基于虚拟化技术的分级资源分配策略研究

关庆娟　杨燕梅

摘要：虚拟化技术作为云计算关键技术之一受到广泛关注和研究，对高校图书馆来说，如何按需部署虚拟化环境并合理分配服务器硬件资源，显得尤为重要。论文以新疆医科大学图书馆为例，基于服务器虚拟化技术，提出符合图书馆实际应用需求的三种分级资源分配策略，并对其进行服务器资源利用率增益分析，为高校图书馆预先评估服务器资源利用率、按需分配服务器资源提供思路，为建设云计算环境下的数字图书馆提供高性价比的硬件基础。

关键词：云计算；服务器虚拟化；资源利用率；数字图书馆

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）34-0186-03

Abstract： In recent years，virtualization has been widely concerned and studied，as a key technology of cloud computing，it is very important for university libraries to deploy the virtual environment and allocate the server hardware resources reasonably. This paper takes Xinjiang Medical University library as an example， proposes three hierarchical resource allocation strategies based on virtualization ， and server resource utilization ratio gain is analyzed. It provides an approach to evaluate the server resource utilization and hardware basis to Construct the Digital Library in the cloud computing for university libraries.

Key words： cloud computing； virtualization； resource utilization rate； digital library

服务器虚拟化技术[1]，是指多个操作系统在同一时间运行在同一台主机上，将服务器的硬件资源虚拟化成资源池（如CPU、内存等），并以虚拟机的形式对外提供应用服务的技术。服务器虚拟化技术主要包括硬件抽象层虚拟化、操作系统虚拟化、编程语言级虚拟化和ISA层虚拟化等技术[2]。目前主流的虚拟化软件有VMWare、Citrix、Hyper-v等，相较于传统服务器维护模式，这些虚拟化软件在提高服务器利用率、降低服务器购置数量、减少管理和维护成本、快速迁移故障服务器降低故障恢复时间等方面都表现出了其强大优势。同时，文献[3]从功能应用的角度对主流虚拟化软件进行了比较，指出VMWare的相对优势。由于虚拟化技术的诸多好处，该技术引起了各高校的广泛关注，并被积极应用于各高校[4-6]，达到提高服务器资源利用率、降低购置与维护成本的目的。

随着云计算技术的兴起，云计算逐步被应用于高校数字图书馆成为必然[7-8]，而作为其关键技术的虚拟化技术，如果被提前合理地部署于高校图书馆，将为之后快速引入云计算提供良好的硬件基础。因此，论文通过对服务器硬件资源利用情况进行调研，提出三种分级资源分配策略，并对其进行服务器资源利用率增益分析，以期预先评估和有效提高服务器资源利用率。

1 服务器硬件资源利用现状分析

以新疆医科大学图书馆为例，通过统计待安装至VMware虚拟化服务器中的应用系统和数据库资源平台，并分析服务器硬件资源使用现状，论文根据馆内实际应用需求，提出了引入虚拟化技术时需要的服务器设备购置方案。

1.1应用系统和数据库资源平台安装需求分析

图书馆将在VMware虚拟化服务器上安装31个应用系统和数据库资源平台，具体信息见表1。待安装的应用系统平台以本地数据库资源平台为主，共21个；OPAC系统、新生入馆考试系统等应用系统共10个。每个应用系统和资源平台需要操作系统windows server 2003以上，服务器资源2个vcpu（虚拟处理器）和4GB内存。因此，若要同时运行31个系统平台，并保证发生故障时可在线迁移，则至少需要服务器资源128个vcpu和256GB内存。另外，值得一提的是，服务器资源（vcpu和内存）大小可随实际需求修改，且因资源由虚拟服务器进行统一调度，为保证系统正常运行，故各系统占用的总资源不得超过服务器总资源80%。

1.2 服务器硬件资源利用现状

图书馆有2台配置为4颗6核CPU、64GB内存PowerEdge M910刀片服务器、1台20TB的存储，用于部署VMware虚拟化服务器。利用现有2台服务器，不使用虚拟化技术时，每台服务器安装可以相兼容的系统平台约4个，其服务器资源使用情况见表2所示，由表可知，服务器资源利用率低。同时，若保证31个系统平台同时运行，则需要8个与前述配置相同的服务器，设备购置成本高。此外，当系统平台发生故障，故障系统无法立即恢复运行，故障恢复等待时间长。

根据服务器资源需求和当前服务器使用情况，为部署VMware虚拟化服务器，保证31个数据库资源平台和应用系统投入使用，需将现有的2台服务器内存分别扩容至256GB，并购置2台4颗6核CPU、256GB内存的服务器或者1台4颗8核CPU、256GB内存的服务器。同时，配置独立存储，满足虚拟化存储需求和容灾备份需求。

2 基于虚拟化技术的分级资源分配策略

针对前述服务器资源利用现状，利用购置的服务器和存储设备，论文以降低设备购置成本、提高服务器资源利用率、加快故障恢复速度、降低管理维护难度、符合图书馆实际应用等需求为目的，在最大化服务器资源利用率和最小化故障恢复时间之间折衷，提出了基于服务器虚拟化的分级资源分配策略，并对策略进行服务器资源利用率增益分析。

2.1 虚拟化环境下资源分配面临的问题

2.2 分级资源分配策略

针对上述问题，论文分析对比各系统出现故障时的影响范围和重要性，并对其划分重要性等级，重要系统为1级，一般系统为2级，按等级分级分配服务器资源，达到尽可能避免闲置资源、有效利用服务器资源的目的。根据馆内资源平台实际，提供三种分配策略。

1） 策略一：在四台四颗六核刀片服务器上，安装部署VMware虚拟化服务器平台，其中，服务器1和服务器3、服务器2和服务器4放置于同一个刀框。根据物理服务器配置，每个虚拟化服务器可以虚拟出15个操作系统，且每个虚拟操作系统分2个vcpu（vcpu，虚拟处理器）和4GB内存资源。值得注意的是，每台虚拟化服务器虚拟的操作系统数量由具体的vcpu和内存等实际资源分配情况确定，论文以本馆实际需求为准。

若不采用分级策略，在四台虚拟服务器上，为每个系统预留迁移所需资源，则4台服务器的平均闲置资源利用率n=1/2。

2.3 服务器资源利用率增益分析

1） 非虚拟化和虚拟化的服务器资源利用率比较

根据馆内需求，若在四台服务器上安装31个系统，当每个系统占用资源（vcpu和内存）相同，则非虚拟化时每台服务器可使用的服务器资源仅为4个系统所占用资源，其他资源闲置，其4台服务器总资源利用率仅为4×4/60=4/15。而采用虚拟化时，根据分级资源分配策略一，4台服务器总资源率为1/2。由此可知，虚拟化的服务器资源利用率增益η=1/2-4/15=7/30。同时，采用非虚拟模式，即传统服务器维护模式，并不能保证 “零”故障恢复时间，而虚拟化服务器可以通过牺牲部分服务器资源达到故障快速恢复的目的。

2） 非分级和分级策略的服务器资源利用率比较

根据馆内需求，若三台服务器上安装31个系统，采用非分级分配策略、分级分配策略二和分级分配策略三时的非闲置资源利用率比较见表3所示。从表中可见，分级分配策略的资源利用率较高于非分级分配策略。同时，这三种基于服务器虚拟化的合理分配策略，其服务器资源利用率又都高于非虚拟化的分配策略。

3 结束语

针对新疆医科大学图书馆实际应用需求，论文提出了不同的分级资源分配策略，为类似规模的中小型高校图书馆提供一些应用虚拟化技术的思路。论文中，三种分级资源分配策略的服务器总利用率虽然一致，但针对不同馆的实际需求，采用的分配策略则各不相同，需要折衷考虑影响资源利用率和故障快速恢复时间等指标，而影响这两个指标的因素包括不同型号的服务器可虚拟的虚拟处理器数不同、各系统的重要程度不同，各系统占用的服务器资源需求不同等。

参考文献：

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