浅谈虚拟化技术在图书馆中的应用

苏留棒　李玉斌　云广平　田军

（西安电子科技大学图书馆　陕西西安　710071）

【摘　要】　本文介绍了虚拟化技术发展的现状及未来发展趋势，就虚拟化技术在图书馆服务器和存储等方面的应用进行了探讨。研究认为，虚拟化技术的发展能较好地解决图书馆服务器和存储当前所面临的困境和问题。

【关键词】　虚拟化技术；服务器；存储；远程桌面

随着计算机技术的发展，计算机硬件性能得到极大的提高，CPU从单核发展到双核、四核、六核。计算机技术为图书馆网络化和数字化建设提供了更大的发展空间。从最初利用计算机来进行纸本图书、期刊和资料的管理，到利用计算机直接提供电子图书、电子期刊论文和资料等服务。同时，图书馆用于支持自身运行和读者信息服务的服务器数量迅猛增加，物理服务器数量也越来越多。传统的每台服务器只承载单一应用服务的模式，硬件单点故障增多，服务器资源利用率低，新应用部署时间长，同时也使图书馆机房空间紧张，能耗较大，空调功率跟不上，不符合节能、环保和可持续发展的理念。因此，图书馆数字化资源增多对存储的需求迅速增长，如何提高存储利用率，充分利用存储空间便成为不得不认真考虑的问题，虚拟化技术的发展能较好地解决图书馆服务器和存储当前所面临的困境和问题。

1　虚拟化技术的由来

虚拟化技术是一套解决方案。完整的情况需要CPU、主板芯片组、BIOS和软件的支持。CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多CPU并行、允许一个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序都可以在互相独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高CPU利用率和计算机的工作效率。

虚拟化技术与多任务以及超线程技术是完全不同的，多任务是指在一个操作系统中多个程序同时并行运行，而在虚拟化技术中，这可以同时运行多个操作系统，而且每个操作系统中都有多个程序运行，每个操作系统都运行在一个虚拟的CPU或者虚拟主机上；而超线程技术只是单CPU模拟双CPU来平衡程序运行性能。

20世纪60年代开始，美国的计算机学术界就开始了虚拟技术的萌芽。1959年克里斯托弗（Christopher Strachey）发表了《大型高速计算机中的时间共享》（Time Sharing in Large Fast Computer）学术报告，文中提出了虚拟化的基本概念，这篇文章被认为是虚拟化技术的最早论述。

虚拟化技术最初只是应用在大型主机上，虚拟化在x86服务器上迅速普及，引发了虚拟化技术的热潮，因为x86平台可提供便宜的、高性能和高可靠的服务器，人们看到了虚拟化技术应用的广阔前景。

2　虚拟化技术发展现状

虚拟化技术的广泛应用起源于x86平台的支持，也就是虚拟机的出现，虚拟机指的是在自己当前使用的操作系统基础上安装并利用专门的虚拟机软件（常用的有VMware和Microsoft的Hyper-V）虚拟出若干台计算机，这些虚拟的多台计算机硬件都是虚拟的，实质上它们还是用计算机中相应的硬件。这些虚拟的计算机可以独立运行，安装各自的操作系统、应用软件等，实现一台电脑同时运行几个操作系统和应用程序，也可以让它们连成一个网络。可以随时创建、删除、打开和关闭虚拟机，这个为程序员进行软件测试等带来了极大方便。

2.1　服务器虚拟化迅速普及，虚拟化的理念深入人心

近年来服务器虚拟化狂飙突进。全球越来越多的用户选择部署虚拟化技术对服务器进行整合。从而大幅度降低总体拥有成本，简化服务器的管理程序，实现服务器的快速部署，保证数据中心的可靠性。虚拟服务器就是在一台服务器上虚拟3～5台服务器，每台服务器运行不同的功能，这样便于部署，当需要增加服务器时，只要增加虚拟机的数量就可以了，而不需要安装一台真的服务器（免去购买、上架、调试、安装操作系统，安装驱动等烦琐的步骤）。虚拟服务器有如下优势只需用很短的时间就可以部署一个新的虚拟服务器；便于管理，用一个操作界面就可以管理多台服务器，而不用为了它们的品牌、型号、硬件配置等细节费心思；实现了资源利用的最大化和最优化。服务器虚拟化是图书馆应用最早、最广泛的较成熟技术。服务器虚拟化，发展从最初的在单台服务器上安装虚拟机虚拟3～5台服务器，发展到在虚拟化架构上的服务器集群虚拟化，在同一界面上对多台服务器集中管理，实现了服务器动态负载均衡、在线迁移及容灾恢复等，从而保证关键业务的连续不间断性和可靠性。

2.2　存储虚拟化是指对硬件资源抽象化，以虚拟形式进行表示

概念上来说，存储虚拟化类似服务器虚拟化，将物理存储系统抽象，隐藏复杂的物理存储设备。虚拟化可将物理存储系统从数据驱动的具体工作负荷中分离出来，从而能够随心所欲地按需分配存储资源。它将物理存储资源虚拟成一个存储资源池，将分散的存储资源统一整合起来，对外提供统一的访问接口。对其实施集中管理，以逻辑方式将其分配给若干个虚拟机使用。虚拟化还可用于使磁盘对应用程序呈现为磁带。这样就降低了系统的管理成本，提高了资源的利用率，存储虚拟化在解决异构存储中的问题时是一个很好的方法。

虚拟存储给用户带来了至少三点好处。首先，在存储管理的自动化与智能化方面，对存储设备进行集中管理，提高了存储资源利用率，降低了成本。其次，提高了存储效率，主要表现在消除被束缚的容量，使整体使用率达到更高水平。最后，降低总体拥有成本，增加投资回报。采用存储虚拟技术，可以支持物理磁盘空间动态扩展，从而使用户不必抛弃现有设备，保障了用户的已有投资，降低了用户的总体拥有成本，实现了存储容量的动态扩展。

服务器虚拟和存储虚拟化技术概念相似，但属于不同的技术。二者的设计目的都是将物理系统从具体的工作负荷中分离出来，都是为了通过整合和快速分配资源达到简化环境的目的。服务器虚拟化解决方案一般将操作系统和应用程序封装到虚拟服务器中，而存储虚拟化解决方案的目的则是通过存储池化、资源分区，或让磁盘系统仿真磁带系统来优化数据存储环境。

2.3　近两年以来虚拟化远程桌面技术

长期以来，桌面管理都是IT管理领域的“痛点”：无休止的应用升级、操作系统补丁、防病毒更新、不同时期采购的PC硬件配置不一。软件的安装与管理千头万绪，耗费了IT管理人员太多的精力。虚拟桌面的使用不仅为化解客户有关桌面管理诸多疑难提供了一个全新的思路，而且还有效地弥补了现有桌面管理机制的不足。它同时也催生了一个崭新的技术门类——桌面应用虚拟化。虚拟化的桌面能为用户节省大量开支，可以通过较少的硬件来运行同样数目的物理主机。

桌面虚拟化为桌面技术带来三大进步：多种桌面虚拟化产品；根据员工需求定制的多种桌面虚拟化产品；桌面即服务（DaaS）和客户端侧虚拟化。

未来虚拟化技术的发展将会是多元化的，被虚拟化的不仅是服务器、存储、网络，更多元素被虚拟化的概念所淹没，这就是最终要达到的——虚拟一切：全球的网络真正变成了一个整体，互联网络中的所有资源会全面地连接在一起，仿佛一个巨型的电脑。根本不需要关注应用系统本身存在于何处，反正它就在互联网络中。而只需要关心应用系统结构是否完善、计算能力是否足够、数据是否安全；而这才是虚拟化技术发展的终极目标。

3　虚拟化技术在图书馆中的应用

虚拟化技术有助于整合服务器和存储资源，提高硬件利用率并且减少耗电量和场地占用。通过服务器虚拟化来实现提高运营效率、降低成本开销。虚拟存储就是整合各种存储物理设备为一整体，提供永久保存数据并提供能被用户调用的功能，即在公共控制平台下存储设备的一个集合体。目前图书馆应用虚拟化技术主要有三个方面。

3.1　服务器虚拟化

当前服务器虚拟化技术主要有以下几种类型：拆分、整合、迁移。拆分适用于性能较好的大型机、小型机或服务器，目的是为了提高计算机的资源利用率，整合适用性能一般的计算机，目的是通过整合，获得高性能，满足特定数据计算要求将大量性能一般的计算机整合为一台计算机，以满足客户对整体性能的要求；迁移的目的是实现资源共享，实现跨系统平台应用等。

图书馆一般没有大型计算需求，服务器虚拟化技术主要的应用是拆分和迁移，服务器虚拟化的代表软件是WMware和微软的Hyper-V，目前国内也有一些厂商推出了自己的虚拟化服务器解决方案，由于虚拟系统的硬件平台无关性，大大提高了业务系统的服务可用性。在实施虚拟化技术之前，如果服务器发生硬件故障，通常要停用1～2天的时间。如果运行虚拟系统的服务器发生硬件故障，只需要将备份好的虚拟服务器的配置文件和虚拟硬盘镜像文件还原到新的服务器上，并恢复最近一次数据备份，就可以恢复业务系统的正常使用。对于不需要大容量存储设备支持的应用，如图书馆WWW服务器、DNS服务器等，可以直接应用VMware或微软的Hyper-V产品进行单机虚拟化部署。

3.2　存储虚拟化

构建图书馆虚拟存储系统应该包括网络构架、数据存储设备、数据备份和应用软件管理等方面的完整方案，系统的管理能力也是衡量该存储系统可用性的一个重要因素。虚拟存储系统应充分考虑到便于图书馆员在日常工作中对存储设备进行维护、管理、备份等的易操作性。

存储虚拟化最简单的应用可以将不同存储设备连接到一台高性能服务器上，对于不同应用建立相应的目录，在应用服务器上通过映射网络磁盘形式共享存储资源，这既能满足图书馆数据访问和交换量不大的数据库的应用，又可以充分利用存储空间，达到动态分配资源、合理应用有限存储空间的目的。

3.3　虚拟化远程桌面

通过一台或若干台高性能服务器提供虚拟化远程桌面服务，客户机上实际应用的服务和程序都集中放在服务器上，这样对客户机不要求硬件配置，既能使用瘦客户机也可以使用配置较低的计算机，远程桌面的代表厂商是思杰公司，目前联想等国内厂商也有远程桌面产品并得到成功应用。

4　图书馆虚拟化应用发展方向

近年虚拟化发展的最大特点是，虚拟化市场仍将快速增长。根据Yankee Group的调查，目前有超过60%的企业使用这种技术降低成本、控制服务器数量的剧增并提高其运营效率。

4.1　服务器虚拟化发展

虚拟化服务器的发展方向是虚拟服务器备份，随着数据中心虚拟化程度越来越高，混合的虚拟化技术（涉及多种虚拟化技术的管理工具）和“虚拟＋物理”混合架构的采用也会越来越广泛。届时将提供服务器管理整合服务，从而简化物理与虚拟架构之间的数据可移动性。

4.2　存储虚拟化进一步发展

一谈到虚拟化，我们通常指的是服务器虚拟化。虽然不能与服务器虚拟化相提并论，但存储虚拟化仍有进一步发展的空间。存储虚拟化获得进一步发展，主要在于磁盘空间剧增而又没有强大处理能力和价格实惠的NAS产品支撑。

4.3　桌面虚拟化将稳步发展

虚拟桌面技术被越来越多的用户所采用。将桌面整合为虚拟桌面基础架构（VDI）会对网络和存储系统造成极大的负担，从而抵消了实施VDI的优势。固态硬盘、网络虚拟化及I/O虚拟化等新兴技术将有助于将这一技术推广至主流应用阶段。

4.4　完善备份、恢复和实时迁移工具

管理虚拟化环境不仅仅限于自动化。备份、恢复和实时迁移是管理员需要经常执行的任务，由于没有专为虚拟化环境开发出的一些特定工具，执行这些任务会成为一件并不容易的事情。虚拟化厂商自然也懂得这一点，他们正在为简化虚拟环境管理而推出一些优秀的工具。

4.5　从虚拟化到“云计算”

一段时间以来，云计算（Cloud Computing）已经是全球金融危机大环境下IT业兴起的一股支配力量。虚拟化技术的快速发展为“云计算”的实现提供了技术保证。虚拟数据中心操作系统能够将各项硬件资源，包括服务器、存储设备和网络，有效汇集到一个聚合的“按需使用”内部云中，必要时，企业可以安全地把工作负荷成批转移到外部云中，以获得额外的计算容量。

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【注释】

[1]本文系2011年学术年会论文。