徐大勇

（江漢大學(xué)圖書館，湖北武漢 430056）

虛擬化技術(shù)在數(shù)字圖書館中的應(yīng)用探討

徐大勇

（江漢大學(xué)圖書館，湖北武漢 430056）

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

虛擬化；服務(wù)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(yīng)用越來越多，圖書館用于支持這些應(yīng)用的服務(wù)器數(shù)量大規(guī)模增長，配套設(shè)備也相應(yīng)增加。以某館為例：服務(wù)器從2002年的6臺(tái)發(fā)展到現(xiàn)在的30多臺(tái)，中心機(jī)房的機(jī)架、電源、UPS及精密空調(diào)都進(jìn)行了兩次改建和擴(kuò)容。如何對(duì)這些快速增長的服務(wù)器進(jìn)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(wù)成為數(shù)字圖書館建設(shè)中需要考慮的一個(gè)重要問題。傳統(tǒng)模式下，一臺(tái)服務(wù)器只運(yùn)行一種應(yīng)用，大部分的服務(wù)器利用率都很低，只有20%～30%，如果把幾種應(yīng)用程序裝在同一臺(tái)服務(wù)器上，又可能會(huì)造成系統(tǒng)或軟件沖突，因此需要一種新的技術(shù)來整合資源，提高服務(wù)器的利用率，在這種情況下，服務(wù)器虛擬化技術(shù)的出現(xiàn)為這個(gè)問題提供了很好的解決辦法，他能提高服務(wù)器的利用率，縮短系統(tǒng)安裝配置的時(shí)間，為用戶提供高可靠性、高可用性、易于管理和維護(hù)的訪問服務(wù)。

一、虛擬化技術(shù)

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(duì)資源進(jìn)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(tái)物理機(jī)上運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)，共享這一臺(tái)物理機(jī)的硬件資源，虛擬機(jī)相互隔離，在同一物理機(jī)上運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)和應(yīng)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(wù)器硬件廠商的廣泛支持，應(yīng)用最為廣泛。

2.VMware服務(wù)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(jìn)入企業(yè)服務(wù)器的市場(chǎng)。2006年，發(fā)布業(yè)界首套套完整的虛擬架構(gòu)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(jì)算操作系統(tǒng)VMware vSphere 4，實(shí)現(xiàn)了集中管理、自動(dòng)負(fù)載平衡、業(yè)務(wù)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(chǔ)成本和20%的電力。VMware vSphere 4包含以下核心組件：

VMware ESX/ESXi：一個(gè)在物理服務(wù)器上運(yùn)行的虛擬化層，它將處理器、內(nèi)存、存儲(chǔ)器和資源虛擬化為多個(gè)虛擬機(jī)。

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

VMware vSphere Client：一個(gè)管理接口，允許用戶從任何PC遠(yuǎn)程連接到VMware vCenter Server和ESX/ESXi。

VMware vMotion：可以將一個(gè)運(yùn)行的虛擬機(jī)從一臺(tái)物理服務(wù)器實(shí)時(shí)遷移到另一臺(tái)物理服務(wù)器，保持零停機(jī)、連續(xù)服務(wù)。

VMware HA：如果服務(wù)器出現(xiàn)故障，受影響的虛擬機(jī)會(huì)在其他服務(wù)器上重新啟動(dòng)運(yùn)行。

VMware DRS：資源的動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡。不間斷地監(jiān)控各虛擬機(jī)利用率，并根據(jù)業(yè)務(wù)需要在虛擬機(jī)之間以智能方式分配可用資源。

二、VMware虛擬化技術(shù)在數(shù)字圖書館中的應(yīng)用

某高校圖書館現(xiàn)有HP、DELL等品牌的服務(wù)器30余臺(tái)，存儲(chǔ)為大恒的光纖存儲(chǔ)，總計(jì)80TB。數(shù)字化應(yīng)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(bào)刊、知識(shí)視界、網(wǎng)上報(bào)告廳等。在未采取虛擬化方案前，都是“一臺(tái)服務(wù)器，一種應(yīng)用”的模式，大部分的服務(wù)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(wù)器利用效率。

1.數(shù)字化應(yīng)用的選擇

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

2.服務(wù)器虛擬化方案

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

表 服務(wù)器虛擬化整合表

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)VMware ESX主機(jī)及其虛擬機(jī)的集中管理，需要在單獨(dú)的一臺(tái)服務(wù)器上安裝VMware vCenter，VMware vCenter負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的管理、控制，如實(shí)時(shí)遷移、自動(dòng)負(fù)載平衡、硬件故障防護(hù)，以及虛擬機(jī)備份和恢復(fù)功能。最后在PC機(jī)上安裝VMware vSphere Client，供管理員和用戶從PC遠(yuǎn)程連接到VMware vCenter來管理和維護(hù)虛擬機(jī)。

3.應(yīng)用效果

通過服務(wù)器虛擬化整合后，取得了如下效果：

（1）物理服務(wù)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(wù)器的硬件資源。

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

（3）采用虛擬化平臺(tái)后，各數(shù)字化應(yīng)用可以被快速地架設(shè)、備份和恢復(fù)。通過虛擬機(jī)模板安裝的方式，虛擬機(jī)無需一個(gè)個(gè)單獨(dú)安裝，只需要一個(gè)模板就可以將虛擬機(jī)在幾分鐘內(nèi)安裝或恢復(fù)完畢。

（4）提高了安全性。虛擬架構(gòu)通過減少物理網(wǎng)絡(luò)連接的數(shù)量，降低了通過物理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行攻擊的潛在風(fēng)險(xiǎn)，提高了安全性。

（5）下一步，如果安裝VMware HA可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化應(yīng)用的高可用性，在檢測(cè)到某臺(tái)物理服務(wù)器故障時(shí)，無需手動(dòng)干預(yù)即可自動(dòng)重新啟動(dòng)其他物理服務(wù)器上的虛擬機(jī)，保護(hù)應(yīng)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(dòng)監(jiān)測(cè)物理服務(wù)器資源（CPU、內(nèi)存）使用負(fù)載，動(dòng)態(tài)地遷移虛擬機(jī)到負(fù)載較輕的（物理服務(wù)器）EXS主機(jī)上，使各物理服務(wù)器的硬件資源使用平衡。[3]

三、實(shí)施虛擬化技術(shù)應(yīng)注意的一些問題

1.實(shí)施虛擬化之前應(yīng)做好詳細(xì)計(jì)劃方案

首先要確定哪些應(yīng)用實(shí)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(gòu)，對(duì)那些需要USB加密的數(shù)據(jù)庫，虛擬機(jī)可能無法支持；其次，并不是所有的服務(wù)器都要虛擬化，如果服務(wù)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(duì)于核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)，建議暫不實(shí)施虛擬化。

2.合理選擇配置硬件

虛擬化平臺(tái)將多個(gè)虛擬機(jī)整合到一臺(tái)物理服務(wù)器上運(yùn)行，對(duì)服務(wù)器的CPU、內(nèi)存要求較高，并且物理服務(wù)器的硬件故障會(huì)導(dǎo)致多個(gè)虛擬機(jī)上的應(yīng)用系統(tǒng)停止運(yùn)行，因此我們要選擇品牌好、配置高的服務(wù)器。另外，網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)也很重要，因?yàn)樘摂M機(jī)的高可用性（HA）和動(dòng)態(tài)遷移（Vmotion）都需要高速的網(wǎng)絡(luò)和高性能的共享存儲(chǔ)，存儲(chǔ)最好選擇采用光纖通道技術(shù)的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）。[4]

3.加強(qiáng)虛擬機(jī)的管理

虛擬化架構(gòu)將一臺(tái)物理服務(wù)器劃分為多臺(tái)虛擬服務(wù)器，使得虛擬化平臺(tái)系統(tǒng)的維護(hù)變得非常復(fù)雜，需要加強(qiáng)對(duì)虛擬機(jī)的管理，并提高維護(hù)人員的技術(shù)水平。

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

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

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

[4]徐燕賓.關(guān)于數(shù)字圖書館應(yīng)用服務(wù)器虛擬化技術(shù)的研究[J],太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2010(7).

（編輯：金冉）

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