虛擬化技術在數(shù)字圖書館中的應用探討

徐大勇

（江漢大學圖書館，湖北武漢 430056）

虛擬化技術在數(shù)字圖書館中的應用探討

徐大勇

（江漢大學圖書館，湖北武漢 430056）

本文詳細介紹了虛擬化技術、虛擬化軟件平臺以及VMware軟件在某高校數(shù)字圖書館中的具體應用，并提出了實施虛擬化應注意的一些問題。

虛擬化；服務器；數(shù)字圖書館

隨著數(shù)字圖書館的不斷發(fā)展，館藏的數(shù)字資源及各種應用越來越多，圖書館用于支持這些應用的服務器數(shù)量大規(guī)模增長，配套設備也相應增加。以某館為例：服務器從2002年的6臺發(fā)展到現(xiàn)在的30多臺，中心機房的機架、電源、UPS及精密空調(diào)都進行了兩次改建和擴容。如何對這些快速增長的服務器進行有效地管理，提高其利用率，保證其為用戶提供穩(wěn)定、高效的服務成為數(shù)字圖書館建設中需要考慮的一個重要問題。傳統(tǒng)模式下，一臺服務器只運行一種應用，大部分的服務器利用率都很低，只有20%～30%，如果把幾種應用程序裝在同一臺服務器上，又可能會造成系統(tǒng)或軟件沖突，因此需要一種新的技術來整合資源，提高服務器的利用率，在這種情況下，服務器虛擬化技術的出現(xiàn)為這個問題提供了很好的解決辦法，他能提高服務器的利用率，縮短系統(tǒng)安裝配置的時間，為用戶提供高可靠性、高可用性、易于管理和維護的訪問服務。

一、虛擬化技術

1.虛擬化概述

虛擬化是指從邏輯角度而不是物理角度來對資源進行配置，是從單一的邏輯角度來看待不同的物理資源的方法。一臺物理機上運行多個虛擬機，共享這一臺物理機的硬件資源，虛擬機相互隔離，在同一物理機上運行不同的操作系統(tǒng)和應用程序。[1]目前，常用的虛擬化軟件有VMware、微軟Hyper-V、Xen Server等。由于VMware支持主流操作系統(tǒng)，因此得到IBM、DELL、HP等服務器硬件廠商的廣泛支持，應用最為廣泛。

2.VMware服務器虛擬化軟件

VMware公司創(chuàng)建于1998年，在1999年發(fā)布它的第一套產(chǎn)品VMware Workstation，并于2001年發(fā)布VMware ESX Server和GSX Server進入企業(yè)服務器的市場。2006年，發(fā)布業(yè)界首套套完整的虛擬架構套件VMware Infrastructure 3，包含ESX Server、VirtualCenter、Vmotion、DRS、VMware HA等組件。[2]2009年，推出業(yè)界首款云計算操作系統(tǒng)VMware vSphere 4，實現(xiàn)了集中管理、自動負載平衡、業(yè)務連續(xù)性、電源管理等功能，較之上一代的VMware Infrastructure 3提高了三成以上的整合率，可以節(jié)省50%的存儲成本和20%的電力。VMware vSphere 4包含以下核心組件：

VMware ESX/ESXi：一個在物理服務器上運行的虛擬化層，它將處理器、內(nèi)存、存儲器和資源虛擬化為多個虛擬機。

VMware vCenter Server：配置和管理虛擬化環(huán)境的中央點。提供配置、訪問控制、性能監(jiān)視等服務。

VMware vSphere Client：一個管理接口，允許用戶從任何PC遠程連接到VMware vCenter Server和ESX/ESXi。

VMware vMotion：可以將一個運行的虛擬機從一臺物理服務器實時遷移到另一臺物理服務器，保持零停機、連續(xù)服務。

VMware HA：如果服務器出現(xiàn)故障，受影響的虛擬機會在其他服務器上重新啟動運行。

VMware DRS：資源的動態(tài)負載均衡。不間斷地監(jiān)控各虛擬機利用率，并根據(jù)業(yè)務需要在虛擬機之間以智能方式分配可用資源。

二、VMware虛擬化技術在數(shù)字圖書館中的應用

某高校圖書館現(xiàn)有HP、DELL等品牌的服務器30余臺，存儲為大恒的光纖存儲，總計80TB。數(shù)字化應用主要有匯文管理系統(tǒng)、清華同方CNKI、維普數(shù)據(jù)庫、萬方數(shù)據(jù)庫、超星數(shù)字圖書館、方正Apabi、讀秀、人大報刊、知識視界、網(wǎng)上報告廳等。在未采取虛擬化方案前，都是“一臺服務器，一種應用”的模式，大部分的服務器利用率都很低，只有20%~30%，該館決定采用VMware vSphere虛擬化方案來提高服務器利用效率。

1.數(shù)字化應用的選擇

該圖書館在實施虛擬化方案時考慮在安全的前提下，統(tǒng)一規(guī)劃，逐步實施，先對一些非核心的業(yè)務以及對服務器資源占用小的數(shù)字化應用進行虛擬化。經(jīng)過分析并結(jié)合服務器運行情況，初步擬定對以下應用進行虛擬化整合：超星數(shù)字圖書館、方正Apabi電子圖書、人大報刊、國研網(wǎng)、全國報刊索引、FTP等。

2.服務器虛擬化方案

該圖書館使用兩臺DELL PowerEdge R710作為物理服務器，在兩臺物理服務器上各自安裝VMware vSphere的ESX Server組件，生成六臺虛擬服務器，根據(jù)各種數(shù)字化應用的需求對每臺虛擬服務器所需的硬件資源，如CPU、內(nèi)存、存儲空間等進行劃分，在每臺虛擬服務器上再安裝操作系統(tǒng)、運行數(shù)字化應用。具體虛擬化整合如表所示。

表 服務器虛擬化整合表

為了實現(xiàn)對VMware ESX主機及其虛擬機的集中管理，需要在單獨的一臺服務器上安裝VMware vCenter，VMware vCenter負責全系統(tǒng)的管理、控制，如實時遷移、自動負載平衡、硬件故障防護，以及虛擬機備份和恢復功能。最后在PC機上安裝VMware vSphere Client，供管理員和用戶從PC遠程連接到VMware vCenter來管理和維護虛擬機。

3.應用效果

通過服務器虛擬化整合后，取得了如下效果：

（1）物理服務器的利用率明顯提高，從原來的20%~ 30%提高到現(xiàn)在的60%~80%，充分利用了物理服務器的硬件資源。

（2）通過虛擬化整合后，減少了物理服務器的數(shù)量，從原來所需要的6臺減少到2臺，既節(jié)省了經(jīng)費，又降低了能耗，節(jié)約了空間。

（3）采用虛擬化平臺后，各數(shù)字化應用可以被快速地架設、備份和恢復。通過虛擬機模板安裝的方式，虛擬機無需一個個單獨安裝，只需要一個模板就可以將虛擬機在幾分鐘內(nèi)安裝或恢復完畢。

（4）提高了安全性。虛擬架構通過減少物理網(wǎng)絡連接的數(shù)量，降低了通過物理網(wǎng)絡進行攻擊的潛在風險，提高了安全性。

（5）下一步，如果安裝VMware HA可以實現(xiàn)數(shù)字化應用的高可用性，在檢測到某臺物理服務器故障時，無需手動干預即可自動重新啟動其他物理服務器上的虛擬機，保護應用程序不受操作系統(tǒng)故障的影響；如果安裝VMware DRS結(jié)合VMware Vmotion可以自動監(jiān)測物理服務器資源（CPU、內(nèi)存）使用負載，動態(tài)地遷移虛擬機到負載較輕的（物理服務器）EXS主機上，使各物理服務器的硬件資源使用平衡。[3]

三、實施虛擬化技術應注意的一些問題

1.實施虛擬化之前應做好詳細計劃方案

首先要確定哪些應用實施虛擬化，并充分地與數(shù)據(jù)庫商溝通，了解它們是否支持虛擬化架構，對那些需要USB加密的數(shù)據(jù)庫，虛擬機可能無法支持；其次，并不是所有的服務器都要虛擬化，如果服務器的CPU、內(nèi)存利用率超過70%，就沒有必要再做虛擬化；最后，對于核心業(yè)務系統(tǒng)，建議暫不實施虛擬化。

2.合理選擇配置硬件

虛擬化平臺將多個虛擬機整合到一臺物理服務器上運行，對服務器的CPU、內(nèi)存要求較高，并且物理服務器的硬件故障會導致多個虛擬機上的應用系統(tǒng)停止運行，因此我們要選擇品牌好、配置高的服務器。另外，網(wǎng)絡和存儲也很重要，因為虛擬機的高可用性（HA）和動態(tài)遷移（Vmotion）都需要高速的網(wǎng)絡和高性能的共享存儲，存儲最好選擇采用光纖通道技術的存儲區(qū)域網(wǎng)絡（SAN）。[4]

3.加強虛擬機的管理

虛擬化架構將一臺物理服務器劃分為多臺虛擬服務器，使得虛擬化平臺系統(tǒng)的維護變得非常復雜，需要加強對虛擬機的管理，并提高維護人員的技術水平。

[1]王煒.VMware在圖書館數(shù)據(jù)中的管理中的應用[J].晉圖學刊，2008(5).

[2]吳乾清.基于VMware的數(shù)字圖書館服務器虛擬化研究與應用[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟,2010(21).

[3]崔濱.虛擬化技術在數(shù)字圖書館中的應用[J].科技咨詢,2009(19).

[4]徐燕賓.關于數(shù)字圖書館應用服務器虛擬化技術的研究[J],太原城市職業(yè)技術學院學報,2010(7).

（編輯：金冉）

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