NGHIÊN CỨU VẤN ĐỀ ẢO HÓA TRONG ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY

HỘI THẢO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC “CNTT VÀ ỨNG DỤNG CNTT TRONG CÁC LĨNH VỰC” – 2012 NGHIÊN CỨU VẤN ĐỀ ẢO HĨA TRONG ĐIỆN TỐN ĐÁM MÂY VIRTUALIZATION IN CLOUD COMPUTING KS Nguyễn Lê Tùng Khánh Trường Cao đẳng Cơng nghệ Thơng tin, Đại học Đà Nẵng TĨM TẮT Trong điện toán đám mây tài nguyên xem dịch vụ Một nguyên tắc điện tốn đám mây ảo hóa tài ngun tính tốn ứng dụng Thay sử dụng nhiều máy chủ thật (ngay trước mắt, tác động vào được, tự cấu hình điều chỉnh được) sử dụng tài ngun ảo hóa thơng qua mơi trường Internet Trong nội dung báo trình bày tổng quan cơng nghệ ảo hóa, phân loại ảo hóa, phương pháp kỹ thuật cung cấp máy ảo làm rỏ số hướng nghiên cứu lĩnh vực Từ khóa: Máy ảo, ảo hóa, điện tốn đám mây, cung cấp tài ngun, phân vùng ảo hóa ABSTRACT In cloud computing, everything is considered as a service One of the basic principles of cloud computing is to virtualize computable resources and applications Instead of using one or more of the real servers (right before your eyes, can be an impact on, the configurationcan be adjusted) but now will use the resources are virtualized through environmental Internet In this paper, we present an overview of virtualization technology, virtualization classification, these techniques provice virtual machines as well as clarify some reseach in this area Keyword: Vitual Machine, virtualization, Resource allocation, Cloud computing, virtual partition Đặt vấn đề Điện tốn đám mây (Cloud computing) mơ hình điện tốn sử dụng cơng nghệ máy tính phát triển dựa vào công nghệ Internet Trong mô hình điện tốn khả liên quan đến công nghệ thông tin cung cấp dạng dịch vụ, chia sẻ nguồn lực điện tốn, lưu trữ, ứng dụng chí tảng phát triển thông qua công nghệ ảo hóa Ảo hóa cơng nghệ đời nhằm khai thác triệt để khả làm việc phần cứng hệ thống máy chủ Nó hoạt động tầng trung gian hệ thống phần cứng máy tính phần mềm chạy Ý tưởng cơng nghệ ảo hóa máy chủ từ máy vật lý đơn lẻ tạo thành nhiều máy ảo độc lập Ảo hóa phép tạo nhiều máy ảo máy chủ vật lý, máy ảo cấp phát tài nguyên phần cứng máy thật gồm có Ram, CPU, Card mạng, ổ cứng, tài nguyên khác hệ điều hành riêng Ảo hóa có ba đặc điểm khiến lý tưởng điện toán đám mây gồm:  Phân vùng ảo hóa: Nhiều ứng dụng hệ điều hành hổ trợ hệ thống vật lý tách từ ngồn lực có sẵn.[1] 11 HỘI THẢO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC “CNTT VÀ ỨNG DỤNG CNTT TRONG CÁC LĨNH VỰC” – 2012  Cách ly: Mỗi máy ảo phân lập từ hệ thống máy chủ vật lý máy ảo khác Do phân lập này, máy ảo gặp cố khơng ảnh hưởng đến máy ảo khác.[1]  Đóng gói: Một máy ảo đại diện chí lưu trữ tập tin nhất, xác định cách dể dàng dựa gói dịch vụ cung cấp.[1] Trong báo chúng tơi trình bày nhìn tổng quan cơng nghệ ảo hóa, phân loại ảo hóa, phương pháp ảo hóa đưa số phần mềm ảo hóa sử Phân loại ảo hóa 2.1 Ảo hóa phần cứng Dạng ảo hóa cho phép tạo nhiều máy ảo môt máy chủ vật lý Mỗi máy ảo chạy hệ điều hành riêng cấp phát tài nguyên phần cứng số xung nhịp CPU, ổ cứng nhớ… Các tài nguyên máy chủ cấp phát động cách linh động tùy theo nhu cầu máy ảo Giải pháp cho phép hợp hệ thống máy chủ cồng kềnh thành máy chủ máy chủ trước đóng vai trị máy ảo ứng dụng chạy 2.2 Ảo hóa phần mềm Ảo hóa mềm thực chất chép hệ điều hành làm nhiều hệ điều hành cho phép máy ảo ứng dụng chạy Như vậy, hệ điều hành chủ Linux cách ảo hố cho phép tạo thêm nhiều Linux làm việc máy Cách có ưu điểm cần quyền cho hệ điều hành sử dụng cho máy ảo cịn lại Nhược điểm sử dụng nhiều hệ điều hành khác máy chủ 2.3 Ảo hóa cách huy động tài nguyên tạo tài nguyên lớn Khi hệ thống IT có nhiều thiết bị vật lý riêng rẽ, độc lập với mặt vật lý (ví dụ card mạng khác nhau, máy chủ khác nhau, tủ lưu trữ khác nhau), áp dụng ảo hóa cho ứng dụng nhìn thấy nguồn tài nguyên chung, hợp thành từ thiết bị độc lập Khơng nhìn thấy, ứng dụng trao cho khả chia sẻ theo ý muốn nguồn tài ngun hợp mà khơng cần quan tâm đến vị trí vật lý thật nguồn tài nguyên 2.4 Ảo hóa cách tách tài nguyên lớn thành tài nguyên nhỏ Trong môi trường làm việc (như ứng dụng, hệ điều hành) cài đặt mặt vật lý máy chủ lớn Áp dụng cơng nghệ ảo hóa, người sử dụng đầu cuối dùng ứng dụng máy trạm/laptop cá nhân giống ứng dụng cài đặt máy họ Nói cách khác, ảo hóa làm cho người sử dụng “nhìn thấy” ứng dụng cài đặt hoạt động máy cá nhân họ, thực chất chúng cài đặt máy chủ trung tâm liệu hay phòng 12 HỘI THẢO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC “CNTT VÀ ỨNG DỤNG CNTT TRONG CÁC LĨNH VỰC” – 2012 máy chủ Phương pháp ảo hóa Từ khía cạnh thực thi, ảo hóa thiết lập cách sử dụng phần mềm chun dụng dùng phần cứng có tích hợp sẵn tính ảo hóa kích hoạt 3.1 Hypervisor Hypervisor lớp phần mềm nằm phần cứng bên nhiều hệ điều hành, cơng nghệ ảo hóa hypervisor trở thành chế giao lý Mục đích cung cấp môi trường thực thi tách biệt gọi partition (phân vùng) máy ảo chứa OS guest chạy Mỗi partition cung cấp tập hợp tài nguyên phần cứng riêng chẳng hạn nhớ, chu kỳ CPU thiết bị Hypervisor có trách nhiệm điều khiển phân kênh truy cập đến tảng phần cứng Hypervisor hổ trợ nhiều khía cạnh khác ảo hóa Hypervisor có số dạng sau:  Native hypervisors: nằm trực tiếp tảng phần cứng, sử dụng để đạt hiệu suất tốt cho người dùng cá nhân [1]  Embedded hypervisors: Được tích hợp vào xử lý chip riêng biệt Sử dụng loại hypervisor làm tăng hiệu suất nhà cung cấp dịch vụ [1]  Hosted hypervisors: Được lưu trữ máy chủ phần mềm riêng biệt phần cứng hệ điều hành Tăng hiệu suất sử dụng đám mây cá nhân đám mây công cộng [1] 3.2 Hybrid Kiến trúc ảo hóa Hybrid , máy chủ ảo (VMM), chạy song song với hệ điều hành máy chủ (OS) Tuy nhiên cấu hình VMM phải qua OS host để truy cập phần cứng khác biệt chỗ OS host VMM chạy chế độ kernel Hình 1:Kiến trúc Hybrid Khi OS VMM cần xử lý tác vụ CPU phục vụ nhu cầu cho OS VMM tương ứng Lý khiến Hyrbird nhanh VMM chạy trong 13 HỘI THẢO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC “CNTT VÀ ỨNG DỤNG CNTT TRONG CÁC LĨNH VỰC” – 2012 chế độ kernel 3.3 Monolithic Hypervisor Mololithic hypervisor hệ điều hành máy chủ Bao gồm trình điều khiển phần cứng(driver) hypervisor Trong mơ hình monolithic, hypervisor có driver riêng để truy cập phần cứng bên Các OS guest (VMM) truy cập phần cứng thơng qua hypervisor mơ hình driver hypervisor Mơ hình mololithic hypervisor mang lại hiệu suất hồn hảo, có điểm yếu lĩnh vực an ninh tính ổn định, Đây mơ hình có bề mặt công cao tiềm mối quan tâm an ninh lớn nhiều việc driver chạy hypervisor, lớp tiếp xúc với phần cứng Ví dụ hệ thống bị malware cài đặt keylogger giả dạng driver thiết bị hypervisor Nếu điều xảy VMM hệ thống bị tổn hại Hình 2: Kiến trúc Monolithic Hypervisor 3.4 Microkernelized Hypervisor Trong Microkernelized Hypervisor, driver thiết bị phần cứng cài đặt máy “parent” cịn driver chạy partition máy ảo(VM) driver ảo từ VM muốn truy cập phần cứng đơn giản cần liên với máy “parent” Cách xếp làm cho máy ảo trở thành partition hoàn toàn riêng biệt để đạt an ninh độ tin cậy cao Một VM partition cha VM khác partition Partition cha có chức tạo quản lý partition con, chứa ngăn xếp ảo hóa (virtualization stack) để điều khiển partition Nền tảng đem đến nhiều ưu điểm Thứ khơng cần driver đặc việt dành riêng Mololithic Hypervisor từ đảm bảo hỗ trợ tối đa phần cứng từ nhà sản xuất Thứ hai, với mơ hình cac driver thiết bị khơng phần hypervisor , từ hypervisor gọn đảm bảo độ tin cậy bảo mật Điều thứ ba không phần quan trọng, bề mặt công giảm tối thiểu khả thâm nhập mã độc xử lý Nhưng tảng lại nảy sinh vấn đề lớn phân vùng parent mà hay đề cập trung tâm đầu não liên kết lớp hypervisor VM 14 HỘI THẢO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC “CNTT VÀ ỨNG DỤNG CNTT TRONG CÁC LĨNH VỰC” – 2012 Hình 3: Kiến trúc Microkernelized Hypervisor Bàn luận Ảo hóa mở khả tận dụng cách tối ưu nguồn tài nguyên hệ thống, hay nói cách khác tăng hiệu suất sử dụng hệ thống Việc nguồn tài nguyên vật lý riêng rẽ hợp thành nguồn chung nhờ áp dụng ảo hóa cho phép phân bổ chia sẻ linh hoạt tài nguyên cho đối tượng sử dụng nguồn tài nguyên hợp Sự bất hợp lý hiệu suất sử dụng (tức trường hợp nguồn tài nguyên vật lý có hiệu suất thấp, nguồn tài nguyên vật lý khác lại có tải cao) giảm thiểu Ảo hóa giúp giảm chi phí đầu tư vận hành Với việc áp dụng cơng nghệ ảo hóa, cần thiết bị phần cứng hơn, kéo theo giảm bớt diện tích sử dụng để lưu chứa thiết bị phần cứng (phòng máy chủ, trung tâm liệu), nhu cầu chi phí lượng nguồn điện, chi phí làm mát để bảo đảm điều kiện hoạt động cho thiết bị phần cứng giảm Hơn nữa, nhiều trường hợp, sử dụng máy (máy chủ) ảo làm giảm số quyền phần mềm cần mua so với dùng máy vật lý, tạo tiết kiệm chi phí quyền Ảo hóa mở khả linh hoạt cao hệ thống Ảo hóa cung cấp môi trường độc lập cho thử nghiệm, phát triển ứng dụng công nghệ Các máy chủ ảo dùng làm mơi trường thử nghiệm Điều cho phép tận dụng nguồn tài nguyên thiết bị vật lý có sẵn mà khơng làm ảnh hưởng đến mơi trường hoạt động chính, máy ảo hoạt động cách hồn tồn độc lập Ảo hóa góp phần tăng cường tính liên tục hoạt động (business continuity) bảo mật hệ thống ứng dụng Ví dụ, việc lưu máy ảo thực dễ dàng thơng thường máy chủ ảo tập tin (file) máy chủ vật lý gốc, cần lưu tập tin đủ Các tính ưu việt phần mềm ảo hóa cho phép thiết lập kết hợp máy ảo cài đặt máy chủ vật lý khác Nếu máy chủ vật lý gặp hỏng hóc, máy chủ ảo máy vật lý tốt tự động bước vào hoạt động thay cho máy chủ ảo nằm máy vật lý bị hỏng Những lợi ích thu áp dụng ảo hóa thúc đẩy mạnh mẽ xu hướng 15 HỘI THẢO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC “CNTT VÀ ỨNG DỤNG CNTT TRONG CÁC LĨNH VỰC” – 2012 hệ thống IT Kết khảo sát từ nhiều tổ chức khác xác nhận vị xu hướng ảo hóa Theo khảo sát InformationWeek [3], khoảng 90% chuyên gia IT khẳng định công ty họ triển khai có kế hoạch triển khai cơng nghệ ảo hóa Và câu trả lời ảo hóa đưa vào sử dụng cho thấy 88% hướng tới mục đích hợp hệ thống máy chủ, 55% cho mục đích phục hồi thảm họa, 50% cho mục đích thử nghiệm phần mềm, 26% cho mục đích quản trị hệ thống lưu trữ, 5% cho mục đích khác Kết luận Cơng nghệ ảo hóa làm thay đổi mặt giới điện toán cơng cụ có khả triển khai quản lý máy ảo đơn giản, hiệu Bằng việc tối ưu sử dụng nguồn tài nguyên hệ thống, chi phí triển khai ban đầu thấp, ảo hóa đem lại cho doanh nghiệp khả nhanh chóng thu hồi vốn đầu tư [6] Bên cạnh đó, người dùng cá nhân hưởng lợi từ cơng nghệ loại bỏ nỗi lo âu tính tương thích hệ thống, giúp ta thối mái thử nghiệm cơng nghệ mà tốn nhiều thời gian, công sức hạn chế nguy hư hỏng hệ thống, mát liệu sơ suất Trong nội dung báo này, chúng tơi trình bày khái niệm tổng quan cơng nghệ ảo hóa, phân loại ảo hóa, phương pháp ảo hóa, đưa số điểm mạnh công nghệ áp dụng cho thống công nghệ thông tin TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Cloud Computing for Dummies by Judith Hurwitz, Robin Bloor, Marcia Kaufman, and Dr Fern Halper [2] Global Server Virtualization Survey – Summary Report, The Strategic Counsel, June 2007 [3] The Reality of Going Virtual, InformationWeek journal, Feb 12, 2007, pp 49-52 [4] Cloud Computing Bible by Sosinsky [5] Virtualization overview, VMWare white paper Lưu Thị Thu Hà, Nghiên cứu tính ảo hóa cơng nghệ điện tốn đám mây, luận văn thạc sĩ kỹ thuật 16