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

徐燕賓

（百色學(xué)院圖書館，廣西 百色 533000）

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

徐燕賓

（百色學(xué)院圖書館，廣西 百色 533000）

簡述服務(wù)器虛擬化技術(shù)的特點與優(yōu)勢，分析服務(wù)器虛擬化技術(shù)在圖書館業(yè)內(nèi)的應(yīng)用案例,指出在服務(wù)器虛擬化實施中應(yīng)重視虛擬化評估，合理配置硬件，關(guān)注虛擬機的管理、技術(shù)人員的培訓(xùn)等問題。

虛擬化；虛擬機；數(shù)字化；服務(wù)器

圖書館數(shù)字化建設(shè)中，隨著各種數(shù)字化應(yīng)用服務(wù)不斷增加，對服務(wù)器的需求日益增長，接踵而來的是對館舍空間、設(shè)備成本、維護(hù)成本和人員成本的不斷需求。圖書館的數(shù)字化應(yīng)用中有不少是數(shù)據(jù)量不多、訪問量不高的應(yīng)用，隨著IT技術(shù)的發(fā)展，服務(wù)器的性能不斷提升，按照“一臺服務(wù)器、一個操作系統(tǒng)、一種應(yīng)用”的服務(wù)器利用模式，許多服務(wù)器的資源利用率在20%以下，服務(wù)器硬件資源嚴(yán)重浪費。因此，如何對服務(wù)器進(jìn)行資源整合，提高服務(wù)器的利用率，減少服務(wù)器的需求數(shù)量，節(jié)省服務(wù)器的投資和運維成本，是圖書館數(shù)字化建設(shè)中需要考慮的問題之一。

一、服務(wù)器虛擬化技術(shù)

簡而言之，服務(wù)器虛擬化就是將物理服務(wù)器、操作系統(tǒng)及其應(yīng)用程序“打包”為一個文件——可移動的虛擬機(VM)，具有不同操作系統(tǒng)的多個虛擬機可以同時在同一個物理服務(wù)器上獨立并行運行，每個虛擬機都有自己獨立的一套虛擬硬件（BIOS、處理器、內(nèi)存、存儲、網(wǎng)絡(luò)等）。

目前，虛擬化技術(shù)已經(jīng)比較成熟，市場上已有許多商用產(chǎn)品，VMware的ESX Server和微軟的Hyper-v是目前比較主流的服務(wù)器虛擬化軟件，其中VMware ESX Server具有支持多數(shù)主流操作系統(tǒng)、管理工具齊全、虛擬化性能好、市場占有率高等優(yōu)勢，因此VMware ESX Server應(yīng)成為圖書館服務(wù)器虛擬化軟件的首選，鑒于此，論文將以VMware為研究對象論述一二。

二、服務(wù)器虛擬化技術(shù)的特點與優(yōu)勢——以VMware ESX Server為例

利用VMware ESX Server虛擬化軟件實現(xiàn)服務(wù)器整合，概括起來，其主要優(yōu)勢表現(xiàn)為：提高服務(wù)器的利用率，實現(xiàn)資源的動態(tài)配置，實現(xiàn)服務(wù)器的高可用性、便捷的災(zāi)難恢復(fù)機制，便于部署、管理、易于維護(hù)。簡述如下：

⑴提高服務(wù)器利用率，減少運營成本。Vmware{0＞ESX Server把一臺高性能的物理服務(wù)器劃分為多個虛擬服務(wù)器，每個虛擬服務(wù)器可以運行一個應(yīng)用，這樣一臺物理服務(wù)器就可以并行地運行多個應(yīng)用程序而不發(fā)生沖突，從而大大提高了服務(wù)器的硬件使用率，減少服務(wù)器的購置數(shù)量，大幅度地降低對硬件、功耗、冷卻和空間的要求。

⑵快速的安裝和部署應(yīng)用，方便維護(hù)。采用服務(wù)器虛擬化技術(shù)后，每個應(yīng)用都被簡化為一個虛擬機文件，利用Vmware ESX Server提供的部署向?qū)Ш吞摂M機模板的方式創(chuàng)建和部署虛擬機，只需幾分鐘的時間就可完成虛擬機的系統(tǒng)安裝、應(yīng)用程序安裝，省去了大量的安裝配置時間；利用Vmware ESX Server的快照克隆技術(shù)可將安裝好的虛擬機克隆若干個鏡像，當(dāng)物理服務(wù)器發(fā)生硬件故障時，只需要將克隆好的鏡像文件還原到新的物理服務(wù)器上，并把備份數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)，一個新的虛擬服務(wù)器就重新安裝完畢，大大縮短系統(tǒng)維護(hù)的時間。

⑶資源的動態(tài)負(fù)載平衡。采用Vmware ESX建立虛擬化集群，Vmware DRS（分布式資源調(diào)度）把整個群集的資源看作一個資源池，實現(xiàn)動態(tài)均衡分配這些計算資源。Vmware DRS可根據(jù)業(yè)務(wù)需求和業(yè)務(wù)重要性預(yù)先定義相應(yīng)的資源分配原則，并持續(xù)監(jiān)控資源池的使用率，智能地為相關(guān)虛擬機分配資源。當(dāng)一個虛擬機遇到負(fù)載的增加時，DRS通過為資源池中的物理服務(wù)器重新分配虛擬機的方式，為其分配更多的資源；當(dāng)增加新的物理服務(wù)器到資源池時，DRS可自動利用新增的計算能力，重新分布虛擬機。

⑷應(yīng)用的高可用性。VMware ESXserver的高可用（VMware HA）和動態(tài)遷移（Vmotion）等功能，可以保證虛擬機不間斷地運行，保證關(guān)鍵應(yīng)用的連續(xù)可用。VMware HA可以不間斷地監(jiān)測物理服務(wù)器的運行狀態(tài)，無論哪一臺物理服務(wù)器出現(xiàn)硬件故障，VMware Vmotion立即把所有運行于該服務(wù)器的虛擬機自動切換到其他正常工作的VMware服務(wù)器上繼續(xù)運行，無需人為干預(yù)，避免了突發(fā)硬件故障對正常工作的影響。

三、服務(wù)器虛擬化技術(shù)在圖書館中的應(yīng)用研究

隨著越來越多的新技術(shù)應(yīng)用于圖書館數(shù)字化建設(shè)中，圖書館的數(shù)字化應(yīng)用服務(wù)也不斷增多，如中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)資源系統(tǒng)、維普中文科技期刊全文數(shù)據(jù)庫、隨書光盤數(shù)據(jù)庫、電子圖書（超星、書生、方正）、愛迪科森網(wǎng)上報告廳，等等。傳統(tǒng)的做法是每一個數(shù)字化應(yīng)用都安裝在一臺物理服務(wù)器上，圖書館往往需要投入大量的經(jīng)費購買服務(wù)器，但服務(wù)器的利用率卻很低，而且因為圖書館的數(shù)字資源要提供24×7的服務(wù)，僅耗電就是一筆不小的開支，造成不必要的資源浪費，大量低利用率的服務(wù)器資源迫切需要進(jìn)行整合以便充分地利用，而這正是服務(wù)器虛擬化技術(shù)所要達(dá)到的目的。筆者通過文獻(xiàn)調(diào)研法發(fā)現(xiàn)，有不少圖書館已經(jīng)成功應(yīng)用服務(wù)器虛擬化技術(shù)整合數(shù)字化應(yīng)用服務(wù)，整合效果如下：

①福州大學(xué)圖書館已經(jīng)虛擬化的應(yīng)用：中國經(jīng)濟信息網(wǎng)、中國權(quán)威經(jīng)濟論文、超星電子圖書、Apabi電子圖書、中圖外文電子書、數(shù)據(jù)庫集群域服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫復(fù)制集群（2個）、圖書館網(wǎng)站和文檢、情報學(xué)教學(xué)網(wǎng)站、FTP下載、書后盤下載、萬方數(shù)據(jù)庫、清華同方CNKI、美國化學(xué)文摘、人大復(fù)印資料、全國報刊索引、維普文摘等18個應(yīng)用。虛擬化應(yīng)用效果：服務(wù)器購置量從5臺減少為3臺，新購置高性能服務(wù)器的使用率明顯提高，平均值從6%-7%提高到了60%左右，高峰使用率從40%左右提高到了85%左右。利用虛擬網(wǎng)絡(luò)之間的NAT轉(zhuǎn)換端口映射，減少了入侵途徑，保證了后臺系統(tǒng)的安全。通過SAN快照功能對系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)和系統(tǒng)盤進(jìn)行容災(zāi)備份，都進(jìn)一步保障了系統(tǒng)的安全，系統(tǒng)故障率明顯降低，用戶的訪問穩(wěn)定性得到了保證，服務(wù)質(zhì)量得到提高。

②山西大學(xué)圖書館已經(jīng)虛擬化的應(yīng)用：Calis的大部分應(yīng)用（統(tǒng)一檢索、聯(lián)合目錄、門戶）、Dspace和一些系統(tǒng)框架服務(wù)器等12個應(yīng)用。虛擬化應(yīng)用效果：服務(wù)器從20臺壓縮到8臺，空調(diào)由2臺壓縮到1臺，用電量是原先的40%。快速架設(shè)、備份和恢復(fù)現(xiàn)有應(yīng)用，助力系統(tǒng)開發(fā)和調(diào)試新應(yīng)用嘗試。

③解放軍醫(yī)學(xué)圖書館已經(jīng)虛擬化的應(yīng)用：CALIS應(yīng)用（編目數(shù)據(jù)傳輸庫、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)關(guān)）、光盤鏡像數(shù)據(jù)庫、核心數(shù)據(jù)庫、公共查詢系統(tǒng)、期刊導(dǎo)航系統(tǒng)、遠(yuǎn)程分館服務(wù)、維普期刊數(shù)據(jù)庫、中國生物醫(yī)學(xué)期刊數(shù)據(jù)庫、中國生物醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫、視頻點播系統(tǒng)等共12個應(yīng)用。虛擬化應(yīng)用效果：通過整合減少了物理服務(wù)器數(shù)量，服務(wù)器購置量從原計劃的7臺減少為3臺，節(jié)省了設(shè)備經(jīng)費。新購置高性能服務(wù)器的使用率明顯提高,直接配置應(yīng)用系統(tǒng)的平均值提高到了60%左右，高峰使用率從35%左右提高到了85%左右，充分利用了服務(wù)器的性能，淘汰了原有12臺老舊服務(wù)器,部署后各應(yīng)用的穩(wěn)定性明顯上升。

從多個圖書館應(yīng)用虛擬化技術(shù)整合服務(wù)器資源的案例可以看出，把一些使用效率不高的數(shù)字化應(yīng)用進(jìn)行虛擬化后整合到高性能的虛擬服務(wù)器中,不僅提高服務(wù)器的使用率，減少物理服務(wù)器的購置數(shù)量，降低設(shè)備經(jīng)費和運維成本，而且提高了應(yīng)用服務(wù)的穩(wěn)定性、高可用性，使圖書館數(shù)字資源的服務(wù)質(zhì)量得到提高?？梢?，服務(wù)器虛擬化技術(shù)為圖書館整合數(shù)字化應(yīng)用服務(wù)提供了可行的、高穩(wěn)定性的解決方案，并已經(jīng)逐漸在圖書館數(shù)字化建設(shè)中發(fā)揮作用。

四、虛擬化實施中需要注意的問題

服務(wù)器虛擬化的先進(jìn)性毋庸置疑，圖書館業(yè)內(nèi)應(yīng)用服務(wù)器虛擬化技術(shù)的實際案例也表明，使用虛擬化技術(shù)合并服務(wù)器是可行的，但是任何技術(shù)都存在風(fēng)險性，在實施服務(wù)器虛擬化之前，必須制訂詳細(xì)的方案，未雨綢繆，防患于未然。

⑴重視虛擬化評估，做好虛擬化部署方案。并非所有的服務(wù)器都需要實施虛擬化，如果服務(wù)器的CPU和內(nèi)存占用率已經(jīng)達(dá)到85%以上時，對其進(jìn)行虛擬化反而適得其反；另外，對那些需要USB加密的數(shù)據(jù)庫，由于虛擬機無法識別USB接口，也無法進(jìn)行虛擬化部署。因此，在實施服務(wù)器虛擬化前，必須先作一個虛擬化的評估，可以借助VMware相應(yīng)的工具，對各個應(yīng)用的硬件使用效率進(jìn)行評估，了解并掌握自己的物理資源，明確哪些應(yīng)用需要實施虛擬化，然后根據(jù)需要虛擬化的對象，制訂詳細(xì)的虛擬化方案，包括測試、部署、備份和應(yīng)急等方案，爭取把風(fēng)險減到最低。

⑵合理配置硬件。服務(wù)器虛擬化實施的硬件平臺如服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)等要綜合考慮。服務(wù)器需同時運行多個虛擬機，即把多個操作系統(tǒng)集中在一臺服務(wù)器上運行，對CPU、內(nèi)存及存儲的要求較高，而且當(dāng)虛擬機增加時，對I/O和內(nèi)存的性能需求也隨之提高，所以要選取高性能且I/O和內(nèi)存的擴展性都比較好的服務(wù)器。當(dāng)然，存儲和網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)也不容忽視，VMware ESX server的高可用（VMware HA）和動態(tài)遷移（Vmotion）都必須建立在高性能的共享存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)上，即虛擬機文件必須存儲在共享存儲上，網(wǎng)絡(luò)必須暢通無阻，才能實現(xiàn)在多個物理服務(wù)器之間遷移虛擬機的功能，實現(xiàn)負(fù)載平衡和高可用性，共享存儲以選擇光纖通道的SAN為佳，次之iSCSI存儲系統(tǒng)。

⑶虛擬機的管理問題。虛擬機管理比原來的物理機管理難度更大，服務(wù)器虛擬化相當(dāng)于把一臺物理服務(wù)器劃分成多個虛擬服務(wù)器，虛擬服務(wù)器和物理服務(wù)器一樣需要進(jìn)行打補丁、維護(hù)、備份，意味著管理員的維護(hù)工作量增多了，而且由于虛擬機的創(chuàng)建和部署非常容易，容易造成虛擬服務(wù)器的無序擴展，從而導(dǎo)致虛擬機管理混亂，另外，虛擬服務(wù)器在防病毒和防攻擊方面的性能比較弱，等等。管理員會面臨比以前還要多的管理問題，這些問題都需要依賴虛擬系統(tǒng)管理工具來解決，目前管理虛擬化環(huán)境的工具還不是很完善，有待于虛擬化軟件公司的進(jìn)一步開發(fā)，在計劃服務(wù)器虛擬化時就必須考慮到虛擬化安全問題。

⑷技術(shù)人員的培訓(xùn)。在服務(wù)器虛擬化實施之前，必須對專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行虛擬化軟件知識培訓(xùn)。物理服務(wù)器虛擬化以后，不僅僅需要掌握管理物理服務(wù)器的技術(shù)和知識，還需要了解管理虛擬機的相關(guān)技術(shù)和知識，增加管理存儲、虛擬網(wǎng)絡(luò)等技能，要求技術(shù)人員的知識面更廣，因此，對技術(shù)人員的培訓(xùn)工作應(yīng)該在服務(wù)器虛擬化實施之前進(jìn)行。

［1］林澤東，張純金，王翀.部署虛擬化前需要思考的幾個問題［J］.電腦知識與技術(shù),2009，（31）.

［2］劉榮發(fā).服務(wù)器虛擬化技術(shù)在圖書館數(shù)字化服務(wù)中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代圖書情報技術(shù),2007，（4）.

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