王政軍 單承偉 俞小怡 董曉梅
(大連理工大學(xué)圖書館,遼寧大連116023)
高性價(jià)比圖書館虛擬化平臺(tái)的建設(shè)與實(shí)踐
王政軍 單承偉 俞小怡 董曉梅
(大連理工大學(xué)圖書館,遼寧大連116023)
[目的/意義]利用虛擬化技術(shù)提高IT基礎(chǔ)架構(gòu)管理水平和資源利用率是圖書館數(shù)據(jù)中心發(fā)展的趨勢(shì),圖書館如何構(gòu)建一套高性價(jià)比的虛擬化整合方案是迫切需要解決的問題。[方法/過程]文章介紹了虛擬化的相關(guān)技術(shù),分析比較了虛擬化平臺(tái)的技術(shù)指標(biāo)。以大連理工大學(xué)城市學(xué)院圖書館的虛擬化實(shí)施方案為例,闡述了高性價(jià)比虛擬化方案的技術(shù)支撐原理、設(shè)計(jì)思路及具體實(shí)施方法。[結(jié)果/結(jié)論]通過具體實(shí)踐證明,高性價(jià)比虛擬化平臺(tái)的解決方案體現(xiàn)出高效穩(wěn)定、便于管理等技術(shù)特點(diǎn),有效解決了中小型圖書館因資金緊張而不能進(jìn)行虛擬化改造的問題,對(duì)指導(dǎo)實(shí)踐具有重要意義。
圖書館;虛擬化平臺(tái);虛擬化技術(shù);性價(jià)比;vSphere
虛擬化能使信息技術(shù)易于整合到面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)中,可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的本地管理自動(dòng)化,為管理者提供高效、可靠、可預(yù)見的服務(wù)[1]。利用虛擬化技術(shù),能夠加速智能動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)中心的發(fā)展,促進(jìn)敏捷度,縮短停機(jī)時(shí)間,增強(qiáng)災(zāi)難恢復(fù)等。目前,虛擬化整合技術(shù)已經(jīng)成為高校圖書館數(shù)據(jù)中心關(guān)注的熱點(diǎn)。
較大的虛擬化平臺(tái)采用了大量企業(yè)級(jí)高端硬件,以滿足大量虛擬機(jī)對(duì)硬件資源的需求[3]。如大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)中心虛擬化平臺(tái),運(yùn)行500多個(gè)虛擬機(jī),配置高檔服務(wù)器構(gòu)建虛擬集群組。使用企業(yè)級(jí)SAN光纖集中后臺(tái)存儲(chǔ),采用企業(yè)級(jí)萬(wàn)兆核心網(wǎng)絡(luò)交換機(jī),采用VMware vSphere的最高級(jí)版本Enterprise Plus作為虛擬化管理平臺(tái)。整體資金投入在800萬(wàn)以上。如果圖書館按照此種模式構(gòu)建自己的虛擬化平臺(tái),資金問題會(huì)讓很多圖書館望而卻步,一些中小型圖書館更無(wú)法承受如此大的資金投入。因此,設(shè)計(jì)一套性能穩(wěn)定且投入合適的小型虛擬化平臺(tái)搭建方案,對(duì)于資金緊張的圖書館實(shí)現(xiàn)虛擬化整合具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
搭建虛擬化平臺(tái)基礎(chǔ)架構(gòu)包括服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)以及虛擬化管理軟件[2]。在技術(shù)指標(biāo)滿足實(shí)際需要的情況下,降低整個(gè)虛擬化方案的成本,需要考慮以下幾個(gè)方面。
1.1 服務(wù)器
服務(wù)器為虛擬化平臺(tái)提供最基本的底層硬件資源,虛擬化平臺(tái)之上的虛擬機(jī)所使用資源來自于服務(wù)器的處理器、內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)等。虛擬主機(jī)的架構(gòu)圖如圖1所示。
圖1 虛擬主機(jī)的架構(gòu)
采購(gòu)大內(nèi)存的服務(wù)器。虛擬化使不同操作系統(tǒng)的多個(gè)虛擬機(jī)在同一物理機(jī)上獨(dú)立并行運(yùn)行,所有虛擬機(jī)使用的硬件資源都被虛擬化服務(wù)層映射到實(shí)際的物理機(jī)資源上。獨(dú)立的操作系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存的占用是絕對(duì)的,在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間不會(huì)釋放,而CPU的占用隨操作系統(tǒng)中的應(yīng)用運(yùn)行情況實(shí)時(shí)地占用和釋放。所以虛擬化平臺(tái)資源消耗較多的是內(nèi)存資源,對(duì)處理器的消耗并不大。減少處理器的數(shù)量,也降低了虛擬化管理軟件的成本。
服務(wù)器本地存儲(chǔ)應(yīng)注重安全可靠。所有應(yīng)用的數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)于后臺(tái)的集中存儲(chǔ)上,虛擬化主機(jī)本地硬盤只是存儲(chǔ)虛擬化平臺(tái)操作系統(tǒng),不需要較大的存儲(chǔ)空間。為保證虛擬化操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全性,物理主機(jī)只配置兩塊硬盤做RAID1進(jìn)行鏡像備份。
服務(wù)器采用基于雙網(wǎng)卡的萬(wàn)兆網(wǎng)絡(luò)。由于多臺(tái)虛擬機(jī)對(duì)外提供服務(wù),網(wǎng)絡(luò)流量集中于物理主機(jī)的物理網(wǎng)卡上,虛擬化主機(jī)對(duì)網(wǎng)卡的性能要求比較高[5]。存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的傳輸也使用以太網(wǎng)絡(luò),服務(wù)器采用雙萬(wàn)兆網(wǎng)卡,保證網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)性能,而且能夠達(dá)到鏈路冗余備份的效果。
具體的虛擬化物理服務(wù)器技術(shù)指標(biāo)如表1所示:
表1 小型虛擬化物理服務(wù)器技術(shù)指標(biāo)
虛擬化集群組中所需服務(wù)器(物理主機(jī))的數(shù)量,主要取決于實(shí)際要運(yùn)行的虛擬服務(wù)器的數(shù)量。對(duì)于中小型圖書館,70~100個(gè)虛擬服務(wù)器便可滿足其作為數(shù)據(jù)中心的需要。每臺(tái)搭載64G內(nèi)存的物理服務(wù)器通常可以虛擬出30~40臺(tái)虛擬服務(wù)器[6],按照為每臺(tái)虛擬服務(wù)器劃分2G內(nèi)存來計(jì)算,中小型圖書館使用2~3臺(tái)物理服務(wù)器便可構(gòu)建虛擬化的集群組。
隨著業(yè)務(wù)的增長(zhǎng),可通過增加物理服務(wù)器數(shù)量來擴(kuò)展虛擬化平臺(tái)的容量。初期設(shè)計(jì)部署的物理服務(wù)器主機(jī)必須大于兩臺(tái),這樣才能達(dá)到互為冗余備份的效果,保證所有虛擬服務(wù)器通過主機(jī)遷移(VMotion)游離于多臺(tái)物理服務(wù)器,提高整個(gè)虛擬化平臺(tái)的持續(xù)性。
1.2 集中存儲(chǔ)
目前流行的存儲(chǔ)技術(shù)主要有SAN光纖存儲(chǔ)、ISCSI網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、NAS存儲(chǔ)。3種主流存儲(chǔ)技術(shù)的具體情況比較如表2所示:
表2 主流存儲(chǔ)比較
SAN光纖存儲(chǔ)的存儲(chǔ)性能好,高端的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)一般都采用SAN光纖的存儲(chǔ)架構(gòu),但資金投入大,日后擴(kuò)展比較復(fù)雜。NAS存儲(chǔ)比較廉價(jià),主要用于靜態(tài)文件存儲(chǔ)服務(wù)器,適應(yīng)對(duì)IO性能要求不是很高的場(chǎng)合,不能滿足虛擬化平臺(tái)的需要[7]。ISCSI網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)近幾年得到很大的關(guān)注,得益于萬(wàn)兆網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與普及,其管理形勢(shì)與SAN存儲(chǔ)比較接近。ISCSI存儲(chǔ)性能越來越接近于SAN,由于其利用廉價(jià)網(wǎng)絡(luò)作為傳輸介質(zhì),非常適合中小型數(shù)據(jù)中心使用。
1.3 萬(wàn)兆網(wǎng)絡(luò)
高性價(jià)比的虛擬化架構(gòu)必須使用萬(wàn)兆以太網(wǎng)絡(luò)。萬(wàn)兆網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)非常成熟,根據(jù)傳輸介質(zhì)的不同,有光纖、銅軸電纜、雙絞線3種形式。由權(quán)威組織測(cè)試報(bào)告得知,不考慮干擾因素,3種傳輸形式效率是一樣的,但雙絞線抗干擾性能稍微差些。在比較規(guī)范的機(jī)房環(huán)境中,采用質(zhì)量較好的7類雙絞線,可以排除干擾的影響。使用雙絞線介質(zhì)的萬(wàn)兆網(wǎng)卡、網(wǎng)線以及交換機(jī)等一系列設(shè)施都要比光纖和銅軸電纜便宜得多,建議中小型虛擬化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用雙絞線傳輸?shù)娜f(wàn)兆網(wǎng)絡(luò)。
1.4 虛擬化管理軟件
虛擬化管理軟件主要有Citrix XenServer、微軟Windows Server 2008 Hyper-V、VMware vSphere。VMware vSphere提供最領(lǐng)先的技術(shù),占有大部分的市場(chǎng)份額。vSphere主要有Standard、Enterprise和Enterprise Plus 3個(gè)版本,雖然所有的vSphere的軟件介質(zhì)是一樣的,但是根據(jù)版本的license不一樣,可使用的功能不同,價(jià)格也有較大的區(qū)別。vShpere的Standard版本含有vMotion和HA的功能,vMotion可保證虛擬服務(wù)器不間斷的遷移于物理服務(wù)器之上,HA可監(jiān)控虛擬服務(wù)器操作系統(tǒng)狀態(tài),并根據(jù)錯(cuò)誤狀態(tài)自動(dòng)更換物理主機(jī)運(yùn)行??紤]性價(jià)比的因素,中小型圖書館的虛擬化方案采購(gòu)Standard版本的License授權(quán)即可,既能保證虛擬化的實(shí)施,又可減少資金的投入,保證業(yè)務(wù)的持續(xù)性和高可用性的需求。
大連理工大學(xué)城市學(xué)院是大連理工大學(xué)下屬的三本獨(dú)立學(xué)院,屬于中小型高校圖書館。該圖書館數(shù)據(jù)中心原有物理服務(wù)器50多臺(tái),主要用于關(guān)鍵業(yè)務(wù)、數(shù)字資源以及網(wǎng)絡(luò)管理等方面。數(shù)據(jù)中心的核心網(wǎng)絡(luò)為千兆以太網(wǎng)絡(luò),分散式存儲(chǔ)方式(應(yīng)用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于物理服務(wù)器本地硬盤)。該館已經(jīng)多年調(diào)研,希望通過虛擬化整合方式實(shí)現(xiàn)本地管理的自動(dòng)化和智能化,提高系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性,縮短停機(jī)時(shí)間、增強(qiáng)災(zāi)難恢復(fù)等。為能順利進(jìn)行該項(xiàng)工作,該館先后邀請(qǐng)大連理工大學(xué)的網(wǎng)絡(luò)中心、電信學(xué)院以及圖書館等專家進(jìn)行論證,以大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)中心和圖書館的虛擬化方案的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ),提出了高性價(jià)比的小型虛擬化服務(wù)器整合方案。
2.1 方案設(shè)計(jì)
首先,建立一套集中共享的虛擬化后臺(tái)存儲(chǔ),將圖書館業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)于可靠的虛擬化存儲(chǔ)系統(tǒng)中,在保證數(shù)據(jù)的完整性和可靠性的前提下降低存儲(chǔ)成本。其次,利用虛擬化軟件建立虛擬服務(wù)器集群環(huán)境,將安裝有圖書館關(guān)鍵應(yīng)用的服務(wù)器實(shí)現(xiàn)HA(高可用性)的連接,構(gòu)建一個(gè)以共享存儲(chǔ)為基礎(chǔ)、以虛擬化為核心的服務(wù)器架構(gòu)。
本方案采用IPSAN(基于ISCSI存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò))的共享存儲(chǔ)系統(tǒng)部署方式。將基于ISCSI存儲(chǔ)陣列產(chǎn)品通過高性能的萬(wàn)兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)相連,并采用萬(wàn)兆以太網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通信,這些鏈接基于固有的網(wǎng)絡(luò)通道和SCSI(通過SCSI到網(wǎng)絡(luò)通道轉(zhuǎn)換器和網(wǎng)關(guān)),多路的網(wǎng)絡(luò)通道交換機(jī)在主服務(wù)器與存儲(chǔ)設(shè)備之間提供相互連接,實(shí)現(xiàn)鏈路的負(fù)載均衡和冗余備份,確保連接的可靠和高效。
保證系統(tǒng)資源的負(fù)載均衡。充分利用虛擬環(huán)境中虛擬機(jī)可動(dòng)態(tài)遷移的特性,將由虛擬管理軟件生成的虛擬主機(jī)文件存放在IPSAN共享存儲(chǔ)系統(tǒng)上。通過共享的IPSAN存儲(chǔ)系統(tǒng),最大化地發(fā)揮虛擬架構(gòu)的優(yōu)勢(shì),當(dāng)某個(gè)關(guān)鍵應(yīng)用的服務(wù)器出現(xiàn)問題時(shí)可將虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)遷移到別的服務(wù)器,保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)的連續(xù)性。VMWare虛擬化軟件采用VMotion技術(shù)將虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)遷移到另一個(gè)可用資源充足的主機(jī),VMware的HA在監(jiān)測(cè)到虛擬機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)問題時(shí),可將虛擬機(jī)重新注冊(cè)到資源可用的物理主機(jī)并啟動(dòng)運(yùn)行。
2.2 系統(tǒng)架構(gòu)
通過以上技術(shù)細(xì)節(jié)的分析可知,低成本虛擬化方案是在保證虛擬化能為圖書館提供IT基礎(chǔ)架構(gòu)的穩(wěn)定可靠、性能優(yōu)越、便于管理的前提下,通過新的技術(shù)和方式來降低成本。本方案的系統(tǒng)架構(gòu)考慮到虛擬化實(shí)施所必須考慮的技術(shù)環(huán)節(jié),包括服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、管理軟件等方面的因素。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2所示:
圖2 小型虛擬化架構(gòu)圖
采用兩臺(tái)DELL R620服務(wù)器。服務(wù)器的配置考慮CPU的單路多核、內(nèi)存擴(kuò)展性大、網(wǎng)絡(luò)萬(wàn)兆傳輸?shù)纫蛩?,服?wù)器低端高配,既節(jié)省了費(fèi)用,又不失服務(wù)器的性能。配置如表3所示:
表3 服務(wù)器配置信息
表3 (續(xù))
萬(wàn)兆交換機(jī)為Extreme公司的Summit X650型號(hào),該交換機(jī)能為虛擬化主機(jī)ESX提供高速的網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。物理服務(wù)器與交換機(jī)之間都使用雙路萬(wàn)兆連接,利用虛擬化vSphere的多鏈路整合功能,實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與存儲(chǔ)之間的負(fù)載均衡和冗余備份,提高網(wǎng)絡(luò)鏈路的性能和穩(wěn)定性。由于擔(dān)心旁雜的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包干擾虛擬化網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸,該萬(wàn)兆交換機(jī)只是提供虛擬化架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)交換,不開啟三層路由功能,只作為兩層交換的高效交換設(shè)備。數(shù)據(jù)中心原有的網(wǎng)絡(luò)核心交換機(jī)繼續(xù)作為局域網(wǎng)內(nèi)部路由交換的核心交換機(jī),為虛擬化平臺(tái)上的應(yīng)用提供以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換功能。
集中存儲(chǔ)使用DELL MD3600i存儲(chǔ),該設(shè)備提供萬(wàn)兆ISCSI數(shù)據(jù)接口,保證虛擬化ESX主機(jī)與存儲(chǔ)之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。存儲(chǔ)空間采用兩種硬盤,分別為SAS盤4.5T和SATA盤15T,其中SAS盤用來存儲(chǔ)對(duì)IO要求比較高的數(shù)據(jù),如操作系統(tǒng)文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用等,而SATA盤用來存放靜態(tài)文件等數(shù)據(jù)。
虛擬化軟件vSphere采用Standard版本,購(gòu)買vCenter標(biāo)準(zhǔn)版license以及2個(gè)CPU的ESX授權(quán)即可。Standard版本提供了vMotion和HA的功能,以保持業(yè)務(wù)應(yīng)用的持續(xù)有效性。
2.3 方案優(yōu)勢(shì)
實(shí)現(xiàn)了圖書館數(shù)據(jù)中心的虛擬化整合功能。通過VMware技術(shù)和ISCSI網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的完全虛擬化,提供完善的虛擬機(jī)管理功能,包括虛擬機(jī)的創(chuàng)建、刪除、遠(yuǎn)程管理以及在線遷移(vMotion)、高可用性群集(HA)等。得益于虛擬化平臺(tái)的可管理性、高效性和持續(xù)性,圖書館的實(shí)際服務(wù)取得了更好的效果。
提高了圖書館IT基礎(chǔ)架構(gòu)的可用性和可靠性。在本方案的具體實(shí)驗(yàn)中,高可用性群集(HA)能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)劃內(nèi)外的停機(jī)故障恢復(fù),保證在可接受的停機(jī)時(shí)間范圍內(nèi)的故障恢復(fù)。通過vMotion技術(shù)實(shí)現(xiàn)不停機(jī)的虛擬機(jī)在線遷移,實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)系統(tǒng)的高可用性。
減少了虛擬化整合的資金投入。該虛擬化平臺(tái)花費(fèi)15萬(wàn)元人民幣,實(shí)際運(yùn)行50多臺(tái)虛擬服務(wù)器。相比于傳統(tǒng)的虛擬化方案百萬(wàn)乃至千萬(wàn)的投入,該方案大大降低了投入。在虛擬機(jī)數(shù)量不大的情況下,總體性能完全達(dá)到虛擬化整合的技術(shù)指標(biāo)。該方案實(shí)施后,減少機(jī)房?jī)?nèi)的電力消耗,符合國(guó)家的節(jié)能減排和綠色數(shù)據(jù)中心的要求。
節(jié)約了人力成本。虛擬化整合后,依賴于成熟的虛擬化管理工具,大量減少系統(tǒng)維護(hù)員的工作量。
高性價(jià)比虛擬化方案是為解決中小型圖書館經(jīng)費(fèi)投入有限而設(shè)計(jì)的,通過技術(shù)理論和實(shí)踐效果來看,該方案能夠滿足中小型圖書館對(duì)虛擬化整合的需求。雖然低成本是通過壓縮硬件和軟件成本來實(shí)現(xiàn)的,但整個(gè)方案基于切實(shí)可行的技術(shù)指標(biāo)實(shí)現(xiàn),所采購(gòu)的軟硬件必須滿足本文所提出的技術(shù)指標(biāo)才能達(dá)到高性價(jià)比的穩(wěn)定可靠的虛擬化整合效果。如果盲目的追求成本壓縮而采購(gòu)不符合技術(shù)指標(biāo)的軟硬件產(chǎn)品,可能導(dǎo)致系統(tǒng)瓶頸而發(fā)揮不了虛擬化整體功效的不良效果??傊梢圆少?gòu)低端的軟硬件產(chǎn)品,但必須是技術(shù)指標(biāo)符合要求的品牌信的過產(chǎn)品。
雖然虛擬化整合技術(shù)已經(jīng)很成熟,但是針對(duì)不同的應(yīng)用需求構(gòu)建不同的方案值得深入研究。本文構(gòu)建的中小型圖書館高性價(jià)比虛擬化方案就是一種探索。在構(gòu)建合理完整的高性價(jià)比虛擬化整合方案中,不僅要追求虛擬化的管理性、健壯性和可持續(xù)性,還注重系統(tǒng)的升級(jí)和擴(kuò)展性,對(duì)實(shí)際應(yīng)用具有很好借鑒意義。
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(本文責(zé)任編輯:郭沫含)
The Research and Practice of High Cost-effective of Library Virtulization
Wang Zhengjun Shan Chengwei Yu Xiaoyi Dong Xiaomei
(Library,Dalian University of Technology,Dalian 116023,China)
At present,virtualization technology is getting mature,using virtualization technology to improve management level and resource utilization has become the main trend in data center.But traditional virtualization integration solution need for a costly investment.For library,which is short of funds,how to build a high cost preformance plan of virtualization integration,is the decision makers and technical staffs needed to solve.Through the related research,the paper compared and analyzed the technical indicators of virtulization technology platforms,then designed and deployed a highly cost-effective solution of virtulization integration.It is very valuable for the units who are short of money but urgent need virtulization reform.
library;virtualization platform;virtualization;cost-effective;vSphere
10.3969/j.issn.1008-0821.2016.02.018
TP393
A
1008-0821(2016)02-0096-04
2015-10-14
國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“支持社會(huì)化創(chuàng)新的在線社區(qū)知識(shí)活動(dòng)動(dòng)力學(xué)研究”(項(xiàng)目編號(hào):71371040)和青年科學(xué)基金青年項(xiàng)目“時(shí)變?cè)诰€社會(huì)網(wǎng)絡(luò)中輿情傳播與演化動(dòng)力學(xué)研究”(項(xiàng)目編號(hào):7140010353)的研究成果。
王政軍(1980-),男,館員,工程碩士,研究方向:數(shù)字圖書館。