虚拟化技术在数字图书馆建设中的应用研究
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（c）-0255-02
随着数字图书馆建设的飞速发展，越来越多的信息服务依托网络开展，从最初的仅有图书馆自动化管理系统，opac和网站，到目前的各类电子书，数据库，随书光盘，远程访问系统，门禁系统等等。数字图书馆建设的通常情况为：每年都要申请经费，采购新的服务器，以满足不断增加的数字图书馆应用，按照“一台服务器、一个操作系统、一种应用”的模式，一台服务器只承担单一的应用服务，而购买的服务器硬件配置普遍较高，不能充分发挥其性能的优越性，造成资源的极大浪费。一旦有了新的数字图书馆应用需求，为了避免造成系统冲突，就需要再采购，配置，安装新的服务器。随着服务器数量的逐年增加，对机房空间及相应能耗也提出了更高要求，需要不断的扩充改善。一方面造成的了经费和资源的极大浪费；另一方面也给管理人员维护和管理造成不便。
如何解决这些问题，从而最大限度地发挥服务器性能，提供高可靠性、安全性、可用性的应用服务，为读者提供稳定、高效的访问服务，是数字图书馆建设中需要考虑的问题。通过服务器虚拟化技术来助力数字图书馆建设，不仅可以提高服务器的利用率，缩短系统安装配置的时间，为用户提供更好的优质访问服务，而且采用了集中管理，便于设备的管理和维护，提高了高校图书馆的信息化水平。
1 服务器虚拟化技术
1.1 服务器虚拟化
服务器虚拟化，将服务器物理资源抽象成逻辑资源，让一台服务器变成几台甚至上百台相互隔离的虚拟服务器，不再受限于物理上的界限，而是让CPU、内存、磁盘、I/O等硬件变成可以动态管理的“资源池”，从而提高资源的利用率，简化系统管理，实现服务器整合，使资源利用实现最大化，让IT对业务的变化更具适应力。形象地表述就是把一台物理的服务器虚拟化为多个虚拟机，通过这种技术，可以同时在一台主机上运行Linux、Windows、Unix等操作系统，满足不同的应用需求。
1.2 服务器虚拟软件
随着服务器虚拟化技术的发展，目前已有众多的商业化产品，比较主流的服务器虚拟化软件有Citrix XenServer、微软Windows Server 2008 Hyper-V、VMware ESX/ESXI Server。
虚拟软件选择的重点是管理工具与自动化功能，图书馆应选择与服务器硬件具有良好兼容性，在虚拟机上的I/O性能好，并有良好管理组件，符合本馆虚拟化规划的解决方案。综合比较各软件的优势，并根据本校实际，网络中心已采用VMware，为了以后图书馆与网络中心形成学校的双中心，我馆最终选择VMware作为虚拟化软件。
vSphere是VMware推出的基于云的新一代数据中心虚拟化套件，提供了虚拟化基础架构、高可用性、集中管理、监控等一整套解决方案，目前最新版本为vSphere 5.0。
VMware vSphere包括以下主要组件和功能。
VMware ESXi：vSphere去掉了原来的ESX，只保留了ESXi。它是一个在物理服务器上运行的虚拟化层，将处理器、内存、存储器和资源虚拟化为多个虚拟机。
VMware vCenter Server：配置、置备和管理虚拟化IT环境的中央点。提供基本的数据中心服务，如访问控制、性能监控和警报管理功能。
VMware vSphere Client：允许用户从任何Windows PC远程连接到vCenter Server或ESXi的界面。
vSphere VMFS（虚拟机文件系统）：一个针对ESXi虚拟机的高性能群集文件系统。
vSphere vMotion：可以将打开电源的虚拟机从一台物理服务器迁移到另一台物理服务器，同时保持零停机时间、连续的服务可用性和事务处理完整性。
vSphere High Availability （HA）：可为虚拟机提供高可用性的功能。如果服务器出现故障，受到影响的虚拟机会在其他拥有多余容量的可用服务器上重新启动。
2 服务器虚拟化在数字图书馆建设中的应用
2.1 服务器虚拟化部署及实施
2013年湖北汽车工业学院图书馆采购了3台lenovo WQ R680G7六核4CPU、内存为8×8G的服务器，后端存储为日立HUS 110，4个光纤通道和2个iSCSI，36T存储空间。基于此制定了湖北汽车工业学院图书馆的虚拟化架构方案，即将3台物理主机服务器通过光纤交换机连接后端存储系统，应用VMware Vsphere5.0套件，进行虚拟化部署，建立虚拟化集群，在此集群上建立虚拟机应用，配合使用VMware的P2V工具、VMotion功能和HA高可用性，实施服务器虚拟化应用，具体部署实施如下。
（1）在物理机服务器上安装ESXi5.0，用HBA卡的光纤连接后端存储，接口带宽为8GB/s；安装vCenter server5.0标准版管理平台，该平台由AD域、DC（sql server 2008 r2 x64）、vCenter三个部分组成。所有的业务（包括管理平台本身）都可以在各服务器间移动而不停止业务。 （2）整合网络。根据现在的网络结构，3台主机有3个网卡，除去一个作为管理网卡，实际还需要有4个网卡，由于物理网络数量超过服务器的网卡数量，所以采用了分布式交换机，实现多个物理网络接入。将网络划分为4个vlan：创建了vlan1，外网地址网络；vlan2，校园网网地址网络；vlan3，一卡通地址网络；vlan4，图书馆内网地址网络。创建虚拟机的时候可以通过分配相应的网络连接，创建系统的虚拟网络。
（3）规划服务器部署。根据各应用的系统配置和系统开销建立虚拟服务器，从而能够做到各应用的负载平衡。考虑管理的高效性，将平时数据更新维护较频繁的服务器整合到ESXi集群中，利用vCenter统一管理。
（4）创建虚拟机。在vcenter管理系统中，创建虚拟机，首先建立Windows XP和Windows 2003两个模板，标配为2vCPU，2G内存和60G硬盘，然后将其生成为模板，以后就可以通过该模板创建许多个相同系统的虚拟机，再根据具体的应用需求调整每个虚拟机分配的CPU、内存和硬盘资源。
（5）迁移服务器。虚拟机也可以通过VMware vCenter Converter转换的方式创建，在不改变原物理机配置的情况下，方便地把物理机转换成虚拟机，而且相关的硬件信息都保存在ESXI中。转换后的虚拟机还可以进行克隆和复制。对于应用稳定，配置复杂的服务器，可以通过此方法创建虚拟机，省去了重新部署的时间。
2.2 虚拟化部署及实施中的问题
（1）在实施过程中，虚拟机全都采用了VMware vCenter Converter转换的方式进行创建，存在一些问题：如以前的网站应用是采用的普通pc作为服务器，日志记录有自动重启、内存溢出现象，转换后故障依旧。最后，通过在虚拟平台上创建虚拟机，重新部署网站应用解决问题。
（2）有加密狗的应用，转换为虚拟机后，无法安装加密狗设备，最后通过数据库商升级平台的方式予以解决。
（3）电子存包柜管理服务器，由于要连通存包柜设备和一卡通中心，又涉及到刷卡设备及扣费管理，进行了虚拟机转换测试，发现该平台不支持虚拟化架构。目前仍使用以前的pc作为服务器。
2.3 虚拟化应用效果
通过服务器虚拟化的实施应用，达到了以下效果。
（1）虚拟化的应用使服务器的性能得到了充分的发挥。新购置的3台高性能服务器的使用率明显提高，充分利用了服务器的性能。
（2）通过整合减少了物理服务器数量。服务器数量从原来的13台（包括服务器和普通pc）减少为3台，并将以前没条件建设的中国知网和万方数据本地镜像建立起来。同时，此种架构有很好的扩展性，现有设备可以继续使用，从而保护当前的投资，降低IT架构成本。
（3）简化了管理的复杂度。通过虚拟机管理平台集中管理，就可以管理几乎全部的服务器。另外缩短了新应用的部署时间，通过虚拟软件提供的工具进行直接克隆或从模板部署，以前安装系统，配置环境需要几个小时的工作，现在只需要几分钟便可完成，省去了大量的安装配置时间。
（4）系统故障率明显降低，安全性得到了保障。所有虚拟机及数据全部存储在后端存储，机房采用2路电源及ups保障，同时部署了机房检测系统，机房的温湿度，电源切换情况，管理人员都能够随时掌握，及时做出维护和调整。
3 结语
随着虚拟化技术的发展完善，虚拟化的理念和解决方案得到了越来越多的信赖和应用。实践再次证明，在购置高性能服务器的基础上，将服务器虚拟化技术应用是数字图书馆建设中是有效合理的方法，它能够最大限度地发挥服务器性能，满足数字图书馆应用服务的不断增加，同时也为IT人员的维护和管理带来便利。作为图书馆的IT人员，今后将更加注重对虚拟化环境的优化配置、虚拟网络配置以及桌面虚拟化等方面的研究，不断提升图书馆的数字化服务能力，更好的为读者提供优质服务。
