泛多樣的命名實(shí)踐是構(gòu)建元數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的主要障礙，而可移植是元數(shù)據(jù)方案“基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)”的必要條件或先決條件，因此在元數(shù)據(jù)配置管理上統(tǒng)一元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是構(gòu)建平臺(tái)的基礎(chǔ)。

    元數(shù)據(jù)的應(yīng)用不僅能提高平臺(tái)的靈活性與適應(yīng)性，強(qiáng)化其穩(wěn)定性，也使平臺(tái)更易維護(hù)^[8]，同時(shí)利用元數(shù)據(jù)的整合，可提高平臺(tái)靈活性與適應(yīng)性，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量控制力度^[9]。在元數(shù)據(jù)的配置管理上，王國(guó)復(fù)等^[10]對(duì)元數(shù)據(jù)在科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)的作用、元數(shù)據(jù)的分類、元數(shù)據(jù)的管理、元數(shù)據(jù)平臺(tái)和元數(shù)據(jù)的應(yīng)用模型進(jìn)行了闡述。隨后，張英俊^[11]提出利用元數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化來(lái)統(tǒng)一管理分布式的數(shù)據(jù)資源，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與服務(wù)，使得用戶能夠快速準(zhǔn)確地獲取所需科學(xué)數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地，周寶平^[12]提出元數(shù)據(jù)匯交、數(shù)據(jù)發(fā)布、元數(shù)據(jù)檢索以及多種方式的數(shù)據(jù)共享等功能。

    總的來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都已十分重視元數(shù)據(jù)的應(yīng)用。目前，在統(tǒng)一元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與跨平臺(tái)數(shù)據(jù)共享上的研究比較充分，但在元數(shù)據(jù)跨平臺(tái)配置管理與高效服務(wù)上的研究仍然不足。本文利用Web Service與Redis技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種可跨平臺(tái)配置管理公共元數(shù)據(jù)并提供高效共享服務(wù)的平臺(tái)，有助于組織和管理海量數(shù)據(jù)資源，提高數(shù)據(jù)利用率。

2 元數(shù)據(jù)配置管理特點(diǎn)

    元數(shù)據(jù)配置管理平臺(tái)應(yīng)具有以下特點(diǎn)：

    (1)數(shù)據(jù)適用性。平臺(tái)數(shù)據(jù)應(yīng)采用行業(yè)通用標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化可提高數(shù)據(jù)適用性，易與不同平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。如氣象大數(shù)據(jù)平臺(tái)中，配置管理平臺(tái)采用國(guó)家氣象信息中心制定的我國(guó)氣象數(shù)據(jù)集元數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)(草案)將元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，以適用于氣象大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)和數(shù)據(jù)集的編目、歸檔、發(fā)布和交換等。

    (2)跨平臺(tái)性。平臺(tái)應(yīng)具有跨平臺(tái)的特性，為數(shù)據(jù)匯交、數(shù)據(jù)共享提供可行性。元數(shù)據(jù)配置管理平臺(tái)作為平臺(tái)的基礎(chǔ)部分，元數(shù)據(jù)匯交與元數(shù)據(jù)的共享都依賴平臺(tái)跨平臺(tái)性。

    (3)高效性。平臺(tái)應(yīng)具有高速響應(yīng)并發(fā)訪問(wèn)的能力，為不同平臺(tái)提供高效的在線元數(shù)據(jù)支持。元數(shù)據(jù)配置管理的目的是集中元數(shù)據(jù)資源，實(shí)現(xiàn)公共元數(shù)據(jù)的共享，提高元數(shù)據(jù)利用率。平臺(tái)的高效性提高了元數(shù)據(jù)共享效率，是平臺(tái)穩(wěn)定運(yùn)行的保障。

3 元數(shù)據(jù)配置管理平臺(tái)設(shè)計(jì)

    元數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)的基本信息，有助于數(shù)據(jù)的分類標(biāo)注^[13]。元數(shù)據(jù)的配置管理不僅能集中資源與節(jié)省存儲(chǔ)，還能幫助組織和管理平臺(tái)數(shù)據(jù)資源。公共元數(shù)據(jù)的配置管理是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，既需要滿足公共元數(shù)據(jù)跨平臺(tái)的匯交，同時(shí)需要對(duì)配置信息進(jìn)行審核，審核成功后的元數(shù)據(jù)需要通過(guò)接口為其他平臺(tái)提供數(shù)據(jù)共享服務(wù)。

3.1 平臺(tái)架構(gòu)

    平臺(tái)是針對(duì)元數(shù)據(jù)集中化配置管理與共享而設(shè)計(jì)的，主要功能包括個(gè)人信息管理、配置管理、審核管理、接口管理、用戶管理。平臺(tái)架構(gòu)圖如圖1所示。

    管理員根據(jù)平臺(tái)中人員的安排，在用戶管理功能中對(duì)用戶信息進(jìn)行維護(hù)，可以增加、刪除、修改和查詢用戶。當(dāng)平臺(tái)人員離職后，管理員需要將該用戶狀態(tài)修改為離職，限制其登錄平臺(tái)以保證平臺(tái)數(shù)據(jù)的安全性。當(dāng)平臺(tái)人員權(quán)限有所變化時(shí)，管理員需要及時(shí)修改信息，以便用戶正常使用平臺(tái)。

    審核員主要負(fù)責(zé)對(duì)配置后的公共元數(shù)據(jù)進(jìn)行審核，也可以查看整個(gè)審核流程。審核員可分為多個(gè)級(jí)別，應(yīng)具有一定的專業(yè)知識(shí)，以保證公共元數(shù)據(jù)的正確性。

    操作員可增加、刪除、修改、查看公共元數(shù)據(jù)，對(duì)元數(shù)據(jù)配置后，操作員可查看審核進(jìn)度。操作員可以在接口管理中查看、配置、監(jiān)測(cè)公共元數(shù)據(jù)采集接口與共享接口，也可以修改接口的發(fā)布狀態(tài)。其中，接口狀態(tài)為打開(kāi)時(shí)其他平臺(tái)可以調(diào)用，狀態(tài)為關(guān)閉時(shí)其他平臺(tái)不可調(diào)用。

3.2 主要功能

3.2.1 配置管理

    配置管理分為配置元數(shù)據(jù)與查看審核功能。配置元數(shù)據(jù)功能中，配置方式分為新增、變更、廢止。由平臺(tái)人員根據(jù)業(yè)務(wù)需求在數(shù)據(jù)配置頁(yè)面對(duì)元數(shù)據(jù)進(jìn)行配置，配置成功可查詢流程信息。新增時(shí)，平臺(tái)生成流程單并將新增的元數(shù)據(jù)存入臨時(shí)表中，直到流程審批成功才會(huì)存入正式表。變更與廢止時(shí)，平臺(tái)會(huì)生成流程單并拷貝正式表中被配置的元數(shù)據(jù)到臨時(shí)表中，直到流程審批成功后，才會(huì)修改正式表中的數(shù)據(jù)。查看審核功能用于操作員查看審核狀態(tài)，以便實(shí)時(shí)跟蹤元數(shù)據(jù)審核情況。

    配置成功后的待審批元數(shù)據(jù)將存入到臨時(shí)表中，等待流程審批人員審核通過(guò)后再將其存入正式表中。平臺(tái)使用臨時(shí)表存儲(chǔ)，既能實(shí)現(xiàn)對(duì)元數(shù)據(jù)配置進(jìn)行監(jiān)控，也能減少數(shù)據(jù)誤配置造成的數(shù)據(jù)污染。配置管理流程圖如圖2所示。

3.2.2 審核管理

    審核管理分為審核申請(qǐng)與查看審核流程功能。審核申請(qǐng)功能是具有相應(yīng)權(quán)限的審核員對(duì)配置元數(shù)據(jù)后生成的申請(qǐng)進(jìn)行審核。其中，元數(shù)據(jù)配置成功后便會(huì)對(duì)此配置信息生成對(duì)應(yīng)的流程信息，每一級(jí)的審核員審核完成都會(huì)產(chǎn)生一條流程信息。查看審批流程功能用于跟蹤配置信息的審核過(guò)程，便于追溯配置過(guò)程。

    審核管理是元數(shù)據(jù)質(zhì)量的保證，需要十分熟悉業(yè)務(wù)的人員才能進(jìn)行審核，不正確的數(shù)據(jù)易造成參照錯(cuò)誤，產(chǎn)生不可逆的影響。審核管理流程圖如圖3所示。

3.2.3 接口管理

    接口管理分為配置接口、狀態(tài)管理與監(jiān)測(cè)接口功能。配置接口功能主要用于管理接口的增加、刪除、修改、查詢操作。狀態(tài)管理功能是用于管理接口的狀態(tài)，狀態(tài)分為打開(kāi)狀態(tài)與關(guān)閉狀態(tài)。監(jiān)測(cè)接口用于操作員監(jiān)測(cè)接口調(diào)用情況，打開(kāi)的狀態(tài)下可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，關(guān)閉的情況下只能查看歷史監(jiān)控信息，一般有調(diào)用頻度、數(shù)據(jù)狀況等。

    平臺(tái)中接口主要分為數(shù)據(jù)采集接口與數(shù)據(jù)共享接口兩類。具體地，兩類接口由平臺(tái)操作人員配置并發(fā)布，使用Web Service技術(shù)實(shí)現(xiàn)，使其他業(yè)務(wù)平臺(tái)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，根據(jù)業(yè)務(wù)不同傳遞不同的參數(shù)。平臺(tái)發(fā)布接口后根據(jù)WSDL文檔，加入描述信息生成接口文檔，便于其他業(yè)務(wù)平臺(tái)使用。其中，WSDL文檔是用來(lái)描述Web 服務(wù)及Web服務(wù)通信過(guò)程的XML語(yǔ)言^[14]。

    數(shù)據(jù)采集接口提供公共元數(shù)據(jù)配置服務(wù)，主要是供其他平臺(tái)調(diào)用以實(shí)現(xiàn)公共元數(shù)據(jù)的跨平臺(tái)配置。具體地，其他平臺(tái)根據(jù)接口文檔將需要配置的公共元數(shù)據(jù)信息拼接為XML格式并發(fā)送到Web服務(wù)器，Web服務(wù)器接收后根據(jù)請(qǐng)求參數(shù)后通過(guò)SOAP（Simple Object Access Protocol）發(fā)送數(shù)據(jù)包，并在分布式的服務(wù)器上調(diào)用相應(yīng)Web Service。配置管理平臺(tái)服務(wù)器接收數(shù)據(jù)到請(qǐng)求數(shù)據(jù)后進(jìn)行信息校驗(yàn)，校驗(yàn)成功后將配置的公共元數(shù)據(jù)存入臨時(shí)表中，并生成審核申請(qǐng)與流程信息，然后將結(jié)果集生成XML文檔返回^[15]。

    數(shù)據(jù)共享接口提供公共元數(shù)據(jù)共享服務(wù)，主要是供不同平臺(tái)調(diào)用以實(shí)現(xiàn)公共元數(shù)據(jù)的跨平臺(tái)高效共享。具體地，其調(diào)用過(guò)程與數(shù)據(jù)采集接口相似，不同之處在于請(qǐng)求參數(shù)與數(shù)據(jù)處理過(guò)程上。在數(shù)據(jù)共享接口中，請(qǐng)求參數(shù)是用于定位共享的公共元數(shù)據(jù)，一般是數(shù)據(jù)分類等。同時(shí)，為提供高效共享服務(wù)，數(shù)據(jù)共享接口中的數(shù)據(jù)處理是先從Redis內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢數(shù)據(jù)，不滿足時(shí)再讀取數(shù)據(jù)庫(kù)將數(shù)據(jù)取出并生成XML格式的查詢結(jié)果集返回，并將數(shù)據(jù)存入內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)中。接口管理流程圖如圖4所示。

3.3 平臺(tái)主要支撐技術(shù)

    配置管理平臺(tái)主要采用Web Service技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)接口發(fā)布，利用Redis內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)提高數(shù)據(jù)響應(yīng)速度。

    Web Service是一種通過(guò)Web部署提供對(duì)業(yè)務(wù)功能訪問(wèn)的技術(shù)，具有跨平臺(tái)、簡(jiǎn)單和高度可集成能力等特點(diǎn)^[16]。通常被定義為一組模塊化的API，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)用，執(zhí)行遠(yuǎn)程平臺(tái)的請(qǐng)求服務(wù)。同時(shí)，Web Service為多層分布式應(yīng)用平臺(tái)的構(gòu)建創(chuàng)造了條件，使開(kāi)發(fā)人員可以將來(lái)自不同地方的Web Service組裝起來(lái), 并在應(yīng)用程序中使用^[17]。依據(jù)Web Service規(guī)范實(shí)施的平臺(tái)之間即使開(kāi)發(fā)語(yǔ)言、平臺(tái)或內(nèi)部協(xié)議不一致也可相互交換數(shù)據(jù)。Web Service的發(fā)現(xiàn)、訪問(wèn)、集成和調(diào)用需要通過(guò)UDDI、WSDL、SOAP來(lái)完成^[18]。具體地，Web服務(wù)客戶端應(yīng)用程序通過(guò)名字、分類、標(biāo)識(shí)符等從UDDI 注冊(cè)中心查詢所需的服務(wù)，一旦找到，客戶便從UDDI注冊(cè)中心獲取WSDL 文檔的位置信息，并按照WSDL 中發(fā)現(xiàn)的XML 模式生成一個(gè)SOAP 消息，發(fā)送給服務(wù)端。

    Redis是高性能的key-value數(shù)據(jù)庫(kù)，支持存儲(chǔ)類型有字符串、鏈表、集合、有序集合和哈希類型，為保證效率將數(shù)據(jù)緩存在內(nèi)存中^[19]。Redis數(shù)據(jù)庫(kù)具有持久化、多數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的支持、支持主從復(fù)制、Virtual Memory功能等特征^[20]。Redis數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)模型是建立在外層，類似于其他結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)平臺(tái)。不同于其他結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)平臺(tái)的是，其支持在多種數(shù)據(jù)類型上做多種原子性操作，這也是Redis數(shù)據(jù)庫(kù)高效性的原因之一^[21]。Redis基于內(nèi)存的特性使其具有高速讀的優(yōu)點(diǎn)，查詢響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí)。

    平臺(tái)使用Web Service技術(shù)，提供數(shù)據(jù)采集接口、數(shù)據(jù)共享接口，使網(wǎng)絡(luò)連接的不同平臺(tái)可通過(guò)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)了公共元數(shù)據(jù)的統(tǒng)一配置管理。同時(shí)，利用Redis內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)的回收策略將超過(guò)設(shè)置的過(guò)期時(shí)間的數(shù)據(jù)淘汰，利用其基于內(nèi)存的特性實(shí)現(xiàn)高速共享元數(shù)據(jù)，利用其持久化的特性也能提高數(shù)據(jù)的安全性。

4 結(jié)論

    公共元數(shù)據(jù)配置管理平臺(tái)使用Web Service技術(shù)解決跨平臺(tái)配置數(shù)據(jù)與共享數(shù)據(jù)，利用Redis內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)提高公共元數(shù)據(jù)共享效率。平臺(tái)將公共元數(shù)據(jù)統(tǒng)一配置管理，提供統(tǒng)一參照，提供高效數(shù)據(jù)共享服務(wù)，解決元數(shù)據(jù)重復(fù)存儲(chǔ)難以共享的問(wèn)題，節(jié)省硬件資源，節(jié)約人力。同時(shí)，平臺(tái)的設(shè)計(jì)有助于了解組織和管理平臺(tái)數(shù)據(jù)資源、提供數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)、檢索服務(wù)。實(shí)際上，平臺(tái)的設(shè)計(jì)滿足跨平臺(tái)、可擴(kuò)展性的要求，對(duì)其他類似的基于元數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)共享平臺(tái)具有一定參考意義。

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作者信息:

任李娟，盧  軍，郭  維

(成都信息工程大學(xué) 軟件工程學(xué)院，四川 成都610225)