TỔNG QUAN

Tổng quan về công nghệ ảo hóa

Với sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghệ thông tin, các công nghệ cũ dần dần đã thể hiện nhiều mặt hạn chế và không phù hợp với nhu cầu thực tiễn nữa, đặc biệt là đối với nhu cầu ngày càng cao và phúc tạp của các doanh nghiệp như quản lý tập trung cơ sở dữ liệu, giảm thiểu chi phí về cơ sở hạ tầng công nghệ,hiệu năng sử dụng,… Do đó sự ra đời của công nghệ ảo hóa là tất yếu và là giải pháp.

Công nghệ ảo hóa đang làm thay đổi bộ mặt của thế giới điện toán bằng các công cụ có khả năng được triển khai và quản lý đơn giản, hiệu quả. Bằng việc tối ưu sử dụng các nguồn tài nguyên hệ thống, và chi phí triển khai ban đầu thấp, ảo hóa đem lại cho các doanh nghiệp nhiều khả năng và nguồn lợi to lớn.

Sức mạnh của công nghệ ảo hóa là tận dụng hiệu suất làm việc của các máy chủ bằng cách cho phép cài đặt nhiều máy chủ ứng dụng trên một máy chủ vật lý. Và việc quản lý cũng trở nên dễ dàng và tập trung hơn trên một máy chủ duy nhất.

Khái niệm

Ảo hóa là một công nghệ phần mềm khai thác triệt để khả năng làm việc của các phần cứng trong một hệ thống máy chủ. Nó hoạt động như một tầng trung gian giữa hệ thống phần cứng máy tính và phần mềm chạy trên nó, nó thay đổi nhanh chóng toàn cảnh của lĩnh vực Công nghệ Thông tin (CNTT) và cách tính toán của con người. Máy chủ trong các hệ thống CNTT ngày nay thường được thiết kế để chạy một hệ điều hành và một ứng dụng. Điều này không khai thác triệt để hiệu năng của hầu hết các máy chủ rất lớn. Ảo hóa cho phép vận hành nhiều máy chủ ảo trên cùng một máy chủ vật lý, dùng chung các tài nguyên của một máy chủ vật lý qua nhiều môi trường khác nhau. Các máy chủ ảo khác nhau có thể vận hành nhiều hệ điều hành và ứng dụng khác nhau trên cùng một máy chủ vật lý.

Hình 1.1 Một server vật lý trong hệ thống ảo hóa

Kiến trúc

Tài nguyên vật lý (host machine / host hardware)

Các tài nguyên vật lý trong môi trường ảo hóa cung cấp tài nguyên mà các máy ảo sẻ sử dụng tới.một môi trường tài nguyên lớn có thể cung cấp được cho nhiều máy ảo chạy trên nó và hiệu quả làm việc của các máy ảo cao hơn. Các tài nguyên vật lý thông thường như là ổ đĩa cứng, Ram, card mạng, CPU,….

Các phần mềm ảo hóa (virtual software)

Lớp phần mềm ảo hóa này cung cấp sự truy cập cho mỗi máy ảo đến tài nguyên hệ thống. Nó cũng chịu trách nhiệm lập kế hoạch và phân chia tài nguyên vật lý cho các máy ảo. Phần mềm ảo hóa là nền tảng của môi trường ảo hóa. Cho phép tạo ra các máy ảo cho người sử dụng, quản lý các tài nguyên và cung cấp các tài nguyên này đến các máy ảo. Kế hoạch quản lý sử dụng tài nguyên khi có sự tranh chấp một tài nguyên đặc biệt của các máy ảo, điều này dẫn tới sự hiệu quả làm việc của các máy ảo. Ngoài ra phần mềm ảo hóa còn cung cấp giao diện quản lý và cấu hình cho các máy ảo.

Máy ảo (virtual machine)

Thuật ngữ máy ảo được dùng chung khi miêu tả cả máy ảo (lớp 3) và hệ điều hành ảo (lớp 4). Máy ảo thực chất là một phần cứng ảo trên một môi trường hay một phân vùng trên ổ đĩa. Trong môi trường này có đầy đũ thiết bị phần cứng như một máy thật . Đây là một kiểu phần mềm ảo hóa dựa trên phần cứng vật lý. Các hệ điều hành khách mà chúng ta cài trên các máy ảo này không biết phần cứng mà nó nhìn thấy là phần cứng ảo.

Hệ điều hành khách (Guest operating system)

Hệ điều hành khách được xem như một phần mềm (lớp 4) được cài đặt trên một máy ảo (lớp 3) giúp ta có thể sử dụng dễ dàng và xử lý các sự cố trong môi trường ảo hóa, Nó giúp người dùng có những thao tác giống như là đang thao tác trên một lớp phần cứng vật lý thực sự.

Công nghệ ảo hóa VMWare

Đây là công nghệ ảo hóa cực kỳ mạnh mẽ của công ty VMware. Công nghệ ảo hóa của VMWare cho phép doanh nghiệp và các nhà cung cấp dịch vụ biến trung tâm dữ liệu của họ thành những trung tâm dữ liệu được ảo hóa. Công nghệ ảo hóa này mang đến cho người sử dụng những nhu cầu thiết yếu là tính sẵn dùng, sự quản lý đồng bộ và khả năng bảo mật. Công nghệ ảo hóa của VMWare cho phép ảo hóa các hệ thống máy chủ vật lý một cách mạnh mẽ và hiêu quả nhờ các tính năng cao cấp được hỗ trợ trong các phiên bản ESX server và trong phiên bản mới nhất VMWare vSphere Hypervisor. VMware cũng cung cấp đầy đủ các ứng dụng ảo hóa quan trọng cho doanh nghiệp, cụ thể là chức năng trình chịu lỗi, quản lý khả năng khôi phục dữ liệu, quản lý tài nguyên phần cứng được tập trung, …

Hình 1.2 Mô hình ảo hóa VMWare

Công nghệ ảo hóa Hyper-V

Hyper-V chính là công nghệ ảo hóa thế hệ kế tiếp dựa trên Hyper-V của Microsoft, Hyper-V khai thác phần cứng server 64-bit thế hệ mới (Hyper-V chỉ chạy trên nền HĐH server 64-bit và CPU có hỗ trợ 64-bit có tính năng ảo hoá) và có nhiều cải tiến quan trọng, là thành phần quan trọng trong Windows Server 2008 x64 và tích hợp với các công cụ quản lý server quen thuộc trên Windows.

Hình 1.3 Mô hình ảo hóa Hyper-V

Với Hyper-V, Microsoft cung cấp một nền tảng ảo hóa mạnh và linh hoạt, có thể đáp ứng nhu cầu ảo hóa mọi cấp độ cho môi trường doanh nghiệp. Với kiến trúc hoạt động mới của Hyper-V giúp xây dựng hệ thống Server bảo mật và khai thác tối ưu hiệu suất của Server trong hệ thống mạng. Trong cấu trúc của Hyper-V gồm 3 phần chính: phân vùng cha (parent) là phân vùng chứa hệ điều hành máy chủ vật lý, các phân vùng con (child) là phân vùng của các hệ điều hành máy ảo, cuối cùng là lớp hypervisor. Windows Hypervisor là một bộ giao tiếp bằng phần mềm, nó nằm giữa lớp phần cứng vật lý và một hay nhiều hệ điều hành. Hypervisor điều khiển việc truy cập đến phần nhân của phần cứng và định nghĩa ra các môi trường hoạt động độc lập tách rời gọi là partition. Nhiệm vụ chính của lớp Windows Hypervisor là đảm bảo sự tách rời giữa các phân vùng và giám sát việc sử dụng tài nguyên phần cứng giữa các phân vùng, bảo đảm cô lập để bảo mật giữa các phân vùng hệ điều hành máy ảo. Windows Hypervisor điều khiển phần cứng vật lý giống như advanced programmable interrupt controllers (APICs) trong việc ngắt quãng định tuyến, bộ xử lý vật lý để lên kế hoạch xử lý một cách logic việc truy cập của máy ảo, hàng chờ, không gian bộ nhớ vật lý để điều khiển các truy xuất đến Ram và bộ nhớ thiết bị và các phần cứng khác. Phân vùng cha quản lý việc phân phối Ram, bộ xử lý và quản lý nguồn, Pci bus, các thiết bi truy xuất thông qua các trình điều khiển thiết bị.

Công nghệ ảo hóa OpenVZ

OpenVZ là một nhánh mã nguồn mở của Virtuozzo do SWsoft cung cấp. Đây là một giải pháp ảo hóa thương mại ở cấp độ hệ điều hành (OS-level virtuallization) dựa trên nhân Linux. OpenVZ cho phép một máy chủ vật lý có thể chạy nhiều hệ điều hành một cách độc lập và được coi như một máy chủ riêng ảo (VPSS) hoặc môi trường ảo (VES), đảm bảo các ứng dụng không bị xung đột. Lợi thế của OpenVZ là đạt được hiệu suất rất cao so với việc triển khai các máy chủ độc lập. Tuy nhiên OpenVZ có một hạn chế là đòi hỏi cả máy chủ và hệ điều hành khách đều phải sử dụng các hệ thống mã nguồn mở của Linux. OpenVZ được chia thành 2 cấp độ: mức tùy chỉnh nhân kernel và mức người sử dụng ở mức công cụ.

Hình 1.4 Mô hình ảo hóa OpenVZ

Ưu điểm

Khai thác và quản lý triệt để các tài nguyên hiện hữu về cơ sở hạ tầng, giúp hệ thống hoạt động với sự linh hoạt cao, tận dụng khả năng phần cứng tối đa.

Giảm thiểu các chi phí bằng cách giảm hạ tầng vật lý và cải thiện máy chủ, giúp quản lý tốt hơn cũng như giảm các yêu cầu về nhân sự.

Tăng cường tính sẵn sàng của phần cứng và ứng dụng để cải thiện tính liên tục kinh doanh. Sao lưu dự phòng và di trú toàn bộ môi trường ảo hóa an toàn mà không cần ngưng phục vụ.

Hạn chế thời gian chết (downtime) và khôi phục ngay lập tức khi phát sinh sự cố bằng các công nghệ hỗ trợ có sẵn như High Availability, Load balancing, Vmmonitor, Raid, công nghệ lưu trữ mạng SAN…..

Đạt được tính linh động trong quá trình vận hành: Đáp ứng các thay đổi kinh doanh với sự quản lý tài nguyên động, cung cấp máy chủ nhanh hơn và cải thiện triển khai destop và ứng dụng.

Cải thiện khả năng quản lý và bảo mật desktop: Triển khai, quản lý và giám sát các môi trường desktop an toàn mà các người dùng có thể truy cập cục bộ hay từ xa, có hoặc không có kết nối mạng, trên hầu hết bất kỳ chuẩn desktop, laptop hay tablet PC nào

Nhược điểm

Vấn đề khó khăn của công nghệ này chính là về bảo mật. Bảo mật cho môi trường ảo hóa vẫn gặp nhiều khó khăn khi thiếu công cụ cần thiết vì môi trường ảo có những yêu cầu riêng, khác biệt so với môi trường thực tế.

Vấn đề tương thích giữa hệ điều hành máy ảo với hệ điều hành máy chủ và hệ điều hành máy chủ với phần cứng