王 捷

（沈陽理工大學圖書館，遼寧 沈陽 110159）

1 引言

圖書館信息服務系統(tǒng)在計算機技術進步的推動下逐漸壯大起來，為學校學科建設和科學研究提供了強有力的信息服務保障。但是，服務器利用率偏低、閑置的系統(tǒng)資源無法共享、維護成本高，很難實現統(tǒng)一管理的問題日益突出。服務器虛擬化作為“合并一些傳統(tǒng)應用，簡化IT基礎架構[1]”較理想的技術出現在人們面前。圖書館如何通過虛擬化技術達到減少服務器數量、降低成本、簡化管理的目的？筆者試圖從介紹服務器虛擬化入手，以部分圖書館應用虛擬化技術為例，分析服務器虛擬化技術的特點及在應用中的不足，提出圖書館界在部署服務器虛擬化的實施策略，供同行借鑒與商榷。

2 服務器虛擬化技術簡介

虛擬化（Virtualization）技術最早出現在20世紀60年代的IBM大型機系統(tǒng)，在70年代的System 370系列中逐漸流行起來。隨著近年多核系統(tǒng)、集群、網格甚至云計算的廣泛部署，虛擬化技術在商業(yè)應用上的優(yōu)勢日益體現，不僅降低了IT成本，而且還增強了系統(tǒng)安全性和可靠性[2]，虛擬化的概念也逐漸被各行各業(yè)所了解和接受。

2.1 什么是服務器虛擬化

服務器虛擬化（ServerVirtualization）是指能夠通過區(qū)分資源的優(yōu)先次序并隨時隨地將服務器資源分配給最需要它們的工作負載，來簡化管理和提高效率，從而減少為單個工作負載峰值而儲備資源的方法[3]。具體地說，服務器虛擬化就是多個操作系統(tǒng)在同一時間一起運行在同一臺主機上（見圖1）。虛擬化技術可以通過兩個方向來幫助服務器合理地分配資源：一個方向就是把一個物理服務器虛擬成若干個獨立的邏輯服務器；另一個方向就是把若干個分散的物理服務器虛擬為一個大的邏輯服務器。用戶面對的只是多臺虛擬機（VirtualMachine，VM），最底層的硬件資源，比如處理器、內存、存儲器等都是可以共享的，應用的切換和遷移也變得非常簡單。

圖1 服務器虛擬化模型

2.2 服務器虛擬化技術分類

①全虛擬化：全虛擬化是指虛擬機模擬了完整的底層硬件，包括處理器、物理內存、時鐘、外設等，通過一個叫做“Hypervisor”的軟件，在虛擬服務器和底層硬件之間建立一個抽象層進行控制。使得為原始硬件設計的操作系統(tǒng)或其他系統(tǒng)軟件完全不做任何修改就可以在虛擬機中運行。

②半虛擬化：半虛擬化是改動客戶操作系統(tǒng)，讓它以為自己運行在虛擬環(huán)境下。經過半虛擬化處理的服務器可與Hypervisor協同工作，其響應能力幾乎不亞于未虛擬化處理的服務器。

③操作系統(tǒng)虛擬化：操作系統(tǒng)虛擬化就是在操作系統(tǒng)層面增添虛擬服務器功能，不包含額外的（虛擬化）處理層，所以它提供了一個更瘦的架構體系。這項技術的主要限制在于它不支持在一臺物理服務器實現多種操作系統(tǒng)[4]。

④硬件輔助虛擬化：硬件輔助虛擬化就是從硬件，包括處理器、芯片組及網絡設備等層面增加純軟件虛擬化解決方案的可靠性、安全性和靈活性的一種方式。

3 服務器虛擬化技術應用效果分析

服務器虛擬化作為新技術一經推出就吸引眾多圖書館的重視，而實施虛擬化技術的圖書館，它們所獲取的任何經驗對其他圖書館今后部署該技術都具有重要的示范作用。

3.1 服務器虛擬化技術應用效果案例

據資料介紹，國內有數家大學圖書館，如：清華大學圖書館、福州大學圖書館及解放軍醫(yī)學圖書館分別進行了虛擬化嘗試。它們對本館原有的一些數字化資源進行整合，制定了虛擬化架構平臺方案，選擇不同的虛擬化軟件，如：XenServer和VMware，利用新購進的數臺物理服務器，連接后端存儲系統(tǒng)虛擬成多臺應用服務器和數據庫服務器集群，取得了較好應用效果[5-6]。

①虛擬服務器的利用率大幅度提高，從原來直接配置應用系統(tǒng)的平均值6%～7%提高到了60%左右；而高峰使用率從40%左右提高到了85%左右。

②虛擬化縮短新應用的部署時間。虛擬機的系統(tǒng)安裝、應用程序安裝，通過虛擬軟件提供的工具進行直接克隆或間接從宿主機遷移方式來進行，省去了大量的安裝配置時間。

③減少了物理服務器數量，簡化管理的復雜度，降低IT架構成本。

④系統(tǒng)故障率明顯降低，用戶的訪問穩(wěn)定性得到了保證，服務質量得到提高。

3.2 服務器虛擬化應用過程中的問題分析

3所大學圖書館在購置高性能服務器的基礎上對服務應用整合，是圖書館數字化應用部署過程中，有效利用有限的設備經費，滿足數字化圖書館應用服務種類不斷增加，數據庫資源數據量不斷增長的有效手段，其成功經驗值得圖書館界借鑒。但這并不代表服務器虛擬化技術是十全十美的，應用過程中也發(fā)現一些不足之處。分析存在的問題，尋求應對措施，可以為其他圖書館采用虛擬化技術從而制定更加穩(wěn)妥的實施方案提供幫助。

3.2.1 虛擬化技術標準不統(tǒng)一

各虛擬化產品廠商由于使用不同技術，服務器虛擬化解決方案的處理損耗從1%到60%浮動，虛擬化應用程序的運行效率差異很大，虛擬化層面還比較低，達不到理想境界。每個廠商都有自己的文件系統(tǒng)格式和API（應用程序編程接口），現階段業(yè)內還沒有統(tǒng)一的虛擬化標準平臺和開放協議。在實際應用中，從一個物理服務器中把一個虛擬化產品遷移到另一個物理服務器（不同品牌、不同型號及不同芯片組）上會有些麻煩；虛擬機無法與現有的磁帶庫進行物理連接，系統(tǒng)的備份服務器不能利用虛擬機進行系統(tǒng)備份[6]。此外，宿主機占用了服務器的資源，也造成整體性能的降低[5]。

3.2.2 服務器虛擬化支持的應用程序不足

虛擬化并不是一個百分之百兼容的解決方案，它并不能和所有的應用程序或者所有硬件協調工作，大多數虛擬機都是模擬一個基本的PC環(huán)境，而不是讓應用程序直接訪問主機的硬件資源。如：大數據庫系統(tǒng)或者微軟的Exchange Server應用需要占用大量的I/O和內存資源，一般不適合同其他應用程序共享服務器的硬件，它不支持虛擬服務器；利用USB加密的數據庫也無法利用虛擬機來部署[6]。如CA數據庫、清華同方中文全文數據庫等，通過加密狗程序實施版權保護，此類數據庫無法部署到虛擬化服務器上。

3.2.3 服務器虛擬化技術存在安全隱患

服務器虛擬化是把多個應用放到一臺服務器上，一旦出現重大硬件故障可能會影響到所有的應用。雖然目前遷移和管理工具在服務器出現故障時，能夠將虛擬服務器轉移到另外一臺新的物理服務器上，但是在技術上還不十分成熟，這種安全威脅很難消除。另外，運行中的虛擬機所有的配置文件都保存在后臺的存儲系統(tǒng)中，虛擬機在不同服務器之間遷移，也需要通過存儲的重分配在另一臺服務器上啟動虛擬系統(tǒng)來實現[5]。服務器虛擬化帶來的安全威脅還包括來自虛擬化增加的軟件內存足跡，同一臺物理服務器上，多個虛擬機之間的對話會產生安全隱患[7]等等。

4 圖書館實施服務器虛擬化的策略

實施服務器虛擬化可以提高資源利用率，達到控制服務器總體成本及簡化管理的目的，所以，越來越多的圖書館傾向采用虛擬化技術來優(yōu)化本館信息服務系統(tǒng)，制定縝密的虛擬化實施策略來指導服務器虛擬化平臺的構建工作已經提到圖書館信息化建設議事日程上來了。

4.1 虛擬化規(guī)劃制定

①現狀分析：圖書館在部署虛擬化之前，必須要對本館系統(tǒng)狀況進行詳細分析。原有服務器的用途主要包括哪幾類？每年的維護費用、電能損耗及人員安排等等。

②確定目標：圖書館針對現有服務應用中不需要消耗太多的系統(tǒng)資源，且平均CPU資源利用率低于10%的服務器，確定通過部署服務器虛擬化技術來達到縮減服務器數量，進而達到縮減相應購置成本、維護成本、運行成本和人員成本的目標。

③安全與災難恢復：圖書館應當針對“用戶基于角色訪問控制、虛擬服務器身份管理、虛擬網絡安全、報告/審計”[8]等方面制訂詳細的安全策略和災難恢復計劃，對于關鍵應用可以考慮負載均衡或高可用的災難備份方案。

④預算估計：確定目標之后，需要進一步考慮實施虛擬化所需的資金。首先需要考慮購買虛擬化軟件的費用，其次為了實施虛擬化需要增加硬件的投資。除此之外，還需要考慮額外的工作人員、技術培訓等。

4.2 虛擬化平臺選型

①考慮因素：選取服務器虛擬化方案時要充分考慮虛擬化“性能、工具集、遷移功能[9]、數據備份和災難恢復及成本[10]”等因素。

②軟件選擇：目前市場上服務器平臺虛擬化廠商有很多，例如VMWare、XenServer、微軟、RedHat等廠商。圖書館應選擇與服務器硬件具有良好兼容性，在虛擬機上的I/O性能好，并有良好管理組件，符合本館虛擬化規(guī)劃的解決方案。

表1 主流虛擬化軟件技術對比

4.3 虛擬化部署及實施

①部署原則：首先，對于要遷移到虛擬化平臺上的應用，應該考慮詢問應用軟件開發(fā)商，了解他們是否支持虛擬化架構。其次，不直接進行物理服務器到虛擬服務器的遷移，而是在虛擬平臺上構建新的服務器，重新部署該應用，原來的系統(tǒng)暫時保留。如果新部署平臺發(fā)現任何問題，可以隨時切換回原來的平臺，待問題解決之后再進行虛擬化遷移工作。

②實施方法：實施遷移可采取兩種方法，其一是集中實施，遷移現有服務器；其二是逐漸實現遷移。前一種方法的周期短、見效快，短期內需要投入較多人力和財力資源。后一種方法周期長、見效慢，但是短時期內的財力投入較少，比較符合有些應用不能很快整合到虛擬化平臺上的現狀。具體采取哪種部署方法可由各圖書館結合本館虛擬化規(guī)劃自行選擇。

5 實施服務器虛擬化若干建議

5.1 重視存儲選型與網絡建設，確保虛擬化平臺運行穩(wěn)定

構建虛擬化平臺，存儲設備的選型非常重要。虛擬機所有的配置文件都保存在存儲系統(tǒng)中，所以服務器虛擬化系統(tǒng)安全有效運行必須是建立在系統(tǒng)之間高可用關系基礎上的。對于比較重要的應用，可以選擇使用SAN光纖存儲設備，以保證虛擬服務器的存儲性能。對于一些次重要的應用系統(tǒng)，則可選擇IP-SAN存儲設備，通過專用IP網絡來訪問存儲設備，服務器與存儲系統(tǒng)之間最好能以Gbps以上等級的線路連接。需要特別強調的是，“不要將域控制器存放在一臺物理主機上”[12]，而是要將所有域控制器全部虛擬化，否則，如果這臺主機宕機，整個域中的服務器和桌面端都將受到嚴重影響。

5.2 加強IT人員的技術培訓，提高專業(yè)技術素質

運用虛擬化技術減少物理服務器數量的同時把更多的服務應用集中到了數量更少、更復雜的共享虛擬化環(huán)境下，硬件故障、人為錯誤、安全漏洞、規(guī)劃問題及其他因素帶來的影響在虛擬化環(huán)境下會得到極大的放大。所以，應用虛擬化技術，對圖書館IT人員提出了更高的要求，加強專業(yè)人員技術培訓，提高技術素養(yǎng)是一項刻不容緩的工作。

5.3 做好舊服務器再利用工作，杜絕資源浪費

虛擬化通常會造成大量的舊服務器剩余，圖書館應該事先制定好剩余舊服務器的再利用計劃，盡量做到物盡其用。圖書館可以將某些配置高一點的服務器用作宿主服務器，其他配置低的服務器可做備份服務器或調撥其他部門另做他用，避免資產浪費。

6 結語

服務器虛擬化對于大多數高校圖書館來說是一門新技術，也是一項系統(tǒng)工程，它所帶來的諸多好處和利益必將引起圖書館界的高度重視。我們有理由相信，虛擬化存在的不足將隨著時間的推移和各方的努力而得到不同程度的解決。過去圖書館重視IT基礎架構建設，現在和未來必將重視建設領先的虛擬化IT環(huán)境，隨著IT技術的發(fā)展，虛擬化產品功能會更趨完善，圖書館虛擬化IT環(huán)境建設必將迎來燦爛的明天。

[1]泮春燕，李梅.服務器虛擬化，走入應用主戰(zhàn)場[N].計算機世界，2006-04-24（4）.

[2]51CTO.COM中國領先的IT技術網站.服務器虛擬技術現實全景[EB/OL].[2010-05-27].http：//server.51cto.com/Trend-22021.htm.

[3]新浪科技.揭開虛擬化技術“五指山”神秘面紗[EB/OL].[2010-06-23].http：//tech.sina.com.cn/b/2009-09-26/06321081788.shtml.

[4]蘇熾.分身有術—虛擬化提高服務器利用率[N].電腦報，2009-06-15（19）.

[5]劉榮發(fā).服務器虛擬化技術在圖書館數字化服務中的應用[J].現代圖書情報技術，2007（4）：79-82.

[6]董秋生等.服務器虛擬化技術在數字圖書館服務器整合中的應用[J].情報理論與實踐，2009（1）：119-121.

[7]梁敏.服務器虛擬化要效率更要安全[N].電腦報，2009-09-07（19）.

[8]中國教育和科研計算機網.服務器虛擬機安全管理四大注意事項[EB/OL].[2010-07-15].http：//www.edu.cn/fw_6475/20100525/t20100525_478477.shtml.

[9]漢榮科技網站.CIO選擇服務器虛擬化技術十點必知[EB/OL].[2010-04-17].http：//www.hanrong.info/News_view.asp?ID=33.

[10]51CTO.COM中國領先的IT技術網站.服務器虛擬化的十大必須考慮因素[EB/OL].[2010-06-02].http：//server.51cto.com/Relative-55833.htm.

[11]飄雪.虛擬世界的王者——解析VMware服務器虛擬化技術[N].電腦報，2009-07-06（19）.

[12]51CTO.COM中國領先的IT技術網站.服務器虛擬化十大關鍵問題答疑[EB/OL].[2010-05-27].http：//virtual.51cto.com/art/201002/184412.htm.