VMware服務器虛擬化技術在圖書館的應用

李 榮

（東北財經大學圖書館，遼寧 大連 116025）

1 引言

隨著圖書館數字化建設的不斷發展，圖書館的各種應用及數字資源也隨之增加，這給傳統圖書館數據中心的硬件服務器帶來巨大挑戰，也給數據中心的管理維護工作帶來了各種難題。如何提高服務器硬件資源的利用率、簡化服務器部署配置、提高系統管理效率、提高服務器響應速度及靈活性，服務器虛擬化技術已經成為眾多圖書館數據中心解決以上問題的重要手段[1]。

東北財經大學圖書館采用VMware服務器虛擬化技術，成功應用于新圖書館數據中心的建設中，并達到了良好效果：①利用6臺服務器虛擬化整合，輕松承擔了36個應用，而且仍然有能力部署更多的業務，單臺物理服務器擴展能力得到提升。②圖書館數據中心實現了服務器和存儲的集中化管理，并大幅度降低了管理難度。③圖書館各業務的連續性得到了保證，大大提升了讀者對圖書館服務的滿意度。④嘗試運用虛擬機代替物理無盤服務器，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絡系統的效能。

2 VMware vSphere4.1介紹

通過考量新圖書館的硬件環境、網絡環境以及在建數據中心所要達到的目標等綜合因素，東北財經大學圖書館最終選擇軟件VMware vShpere4.1來實施服務器虛擬化。VMware vSphere4.1配合SAN存儲環境，快速部署服務器非常方便，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建高效穩定的數據中心[2]。

VMware vSphere利用虛擬化功能簡化數據中心基礎架構，并匯總多個系統間的基礎硬件資源，為數據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，該層可將物理主機的處理器、內存、存儲器及網絡資源抽象化為多臺虛擬機，可以在服務器上的任意硬盤中安裝ESXi，安裝完ESXi的服務器就稱之為ESXi主機；vCenter Server充當ESXi主機的管理者，每個vCenter Server系統可以管理多臺ESXi主機，并指導虛擬機及其主機上的操作，它是vCenter的工作核心；vSphere Client是與VMware vSphere進行交互的主要方式，可以在多個工作站上安裝vSphere Client，它可用作虛擬機的操作控制臺機及vCenter Server系統和ESXi主機的管理界面；數據庫是用于組織VMware vSphere環境的所有配置數據，它存放著用于維護在vCenter Server環境下管理的每個虛擬機、主機和用戶的狀態[3]。

圖1 VMware vSphere4.1的基本組件

3 東北財經大學圖書館應用實踐

3.1 VMware服務器虛擬化架構設計

考慮到圖書館自動化系統服務器已使用5年，加上其他數字資源服務器也進入設備老化期，在新館數據中心的建設中，東北財經大學圖書館采用了6臺高配置物理服務器組成一個服務器機群，并配合大容量存儲，通過VMware企業級虛擬化軟件將所有服務器和存儲作為大的資源統一進行管理，按需自動進行動態的資源調配，實現圖書館關鍵業務的高效性及連續性。另外，存儲的配置考慮了圖書館業務應用的特點和需求。VMware服務器虛擬化平臺操作系統、匯文系統、圖書館Web應用、計費系統、門禁系統及電子閱覽室無盤網絡系統等各種圖書館應用系統均需要使用存儲訪問速度快、容量相對較小的FC硬盤，因此采用存儲區域網絡（SAN）連接到服務器；同時根據圖書館電子資源數量不斷增長的應用特點，配置大容量SATA硬盤，通過NAS網絡連接協議為校園網用戶提供高速的數字資源訪問服務。

服務器虛擬化軟硬件的主要配置方案見表1，服務器虛擬化架構拓撲見圖2[4]。

表1 服務器虛擬化軟硬件配置

圖2 東北財經大學新圖書館服務器虛擬化架構拓撲

3.2 服務器虛擬化實施過程

根據服務器虛擬化架構設計，實施主要包括以下步驟：

①在每臺物理服務器上安裝ESXi4.1軟件，搭建虛擬化基礎平臺。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器CD/DVD-ROM驅動器，重啟服務器，將BIOS設置為從CD-ROM設備引導，按照屏幕提示一步步操作，安裝完成重新引導系統后，會在本地磁盤上創建VFAT暫存分區和VMFS（VMware VirtualMachine File System）分區[5]。

②設置ESXi主機的網絡、存儲器及安全措施。通過配置ESXi主機，將6臺物理服務器組合在一起，并與相同的網絡和存儲系統連接，以便提供虛擬環境中的資源集合[6]。在一臺能訪問到ESXi主機的計算機上安裝vSphere Client，通過登錄vSphere Client來創建數據中心、添加主機、創建群集、創建資源池、創建數據存儲等。這里需要注意的是對每臺物理主機的4塊千兆網卡進行綁定，以實現網卡鏈路狀態的負載均衡。另外設置好ESXi主機與SAN存儲（IBM N6040）的多路徑連接，避免單點故障[7]。

③安裝vCenterServer及vCenter數據庫。通過登錄vSphere Client來創建兩臺虛擬機，分別安裝vCenter Server系統及數據庫，實現對虛擬化資源集合的統一管理。這里需要注意的是，安裝vCenter Server系統及vCenter數據庫不必準備單獨的專用物理服務器。因為通過使用VMware HA可為vCenter Server系統及vCenter數據庫提供較高的可用性，不僅可以將運行vCenter Server系統及vCenter數據庫的虛擬機進行物理主機間的遷移，以便進行維護工作，同時還可以創建兩個虛擬機的快照進行備份和歸檔操作。

④創建模板，部署虛擬機。根據圖書館現有業務和新增業務應用平臺的要求，通過vSphere Client登錄vCenter來創建多個虛擬機模板：WindowsServer2003(32位)系統、Windows Server 2003（64位）系統、Windows Server 2008（64位）、Linux（32位）系統及Linux（64位）系統。利用上述模板依據不同的業務部署相匹配的虛擬服務器，部署完畢后對各虛擬機進行相應的網絡和存儲資源的配置。

⑤遷移原業務及數據，部署新業務。將原有服務器上的數據庫及相關數據全部在線遷移至新的虛擬化平臺中，保證原有業務運行不中斷。在此基礎上，同樣把新增業務及新系統按照要求部署到虛擬化平臺中。

⑥監控整個虛擬化平臺的運行情況，撰寫實施報告。檢查各虛擬服務器上業務的運行狀況，對有問題的進行重新調整或重新部署。記錄和總結虛擬化平臺實施過程中詳細參數設置，為今后的管理和維護工作提供依據。

通過以上6個步驟的工作，就成功完成了新館虛擬化數據中心的建立。本次服務器虛擬化應用實施，不僅將圖書館原有核心業務系統，包括匯文系統、學術期刊、學術論文等20多個應用全部遷移至虛擬化平臺，還在此基礎上陸續新增了自助服務、電子讀報、無盤網絡系統等10多個新應用系統。詳細的虛擬化應用情況見表2。

表2 服務器虛擬化應用情況

3.3 服務器虛擬化應用新嘗試

在新圖書館電子閱覽室無盤網絡建設的原規劃中，無盤服務器將采用傳統物理服務器。然而基于硬件成本考慮，在實際實施過程中，嘗試了用虛擬機代替物理服務器作為無盤服務器。新館電子閱覽室一共有195臺無盤工作站，在vCenter中創建3臺虛擬無盤服務器就可滿足所有無盤工作站的運行需求。創建好的虛擬服務器均設置為無盤工作站的數據服務器及啟動服務器。數據服務器主要承擔磁盤管理和IO服務任務，并實現無盤網絡系統的負載均衡。啟動服務器主要是用來響應無盤工作站PXE的啟動請求的，當完成PXE的啟動請求后，自動把控制轉給數據服務器，當然也可以根據實際需要單獨創建虛擬機作為啟動服務器。

無論在虛擬機還是物理機上構建無盤系統都沒有任何技術操作上的區別，但實施后的效果，虛擬機要優于物理機。第一，無盤系統的部署和恢復速度快。利用VMware的模板部署及系統克隆技術可以迅速完成多臺無盤數據服務器的建立和恢復，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難度。第二，節省了服務器硬件投入。用虛擬機運行無盤服務系統，省去了為無盤網絡系統單獨購買物理服務器的成本，也充分發揮了現有物理服務器的性能。第三，保證無盤系統的高可用性及連續性。得益于VMware vSphere的HA及vMotion特性，物理服務器的故障不會影響虛擬機的運行。當物理主機需要臨時性維護（停機、關機以及重啟）時，可以利用VMware vSphere的Vmotion技術，將需要維護主機上運行的無盤數據服務器熱遷移至其他物理主機，遷移的過程無需中斷無盤系統和重啟該虛擬機。在實際測試遷移過程中，虛擬機上的無盤系統僅僅中斷幾秒鐘就恢復了正常，而讀者在客戶端是幾乎感覺不到這種變化的。

3.4 關于VMware服務器虛擬化實施的關鍵問題分析

在VMware服務器虛擬化實施的整個環節，筆者也遇到了不少問題，結合圖書館的業務特點，通過對關鍵性問題的分析和探討，提出了VMware服務器虛擬化的一些實施建議。

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

②合理分配虛擬機內存大小，提高內存的利用率。一般而言，在業務運行I/O訪問比較頻繁的時候，系統比較消耗內存。那么在配置虛擬機內存大小時一定要依據業務的I/O訪問特點來分配內存資源。對于圖書館的匯文系統、圖書館網站、電子閱覽室無盤系統、電子圖書、多媒體點播等I/O訪問頻繁的應用，虛擬機的內存要分配大一些；而對于自助文印系統、電子讀報及虛擬化平臺管理系統等I/O訪問較少的應用，虛擬機的內存可適當配置小一些，把多余的內存資源留給處理能力要求較高的業務系統。

③適合的存儲系統，能最大程度地發揮服務器虛擬化的功效。服務器虛擬化的成功應用是與強大的存儲系統密不可分的，存儲系統的選擇應該根據業務應用特點綜合考慮。例如，圖書館借閱系統數據是不允許丟失的，為此存儲系統必須要有很好的運行穩定性，一方面要求存儲系統的磁盤質量非常高；另一方面存儲系統要有非常好的容錯和恢復能力。而電子閱覽室無盤系統對存儲系統的I/O有很高的要求，選擇存儲系統時一定要達到一定的級別，不能出現“小馬拉大車”的情況，否則不僅達不到良好的用戶體驗，圖書館的服務評價也將受到影響。

④虛擬機命名要規范，盡量不用中文。在VMwarevCenter中，創建好的虛擬服務器會把虛擬機的名稱直接作為操作系統的主機名，如果命名不規范，有可能會在部署某些應用的時候帶來不必要的麻煩。目前，虛擬機對應在數據存儲上的虛擬磁盤文件名稱并不支持中文顯示，若虛擬機的名稱是漢字的話，對應的虛擬磁盤文件名稱顯示的是亂碼，不利于虛擬機文件在數據存儲間的遷移工作。

⑤為vCenter數據庫分配足夠大的存儲空間。vCenter數據庫一般是用SQLServer2005來創建的，vCenter系統運行過程中，數據庫會產生大量的事務日志，如果數據庫日志文件將磁盤空間占滿，將導致vCenter系統無法訪問vCenter數據庫，vCenter下的VMware VirtualCenter Server服務會隨之停止，后果是管理員無法通過vSphere vClient來集中管理vCenter下的虛擬機了。因此在創建vCenter數據庫時一定要設定好事務日志大小限制，建議分配足夠大的存儲空間，用于存放數據庫的日志文件，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做好數據遷移和新系統部署的合理規劃。把舊數據庫遷移到虛擬化平臺之前，盡量做好數據庫的遷移規劃，把各個數據庫所需要的操作系統、數據庫類型以及相應的硬件配置都列在紙面上。當需要遷移的業務很多時，提前做好規劃，在部署虛擬機的時候能有的放矢，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據庫中，很多都帶有USB加密設備，而這些USB的加密設備插在不同的物理主機上，一旦物理主機由于維護原因而重啟了，運行在上面的虛擬機會根據DRS（分布式資源調度）機制選擇新的物理主機[9]，這極有可能發生USB加密設備和對應系統的分離，造成這些系統丟失加密信息而暫停服務。因此很有必要將DRS群集內的帶有USB加密設備的虛擬機設置禁用DRS，不管物理主機發生什么狀況，vCenter Server都不會遷移該虛擬機到其他的物理主機，實際上就是把該虛擬機綁定到了對應USB設備所在物理主機上，避免了系統丟失加密信息而暫停服務狀況的發生。

⑧重視虛擬機操作系統安全。虛擬機上運行的操作系統和物理服務器運行的操作系統沒有任何區別，只要在網絡中一樣會受到病毒攻擊和黑客入侵。因此在部署完虛擬機的時候，應給操作系統及時更新補丁、安裝殺毒軟件、設置防火墻及端口策略，保證業務安全地運行。

⑨做好關鍵數據的備份工作。虛擬機上的數據丟失跟物理服務器上數據丟失一樣嚴重，所以對虛擬服務器的備份同樣需要重視。不管用傳統的備份方法還是利用備份軟件，都應該將圖書館的關鍵數據備份到相對安全的地方，做到萬無一失。

4 結語

要想成功實施服務器虛擬化，首先需要結合圖書館的業務需求進行詳細的方案設計，選擇適合的VMware軟件版本，其次要有強大的網絡環境和硬件環境來做支撐，更重要的是在方案實施過程中，不斷進行VMware虛擬化軟件的優化配置，及時發現問題和解決問題，讓服務器虛擬化技術真正為圖書館的數字化建設所用。

[1]葛廷霞，李伶.VMware虛擬化技術在圖書館服務器整合中的應用——以中國人民大學圖書館服務實踐為例[J].情報理論與實踐，2011（11）：126.

[2] 王政軍，金玉玲.虛擬化技術在數字圖書館中的應用[J].現代情報，2010（10）：78.

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

[4]數據中心管理指南[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/.