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）

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）

本文詳細介紹了虛擬化技術(shù)、虛擬化軟件平臺以及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臺發(fā)展到現(xiàn)在的30多臺，中心機房的機架、電源、UPS及精密空調(diào)都進行了兩次改建和擴容。如何對這些快速增長的服務(wù)器進行有效地管理，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)中需要考慮的一個重要問題。傳統(tǒng)模式下，一臺服務(wù)器只運行一種應(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)用程序裝在同一臺服務(wù)器上，又可能會造成系統(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)安裝配置的時間，為用戶提供高可靠性、高可用性、易于管理和維護的訪問服務(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資源進行配置，是從單一的邏輯角度來看待不同的物理資源的方法。一臺物理機上運行多個虛擬機，共享這一臺物理機的硬件資源，虛擬機相互隔離，在同一物理機上運行不同的操作系統(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進入企業(yè)服務(wù)器的市場。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)界首款云計算操作系統(tǒng)VMware vSphere 4，實現(xiàn)了集中管理、自動負載平衡、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%的存儲成本和20%的電力。VMware vSphere 4包含以下核心組件：

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

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

VMware vSphere Client：一個管理接口，允許用戶從任何PC遠程連接到VMware vCenter Server和ESX/ESXi。

VMware vMotion：可以將一個運行的虛擬機從一臺物理服務(wù)器實時遷移到另一臺物理服務(wù)器，保持零停機、連續(xù)服務(wù)。

VMware HA：如果服務(wù)器出現(xiàn)故障，受影響的虛擬機會在其他服務(wù)器上重新啟動運行。

VMware DRS：資源的動態(tài)負載均衡。不間斷地監(jiān)控各虛擬機利用率，并根據(jù)業(yè)務(wù)需要在虛擬機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，存儲為大恒的光纖存儲，總計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、人大報刊、知識視界、網(wǎng)上報告廳等。在未采取虛擬化方案前，都是“一臺服務(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

該圖書館在實施虛擬化方案時考慮在安全的前提下，統(tǒng)一規(guī)劃，逐步實施，先對一些非核心的業(yè)務(wù)以及對服務(wù)器資源占用小的數(shù)字化應(yīng)用進行虛擬化。經(jīng)過分析并結(jié)合服務(wù)器運行情況，初步擬定對以下應(yīng)用進行虛擬化整合：超星數(shù)字圖書館、方正Apabi電子圖書、人大報刊、國研網(wǎng)、全國報刊索引、FTP等。

2.服務(wù)器虛擬化方案

該圖書館使用兩臺DELL PowerEdge R710作為物理服務(wù)器，在兩臺物理服務(wù)器上各自安裝VMware vSphere的ESX Server組件，生成六臺虛擬服務(wù)器，根據(jù)各種數(shù)字化應(yīng)用的需求對每臺虛擬服務(wù)器所需的硬件資源，如CPU、內(nèi)存、存儲空間等進行劃分，在每臺虛擬服務(wù)器上再安裝操作系統(tǒng)、運行數(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

為了實現(xiàn)對VMware ESX主機及其虛擬機的集中管理，需要在單獨的一臺服務(wù)器上安裝VMware vCenter，VMware vCenter負責(zé)全系統(tǒng)的管理、控制，如實時遷移、自動負載平衡、硬件故障防護，以及虛擬機備份和恢復(fù)功能。最后在PC機上安裝VMware vSphere Client，供管理員和用戶從PC遠程連接到VMware vCenter來管理和維護虛擬機。

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臺減少到2臺，既節(jié)省了經(jīng)費，又降低了能耗，節(jié)約了空間。

（3）采用虛擬化平臺后，各數(shù)字化應(yīng)用可以被快速地架設(shè)、備份和恢復(fù)。通過虛擬機模板安裝的方式，虛擬機無需一個個單獨安裝，只需要一個模板就可以將虛擬機在幾分鐘內(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)進行攻擊的潛在風(fēng)險，提高了安全性。

（5）下一步，如果安裝VMware HA可以實現(xiàn)數(shù)字化應(yīng)用的高可用性，在檢測到某臺物理服務(wù)器故障時，無需手動干預(yù)即可自動重新啟動其他物理服務(wù)器上的虛擬機，保護應(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可以自動監(jiān)測物理服務(wù)器資源（CPU、內(nèi)存）使用負載，動態(tài)地遷移虛擬機到負載較輕的（物理服務(wù)器）EXS主機上，使各物理服務(wù)器的硬件資源使用平衡。[3]

三、實施虛擬化技術(shù)應(yīng)注意的一些問題

1.實施虛擬化之前應(yīng)做好詳細計劃方案

首先要確定哪些應(yīng)用實施虛擬化，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)，對那些需要USB加密的數(shù)據(jù)庫，虛擬機可能無法支持；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，對于核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)，建議暫不實施虛擬化。

2.合理選擇配置硬件

虛擬化平臺將多個虛擬機整合到一臺物理服務(wù)器上運行，對服務(wù)器的CPU、內(nèi)存要求較高，并且物理服務(wù)器的硬件故障會導(dǎo)致多個虛擬機上的應(yīng)用系統(tǒng)停止運行，因此我們要選擇品牌好、配置高的服務(wù)器。另外，網(wǎng)絡(luò)和存儲也很重要，因為虛擬機的高可用性（HA）和動態(tài)遷移（Vmotion）都需要高速的網(wǎng)絡(luò)和高性能的共享存儲，存儲最好選擇采用光纖通道技術(shù)的存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）。[4]

3.加強虛擬機的管理

虛擬化架構(gòu)將一臺物理服務(wù)器劃分為多臺虛擬服務(wù)器，使得虛擬化平臺系統(tǒng)的維護變得非常復(fù)雜，需要加強對虛擬機的管理，并提高維護人員的技術(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].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟,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,2010(7).

（編輯：金冉）

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