關(guān)慶娟　楊燕梅

摘要：虛擬化技術(shù)作為云計算關(guān)鍵技術(shù)之一受到廣泛關(guān)注和研究，對高校圖書館來說，如何按需部署虛擬化環(huán)境并合理分配服務(wù)器硬件資源，顯得尤為重要。論文以新疆醫(yī)科大學(xué)圖書館為例，基于服務(wù)器虛擬化技術(shù)，提出符合圖書館實際應(yīng)用需求的三種分級資源分配策略，并對其進行服務(wù)器資源利用率增益分析，為高校圖書館預(yù)先評估服務(wù)器資源利用率、按需分配服務(wù)器資源提供思路，為建設(shè)云計算環(huán)境下的數(shù)字圖書館提供高性價比的硬件基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：云計算；服務(wù)器虛擬化；資源利用率；數(shù)字圖書館

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）34-0186-03

Abstract： In recent years，virtualization has been widely concerned and studied，as a key technology of cloud computing，it is very important for university libraries to deploy the virtual environment and allocate the server hardware resources reasonably. This paper takes Xinjiang Medical University library as an example， proposes three hierarchical resource allocation strategies based on virtualization ， and server resource utilization ratio gain is analyzed. It provides an approach to evaluate the server resource utilization and hardware basis to Construct the Digital Library in the cloud computing for university libraries.

Key words： cloud computing； virtualization； resource utilization rate； digital library

服務(wù)器虛擬化技術(shù)[1]，是指多個操作系統(tǒng)在同一時間運行在同一臺主機上，將服務(wù)器的硬件資源虛擬化成資源池（如CPU、內(nèi)存等），并以虛擬機的形式對外提供應(yīng)用服務(wù)的技術(shù)。服務(wù)器虛擬化技術(shù)主要包括硬件抽象層虛擬化、操作系統(tǒng)虛擬化、編程語言級虛擬化和ISA層虛擬化等技術(shù)[2]。目前主流的虛擬化軟件有VMWare、Citrix、Hyper-v等，相較于傳統(tǒng)服務(wù)器維護模式，這些虛擬化軟件在提高服務(wù)器利用率、降低服務(wù)器購置數(shù)量、減少管理和維護成本、快速遷移故障服務(wù)器降低故障恢復(fù)時間等方面都表現(xiàn)出了其強大優(yōu)勢。同時，文獻[3]從功能應(yīng)用的角度對主流虛擬化軟件進行了比較，指出VMWare的相對優(yōu)勢。由于虛擬化技術(shù)的諸多好處，該技術(shù)引起了各高校的廣泛關(guān)注，并被積極應(yīng)用于各高校[4-6]，達到提高服務(wù)器資源利用率、降低購置與維護成本的目的。

隨著云計算技術(shù)的興起，云計算逐步被應(yīng)用于高校數(shù)字圖書館成為必然[7-8]，而作為其關(guān)鍵技術(shù)的虛擬化技術(shù)，如果被提前合理地部署于高校圖書館，將為之后快速引入云計算提供良好的硬件基礎(chǔ)。因此，論文通過對服務(wù)器硬件資源利用情況進行調(diào)研，提出三種分級資源分配策略，并對其進行服務(wù)器資源利用率增益分析，以期預(yù)先評估和有效提高服務(wù)器資源利用率。

1 服務(wù)器硬件資源利用現(xiàn)狀分析

以新疆醫(yī)科大學(xué)圖書館為例，通過統(tǒng)計待安裝至VMware虛擬化服務(wù)器中的應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫資源平臺，并分析服務(wù)器硬件資源使用現(xiàn)狀，論文根據(jù)館內(nèi)實際應(yīng)用需求，提出了引入虛擬化技術(shù)時需要的服務(wù)器設(shè)備購置方案。

1.1應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫資源平臺安裝需求分析

圖書館將在VMware虛擬化服務(wù)器上安裝31個應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫資源平臺，具體信息見表1。待安裝的應(yīng)用系統(tǒng)平臺以本地數(shù)據(jù)庫資源平臺為主，共21個；OPAC系統(tǒng)、新生入館考試系統(tǒng)等應(yīng)用系統(tǒng)共10個。每個應(yīng)用系統(tǒng)和資源平臺需要操作系統(tǒng)windows server 2003以上，服務(wù)器資源2個vcpu（虛擬處理器）和4GB內(nèi)存。因此，若要同時運行31個系統(tǒng)平臺，并保證發(fā)生故障時可在線遷移，則至少需要服務(wù)器資源128個vcpu和256GB內(nèi)存。另外，值得一提的是，服務(wù)器資源（vcpu和內(nèi)存）大小可隨實際需求修改，且因資源由虛擬服務(wù)器進行統(tǒng)一調(diào)度，為保證系統(tǒng)正常運行，故各系統(tǒng)占用的總資源不得超過服務(wù)器總資源80%。

1.2 服務(wù)器硬件資源利用現(xiàn)狀

圖書館有2臺配置為4顆6核CPU、64GB內(nèi)存PowerEdge M910刀片服務(wù)器、1臺20TB的存儲，用于部署VMware虛擬化服務(wù)器。利用現(xiàn)有2臺服務(wù)器，不使用虛擬化技術(shù)時，每臺服務(wù)器安裝可以相兼容的系統(tǒng)平臺約4個，其服務(wù)器資源使用情況見表2所示，由表可知，服務(wù)器資源利用率低。同時，若保證31個系統(tǒng)平臺同時運行，則需要8個與前述配置相同的服務(wù)器，設(shè)備購置成本高。此外，當系統(tǒng)平臺發(fā)生故障，故障系統(tǒng)無法立即恢復(fù)運行，故障恢復(fù)等待時間長。

根據(jù)服務(wù)器資源需求和當前服務(wù)器使用情況，為部署VMware虛擬化服務(wù)器，保證31個數(shù)據(jù)庫資源平臺和應(yīng)用系統(tǒng)投入使用，需將現(xiàn)有的2臺服務(wù)器內(nèi)存分別擴容至256GB，并購置2臺4顆6核CPU、256GB內(nèi)存的服務(wù)器或者1臺4顆8核CPU、256GB內(nèi)存的服務(wù)器。同時，配置獨立存儲，滿足虛擬化存儲需求和容災(zāi)備份需求。

2 基于虛擬化技術(shù)的分級資源分配策略

針對前述服務(wù)器資源利用現(xiàn)狀，利用購置的服務(wù)器和存儲設(shè)備，論文以降低設(shè)備購置成本、提高服務(wù)器資源利用率、加快故障恢復(fù)速度、降低管理維護難度、符合圖書館實際應(yīng)用等需求為目的，在最大化服務(wù)器資源利用率和最小化故障恢復(fù)時間之間折衷，提出了基于服務(wù)器虛擬化的分級資源分配策略，并對策略進行服務(wù)器資源利用率增益分析。

2.1 虛擬化環(huán)境下資源分配面臨的問題

2.2 分級資源分配策略

針對上述問題，論文分析對比各系統(tǒng)出現(xiàn)故障時的影響范圍和重要性，并對其劃分重要性等級，重要系統(tǒng)為1級，一般系統(tǒng)為2級，按等級分級分配服務(wù)器資源，達到盡可能避免閑置資源、有效利用服務(wù)器資源的目的。根據(jù)館內(nèi)資源平臺實際，提供三種分配策略。

1） 策略一：在四臺四顆六核刀片服務(wù)器上，安裝部署VMware虛擬化服務(wù)器平臺，其中，服務(wù)器1和服務(wù)器3、服務(wù)器2和服務(wù)器4放置于同一個刀框。根據(jù)物理服務(wù)器配置，每個虛擬化服務(wù)器可以虛擬出15個操作系統(tǒng)，且每個虛擬操作系統(tǒng)分2個vcpu（vcpu，虛擬處理器）和4GB內(nèi)存資源。值得注意的是，每臺虛擬化服務(wù)器虛擬的操作系統(tǒng)數(shù)量由具體的vcpu和內(nèi)存等實際資源分配情況確定，論文以本館實際需求為準。

若不采用分級策略，在四臺虛擬服務(wù)器上，為每個系統(tǒng)預(yù)留遷移所需資源，則4臺服務(wù)器的平均閑置資源利用率n=1/2。

2.3 服務(wù)器資源利用率增益分析

1） 非虛擬化和虛擬化的服務(wù)器資源利用率比較

根據(jù)館內(nèi)需求，若在四臺服務(wù)器上安裝31個系統(tǒng)，當每個系統(tǒng)占用資源（vcpu和內(nèi)存）相同，則非虛擬化時每臺服務(wù)器可使用的服務(wù)器資源僅為4個系統(tǒng)所占用資源，其他資源閑置，其4臺服務(wù)器總資源利用率僅為4×4/60=4/15。而采用虛擬化時，根據(jù)分級資源分配策略一，4臺服務(wù)器總資源率為1/2。由此可知，虛擬化的服務(wù)器資源利用率增益η=1/2-4/15=7/30。同時，采用非虛擬模式，即傳統(tǒng)服務(wù)器維護模式，并不能保證 “零”故障恢復(fù)時間，而虛擬化服務(wù)器可以通過犧牲部分服務(wù)器資源達到故障快速恢復(fù)的目的。

2） 非分級和分級策略的服務(wù)器資源利用率比較

根據(jù)館內(nèi)需求，若三臺服務(wù)器上安裝31個系統(tǒng)，采用非分級分配策略、分級分配策略二和分級分配策略三時的非閑置資源利用率比較見表3所示。從表中可見，分級分配策略的資源利用率較高于非分級分配策略。同時，這三種基于服務(wù)器虛擬化的合理分配策略，其服務(wù)器資源利用率又都高于非虛擬化的分配策略。

3 結(jié)束語

針對新疆醫(yī)科大學(xué)圖書館實際應(yīng)用需求，論文提出了不同的分級資源分配策略，為類似規(guī)模的中小型高校圖書館提供一些應(yīng)用虛擬化技術(shù)的思路。論文中，三種分級資源分配策略的服務(wù)器總利用率雖然一致，但針對不同館的實際需求，采用的分配策略則各不相同，需要折衷考慮影響資源利用率和故障快速恢復(fù)時間等指標，而影響這兩個指標的因素包括不同型號的服務(wù)器可虛擬的虛擬處理器數(shù)不同、各系統(tǒng)的重要程度不同，各系統(tǒng)占用的服務(wù)器資源需求不同等。

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