云计算环境下虚拟化技术在图书馆的应用

[摘要]通过介绍虚拟化技术的概念及与云计算的关系，分析云计算环境下图书馆建设对虚拟化技术的现实需求，着重探讨虚拟化技术在图书馆发展建设中的应用。

[关键词]虚拟化；云计算；图书馆

1前言

随着图书馆数字化进程推进，稍大型的图书馆建成了数据中心，同时各类业务系统相继投入使用，各种类型的海量数字资源也开始为读者提供服务；2012年文化部、财政部在全国实施“公共电子阅览室建设计划”，使各个级别的公共图书馆都有了电子阅览室。而随着云计算时代的到来，数据中心面临着资源利用率低、资源调配不灵活、管理难度大、可扩展性差、高能耗等诸多挑战，同时公共电子阅览室随着使用量的激增也面临着管理维护困难等问题。如何解决云计算环境下图书馆存在的上述问题，已成为当前图书馆发展建设的一项重要内容。

云计算被认为是继PC、互联网之后再一次改写IT面貌的“第三次IT革命”，在走过最初技术引入期的喧嚣以后，云计算的价值得到了业界的进一步认可，应用范围逐步拓展，但限于云计算技术的发展，云计算的应用远没有达到理论所期望的程度，而虚拟化技术作为云计算的基础支撑性技术却得到了前所未有的发展和应用。本文通过介绍虚拟化技术的概念及与云计算的关系，分析了云计算环境下图书馆建设的现实需求，着重探讨了虚拟化技术在图书馆发展建设中的应用，期望以此促进虚拟化技术在图书馆界更进一步的应用实践。

2虚拟化概述

2.1 虚拟化概念

在IT技术中虚拟化是一个非常宽泛的概念，例如有Java虚拟机的虚拟化、虚拟现实等方面的虚拟化，而本文所要探讨的概念是云计算环境中针对IT资源的效能和管理方面的虚拟化技术。百度百科对其这样描述：虚拟化是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行，是一个为了简化管理、优化资源的解决方案。如同空旷、通透的写字楼，整个楼层没有固定的墙壁，用户可以用同样的成本构建出更加自主适用的办公空间，进而节省成本，发挥空间最大利用率。这种把有限的固定的资源根据不同需求进行重新规划以达到最大利用率的思路，在IT领域就叫做虚拟化技术[1]。而维基百科这样描述：在计算机技术中，虚拟化（Virtualization）是将计算机物理资源如服务器、网络、内存及存储等予以抽象、转换后呈现出来，使用户可以比原本的组态更好的方式来应用这些资源。这些资源的新虚拟部分是不受现有资源的架设方式、地域或物理组态所限制。

从以上定义我们可以看出，虚拟化技术就其本质而言属于一种资源管理技术，它将软件、硬件、网络、存储等隔离开来，使用户能更充分、更合理地管理与控制各种资源。

2.2 虚拟化与云计算

虚拟化和云计算是两个截然不同的概念，云计算相比较虚拟化来说是更大层面上的概念，是包括虚拟化、网络、分布式计算、面向服务模式等技术的整合共享，云计算通过个性化共享计算资源的方法，为用户提供无所不在的且与硬件和平台无关的服务。云计算是整个IT信息化体系的一次变革，也可以说是一种计算机服务商业化的体现方式。而虚拟化是解决IT资源的灵活应用和提高利用效率的一项具体的实现技术，云计算要将海量、异构、动态、分布式的资源组织在一起，必须用虚拟化技术屏蔽计算资源的异构性，同时虚拟化也是云计算实现资源池化、按需获取、弹性扩展等能力的最重要的支撑技术，是云计算的原动力和基石。目前，云计算的整体性研究和应用尚处于起步探索阶段，而虚拟化已开始了深入的研究和广泛的应用。因此可以说虚拟化技术是云计算的先行军，两者互为依存，云计算环境促进了虚拟化技术的发展应用，而虚拟化技术也推进了云计算的发展。

3图书馆发展对虚拟化的需求

云计算环境下的图书馆是广域的信息资源体系和集成服务体系，制约当前图书馆建设与发展的瓶颈问题除了信息资源的重复建设、数据标准的不统一和版权等问题外，以下几个方面也是需要面对的问题：一是图书馆运行的软硬件环境不同，同时各种应用程序开发所采用的技术也不同，这种系统异构导致图书馆IT资源利用率低下；二是随着馆藏资源的数字化和各种商用数据库等各类型数字资源开始为读者提供服务，传统的存储方式已无法满足大量结构化和非结构化信息资源的存储；三是数字化图书馆内计算机成为每个馆员工作的基本工具，加上馆内电子阅览室内所使用的计算机，对如此大量的计算机进行及时管理和维护是一项很艰难的工作。同时让读者在任何时间、任何地点都可以使用图书馆的数字资源也是图书馆人努力的方向。

虚拟化实现了不同技术层面的抽象和逻辑转化工作，在系统资源集成方面的作用尤其显著。首先，虚拟化技术通过软件模拟硬件的方式，将服务器资源逻辑切分，创建虚拟机的独立运行环境。其次，每个虚拟机以文件形式保存，独立于真实的硬件之上，实现了服务器资源的高效利用，同时也展现了资源的高度灵活性。再次，虚拟化技术强大的兼容性，实现了计算和操作系统、硬件无关。最后，由于资源的虚拟化，用户可通过标准接口透明地访问系统。因此，虚拟化技术实现图书馆IT资源的整合和高效灵活利用的同时，也为图书馆将来真正实现“云服务”提供了最基本的技术保障。

4虚拟化技术在图书馆中的应用

云计算环境下图书馆系统的基础设施、系统运营、资源组织、用户与系统资源管理方式与传统图书馆有较大不同。如何实现对图书馆的资源进行有效调配管理与调配，如何实现对基础设施资源的访问、管理和配置过程简单化，如何实现对数字资源的广泛使用，如何实现对电子阅览室的维护管理等问题，是云计算环境下图书馆确保高效、经济、安全、快捷地为读者提供服务必须面对和解决的问题。而虚拟化技术的优势是显而易见的，利用其可以有效地解决上述难题，目前虚拟化技术在图书馆建设中的应用主要包括服务器虚拟化、存储虚拟化、桌面虚拟化等。

4.1 服务器虚拟化

随着数字资源量的迅猛增长和读者应用服务的不断增加，图书馆的服务器数量越来越庞大，服务器数量的增加除了需要大量的购置资金，也意味着运行维护成本的大幅增加，比如机房空间、耗电量和人力维护管理成本等；同时由于各家电子资源和应用服务对服务器的软件、硬件运行要求有所不同，如果将多种服务强行简单安装在一台服务器上，可能会引起各服务之间的软件冲突或不兼容等诸多问题。即使各个服务之间能和平共处不发生干扰，但当某一个应用服务出现问题需要维护时，其他应用也必须停止服务，而应用服务因各种各样的原因需要维护是不可避免的，这将严重影响读者的使用。因此，许多图书馆采取单服务器、单操作系统和单应用的形式，造成了服务器资源的巨大浪费。如何将服务器资源整合成既能动态自动分配资源，又能保持服务的连续性和稳定性，同时还能热备容灾、易于管理和维护，已成为图书馆亟待研究解决的问题。

服务器虚拟化是将服务器的物理资源抽象成逻辑资源，变成可动态管理的CPU、磁盘、内存等各类资源池，让一台服务器变成几台甚至上百台相互隔离独立的虚拟服务器，这样可以在每台虚拟服务器上安装各自的操作系统和运行应用程序，不再受限于物理硬件的局限，实现了多个操作系统和应用同一时间并行在同一台服务器上运行，从而提高服务器资源的利用率，同时也简化了系统管理，达到了物理服务器优化整合灵活应用的目的，节约了维护成本。

目前市场上有商业和免费开源两类虚拟化软件，都已在图书馆界有了较为成功的实践。例如，解放军医学院图书馆采用VMware公司的ESX Server3.5建立虚拟化集群，中国人民大学图书馆采用VMware vSphere 4 Enterprise进行了服务器的整合[2]，而深圳大学图书馆采用了免费开源的虚拟化软件KVM来进行资源的整合和部署。实践结果表明通过服务器虚拟化的部署，首先减少了图书馆服务器的数量，提高了设备利用率，其次提高了应用服务的稳定性和连续性，同时在节能减排方面也有显著改善。

4.2 存储虚拟化

信息技术的飞速发展，使作为文献信息收藏单位的图书馆数字资源量迅速增长，致使图书馆对存储设备的需求激增。同时随着图书馆数字化进程的推进，对数字资源的共享备份和存储访问的要求也越来越高。传统的直接附加存储（DAS）、网络附加存储 （NAS）、存储域网络（SAN）和Internet小型计算机系统接口等数字资源存储技术已不能满足图书馆发展的要求。

存储虚拟化是对存储硬件资源进行抽象化表现，是在服务器和硬件物理存储之间的一个虚拟层。这个虚拟层对服务器提供存储服务并控制和管理所有的存储资源，它负责存储硬件的增减、拆分、合并、调换等，也就是说服务器与硬件存储不直接交流，而通过这个虚拟层来协调。存储虚拟化本质是在软件层截取主机端对逻辑空间的请求，同时把它们映射到相应的真实物理位置。在虚拟存储环境中，图书馆管理员只需要管理基于异构平台的存储空间，而不必关心底层物理环境的复杂性，所有的存储操作将变得非常方便。而且利用虚拟存储技术，图书馆管理员可以直接对数据存储空间进行控制和管理，而不需要对物理存储硬件进行控制和管理。

目前市场上已经有多个成熟的虚拟化存储系统在销售，而且其功能正朝着操作简单化和接口规范化的方向发展。图书馆界的不少同仁已在图书馆应用存储虚拟化方面作了论述，例如孟凡立和孙荣在《高效图书馆存储虚拟化研究与实践》一文中通过对传统存储方式和VSA的对比，提出了利用VSA构建图书馆存储虚拟化的方案，并详细讲述了具体的实现过程[3]，笔者认为值得同仁参考和借鉴。

4.3 桌面虚拟化

图书馆的计算机管理和维护工作纷繁杂乱，往往涉及软件、硬件和各种数据等各种因素，需要管理人员投入大量的时间和精力，尤其是利用率极高的电子阅览室机器的管理和维护更是让管理人员身心俱疲。因此如何让计算机维护和管理简捷高效一直是管理维护人员不断探索的问题；随着iPad和智能手机等各种移动终端的普及，越来越多的读者希望能随时方便地使用图书馆的电子资源[4]，但这类设备受限于不同平台的兼容性和安装不同应用等问题，极大地影响了读者使用图书馆电子资源的热情。

桌面虚拟化技术是将计算机的桌面进行虚拟化，以达到桌面使用的灵活性和安全性。通常所用的PC机是基于“桌面”的应用，也就是操作系统和各种应用软件的组合。而桌面虚拟技术依赖于服务器虚拟化，在数据中心的服务器上通过服务器虚拟化，生成大量的独立的桌面操作系统，同时根据专有的虚拟桌面协议发送给终端设备，通俗理解就是桌面虚拟技术将“桌面”托管在服务器上，而所有应用都是基于服务器上的资源来运行，所有的数据也都保留在服务器上。读者可以随时随地访问网络上属于自己的桌面系统，方便快捷地使用图书馆的各种电子资源，就像在物理PC的桌面上操作一样。在图书馆的电子阅览室中，采用桌面虚拟化方式管理，将不需要在每个PC机的桌面上部署和管理各种软件客户端，所有应用客户端系统都将一次性地部署在数据中心的一台专用服务器上，极大地减少了电子阅览室的维护量。

桌面虚拟化不但是当下最热门的虚拟技术之一，也是为数不多的得到客户和市场认可的虚拟化服务[5]。市场上桌面虚拟化产品主要有Citrix和Vmware等，目前桌面虚拟化在企业应用得较多，在图书馆界也有不少经典案例，例如中国刑警学院图书馆采用了VMware vSphere4企业级虚拟化架构来实现图书馆桌面应用的虚拟化，系统管理员坐在一台计算机旁便可以管理该馆电子阅览室40个桌面应用，同时借助虚拟化平台系统的管理工具，可以灵活地对桌面进行软件安装、备份、恢复等操作，极大地方便了系统管理员的日常管理，也大幅减少了工作量。

5结语

从图书馆自动化发展史看，几乎每一项新信息技术的出现都能引起图书馆界的极大关注并推动图书馆的管理与服务升级。虚拟化技术实现了物理层和应用层的分离[6]，做到了资源池化，将IT环境改造得更强大、更富有弹性。相信随着虚拟化技术的发展和成熟，其在图书馆的应用将更加广泛和深入。

[参考文献]

[1] 百度百科.muek.虚拟化[EB/OL].[2014-05-08]. http：//baike.baidu.com/view/729629.htm.

[2] 葛延霞，李伶.VMware虚拟化技术在图书馆服务器整合中的应用——以中国人民大学图书馆服务实践为例[J].情报理论与实践，2011（11）：126—128.

[3] 孟凡立，孙荣.高校图书馆存储虚拟化研究与实践[J].图书馆学研究，2012（10）：25—28.

[4] 王平.云计算关键技术在数字图书馆中的应用研究[J].情报资料工作，2010（5）：52—56.

[5] 袁援，凌卉.云计算技术驱动下构建数字图书馆虚拟化环境的探讨[J].情报理论与实践，2010（12）：119—123，128.

[6] 胡小菁，范并思.云计算给图书馆管理带来的挑战[J]，大学图书馆学报，2009（4）：7—12.

[收稿日期]2014-09-01

[作者简介]

范春玲（1978—），女，副研究馆员，本科学历，黑龙江省图书馆。