基于XENServer 的數字圖書館云服務平臺實現研究

趙華茗，李春旺，周 強

（中國科學院國家科學圖書館 北京100190）

1 引言

信息多源和爆發促使互聯網計算資源的組織分配及使用模式走向了虛擬化，促使信息服務走向了規模化、集約化和專業化。云計算因其具有靈活、低成本、綠色節能、動態可伸縮的IT基礎架構，成為實現信息服務規?；?、集約化和專業化的主要技術途徑之一，云計算也因此成為當今企業界、學術界的研究熱點。

“云計算是一種基于互聯網的大眾參與的計算模式，其計算資源包括計算能力、存儲能力、交互能力等等，都是動態的，被虛擬化了的，而且是以服務的方式提供”，將有益于信息服務規?；?、集約化和專業化的云計算平臺應用到作為信息資源重要載體的數字圖書館，無疑會為數字圖書館信息服務帶來革命性的轉變，有力提升信息互動和知識融合及創新能力。2009年，我們以“數字圖書館云計算應用研究”為題，致力于云計算在數字圖書館信息服務建設中的應用研究，搭建支持個性化、學科化服務的高效、節能減排、綠色的云計算服務平臺，提供簡單、靈活、多樣的信息服務布署與遷移能力。本文將從系統設計、關鍵技術、系統實現等方面介紹中國科學院國家科學圖書館（以下簡稱國科圖）云計算服務平臺的構建過程。

2 國科圖云服務平臺設計

2.1 設計目標

隨著國科圖知識化、學科化服務的深入推進，對網絡技術和信息環境的依賴越來越大，依托網絡技術為課題組提供綜合信息服務的需求也越來越多，伴隨綜合信息服務所出現的相對應的軟、硬件支撐需求也越來越龐大。在這種情況下，提供有針對性、虛擬、可快速部署的服務應用平臺將是很好的選擇和解決方案。國科圖的解決方案就是搭建數字圖書館云服務平臺，旨在解決以下兩個問題。

·有效防止服務器蔓延。通過虛擬技術將類似的應用服務器整合到相對集中的資源池中，提高應用穩定性的同時提高計算資源的利用效率。網絡管理人員可以通過可視化監控界面動態配置、調整調度服務器及存儲設備，有效整合現有計算資源，逐步形成減排、綠色節能的網絡資源中心。

·加速個性化信息服務布署能力。通過通用服務應用映像模板，用戶可以簡單、靈活地創建具有基礎應用軟件的虛擬服務器，減少傳統的操作系統及相關應用軟件的安裝配置時間，使信息服務人員更專注于個性化的業務創新建設和服務發布，形成快速、簡單靈活、多樣的信息發布與服務能力。

2.2 整體架構

依據上述目標，國科圖云服務平臺由資源管理子系統和服務門戶子系統兩部分組成。資源管理子系統部署在所有云計算服務平臺環境中的物理設備上，是管理和控制網絡計算資源的系統，對信息服務人員（終端用戶）不可見，網絡管理人員通過它動態整合計算資源，包括服務器和存儲設備，具有集中式多節點管理、多服務器資源共享以及實時遷移等多種強大的功能。服務門戶子系統部署在與資源管理子系統同一網段上的物理服務器或虛擬服務器上，是為信息服務人員提供的簡單、個性化、虛擬化的信息服務器管理門戶，其功能包括虛擬服務器的創建、運行、卸載等整個生命周期過程的各個環節。整體架構如圖1所示。

2.3 技術思路

以虛擬技術（XENServer）作為整個云計算服務平臺的基礎構架和支撐，通過XENServer軟件實現對物理設備資源的規模化控制和整合；通過XENCenter軟件實現監控、動態調配物理設備資源、存儲設備資源和虛擬設備資源，形成對計算資源的規模化和集約化管理，同時實現虛機實時遷移等高可用性應用；通過Eclipse集成開發環境開發簡單的面向信息服務人員的虛擬服務器管理門戶平臺，結合XENServer API和Tomcat信息服務器為信息服務人員提供專業化的虛擬服務器使用界面，形成簡單、靈活、多樣的信息服務布署與遷移能力；通過postgresDB[1]數據庫保存并同步云計算服務平臺環境中資源層和應用門戶層之間的虛擬設備使用狀態參數。云計算服務平臺的技術構架如圖2所示。

3 XENServer虛擬技術

虛擬技術是整個云計算服務平臺基礎構架技術。目前，典型的虛擬機技術實現有 Critrix XENServer[2，3]、VMware ESXServer[4]、Microsoft Hyper-V[2]等。相較其他兩種，Citrix XENServer具有更好的安全性、兼容性和開源性。

Citrix XENServer是在XEN開源系統管理程序基礎上開發的，支持裸金屬硬件虛擬化架構，使用半虛擬化和硬件加速組合技術，保證虛擬機的高性能和更簡單的瘦虛擬機管理。使用特權域管理設備驅動，具有較好的兼容性、安全性和穩定性，特權域是XENServer系統的一部分，無需單獨安裝，運行在虛擬機管理程序之上，是固化好的Linux實例。XENServer支持包括 Windows、Linux等在內的操作系統。目前，除“Citrix Essentials for XENServer”外，都是免費的，包括動態實時遷移、智能服務器維護、共享虛擬機臨時庫等。

圖2 國科圖云服務平臺技術構架

4 國科圖云服務平臺實現

4.1 資源管理子系統

國科圖云服務平臺的資源管理子系統是提高計算資源利用率的關鍵，負責整個虛擬環境中的硬件和虛擬硬件的生命周期管理及資源使用情況的監控處理，如服務器開關機及動態遷移、存儲空間的使用率和服務器處理器及內存的使用率等，是整個國科圖云服務平臺的基礎平臺。資源管理子系統由免費的XENServer軟件、服務器及存儲設備等計算資源硬件構成，其中XENServer將物理服務器配置成可虛擬化的資源，通過XENCenter整合已安裝配置XENServer的物理服務器形成可伸縮的虛擬化環境。服務門戶子系統通過XENServer API的XE CLI(command line interface）實現對該基礎構架平臺的控制和簡單管理。技術架構如圖3所示。

（1）XENServer服務器的主要安裝配置過程

·XENServer要求安裝在64位X86服務器上（因為，32位服務器不支持64位的虛擬機），并且不支持多系統和多系統引導，不能再安裝運行其他應用程序，有需要的話，原服務器上的數據和資料要注意另行妥善保存；

·下載刻錄XENServer安裝盤，重啟服務器，并按提示開始安裝；

·配靜態IP地址，因為后期資源池不支持DHCP動態IP；

·如果在后面的資源池中只托管Windows虛擬機，那么在提示放入第二張CD（FREE_XENServer-5.5.0-linux-cd.iso）時，可以選擇“NO”跳過；

·Root Passwd要記住，后期連接XENServer host時要用到；

·NTP Server可配置為默認的“pool.ntp.org”，設備之間的時間同步很重要；

完成安裝并重啟服務器，重啟后，該服務器資源情況可使用“xsconsole”命令進入系統配置接口，也可以使用安裝在其他服務器上的XENCenter管理器，通過“xsconsole”命令進入。

（2）XENCenter管理器的安裝配置過程

·XENCenter安裝要求有.NET framework version2.0 or above支持；

·安裝前，確認沒有老版本的 XENCenter，否則要在“添加/刪除程序”中卸載；

·點擊“XenCenter.msi”開始安裝，安裝過程中要注意XENCenter的安裝路徑，推薦修改為“C:CitrixXenCenter”，以確保后期調用XENServer API時不會出現路徑指向問題；

（3）通過XENCenter管理器整合物理資源、管理虛擬資源

安裝XENCenter后，需要連接XENServer服務器，形成完整的虛擬環境。為充分利用虛擬平臺的動態資源調度特性，要注意以下幾點：

·創建資源池，所有XENServer主機需要有靜態地址，

其中一臺為資源池的管理機，其他物理主機作為普通服務器加入，所有主機的管理員和密碼最好相同；

·創建資源池級的存儲庫，在創建基于NFS VHD存儲庫的 “New Storage Repository”窗口中，注意”Share Name:”的填寫格式，原提示不準確，正確的格式為“:/”，NFS服務器要提前配置好。

4.2 服務門戶子系統

國科圖云服務平臺的服務門戶子系統是一個簡單的虛擬應用映像和虛擬服務器的管理門戶。通過它信息服務人員可以簡單、靈活地完成個性化的虛擬服務器創建和快速部署。主要功能包括信息服務人員的認證管理、虛擬服務器管理、虛擬應用映像模板管理、地址管理和虛擬環境的監控等。

4.2.1 開源開發環境及實現工具

開源技術由于其自身開放性和免費等優勢，近年來應用實例越來越多，在開發服務門戶子系統時也廣泛采用開源技術，同時考慮到系統擴展可能遇到的跨平臺和可移植性問題。系統開發環境和工具使用如下組合：開發語言使用Jsp腳本，開發環境是Eclipse6.0，存儲數據庫軟件采用的是PostgreDB，信息服務器發布平臺是Tomcat5.5。目前的系統運行環境是Windows Server 2003操作系統。

4.2.2 關鍵技術接口實現

（1）數據庫接口

國科圖云服務平臺開發使用通用的異構跨平臺技術，數據庫接口方式是JDBC[5]。JDBC是實現Java應用與各種不同數據庫對話的方式或一種機制，使用JDBC可以很容易地把SQL語句傳送到任何關系型數據庫中。換言之，用戶不需要為每一個關系數據庫單獨寫一個程序。JDBC允許開發者利用 Java平臺的”Write once，run anywhere”這一特性，開發者甚至可以在不同環境下連接各種不同的數據庫。國科圖云服務平臺使用的是連接開源數據庫PostgresDB的JDBC接口，具體配置略有不同。

關鍵代碼如下：

（2）遠程網絡配置接口

遠程網絡配置接口是在系統中通過簡單配置直接在遠端完成目標服務器的網絡配置修改功能。國科圖云服務平臺通過該接口主要完成對虛擬服務器創建后的網絡配置任務。這里我們主要用到PsExec[6]和Netsh[7]兩個配置工具。

PsExec是一個輕型的 Telnet替代工具，它使您無需手動安裝客戶端軟件即可執行其他系統上的進程，并且可以獲得與控制臺應用程序相當的完全交互性。國科圖云服務平臺通過PsExec將封裝好的Netsh網絡配置文件上傳到遠端虛擬服務器并執行它，實現遠端服務器網絡配置。

關鍵代碼如下：

注意事項：

·某些反病毒掃描程序會報告其中的一個或多個工具感染了“遠程管理”病毒。這些 PsTools都不帶病毒，但是如果病毒使用了這些工具，則它們可能觸發病毒通知。

· PsExec 可在 Windows Vista、NT 4.0、Windows 2000、Windows XP和Server 2003（包括 64位版本的Windows）上運行。

Netsh 是 Windows 2000、Windows XP、Windows Server 2003操作系統自身提供的命令行腳本實用工具，它允許用戶在本地或遠程顯示或修改當前正在運行的計算機的網絡配置。為了存檔、備份或配置其他服務器，Netsh也可以將配置腳本保存在文本文件中。通過Netsh命令對服務器網絡設置進行備份，簡單、方便且快速、有效，無需其他軟件輔助。

關鍵代碼如下：

遠程網絡配置接口注意事項：

PsTools工具對于中文識別有問題，address name一般都為“本地連接”。如果通過PsExec執行遠程的cmd命令，那將無法正確執行Netsh的命令，除非address name的值是英文的。所以，國科圖云服務平臺的所有映像模板的網絡連接名稱都改為“local”。

（3）XENServer的 API

國科圖云服務平臺通過XENServer的API將服務門戶子系統和資源管理子系統無縫連接起來，結合Runtime.getRuntime().exec方法執行接口命令，屏蔽復雜的服務器資源管理，提供簡單靈活的應用布署能力。

關鍵代碼如下：

虛擬服務器生命周期相關的XENServer API命令：

計算資源監控相關的XENServer API命令 （資源緊張時，門戶平臺將彈出“無法創建新的虛擬服務器”的提示）：

（4）Tomcat信息服務器參數配置

為方便國科圖云服務平臺的布署、開發、多語言支持和終端用戶使用，作如下參數改動：修改Tomcat的默認根目錄為系統開發目錄，端口號為80，添加對世界通用的語言編碼uft-8字符集的支持；所有參數修改都在Tomcat安裝目錄下面conf目錄下的server.xml配置文件中完成。

關鍵代碼如下（斜體部分為修改的部分）：

5 國科圖云服務平臺實現效果

國科圖云服務平臺已在測試運行中，注冊用戶通過“選模板→創建服務器→啟動服務器→服務器網絡配置→完成（服務器重啟）”即可簡單實現虛擬服務器的創建。通過關閉、重啟、Web遠程桌面、FTP數據傳輸等鏈接可簡單實現對所創建的虛擬服務器的多層次管理。虛擬服務器管理界面如圖4所示。

6 結束語

國科圖云服務平臺有效地整合了現有計算資源，提高了資源利用率，同時實現了信息服務布署與遷移的簡單、靈活、多樣。系統基礎框架選擇的XENServer是一款較為成功的虛擬化基礎資源構架平臺；個性化虛擬環境參數保存使用開源的postgresDB數據庫，可以在一定程度上保證整個云服務平臺的穩定；開源技術在開發過程中的廣泛使用也將為進一步的功能拓展打下良好的基礎。

筆者通過一個實際的數字圖書館云服務平臺開發過程，詳細介紹如何搭建此類型服務平臺的思路和整體解決方案，希望能夠為具有相同需求的同行提供一定的參考和借鑒，有助于指導數字圖書館云計算應用領域問題的解決。后續工作是增加對Linux虛擬服務器的創建和管理的支持，拓展國科圖云服務平臺的適用性和靈活性。

1 Postgresql，http://www.postgresql.org，2010

2 Ian P，Keir F，Steven H，et al.XEN 3.0 and the Art of Virtualization，http://www.linuxsymposium.org/2005/linuxsymposium_procv2.pdf，2010

3 Technical and commercial comparison of Citrix XENServer and VMware，http://www.citrix.com/site/resources/dynamic/salesdocs/XS_vs_VMware_comparison.pdf，2010

4 VMware vSphere，http://www.vmware.com/products/esx，2010

5 Java SE Technologies，http://java.sun.com/javase/technologies/database，2010

6 PsExec，http://technet.microsoft.com/en-us/sysinternals/bb897553.aspx，2010

7 Using Netsh，http://www.microsoft.com/resources/documentation/windows/xp/all/proddocs/en-us/netsh.mspx，2010