高性價比圖書館虛擬化平臺的建設與實踐

王政軍 單承偉 俞小怡 董曉梅

（大連理工大學圖書館，遼寧大連116023）

高性價比圖書館虛擬化平臺的建設與實踐

王政軍 單承偉 俞小怡 董曉梅

（大連理工大學圖書館，遼寧大連116023）

［目的/意義］利用虛擬化技術提高IT基礎架構管理水平和資源利用率是圖書館數據中心發展的趨勢，圖書館如何構建一套高性價比的虛擬化整合方案是迫切需要解決的問題。［方法/過程］文章介紹了虛擬化的相關技術，分析比較了虛擬化平臺的技術指標。以大連理工大學城市學院圖書館的虛擬化實施方案為例，闡述了高性價比虛擬化方案的技術支撐原理、設計思路及具體實施方法。［結果/結論］通過具體實踐證明，高性價比虛擬化平臺的解決方案體現出高效穩定、便于管理等技術特點，有效解決了中小型圖書館因資金緊張而不能進行虛擬化改造的問題，對指導實踐具有重要意義。

圖書館；虛擬化平臺；虛擬化技術；性價比；vSphere

虛擬化能使信息技術易于整合到面向服務的體系結構中，可實現數據中心的本地管理自動化，為管理者提供高效、可靠、可預見的服務［1］。利用虛擬化技術，能夠加速智能動態數據中心的發展，促進敏捷度，縮短停機時間，增強災難恢復等。目前，虛擬化整合技術已經成為高校圖書館數據中心關注的熱點。

較大的虛擬化平臺采用了大量企業級高端硬件，以滿足大量虛擬機對硬件資源的需求［3］。如大連理工大學網絡中心虛擬化平臺，運行500多個虛擬機，配置高檔服務器構建虛擬集群組。使用企業級SAN光纖集中后臺存儲，采用企業級萬兆核心網絡交換機，采用VMware vSphere的最高級版本Enterprise Plus作為虛擬化管理平臺。整體資金投入在800萬以上。如果圖書館按照此種模式構建自己的虛擬化平臺，資金問題會讓很多圖書館望而卻步，一些中小型圖書館更無法承受如此大的資金投入。因此，設計一套性能穩定且投入合適的小型虛擬化平臺搭建方案，對于資金緊張的圖書館實現虛擬化整合具有十分重要的現實意義。

1 虛擬化平臺架構成本分析

搭建虛擬化平臺基礎架構包括服務器、存儲、網絡交換機以及虛擬化管理軟件［2］。在技術指標滿足實際需要的情況下，降低整個虛擬化方案的成本，需要考慮以下幾個方面。

1.1 服務器

服務器為虛擬化平臺提供最基本的底層硬件資源，虛擬化平臺之上的虛擬機所使用資源來自于服務器的處理器、內存、硬盤、網絡等。虛擬主機的架構圖如圖1所示。

圖1 虛擬主機的架構

采購大內存的服務器。虛擬化使不同操作系統的多個虛擬機在同一物理機上獨立并行運行，所有虛擬機使用的硬件資源都被虛擬化服務層映射到實際的物理機資源上。獨立的操作系統對內存的占用是絕對的，在相當長一段時間不會釋放，而CPU的占用隨操作系統中的應用運行情況實時地占用和釋放。所以虛擬化平臺資源消耗較多的是內存資源，對處理器的消耗并不大。減少處理器的數量，也降低了虛擬化管理軟件的成本。

服務器本地存儲應注重安全可靠。所有應用的數據均存儲于后臺的集中存儲上，虛擬化主機本地硬盤只是存儲虛擬化平臺操作系統，不需要較大的存儲空間。為保證虛擬化操作系統的數據安全性，物理主機只配置兩塊硬盤做RAID1進行鏡像備份。

服務器采用基于雙網卡的萬兆網絡。由于多臺虛擬機對外提供服務，網絡流量集中于物理主機的物理網卡上，虛擬化主機對網卡的性能要求比較高［5］。存儲數據的傳輸也使用以太網絡，服務器采用雙萬兆網卡，保證網絡和存儲性能，而且能夠達到鏈路冗余備份的效果。

具體的虛擬化物理服務器技術指標如表1所示：

表1 小型虛擬化物理服務器技術指標

虛擬化集群組中所需服務器（物理主機）的數量，主要取決于實際要運行的虛擬服務器的數量。對于中小型圖書館，70～100個虛擬服務器便可滿足其作為數據中心的需要。每臺搭載64G內存的物理服務器通?？梢蕴摂M出30～40臺虛擬服務器［6］，按照為每臺虛擬服務器劃分2G內存來計算，中小型圖書館使用2～3臺物理服務器便可構建虛擬化的集群組。

隨著業務的增長，可通過增加物理服務器數量來擴展虛擬化平臺的容量。初期設計部署的物理服務器主機必須大于兩臺，這樣才能達到互為冗余備份的效果，保證所有虛擬服務器通過主機遷移（VMotion）游離于多臺物理服務器，提高整個虛擬化平臺的持續性。

1.2 集中存儲

目前流行的存儲技術主要有SAN光纖存儲、ISCSI網絡存儲、NAS存儲。3種主流存儲技術的具體情況比較如表2所示：

表2 主流存儲比較

SAN光纖存儲的存儲性能好，高端的數據存儲一般都采用SAN光纖的存儲架構，但資金投入大，日后擴展比較復雜。NAS存儲比較廉價，主要用于靜態文件存儲服務器，適應對IO性能要求不是很高的場合，不能滿足虛擬化平臺的需要［7］。ISCSI網絡存儲近幾年得到很大的關注，得益于萬兆網絡的發展與普及，其管理形勢與SAN存儲比較接近。ISCSI存儲性能越來越接近于SAN，由于其利用廉價網絡作為傳輸介質，非常適合中小型數據中心使用。

1.3 萬兆網絡

高性價比的虛擬化架構必須使用萬兆以太網絡。萬兆網絡已經非常成熟，根據傳輸介質的不同，有光纖、銅軸電纜、雙絞線3種形式。由權威組織測試報告得知，不考慮干擾因素，3種傳輸形式效率是一樣的，但雙絞線抗干擾性能稍微差些。在比較規范的機房環境中，采用質量較好的7類雙絞線，可以排除干擾的影響。使用雙絞線介質的萬兆網卡、網線以及交換機等一系列設施都要比光纖和銅軸電纜便宜得多，建議中小型虛擬化的網絡架構采用雙絞線傳輸的萬兆網絡。

1.4 虛擬化管理軟件

虛擬化管理軟件主要有Citrix XenServer、微軟Windows Server 2008 Hyper－V、VMware vSphere。VMware vSphere提供最領先的技術，占有大部分的市場份額。vSphere主要有Standard、Enterprise和Enterprise Plus 3個版本，雖然所有的vSphere的軟件介質是一樣的，但是根據版本的license不一樣，可使用的功能不同，價格也有較大的區別。vShpere的Standard版本含有vMotion和HA的功能，vMotion可保證虛擬服務器不間斷的遷移于物理服務器之上，HA可監控虛擬服務器操作系統狀態，并根據錯誤狀態自動更換物理主機運行?？紤]性價比的因素，中小型圖書館的虛擬化方案采購Standard版本的License授權即可，既能保證虛擬化的實施，又可減少資金的投入，保證業務的持續性和高可用性的需求。

2 方案設計與實踐

大連理工大學城市學院是大連理工大學下屬的三本獨立學院，屬于中小型高校圖書館。該圖書館數據中心原有物理服務器50多臺，主要用于關鍵業務、數字資源以及網絡管理等方面。數據中心的核心網絡為千兆以太網絡，分散式存儲方式（應用數據存儲于物理服務器本地硬盤）。該館已經多年調研，希望通過虛擬化整合方式實現本地管理的自動化和智能化，提高系統性能和穩定性，縮短停機時間、增強災難恢復等。為能順利進行該項工作，該館先后邀請大連理工大學的網絡中心、電信學院以及圖書館等專家進行論證，以大連理工大學網絡中心和圖書館的虛擬化方案的實際經驗為基礎，提出了高性價比的小型虛擬化服務器整合方案。

2.1 方案設計

首先，建立一套集中共享的虛擬化后臺存儲，將圖書館業務數據集中存儲于可靠的虛擬化存儲系統中，在保證數據的完整性和可靠性的前提下降低存儲成本。其次，利用虛擬化軟件建立虛擬服務器集群環境，將安裝有圖書館關鍵應用的服務器實現HA（高可用性）的連接，構建一個以共享存儲為基礎、以虛擬化為核心的服務器架構。

本方案采用IPSAN（基于ISCSI存儲區域網絡）的共享存儲系統部署方式。將基于ISCSI存儲陣列產品通過高性能的萬兆網絡交換機相連，并采用萬兆以太網絡協議通信，這些鏈接基于固有的網絡通道和SCSI（通過SCSI到網絡通道轉換器和網關），多路的網絡通道交換機在主服務器與存儲設備之間提供相互連接，實現鏈路的負載均衡和冗余備份，確保連接的可靠和高效。

保證系統資源的負載均衡。充分利用虛擬環境中虛擬機可動態遷移的特性，將由虛擬管理軟件生成的虛擬主機文件存放在IPSAN共享存儲系統上。通過共享的IPSAN存儲系統，最大化地發揮虛擬架構的優勢，當某個關鍵應用的服務器出現問題時可將虛擬機動態遷移到別的服務器，保證關鍵業務的連續性。VMWare虛擬化軟件采用VMotion技術將虛擬機動態遷移到另一個可用資源充足的主機，VMware的HA在監測到虛擬機的運行狀態出現問題時，可將虛擬機重新注冊到資源可用的物理主機并啟動運行。

2.2 系統架構

通過以上技術細節的分析可知，低成本虛擬化方案是在保證虛擬化能為圖書館提供IT基礎架構的穩定可靠、性能優越、便于管理的前提下，通過新的技術和方式來降低成本。本方案的系統架構考慮到虛擬化實施所必須考慮的技術環節，包括服務器、存儲、網絡、管理軟件等方面的因素。系統架構圖如圖2所示：

圖2 小型虛擬化架構圖

采用兩臺DELL R620服務器。服務器的配置考慮CPU的單路多核、內存擴展性大、網絡萬兆傳輸等因素，服務器低端高配，既節省了費用，又不失服務器的性能。配置如表3所示：

表3 服務器配置信息

表3 （續）

萬兆交換機為Extreme公司的Summit X650型號，該交換機能為虛擬化主機ESX提供高速的網絡傳輸性能。物理服務器與交換機之間都使用雙路萬兆連接，利用虛擬化vSphere的多鏈路整合功能，實現服務器與存儲之間的負載均衡和冗余備份，提高網絡鏈路的性能和穩定性。由于擔心旁雜的網絡數據包干擾虛擬化網絡存儲的數據傳輸，該萬兆交換機只是提供虛擬化架構的網絡存儲數據交換，不開啟三層路由功能，只作為兩層交換的高效交換設備。數據中心原有的網絡核心交換機繼續作為局域網內部路由交換的核心交換機，為虛擬化平臺上的應用提供以太網網絡的數據交換功能。

集中存儲使用DELL MD3600i存儲，該設備提供萬兆ISCSI數據接口，保證虛擬化ESX主機與存儲之間的高速數據傳輸。存儲空間采用兩種硬盤，分別為SAS盤4.5T和SATA盤15T，其中SAS盤用來存儲對IO要求比較高的數據，如操作系統文件系統和數據庫應用等，而SATA盤用來存放靜態文件等數據。

虛擬化軟件vSphere采用Standard版本，購買vCenter標準版license以及2個CPU的ESX授權即可。Standard版本提供了vMotion和HA的功能，以保持業務應用的持續有效性。

2.3 方案優勢

實現了圖書館數據中心的虛擬化整合功能。通過VMware技術和ISCSI網絡存儲技術實現數據中心的完全虛擬化，提供完善的虛擬機管理功能，包括虛擬機的創建、刪除、遠程管理以及在線遷移（vMotion）、高可用性群集（HA）等。得益于虛擬化平臺的可管理性、高效性和持續性，圖書館的實際服務取得了更好的效果。

提高了圖書館IT基礎架構的可用性和可靠性。在本方案的具體實驗中，高可用性群集（HA）能夠實現計劃內外的停機故障恢復，保證在可接受的停機時間范圍內的故障恢復。通過vMotion技術實現不停機的虛擬機在線遷移，實現虛擬機系統的高可用性。

減少了虛擬化整合的資金投入。該虛擬化平臺花費15萬元人民幣，實際運行50多臺虛擬服務器。相比于傳統的虛擬化方案百萬乃至千萬的投入，該方案大大降低了投入。在虛擬機數量不大的情況下，總體性能完全達到虛擬化整合的技術指標。該方案實施后，減少機房內的電力消耗，符合國家的節能減排和綠色數據中心的要求。

節約了人力成本。虛擬化整合后，依賴于成熟的虛擬化管理工具，大量減少系統維護員的工作量。

3 結 論

高性價比虛擬化方案是為解決中小型圖書館經費投入有限而設計的，通過技術理論和實踐效果來看，該方案能夠滿足中小型圖書館對虛擬化整合的需求。雖然低成本是通過壓縮硬件和軟件成本來實現的，但整個方案基于切實可行的技術指標實現，所采購的軟硬件必須滿足本文所提出的技術指標才能達到高性價比的穩定可靠的虛擬化整合效果。如果盲目的追求成本壓縮而采購不符合技術指標的軟硬件產品，可能導致系統瓶頸而發揮不了虛擬化整體功效的不良效果?？傊梢圆少彽投说能浻布a品，但必須是技術指標符合要求的品牌信的過產品。

雖然虛擬化整合技術已經很成熟，但是針對不同的應用需求構建不同的方案值得深入研究。本文構建的中小型圖書館高性價比虛擬化方案就是一種探索。在構建合理完整的高性價比虛擬化整合方案中，不僅要追求虛擬化的管理性、健壯性和可持續性，還注重系統的升級和擴展性，對實際應用具有很好借鑒意義。

［1］陳忠安．SWsoft虛擬化技術［J］．軟件世界，2007，（13）：14－15．

［2］趙華茗．基于虛擬機的高可用信息服務平臺［J］．現代圖書情報技術，2009，（12）：18－24．

［3］Abramson D，J ackson J，et al．Intel Virtualization Technology for Directed I/O［J］．IntelTechnologyJournal，2006，10（3）：1792191．

［4］Nanda S，Chiueh T．A Ssurvey of Virtualization Technologies［R］．Technical Report TR2179，Stony Brook University，2005．

［5］何曉龍，成凱．透視虛擬化技術［J］，軟件世界，2007，（11）：17．

［6］周俐軍，林澤東，劉偉科．基于VMware的高校數據中心虛擬化管理探究［J］．中國管理信息化，2009，（8）：65－66．

［7］魯松．計算機虛擬化技術及應用［M］．北京：機械工業出版社，2008．

（本文責任編輯：郭沫含）

The Research and Practice of High Cost－effective of Library Virtulization

Wang Zhengjun Shan Chengwei Yu Xiaoyi Dong Xiaomei
（Library，Dalian University of Technology，Dalian 116023，China）

At present，virtualization technology is getting mature，using virtualization technology to improve management level and resource utilization has become the main trend in data center．But traditional virtualization integration solution need for a costly investment．For library，which is short of funds，how to build a high cost preformance plan of virtualization integration，is the decision makers and technical staffs needed to solve．Through the related research，the paper compared and analyzed the technical indicators of virtulization technology platforms，then designed and deployed a highly cost－effective solution of virtulization integration．It is very valuable for the units who are short of money but urgent need virtulization reform．

library；virtualization platform；virtualization；cost－effective；vSphere

10．3969/j．issn．1008－0821．2016．02．018

TP393

A

1008－0821（2016）02－0096－04

2015－10－14

國家自然科學基金面上項目“支持社會化創新的在線社區知識活動動力學研究”（項目編號：71371040）和青年科學基金青年項目“時變在線社會網絡中輿情傳播與演化動力學研究”（項目編號：7140010353）的研究成果。

王政軍（1980－），男，館員，工程碩士，研究方向：數字圖書館。