云計(jì)算環(huán)境下虛擬化技術(shù)在圖書(shū)館的應(yīng)用

[摘要]通過(guò)介紹虛擬化技術(shù)的概念及與云計(jì)算的關(guān)系，分析云計(jì)算環(huán)境下圖書(shū)館建設(shè)對(duì)虛擬化技術(shù)的現(xiàn)實(shí)需求，著重探討虛擬化技術(shù)在圖書(shū)館發(fā)展建設(shè)中的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]虛擬化；云計(jì)算；圖書(shū)館

1前言

隨著圖書(shū)館數(shù)字化進(jìn)程推進(jìn)，稍大型的圖書(shū)館建成了數(shù)據(jù)中心，同時(shí)各類(lèi)業(yè)務(wù)系統(tǒng)相繼投入使用，各種類(lèi)型的海量數(shù)字資源也開(kāi)始為讀者提供服務(wù)；2012年文化部、財(cái)政部在全國(guó)實(shí)施“公共電子閱覽室建設(shè)計(jì)劃”，使各個(gè)級(jí)別的公共圖書(shū)館都有了電子閱覽室。而隨著云計(jì)算時(shí)代的到來(lái)，數(shù)據(jù)中心面臨著資源利用率低、資源調(diào)配不靈活、管理難度大、可擴(kuò)展性差、高能耗等諸多挑戰(zhàn)，同時(shí)公共電子閱覽室隨著使用量的激增也面臨著管理維護(hù)困難等問(wèn)題。如何解決云計(jì)算環(huán)境下圖書(shū)館存在的上述問(wèn)題，已成為當(dāng)前圖書(shū)館發(fā)展建設(shè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

云計(jì)算被認(rèn)為是繼PC、互聯(lián)網(wǎng)之后再一次改寫(xiě)IT面貌的“第三次IT革命”，在走過(guò)最初技術(shù)引入期的喧囂以后，云計(jì)算的價(jià)值得到了業(yè)界的進(jìn)一步認(rèn)可，應(yīng)用范圍逐步拓展，但限于云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，云計(jì)算的應(yīng)用遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到理論所期望的程度，而虛擬化技術(shù)作為云計(jì)算的基礎(chǔ)支撐性技術(shù)卻得到了前所未有的發(fā)展和應(yīng)用。本文通過(guò)介紹虛擬化技術(shù)的概念及與云計(jì)算的關(guān)系，分析了云計(jì)算環(huán)境下圖書(shū)館建設(shè)的現(xiàn)實(shí)需求，著重探討了虛擬化技術(shù)在圖書(shū)館發(fā)展建設(shè)中的應(yīng)用，期望以此促進(jìn)虛擬化技術(shù)在圖書(shū)館界更進(jìn)一步的應(yīng)用實(shí)踐。

2虛擬化概述

2.1 虛擬化概念

在IT技術(shù)中虛擬化是一個(gè)非常寬泛的概念，例如有Java虛擬機(jī)的虛擬化、虛擬現(xiàn)實(shí)等方面的虛擬化，而本文所要探討的概念是云計(jì)算環(huán)境中針對(duì)IT資源的效能和管理方面的虛擬化技術(shù)。百度百科對(duì)其這樣描述：虛擬化是指計(jì)算元件在虛擬的基礎(chǔ)上而不是真實(shí)的基礎(chǔ)上運(yùn)行，是一個(gè)為了簡(jiǎn)化管理、優(yōu)化資源的解決方案。如同空曠、通透的寫(xiě)字樓，整個(gè)樓層沒(méi)有固定的墻壁，用戶(hù)可以用同樣的成本構(gòu)建出更加自主適用的辦公空間，進(jìn)而節(jié)省成本，發(fā)揮空間最大利用率。這種把有限的固定的資源根據(jù)不同需求進(jìn)行重新規(guī)劃以達(dá)到最大利用率的思路，在IT領(lǐng)域就叫做虛擬化技術(shù)[1]。而維基百科這樣描述：在計(jì)算機(jī)技術(shù)中，虛擬化（Virtualization）是將計(jì)算機(jī)物理資源如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)存及存儲(chǔ)等予以抽象、轉(zhuǎn)換后呈現(xiàn)出來(lái)，使用戶(hù)可以比原本的組態(tài)更好的方式來(lái)應(yīng)用這些資源。這些資源的新虛擬部分是不受現(xiàn)有資源的架設(shè)方式、地域或物理組態(tài)所限制。

從以上定義我們可以看出，虛擬化技術(shù)就其本質(zhì)而言屬于一種資源管理技術(shù)，它將軟件、硬件、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)等隔離開(kāi)來(lái)，使用戶(hù)能更充分、更合理地管理與控制各種資源。

2.2 虛擬化與云計(jì)算

虛擬化和云計(jì)算是兩個(gè)截然不同的概念，云計(jì)算相比較虛擬化來(lái)說(shuō)是更大層面上的概念，是包括虛擬化、網(wǎng)絡(luò)、分布式計(jì)算、面向服務(wù)模式等技術(shù)的整合共享，云計(jì)算通過(guò)個(gè)性化共享計(jì)算資源的方法，為用戶(hù)提供無(wú)所不在的且與硬件和平臺(tái)無(wú)關(guān)的服務(wù)。云計(jì)算是整個(gè)IT信息化體系的一次變革，也可以說(shuō)是一種計(jì)算機(jī)服務(wù)商業(yè)化的體現(xiàn)方式。而虛擬化是解決IT資源的靈活應(yīng)用和提高利用效率的一項(xiàng)具體的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，云計(jì)算要將海量、異構(gòu)、動(dòng)態(tài)、分布式的資源組織在一起，必須用虛擬化技術(shù)屏蔽計(jì)算資源的異構(gòu)性，同時(shí)虛擬化也是云計(jì)算實(shí)現(xiàn)資源池化、按需獲取、彈性擴(kuò)展等能力的最重要的支撐技術(shù)，是云計(jì)算的原動(dòng)力和基石。目前，云計(jì)算的整體性研究和應(yīng)用尚處于起步探索階段，而虛擬化已開(kāi)始了深入的研究和廣泛的應(yīng)用。因此可以說(shuō)虛擬化技術(shù)是云計(jì)算的先行軍，兩者互為依存，云計(jì)算環(huán)境促進(jìn)了虛擬化技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，而虛擬化技術(shù)也推進(jìn)了云計(jì)算的發(fā)展。

3圖書(shū)館發(fā)展對(duì)虛擬化的需求

云計(jì)算環(huán)境下的圖書(shū)館是廣域的信息資源體系和集成服務(wù)體系，制約當(dāng)前圖書(shū)館建設(shè)與發(fā)展的瓶頸問(wèn)題除了信息資源的重復(fù)建設(shè)、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一和版權(quán)等問(wèn)題外，以下幾個(gè)方面也是需要面對(duì)的問(wèn)題：一是圖書(shū)館運(yùn)行的軟硬件環(huán)境不同，同時(shí)各種應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)所采用的技術(shù)也不同，這種系統(tǒng)異構(gòu)導(dǎo)致圖書(shū)館IT資源利用率低下；二是隨著館藏資源的數(shù)字化和各種商用數(shù)據(jù)庫(kù)等各類(lèi)型數(shù)字資源開(kāi)始為讀者提供服務(wù)，傳統(tǒng)的存儲(chǔ)方式已無(wú)法滿(mǎn)足大量結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化信息資源的存儲(chǔ)；三是數(shù)字化圖書(shū)館內(nèi)計(jì)算機(jī)成為每個(gè)館員工作的基本工具，加上館內(nèi)電子閱覽室內(nèi)所使用的計(jì)算機(jī)，對(duì)如此大量的計(jì)算機(jī)進(jìn)行及時(shí)管理和維護(hù)是一項(xiàng)很艱難的工作。同時(shí)讓讀者在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都可以使用圖書(shū)館的數(shù)字資源也是圖書(shū)館人努力的方向。

虛擬化實(shí)現(xiàn)了不同技術(shù)層面的抽象和邏輯轉(zhuǎn)化工作，在系統(tǒng)資源集成方面的作用尤其顯著。首先，虛擬化技術(shù)通過(guò)軟件模擬硬件的方式，將服務(wù)器資源邏輯切分，創(chuàng)建虛擬機(jī)的獨(dú)立運(yùn)行環(huán)境。其次，每個(gè)虛擬機(jī)以文件形式保存，獨(dú)立于真實(shí)的硬件之上，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器資源的高效利用，同時(shí)也展現(xiàn)了資源的高度靈活性。再次，虛擬化技術(shù)強(qiáng)大的兼容性，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算和操作系統(tǒng)、硬件無(wú)關(guān)。最后，由于資源的虛擬化，用戶(hù)可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口透明地訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)。因此，虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖書(shū)館IT資源的整合和高效靈活利用的同時(shí)，也為圖書(shū)館將來(lái)真正實(shí)現(xiàn)“云服務(wù)”提供了最基本的技術(shù)保障。

4虛擬化技術(shù)在圖書(shū)館中的應(yīng)用

云計(jì)算環(huán)境下圖書(shū)館系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施、系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)、資源組織、用戶(hù)與系統(tǒng)資源管理方式與傳統(tǒng)圖書(shū)館有較大不同。如何實(shí)現(xiàn)對(duì)圖書(shū)館的資源進(jìn)行有效調(diào)配管理與調(diào)配，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施資源的訪(fǎng)問(wèn)、管理和配置過(guò)程簡(jiǎn)單化，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字資源的廣泛使用，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)電子閱覽室的維護(hù)管理等問(wèn)題，是云計(jì)算環(huán)境下圖書(shū)館確保高效、經(jīng)濟(jì)、安全、快捷地為讀者提供服務(wù)必須面對(duì)和解決的問(wèn)題。而虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的，利用其可以有效地解決上述難題，目前虛擬化技術(shù)在圖書(shū)館建設(shè)中的應(yīng)用主要包括服務(wù)器虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化、桌面虛擬化等。

4.1 服務(wù)器虛擬化

隨著數(shù)字資源量的迅猛增長(zhǎng)和讀者應(yīng)用服務(wù)的不斷增加，圖書(shū)館的服務(wù)器數(shù)量越來(lái)越龐大，服務(wù)器數(shù)量的增加除了需要大量的購(gòu)置資金，也意味著運(yùn)行維護(hù)成本的大幅增加，比如機(jī)房空間、耗電量和人力維護(hù)管理成本等；同時(shí)由于各家電子資源和應(yīng)用服務(wù)對(duì)服務(wù)器的軟件、硬件運(yùn)行要求有所不同，如果將多種服務(wù)強(qiáng)行簡(jiǎn)單安裝在一臺(tái)服務(wù)器上，可能會(huì)引起各服務(wù)之間的軟件沖突或不兼容等諸多問(wèn)題。即使各個(gè)服務(wù)之間能和平共處不發(fā)生干擾，但當(dāng)某一個(gè)應(yīng)用服務(wù)出現(xiàn)問(wèn)題需要維護(hù)時(shí)，其他應(yīng)用也必須停止服務(wù)，而應(yīng)用服務(wù)因各種各樣的原因需要維護(hù)是不可避免的，這將嚴(yán)重影響讀者的使用。因此，許多圖書(shū)館采取單服務(wù)器、單操作系統(tǒng)和單應(yīng)用的形式，造成了服務(wù)器資源的巨大浪費(fèi)。如何將服務(wù)器資源整合成既能動(dòng)態(tài)自動(dòng)分配資源，又能保持服務(wù)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，同時(shí)還能熱備容災(zāi)、易于管理和維護(hù)，已成為圖書(shū)館亟待研究解決的問(wèn)題。

服務(wù)器虛擬化是將服務(wù)器的物理資源抽象成邏輯資源，變成可動(dòng)態(tài)管理的CPU、磁盤(pán)、內(nèi)存等各類(lèi)資源池，讓一臺(tái)服務(wù)器變成幾臺(tái)甚至上百臺(tái)相互隔離獨(dú)立的虛擬服務(wù)器，這樣可以在每臺(tái)虛擬服務(wù)器上安裝各自的操作系統(tǒng)和運(yùn)行應(yīng)用程序，不再受限于物理硬件的局限，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)操作系統(tǒng)和應(yīng)用同一時(shí)間并行在同一臺(tái)服務(wù)器上運(yùn)行，從而提高服務(wù)器資源的利用率，同時(shí)也簡(jiǎn)化了系統(tǒng)管理，達(dá)到了物理服務(wù)器優(yōu)化整合靈活應(yīng)用的目的，節(jié)約了維護(hù)成本。

目前市場(chǎng)上有商業(yè)和免費(fèi)開(kāi)源兩類(lèi)虛擬化軟件，都已在圖書(shū)館界有了較為成功的實(shí)踐。例如，解放軍醫(yī)學(xué)院圖書(shū)館采用VMware公司的ESX Server3.5建立虛擬化集群，中國(guó)人民大學(xué)圖書(shū)館采用VMware vSphere 4 Enterprise進(jìn)行了服務(wù)器的整合[2]，而深圳大學(xué)圖書(shū)館采用了免費(fèi)開(kāi)源的虛擬化軟件KVM來(lái)進(jìn)行資源的整合和部署。實(shí)踐結(jié)果表明通過(guò)服務(wù)器虛擬化的部署，首先減少了圖書(shū)館服務(wù)器的數(shù)量，提高了設(shè)備利用率，其次提高了應(yīng)用服務(wù)的穩(wěn)定性和連續(xù)性，同時(shí)在節(jié)能減排方面也有顯著改善。

4.2 存儲(chǔ)虛擬化

信息技術(shù)的飛速發(fā)展，使作為文獻(xiàn)信息收藏單位的圖書(shū)館數(shù)字資源量迅速增長(zhǎng)，致使圖書(shū)館對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備的需求激增。同時(shí)隨著圖書(shū)館數(shù)字化進(jìn)程的推進(jìn)，對(duì)數(shù)字資源的共享備份和存儲(chǔ)訪(fǎng)問(wèn)的要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的直接附加存儲(chǔ)（DAS）、網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ) （NAS）、存儲(chǔ)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）和Internet小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口等數(shù)字資源存儲(chǔ)技術(shù)已不能滿(mǎn)足圖書(shū)館發(fā)展的要求。

存儲(chǔ)虛擬化是對(duì)存儲(chǔ)硬件資源進(jìn)行抽象化表現(xiàn)，是在服務(wù)器和硬件物理存儲(chǔ)之間的一個(gè)虛擬層。這個(gè)虛擬層對(duì)服務(wù)器提供存儲(chǔ)服務(wù)并控制和管理所有的存儲(chǔ)資源，它負(fù)責(zé)存儲(chǔ)硬件的增減、拆分、合并、調(diào)換等，也就是說(shuō)服務(wù)器與硬件存儲(chǔ)不直接交流，而通過(guò)這個(gè)虛擬層來(lái)協(xié)調(diào)。存儲(chǔ)虛擬化本質(zhì)是在軟件層截取主機(jī)端對(duì)邏輯空間的請(qǐng)求，同時(shí)把它們映射到相應(yīng)的真實(shí)物理位置。在虛擬存儲(chǔ)環(huán)境中，圖書(shū)館管理員只需要管理基于異構(gòu)平臺(tái)的存儲(chǔ)空間，而不必關(guān)心底層物理環(huán)境的復(fù)雜性，所有的存儲(chǔ)操作將變得非常方便。而且利用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，圖書(shū)館管理員可以直接對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間進(jìn)行控制和管理，而不需要對(duì)物理存儲(chǔ)硬件進(jìn)行控制和管理。

目前市場(chǎng)上已經(jīng)有多個(gè)成熟的虛擬化存儲(chǔ)系統(tǒng)在銷(xiāo)售，而且其功能正朝著操作簡(jiǎn)單化和接口規(guī)范化的方向發(fā)展。圖書(shū)館界的不少同仁已在圖書(shū)館應(yīng)用存儲(chǔ)虛擬化方面作了論述，例如孟凡立和孫榮在《高效圖書(shū)館存儲(chǔ)虛擬化研究與實(shí)踐》一文中通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)存儲(chǔ)方式和VSA的對(duì)比，提出了利用VSA構(gòu)建圖書(shū)館存儲(chǔ)虛擬化的方案，并詳細(xì)講述了具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程[3]，筆者認(rèn)為值得同仁參考和借鑒。

4.3 桌面虛擬化

圖書(shū)館的計(jì)算機(jī)管理和維護(hù)工作紛繁雜亂，往往涉及軟件、硬件和各種數(shù)據(jù)等各種因素，需要管理人員投入大量的時(shí)間和精力，尤其是利用率極高的電子閱覽室機(jī)器的管理和維護(hù)更是讓管理人員身心俱疲。因此如何讓計(jì)算機(jī)維護(hù)和管理簡(jiǎn)捷高效一直是管理維護(hù)人員不斷探索的問(wèn)題；隨著iPad和智能手機(jī)等各種移動(dòng)終端的普及，越來(lái)越多的讀者希望能隨時(shí)方便地使用圖書(shū)館的電子資源[4]，但這類(lèi)設(shè)備受限于不同平臺(tái)的兼容性和安裝不同應(yīng)用等問(wèn)題，極大地影響了讀者使用圖書(shū)館電子資源的熱情。

桌面虛擬化技術(shù)是將計(jì)算機(jī)的桌面進(jìn)行虛擬化，以達(dá)到桌面使用的靈活性和安全性。通常所用的PC機(jī)是基于“桌面”的應(yīng)用，也就是操作系統(tǒng)和各種應(yīng)用軟件的組合。而桌面虛擬技術(shù)依賴(lài)于服務(wù)器虛擬化，在數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器上通過(guò)服務(wù)器虛擬化，生成大量的獨(dú)立的桌面操作系統(tǒng)，同時(shí)根據(jù)專(zhuān)有的虛擬桌面協(xié)議發(fā)送給終端設(shè)備，通俗理解就是桌面虛擬技術(shù)將“桌面”托管在服務(wù)器上，而所有應(yīng)用都是基于服務(wù)器上的資源來(lái)運(yùn)行，所有的數(shù)據(jù)也都保留在服務(wù)器上。讀者可以隨時(shí)隨地訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò)上屬于自己的桌面系統(tǒng)，方便快捷地使用圖書(shū)館的各種電子資源，就像在物理PC的桌面上操作一樣。在圖書(shū)館的電子閱覽室中，采用桌面虛擬化方式管理，將不需要在每個(gè)PC機(jī)的桌面上部署和管理各種軟件客戶(hù)端，所有應(yīng)用客戶(hù)端系統(tǒng)都將一次性地部署在數(shù)據(jù)中心的一臺(tái)專(zhuān)用服務(wù)器上，極大地減少了電子閱覽室的維護(hù)量。

桌面虛擬化不但是當(dāng)下最熱門(mén)的虛擬技術(shù)之一，也是為數(shù)不多的得到客戶(hù)和市場(chǎng)認(rèn)可的虛擬化服務(wù)[5]。市場(chǎng)上桌面虛擬化產(chǎn)品主要有Citrix和Vmware等，目前桌面虛擬化在企業(yè)應(yīng)用得較多，在圖書(shū)館界也有不少經(jīng)典案例，例如中國(guó)刑警學(xué)院圖書(shū)館采用了VMware vSphere4企業(yè)級(jí)虛擬化架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)圖書(shū)館桌面應(yīng)用的虛擬化，系統(tǒng)管理員坐在一臺(tái)計(jì)算機(jī)旁便可以管理該館電子閱覽室40個(gè)桌面應(yīng)用，同時(shí)借助虛擬化平臺(tái)系統(tǒng)的管理工具，可以靈活地對(duì)桌面進(jìn)行軟件安裝、備份、恢復(fù)等操作，極大地方便了系統(tǒng)管理員的日常管理，也大幅減少了工作量。

5結(jié)語(yǔ)

從圖書(shū)館自動(dòng)化發(fā)展史看，幾乎每一項(xiàng)新信息技術(shù)的出現(xiàn)都能引起圖書(shū)館界的極大關(guān)注并推動(dòng)圖書(shū)館的管理與服務(wù)升級(jí)。虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了物理層和應(yīng)用層的分離[6]，做到了資源池化，將IT環(huán)境改造得更強(qiáng)大、更富有彈性。相信隨著虛擬化技術(shù)的發(fā)展和成熟，其在圖書(shū)館的應(yīng)用將更加廣泛和深入。

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[收稿日期]2014-09-01

[作者簡(jiǎn)介]

范春玲（1978—），女，副研究館員，本科學(xué)歷，黑龍江省圖書(shū)館。