VMware服務(wù)器虛擬化技術(shù)在圖書館的應(yīng)用

李 榮

（東北財經(jīng)大學(xué)圖書館，遼寧 大連 116025）

1 引言

隨著圖書館數(shù)字化建設(shè)的不斷發(fā)展，圖書館的各種應(yīng)用及數(shù)字資源也隨之增加，這給傳統(tǒng)圖書館數(shù)據(jù)中心的硬件服務(wù)器帶來巨大挑戰(zhàn)，也給數(shù)據(jù)中心的管理維護(hù)工作帶來了各種難題。如何提高服務(wù)器硬件資源的利用率、簡化服務(wù)器部署配置、提高系統(tǒng)管理效率、提高服務(wù)器響應(yīng)速度及靈活性，服務(wù)器虛擬化技術(shù)已經(jīng)成為眾多圖書館數(shù)據(jù)中心解決以上問題的重要手段[1]。

東北財經(jīng)大學(xué)圖書館采用VMware服務(wù)器虛擬化技術(shù)，成功應(yīng)用于新圖書館數(shù)據(jù)中心的建設(shè)中，并達(dá)到了良好效果：①利用6臺服務(wù)器虛擬化整合，輕松承擔(dān)了36個應(yīng)用，而且仍然有能力部署更多的業(yè)務(wù)，單臺物理服務(wù)器擴(kuò)展能力得到提升。②圖書館數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器和存儲的集中化管理，并大幅度降低了管理難度。③圖書館各業(yè)務(wù)的連續(xù)性得到了保證，大大提升了讀者對圖書館服務(wù)的滿意度。④嘗試運(yùn)用虛擬機(jī)代替物理無盤服務(wù)器，不僅降低了硬件成本，而且提高了圖書館電子閱覽室無盤網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的效能。

2 VMware vSphere4.1介紹

通過考量新圖書館的硬件環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境以及在建數(shù)據(jù)中心所要達(dá)到的目標(biāo)等綜合因素，東北財經(jīng)大學(xué)圖書館最終選擇軟件VMware vShpere4.1來實(shí)施服務(wù)器虛擬化。VMware vSphere4.1配合SAN存儲環(huán)境，快速部署服務(wù)器非常方便，該版本軟件所具有的HA群集、vMotion、DRS等功能特性很適合圖書館構(gòu)建高效穩(wěn)定的數(shù)據(jù)中心[2]。

VMware vSphere利用虛擬化功能簡化數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)，并匯總多個系統(tǒng)間的基礎(chǔ)硬件資源，為數(shù)據(jù)中心提供大量虛擬資源。圖1[3]展示了VMware vSphere4.1的基本組件，其中VMware ESXi提供一個虛擬化層，該層可將物理主機(jī)的處理器、內(nèi)存、存儲器及網(wǎng)絡(luò)資源抽象化為多臺虛擬機(jī)，可以在服務(wù)器上的任意硬盤中安裝ESXi，安裝完ESXi的服務(wù)器就稱之為ESXi主機(jī)；vCenter Server充當(dāng)ESXi主機(jī)的管理者，每個vCenter Server系統(tǒng)可以管理多臺ESXi主機(jī)，并指導(dǎo)虛擬機(jī)及其主機(jī)上的操作，它是vCenter的工作核心；vSphere Client是與VMware vSphere進(jìn)行交互的主要方式，可以在多個工作站上安裝vSphere Client，它可用作虛擬機(jī)的操作控制臺機(jī)及vCenter Server系統(tǒng)和ESXi主機(jī)的管理界面；數(shù)據(jù)庫是用于組織VMware vSphere環(huán)境的所有配置數(shù)據(jù)，它存放著用于維護(hù)在vCenter Server環(huán)境下管理的每個虛擬機(jī)、主機(jī)和用戶的狀態(tài)[3]。

圖1 VMware vSphere4.1的基本組件

3 東北財經(jīng)大學(xué)圖書館應(yīng)用實(shí)踐

3.1 VMware服務(wù)器虛擬化架構(gòu)設(shè)計

考慮到圖書館自動化系統(tǒng)服務(wù)器已使用5年，加上其他數(shù)字資源服務(wù)器也進(jìn)入設(shè)備老化期，在新館數(shù)據(jù)中心的建設(shè)中，東北財經(jīng)大學(xué)圖書館采用了6臺高配置物理服務(wù)器組成一個服務(wù)器機(jī)群，并配合大容量存儲，通過VMware企業(yè)級虛擬化軟件將所有服務(wù)器和存儲作為大的資源統(tǒng)一進(jìn)行管理，按需自動進(jìn)行動態(tài)的資源調(diào)配，實(shí)現(xiàn)圖書館關(guān)鍵業(yè)務(wù)的高效性及連續(xù)性。另外，存儲的配置考慮了圖書館業(yè)務(wù)應(yīng)用的特點(diǎn)和需求。VMware服務(wù)器虛擬化平臺操作系統(tǒng)、匯文系統(tǒng)、圖書館Web應(yīng)用、計費(fèi)系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)及電子閱覽室無盤網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等各種圖書館應(yīng)用系統(tǒng)均需要使用存儲訪問速度快、容量相對較小的FC硬盤，因此采用存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）連接到服務(wù)器；同時根據(jù)圖書館電子資源數(shù)量不斷增長的應(yīng)用特點(diǎn)，配置大容量SATA硬盤，通過NAS網(wǎng)絡(luò)連接協(xié)議為校園網(wǎng)用戶提供高速的數(shù)字資源訪問服務(wù)。

服務(wù)器虛擬化軟硬件的主要配置方案見表1，服務(wù)器虛擬化架構(gòu)拓?fù)湟妶D2[4]。

表1 服務(wù)器虛擬化軟硬件配置

圖2 東北財經(jīng)大學(xué)新圖書館服務(wù)器虛擬化架構(gòu)拓?fù)?/p>

3.2 服務(wù)器虛擬化實(shí)施過程

根據(jù)服務(wù)器虛擬化架構(gòu)設(shè)計，實(shí)施主要包括以下步驟：

①在每臺物理服務(wù)器上安裝ESXi4.1軟件，搭建虛擬化基礎(chǔ)平臺。安裝ESXi4.1的過程很簡單，只需要將帶有ESXi4.1鏡像文件的安裝光盤放到服務(wù)器CD/DVD-ROM驅(qū)動器，重啟服務(wù)器，將BIOS設(shè)置為從CD-ROM設(shè)備引導(dǎo)，按照屏幕提示一步步操作，安裝完成重新引導(dǎo)系統(tǒng)后，會在本地磁盤上創(chuàng)建VFAT暫存分區(qū)和VMFS（VMware VirtualMachine File System）分區(qū)[5]。

②設(shè)置ESXi主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)、存儲器及安全措施。通過配置ESXi主機(jī)，將6臺物理服務(wù)器組合在一起，并與相同的網(wǎng)絡(luò)和存儲系統(tǒng)連接，以便提供虛擬環(huán)境中的資源集合[6]。在一臺能訪問到ESXi主機(jī)的計算機(jī)上安裝vSphere Client，通過登錄vSphere Client來創(chuàng)建數(shù)據(jù)中心、添加主機(jī)、創(chuàng)建群集、創(chuàng)建資源池、創(chuàng)建數(shù)據(jù)存儲等。這里需要注意的是對每臺物理主機(jī)的4塊千兆網(wǎng)卡進(jìn)行綁定，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)卡鏈路狀態(tài)的負(fù)載均衡。另外設(shè)置好ESXi主機(jī)與SAN存儲（IBM N6040）的多路徑連接，避免單點(diǎn)故障[7]。

③安裝vCenterServer及vCenter數(shù)據(jù)庫。通過登錄vSphere Client來創(chuàng)建兩臺虛擬機(jī)，分別安裝vCenter Server系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對虛擬化資源集合的統(tǒng)一管理。這里需要注意的是，安裝vCenter Server系統(tǒng)及vCenter數(shù)據(jù)庫不必準(zhǔn)備單獨(dú)的專用物理服務(wù)器。因為通過使用VMware HA可為vCenter Server系統(tǒng)及vCenter數(shù)據(jù)庫提供較高的可用性，不僅可以將運(yùn)行vCenter Server系統(tǒng)及vCenter數(shù)據(jù)庫的虛擬機(jī)進(jìn)行物理主機(jī)間的遷移，以便進(jìn)行維護(hù)工作，同時還可以創(chuàng)建兩個虛擬機(jī)的快照進(jìn)行備份和歸檔操作。

④創(chuàng)建模板，部署虛擬機(jī)。根據(jù)圖書館現(xiàn)有業(yè)務(wù)和新增業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺的要求，通過vSphere Client登錄vCenter來創(chuàng)建多個虛擬機(jī)模板：WindowsServer2003(32位)系統(tǒng)、Windows Server 2003（64位）系統(tǒng)、Windows Server 2008（64位）、Linux（32位）系統(tǒng)及Linux（64位）系統(tǒng)。利用上述模板依據(jù)不同的業(yè)務(wù)部署相匹配的虛擬服務(wù)器，部署完畢后對各虛擬機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)和存儲資源的配置。

⑤遷移原業(yè)務(wù)及數(shù)據(jù)，部署新業(yè)務(wù)。將原有服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫及相關(guān)數(shù)據(jù)全部在線遷移至新的虛擬化平臺中，保證原有業(yè)務(wù)運(yùn)行不中斷。在此基礎(chǔ)上，同樣把新增業(yè)務(wù)及新系統(tǒng)按照要求部署到虛擬化平臺中。

⑥監(jiān)控整個虛擬化平臺的運(yùn)行情況，撰寫實(shí)施報告。檢查各虛擬服務(wù)器上業(yè)務(wù)的運(yùn)行狀況，對有問題的進(jìn)行重新調(diào)整或重新部署。記錄和總結(jié)虛擬化平臺實(shí)施過程中詳細(xì)參數(shù)設(shè)置，為今后的管理和維護(hù)工作提供依據(jù)。

通過以上6個步驟的工作，就成功完成了新館虛擬化數(shù)據(jù)中心的建立。本次服務(wù)器虛擬化應(yīng)用實(shí)施，不僅將圖書館原有核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)，包括匯文系統(tǒng)、學(xué)術(shù)期刊、學(xué)術(shù)論文等20多個應(yīng)用全部遷移至虛擬化平臺，還在此基礎(chǔ)上陸續(xù)新增了自助服務(wù)、電子讀報、無盤網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等10多個新應(yīng)用系統(tǒng)。詳細(xì)的虛擬化應(yīng)用情況見表2。

表2 服務(wù)器虛擬化應(yīng)用情況

3.3 服務(wù)器虛擬化應(yīng)用新嘗試

在新圖書館電子閱覽室無盤網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的原規(guī)劃中，無盤服務(wù)器將采用傳統(tǒng)物理服務(wù)器。然而基于硬件成本考慮，在實(shí)際實(shí)施過程中，嘗試了用虛擬機(jī)代替物理服務(wù)器作為無盤服務(wù)器。新館電子閱覽室一共有195臺無盤工作站，在vCenter中創(chuàng)建3臺虛擬無盤服務(wù)器就可滿足所有無盤工作站的運(yùn)行需求。創(chuàng)建好的虛擬服務(wù)器均設(shè)置為無盤工作站的數(shù)據(jù)服務(wù)器及啟動服務(wù)器。數(shù)據(jù)服務(wù)器主要承擔(dān)磁盤管理和IO服務(wù)任務(wù)，并實(shí)現(xiàn)無盤網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的負(fù)載均衡。啟動服務(wù)器主要是用來響應(yīng)無盤工作站PXE的啟動請求的，當(dāng)完成PXE的啟動請求后，自動把控制轉(zhuǎn)給數(shù)據(jù)服務(wù)器，當(dāng)然也可以根據(jù)實(shí)際需要單獨(dú)創(chuàng)建虛擬機(jī)作為啟動服務(wù)器。

無論在虛擬機(jī)還是物理機(jī)上構(gòu)建無盤系統(tǒng)都沒有任何技術(shù)操作上的區(qū)別，但實(shí)施后的效果，虛擬機(jī)要優(yōu)于物理機(jī)。第一，無盤系統(tǒng)的部署和恢復(fù)速度快。利用VMware的模板部署及系統(tǒng)克隆技術(shù)可以迅速完成多臺無盤數(shù)據(jù)服務(wù)器的建立和恢復(fù)，大大提高了部署效率，在一定程度上減輕了管理人員的維護(hù)難度。第二，節(jié)省了服務(wù)器硬件投入。用虛擬機(jī)運(yùn)行無盤服務(wù)系統(tǒng)，省去了為無盤網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)單獨(dú)購買物理服務(wù)器的成本，也充分發(fā)揮了現(xiàn)有物理服務(wù)器的性能。第三，保證無盤系統(tǒng)的高可用性及連續(xù)性。得益于VMware vSphere的HA及vMotion特性，物理服務(wù)器的故障不會影響虛擬機(jī)的運(yùn)行。當(dāng)物理主機(jī)需要臨時性維護(hù)（停機(jī)、關(guān)機(jī)以及重啟）時，可以利用VMware vSphere的Vmotion技術(shù)，將需要維護(hù)主機(jī)上運(yùn)行的無盤數(shù)據(jù)服務(wù)器熱遷移至其他物理主機(jī)，遷移的過程無需中斷無盤系統(tǒng)和重啟該虛擬機(jī)。在實(shí)際測試遷移過程中，虛擬機(jī)上的無盤系統(tǒng)僅僅中斷幾秒鐘就恢復(fù)了正常，而讀者在客戶端是幾乎感覺不到這種變化的。

3.4 關(guān)于VMware服務(wù)器虛擬化實(shí)施的關(guān)鍵問題分析

在VMware服務(wù)器虛擬化實(shí)施的整個環(huán)節(jié)，筆者也遇到了不少問題，結(jié)合圖書館的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，通過對關(guān)鍵性問題的分析和探討，提出了VMware服務(wù)器虛擬化的一些實(shí)施建議。

①多業(yè)務(wù)運(yùn)行需要大內(nèi)存。通過vCenter觀察主機(jī)的運(yùn)行情況，物理主機(jī)內(nèi)存的利用率比CPU的利用率要高，換個角度說，物理服務(wù)器物理內(nèi)存大小一定程度上決定它所能托管虛擬機(jī)的數(shù)量。因此建議運(yùn)行多業(yè)務(wù)以及將來有擴(kuò)展業(yè)務(wù)需求的圖書館，盡可能為物理服務(wù)器配置足夠大的物理內(nèi)存。然而，這里需要另外關(guān)注一下軟件許可問題，目前VMware vSphere的最新版本5.0中，物理服務(wù)器的每個CPU授權(quán)所支持的虛擬內(nèi)存（vRAM）大大降低，這對于需要升級VMware vSphere4.x版本或新部署VMware vSphere5.0的圖書館應(yīng)該慎重考慮，想要使用額外物理內(nèi)存的資源，就意味著購買CPU授權(quán)許可成本的增加[8]。

②合理分配虛擬機(jī)內(nèi)存大小，提高內(nèi)存的利用率。一般而言，在業(yè)務(wù)運(yùn)行I/O訪問比較頻繁的時候，系統(tǒng)比較消耗內(nèi)存。那么在配置虛擬機(jī)內(nèi)存大小時一定要依據(jù)業(yè)務(wù)的I/O訪問特點(diǎn)來分配內(nèi)存資源。對于圖書館的匯文系統(tǒng)、圖書館網(wǎng)站、電子閱覽室無盤系統(tǒng)、電子圖書、多媒體點(diǎn)播等I/O訪問頻繁的應(yīng)用，虛擬機(jī)的內(nèi)存要分配大一些；而對于自助文印系統(tǒng)、電子讀報及虛擬化平臺管理系統(tǒng)等I/O訪問較少的應(yīng)用，虛擬機(jī)的內(nèi)存可適當(dāng)配置小一些，把多余的內(nèi)存資源留給處理能力要求較高的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

③適合的存儲系統(tǒng)，能最大程度地發(fā)揮服務(wù)器虛擬化的功效。服務(wù)器虛擬化的成功應(yīng)用是與強(qiáng)大的存儲系統(tǒng)密不可分的，存儲系統(tǒng)的選擇應(yīng)該根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用特點(diǎn)綜合考慮。例如，圖書館借閱系統(tǒng)數(shù)據(jù)是不允許丟失的，為此存儲系統(tǒng)必須要有很好的運(yùn)行穩(wěn)定性，一方面要求存儲系統(tǒng)的磁盤質(zhì)量非常高；另一方面存儲系統(tǒng)要有非常好的容錯和恢復(fù)能力。而電子閱覽室無盤系統(tǒng)對存儲系統(tǒng)的I/O有很高的要求，選擇存儲系統(tǒng)時一定要達(dá)到一定的級別，不能出現(xiàn)“小馬拉大車”的情況，否則不僅達(dá)不到良好的用戶體驗，圖書館的服務(wù)評價也將受到影響。

④虛擬機(jī)命名要規(guī)范，盡量不用中文。在VMwarevCenter中，創(chuàng)建好的虛擬服務(wù)器會把虛擬機(jī)的名稱直接作為操作系統(tǒng)的主機(jī)名，如果命名不規(guī)范，有可能會在部署某些應(yīng)用的時候帶來不必要的麻煩。目前，虛擬機(jī)對應(yīng)在數(shù)據(jù)存儲上的虛擬磁盤文件名稱并不支持中文顯示，若虛擬機(jī)的名稱是漢字的話，對應(yīng)的虛擬磁盤文件名稱顯示的是亂碼，不利于虛擬機(jī)文件在數(shù)據(jù)存儲間的遷移工作。

⑤為vCenter數(shù)據(jù)庫分配足夠大的存儲空間。vCenter數(shù)據(jù)庫一般是用SQLServer2005來創(chuàng)建的，vCenter系統(tǒng)運(yùn)行過程中，數(shù)據(jù)庫會產(chǎn)生大量的事務(wù)日志，如果數(shù)據(jù)庫日志文件將磁盤空間占滿，將導(dǎo)致vCenter系統(tǒng)無法訪問vCenter數(shù)據(jù)庫，vCenter下的VMware VirtualCenter Server服務(wù)會隨之停止，后果是管理員無法通過vSphere vClient來集中管理vCenter下的虛擬機(jī)了。因此在創(chuàng)建vCenter數(shù)據(jù)庫時一定要設(shè)定好事務(wù)日志大小限制，建議分配足夠大的存儲空間，用于存放數(shù)據(jù)庫的日志文件，盡量杜絕因日志空間不夠而給虛擬化平臺的集中管理工作帶來麻煩。

⑥做好數(shù)據(jù)遷移和新系統(tǒng)部署的合理規(guī)劃。把舊數(shù)據(jù)庫遷移到虛擬化平臺之前，盡量做好數(shù)據(jù)庫的遷移規(guī)劃，把各個數(shù)據(jù)庫所需要的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫類型以及相應(yīng)的硬件配置都列在紙面上。當(dāng)需要遷移的業(yè)務(wù)很多時，提前做好規(guī)劃，在部署虛擬機(jī)的時候能有的放矢，會起到事半功倍的效果。

⑦不要盲目啟用DRS，視情況而論。目前圖書館購買的數(shù)據(jù)庫中，很多都帶有USB加密設(shè)備，而這些USB的加密設(shè)備插在不同的物理主機(jī)上，一旦物理主機(jī)由于維護(hù)原因而重啟了，運(yùn)行在上面的虛擬機(jī)會根據(jù)DRS（分布式資源調(diào)度）機(jī)制選擇新的物理主機(jī)[9]，這極有可能發(fā)生USB加密設(shè)備和對應(yīng)系統(tǒng)的分離，造成這些系統(tǒng)丟失加密信息而暫停服務(wù)。因此很有必要將DRS群集內(nèi)的帶有USB加密設(shè)備的虛擬機(jī)設(shè)置禁用DRS，不管物理主機(jī)發(fā)生什么狀況，vCenter Server都不會遷移該虛擬機(jī)到其他的物理主機(jī)，實(shí)際上就是把該虛擬機(jī)綁定到了對應(yīng)USB設(shè)備所在物理主機(jī)上，避免了系統(tǒng)丟失加密信息而暫停服務(wù)狀況的發(fā)生。

⑧重視虛擬機(jī)操作系統(tǒng)安全。虛擬機(jī)上運(yùn)行的操作系統(tǒng)和物理服務(wù)器運(yùn)行的操作系統(tǒng)沒有任何區(qū)別，只要在網(wǎng)絡(luò)中一樣會受到病毒攻擊和黑客入侵。因此在部署完虛擬機(jī)的時候，應(yīng)給操作系統(tǒng)及時更新補(bǔ)丁、安裝殺毒軟件、設(shè)置防火墻及端口策略，保證業(yè)務(wù)安全地運(yùn)行。

⑨做好關(guān)鍵數(shù)據(jù)的備份工作。虛擬機(jī)上的數(shù)據(jù)丟失跟物理服務(wù)器上數(shù)據(jù)丟失一樣嚴(yán)重，所以對虛擬服務(wù)器的備份同樣需要重視。不管用傳統(tǒng)的備份方法還是利用備份軟件，都應(yīng)該將圖書館的關(guān)鍵數(shù)據(jù)備份到相對安全的地方，做到萬無一失。

4 結(jié)語

要想成功實(shí)施服務(wù)器虛擬化，首先需要結(jié)合圖書館的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行詳細(xì)的方案設(shè)計，選擇適合的VMware軟件版本，其次要有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和硬件環(huán)境來做支撐，更重要的是在方案實(shí)施過程中，不斷進(jìn)行VMware虛擬化軟件的優(yōu)化配置，及時發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，讓服務(wù)器虛擬化技術(shù)真正為圖書館的數(shù)字化建設(shè)所用。

[1]葛廷霞，李伶.VMware虛擬化技術(shù)在圖書館服務(wù)器整合中的應(yīng)用——以中國人民大學(xué)圖書館服務(wù)實(shí)踐為例[J].情報理論與實(shí)踐，2011（11）：126.

[2] 王政軍，金玉玲.虛擬化技術(shù)在數(shù)字圖書館中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代情報，2010（10）：78.

[3]VMware vSphere簡介[EB/OL].（2010-07-13）[2012-02-08].http：//www.vmwarepartner.cn/files/article/263/.

[4]數(shù)據(jù)中心管理指南[EB/OL].（2010-07-13）[2012-02-09].http：//www.vmwarepartner.cn/files/article/263/.

[5] ESXi Installable和vCenter Server安裝指南[EB/OL].（2010-07-13）[2012-02-13].http：//www.vmwarepartner.cn/files/Article/263/.

[6] ESX i 配 置 指 南[EB/OL].（2010-07-13）[2012-02-18].http：//www.vmwarepartner.cn/files/article/263/.

[7]光纖通道SAN配置指南[EB/OL].（2010-07-13）[2012-02-22].http：//www.vmwarepartner.cn/files/article/263/.

[8]解讀VMware vSphere 5.0新許可模式[EB/OL].（2011-07-28）[2012-05-01].http：//virtual.51cto.com/art/201107/279277.htm.

[9]資源管理指南[EB/OL].（2010-07-13）[2012-02-23].http：//www.vmwarepartner.cn/files/article/263/.