Введение

Сохранение на основе УФК – это архивная стратегия для обеспечения сохранности цифровых объектов. Она использует универсальный виртуальный компьютер (УВК) – виртуальную машину (VM), специально разработанную для архивных целей, которая позволяет осуществлять как эмуляцию, так и преобразование в язык-независимый формат, такой как XML. Доминирующим подходом к цифровому сохранению является миграция. Миграция подразумевает периодическое преобразование архивированной информации в новые логические форматы, поскольку исходные форматы или программное и аппаратное обеспечение, необходимое для их работы, устаревают. Существенной опасностью миграции является потеря данных и возможная утрата оригинальной функциональности или внешнего вида исходного формата. Кроме того, цифровая миграция – это трудоемкий и дорогостоящий процесс, требующий преобразования формата каждого документа и, при необходимости, копирования преобразованных битовых потоков на новые носители.

Теория эмуляции

Джефф Ротенберг вызвал заметное беспокойство в организациях, занимающихся и отвечающих за цифровое сохранение, своим докладом 1999 года: "Избегая технологических зыбучих песков: поиск жизнеспособной технической основы для цифрового сохранения". Он утверждает, что не существует действенных решений, гарантирующих читаемость цифровой информации в будущем. Предлагаемые решения, основанные на стандартах и миграции, он считает трудоемкими и в конечном итоге неспособными сохранить цифровые документы в их первоначальном виде. Он предлагает: "идеальный подход должен представлять собой единое, расширяемое, долгосрочное решение, которое можно разработать один раз и навсегда и применять единообразно, автоматически и синхронно (например, при каждом последующем обновлении) ко всем типам документов и носителям, с минимальным участием человека". Он полагает, что наилучший способ соответствовать этим критериям – эмуляция, включающая: разработку эмулятора, способного работать на неизвестных будущих компьютерах; разработку методов захвата метаданных, необходимых для поиска, доступа и восстановления документа; разработку методов инкапсуляции документов, связанных с ними метаданных, программного обеспечения и спецификаций эмулятора. В 2000 году он предложил реализовать подход к сохранению на основе эмуляции, в котором спецификации эмулятора представляются в виде программ и интерпретируются программой-интерпретатором спецификаций эмулятора, написанной для виртуальной машины эмуляции. Подход Ротенберга встретил скептицизм и был признан слишком сложным в техническом плане, слишком дорогостоящим и трудоемким, а следовательно, представляющим экономический риск (без подтверждения эмпирическими данными). (См. раздел "Дополнительная литература")

Роль IBM

Раймонд А. Лори, работая в Исследовательском центре IBM в Альмадене, начал разработку решения на основе УФК для долгосрочного сохранения цифровых данных. Он описывает этот подход как «Универсальный», поскольку его определение настолько фундаментально, что оно сохранится навсегда, «Виртуальный», потому что он никогда не будет реализован физически, и как «Вычислительный» по своей функциональности. IBM (NL), являясь владельцем активов УФК, продолжает развивать концепцию УФК в рамках проекта PLANETS. Раймонд ван Диссен отвечает за расширение области применения концепции УФК для сохранения более сложных объектов.

Роль Национальной библиотеки Нидерландов

Национальная библиотека Нидерландов (Koninklijke Bibliotheek, KB) сыграла ключевую роль в демонстрации того, что эмуляция на основе концепции УВК является жизнеспособным вариантом для долгосрочного сохранения цифровых объектов. В 2000 году сторонник эмуляции Джефф Ротенберг принял участие в исследовании с KB для тестирования и оценки возможности использования эмуляции как долгосрочной стратегии сохранения. Его метод заключался в использовании программной эмуляции для воспроизведения поведения устаревших вычислительных платформ на новых, предоставляя возможность запуска оригинального программного обеспечения цифрового документа в будущем и тем самым воссоздавая содержание, поведение и внешний вид оригинального документа. Ротенберг подвергся критике за попытку сохранить не то, что нужно, предложив эмулировать поведение старых аппаратных платформ и операционных систем для доступа к исходным данным через оригинальную программу, с ними связанную. Реймонд А. Лори признал сложность создания программы для эмуляции "реальной" машины на будущей платформе и понял, что этот подход избыточен для сохранения цифровых объектов. Вместо этого он предложил новый подход к архивированию данных и программ с использованием "Универсального виртуального компьютера". Создание УВК для PDF-документов представляется более сложной задачей. Поэтому KB приняла решение разработать УВК для изображений, поскольку этот подход также охватывает PDF-документы (PDF-файл можно легко преобразовать в серию изображений). Подход, основанный на УВК, привел к тому, что УВК стал одним из постоянных инструментов доступа к изображениям JPEG/GIF87 в подсистеме сохранения e Depot KB. После успешной реализации УВК, KB продолжила развивать свою стратегию эмуляции для долгосрочного сохранения цифровых объектов, сосредоточившись на "полной" или аппаратной эмуляции. Этот подход позволил создать надежный компьютерный эмулятор на основе компонентов x86 – Dioscuri, первый модульный эмулятор для цифрового сохранения.

Консервация на основе УФК

Универсальный виртуальный компьютер является частью более широкой концепции, называемой методом сохранения на основе УВК. Этот метод позволяет восстанавливать цифровые объекты (такие как текстовые документы, электронные таблицы, изображения, звуковые волны и т. д.) в их первоначальном виде в любой момент в будущем. Сами методы представляют собой программы, написанные на машинном языке универсального виртуального компьютера (УВК). УВК полностью независим от архитектуры компьютера, на котором он выполняется. Сам УВК – это программа, содержащая набор инструкций, а не физический компьютер. Он будет работать как программное приложение на будущей платформе. Поскольку мы в настоящее время не знаем, какое оборудование будет доступно в будущем, УВК должен быть создан в момент, когда потребуется доступ к конкретному документу из хранилища. Этот УВК затем станет платформой для запуска программ, специально написанных для него в прошлом. Создание программы эмуляции для УВК в будущем значительно проще, чем попытка эмулировать "реальную" машину.

Описание применения

Метод стратегии сохранения на основе УФП различает архивирование данных, не требующее полной эмуляции, и архивирование программ, требующее её. Для архивирования данных УФП используется для архивирования методов, интерпретирующих хранимый поток данных.

Концептуальная модель

Вместе с исходными данными можно восстановить смысл каждого конкретного цифрового объекта. УВК можно рассматривать как сердце системы. Подобно Java Virtual Machine и Common Language Runtime, УВК фактически является эмулятором, который позволяет программе выполняться на виртуальных экземплярах необходимого, как правило устаревшего, оборудования и продолжит эмулировать необходимое оборудование по мере развития технологий. Поскольку мы на данный момент не знаем, какое оборудование будет доступно в будущем, УВК должен создаваться в момент, когда требуется получить доступ к конкретному документу из хранилища. УВК формирует платформу, на которой могут запускаться программы, специально разработанные для УВК.

Что нужно сделать

В момент архивации необходимо выполнить одни действия, а в момент извлечения – другие.

В момент получения

Шаг 1 Создайте эмулятор на текущей платформе. Благодаря простоте концепции УВК, квалифицированным разработчикам программного обеспечения относительно легко создать эмулятор УВК для конкретной платформы того времени.

Шаг 2 Разработайте средство просмотра логических данных (программу восстановления для восстановления данных). Это прикладная программа, которая считывает объектный код УВК и битовый поток и вызывает эмулятор для выполнения программы УВК, то есть программа управляет УВК и всем взаимодействием ввода-вывода с ним.

Шаг 3 Напишите программу восстановления для восстановления схемы. Поскольку логическое представление информации о схеме фиксировано, одна программа восстановления может поддерживать все приложения. Если будущий клиент уже знает логическое представление восстанавливаемых документов, то схема не обязательно нуждается в получении. Кроме того, схему нужно запрашивать только один раз для коллекции документов одного типа.

Описание метода

Программа UVC декодирует формат файла цифрового объекта. Эта программа декодирования формата выполняется на UVC – платформенно-независимом слое, не зависящем от будущих изменений аппаратного и программного обеспечения. Запуск декодера формата выдает теги элементов. Эти элементы формируют логическое представление данных (LDV), которое во многом похоже на XML. LDV является экземпляром LDS, описывающим структуру и значение тегов как частей определенного типа информации. Все эти компоненты управляются логическим просмотщиком данных, просто называемым просмотщиком. Для реконструкции просмотщик запускает UVC и передает ему данные цифрового объекта в декодер формата, работающий поверх UVC. В ответ он получает LDV и восстанавливает конкретное представление исходного значения объекта.

Выступление

Архитектура опирается на концепции, существующие с самого начала компьютерной эры: память, регистры и базовые инструкции, лишенные дополнительных функций, которые часто внедряются для повышения производительности выполнения. Производительность не является первостепенной задачей, поскольку программы UVC запускаются главным образом для восстановления данных, а не для их обработки. Скорость также не вызывает особой озабоченности, так как будущие машины будут значительно быстрее, а эмуляция UVC на будущей машине, соответственно, будет выполняться намного быстрее. Более того, гибкость UVC важнее скорости выполнения. Тем не менее, производительность всегда можно повысить.

Реализация

УФП для архивирования данных, то есть архивирования статических файлов, успешно применяется в действующей цифровой среде архивирования. УФП является одним из инструментов постоянного доступа к изображениям в КБ.

УФ-СК для изображений

Ультрафиолетовое излучение (УФИ) доказало свою эффективность в восстановлении цифровых объектов в их исходном виде. Применение просто, поскольку для изображений не требуется никакой функциональности. Разработка УФИ для изображений JPEG оправдана, так как большинство форматов можно преобразовать в этот формат. Например, PDF-документ можно представить в виде серии изображений JPEG, тем самым сохраняя внешний вид оригинального цифрового объекта, но теряя функциональность. Более того, приложение для JPEG-изображений можно легко адаптировать для эмуляции TIFF-изображений, внеся небольшую корректировку в логическую схему данных. Этот подход также применим ко всем другим объектам, не содержащим поведенческих элементов. Например, интерпретаторы были написаны (частично) для Excel, Lotus 1-2-3 и PDF. Однако эти приложения обрабатывают только статические характеристики форматов.

Эмуляция на основе УФК

Эмуляция на основе УФК использует УФК как универсальную платформу для создания платформенно-независимого эмулятора. УФК (программное обеспечение) воссоздает простой компьютер общего назначения, который можно легко реализовать на любой компьютерной платформе – как сейчас, так и в будущем. Эта стратегия гарантирует, что будущие пользователи всегда смогут получить доступ к исходному объекту и просмотреть его. Официальная спецификация УФК должна быть сохранена в момент сохранения данных. Кроме того, необходимо разработать декодеры для каждого конкретного формата файла и LSD (Logical Structure Document) для каждого типа цифрового объекта, определяющие типы объектов – изображения, звук, электронные таблицы, текст и т.д. И, конечно, сами исходные объекты также должны быть сохранены.

Сложные объекты/динамическое содержание

Как упоминалось ранее, подход на основе УФП (UVC) был эффективно реализован только для статических файлов. Эта технология продолжает разрабатываться Raymond van Diessen (IBM) для включения динамических объектов, используя канал связи между программой УФП и будущим приложением.

Вопросы авторского права

Не ожидается, что вопросы авторского права для данного подхода будут отличаться от вопросов, возникающих при использовании любых других подходов. Если на формат существуют права интеллектуальной собственности, этот вопрос необходимо решать с правообладателями формата. Аналогично, для обеспечения поддержки UVC в приложениях требуется исходный код от разработчика и, соответственно, разрешение от владельца этого кода. И, наконец, для аппаратной эмуляции необходимы все соответствующие лицензии на программное обеспечение, работающее в эмулируемой системе.