ẢO HÓA CHO DOANH NGHIỆP VỪA VÀ NHỎ DÙNG VMWARE ESX SERVER

Kinh Doanh - Tiếp Thị - Công Nghệ Thông Tin, it, phầm mềm, website, web, mobile app, trí tuệ nhân tạo, blockchain, AI, machine learning - Công nghệ thông tin Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang i LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, nền kinh tế đang trên đà tăng trưởng mạnh. Cùng với nó là sự tiến bộ vượt bậc của nền khoa học công nghệ, đặc biệt là công nghệ thông tin. Máy tính đã giúp con người rất nhiều từ tối ưu hóa công việc, giảm thời gian làm việc, tăng hiệ u suất và mang lại hiệu quả cao. Với tình hình phát triển như hiện nay thì bất cứ một cơ quan, tổ chức nào cũng cần một hệ thống máy chủ (Server) chứ không phải chỉ một vài máy tính con đơn lẻ nữa. Máy chủ thực ra cũng là một máy tính nhưng có cấu hình, tính năng và các chức năng lớn hơn hẳn các máy tính thông thường. Nó dùng làm trung tâm liên kế t các máy tính và thiết bị mạng trong một cơ quan, tổ chức lại với nhau, là một trung tâm dữ liệu nơi chia sẻ và lưu trữ dữ liệu. Và các dữ liệu này luôn sẵn sàng đối với ngườ i dùng hợp lệ được phép truy cập vào nó. Nói chung máy chủ là một máy tính mà nó cung cấ p các dịch vụ đang chạy trên nó cho nhiều máy tính khác. Các dịch vụ đó có thể như là :  Application service  File service  Database service  Mail service  Ftp service  Web service  Authentication Service… Thế nhưng thực tế cho ta thấy rằng các máy chủ sử dụng rất ít tài nguyên phầ n cứng của nó, chỉ từ 10 đến 30 cho một loại dịch vụ và phần tài nguyên còn lại thì không dùng đến, do vậy sinh ra lãng phí. Vì vậy nhu cầu thực thực tế là làm sao có thể tận dụng các phần tài nguyên còn lại đó một cách hiệu quả. Trong đồ án này em sẽ trình bày về công nghệ ảo hóa để giải quyết vấn đề này. Để hoàn thành tốt đồ án này, trong quá trình thực hiện đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của thầy Lê Kim Trọng, các thầy cô trong khoa và các bạn. Vì thờ i gian và kiến thức hạn hẹp nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong nhận đượ c sự góp ý của thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang ii MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................i MỤC LỤC ..................................................................................................................... ii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................................iv DANH MỤC HÌNH ẢNH .............................................................................................v CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY.............................................1 VÀ CÔNG NGHỆ ẢO HÓA. .......................................................................................1 1.1. Bối cảnh. ...............................................................................................................1 1.2. Nhiệm vụ đồ án. ...................................................................................................1 1.3. Giới thiệu về công nghệ điện toán đám mây. ....................................................2 1.4. Tổng quan về ảo hóa. ..........................................................................................2 1.4.1. Khái niệm ảo hóa. ..........................................................................................2 1.4.2. Các thành phần của một hệ thống ảo hóa....................................................4 1.5. Các loại ảo hóa. ....................................................................................................5 1.5.1. VMM – Hypervisor. .......................................................................................6 1.5.2. Virtual Machine Monitor (VMM). ................................................................7 1.5.3. Hybrid .............................................................................................................8 1.5.4. Monolithic Hypervisor. ..................................................................................8 1.5.5. Microkernelized Hypervisor. .........................................................................9 1.6. Lợi ích của công nghệ ảo hóa. ..........................................................................10 1.7. Các công nghệ giúp tối ưu trong ảo hóa..........................................................11 1.7.1. Công nghệ máy ảo (Virtual Machine). .......................................................11 1.7.2. Công nghệ RAID. ........................................................................................13 1.7.2.1. Khái niệm. ..............................................................................................13 1.7.2.2. Lịch sử ra đời và phát triển RAID. .........................................................13 1.7.2.3. Các chuẩn RAID. ....................................................................................13 1.7.2.4. Các loại RAID. .......................................................................................15 1.7.3. Công nghệ lưu trữ mạng SAN ....................................................................17 CHƯƠNG II: ẢO HÓA VỚI VMWARE ESX SERVER. ......................................19 2.1. Giới thiệu............................................................................................................19 2.2. Cấu trúc VMware Esx Server. .........................................................................20 2.2.1. Hệ điều hành điều khiển (Console Operating System). .............................22 Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang iii 2.2.2. VMkernel. .....................................................................................................23 2.2.3. The ESX Boot Process. ................................................................................23 2.3. Phần cứng ảo (Hardware Virtualization). ......................................................24 2.4. Tính năng của ESX Server. ..............................................................................25 2.4.1. Virtual Machine File System (VMFS). ......................................................25 2.4.2. Virtual symmetric multi-processing (Virtual SMP). ..................................25 2.4.3. VMware High Availability (VMHA). ..........................................................25 2.4.4. VMotion và Storage VMotion......................................................................27 2.4.5. VMware Consolidated Backup (VCB). .......................................................28 2.4.6. vCenter Update Manager.............................................................................28 2.4.7. Phân phối tài nguyên theo lị ch trình (Distributed resource scheduler(DRS)). ....................................................................................................28 2.4.8. Quản lý phân phối điện năng (Distributed Power Manager (DPM)). ......29 2.4.9. VMware vSphere Data Recovery. ................................................................29 2.4.10. Virtual Center (VC) và VMware vSphere Client. .....................................30 2.5. Quản lý từ xa bằng VM vSphere Client. .........................................................30 CHƯƠNG III: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ỨNG DỤNG Ả O HÓA CHO DOANH NGHIỆP VỪA VÀ NHỎ. ...........................................................................................32 3.1. Mục tiêu của giải pháp......................................................................................32 3.2. Mô hình. .............................................................................................................32 3.3. Triển khai. ..........................................................................................................33 KẾT LUẬN ..................................................................................................................40 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... vii NHÂN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ............................................................ viii Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Từ gốc Nghĩa của từ DRS Distributed Resource Scheduler Phân phối tài nguyên theo lịch trình VMM Virtual Machine Monitor Máy ảo SAN Storage Area Network Công nghệ lưu trữ mạng nội bộ RAID Redundant Array of Independent Disks Sự tận dụng các phần dư trong các ổ cứng độc lập COS Console Operating System Hệ điều hành điều khiển VMFS Virtual Machine File System Hệ thống truy cập tập tin trên máy ảo VSMP Virtual Symmetric Multi - Processing Hệ thống cân bằng tải đa nhân VMHA VMware High Availability Công nghệ tính năng cao của VMware VCB VMware Consolidated Backup Trình khôi phục dữ liệu của VMware DPM Distributed Power Manager Quản lý phân phối điện năng VC Virtual Center Trung tâm ảo Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Một server vật lý trong mô hình ảo hoá. ....................................................3 Hình 1.2: Các thành phần của một hệ thống ảo hóa. .................................................4 Hình 1.3: Cấu trúc kiểu ảo hoá VMM Hypervisor. ...................................................6 Hình 1.4: Cấu trúc của kiểu ảo hoá VMM. .................................................................7 Hình 1.5: Kiến trúc ảo hoá kiểu Hybrid. .....................................................................8 Hình 1.6: Kiến trúc Monolithic Hypervisor. ...............................................................9 Hình 1.7: Kiến trúc kiểu Microkernelized Hypervisor. ...........................................10 Hình 1.8: Sơ đồ truy cập tài nguyên phần cứng của các máy ảo. ...........................12 Hình 1.9: Sơ đồ hoạt động của chuẩn Striping. ........................................................14 Hình 1.10: Sơ đồ hoạt động của chuẩn Duplexing. ..................................................14 Hình 1.11: Sơ đồ hoạt động của RAID level 0. .........................................................15 Hình 1.12: Sơ đồ hoạt động của RAID level 1. .........................................................16 Hình 1.13: Sơ đồ hoạt động của RAID 5. ..................................................................16 Hình 1.14: Sơ đồ hoạt động của RAID 1+0. ..............................................................17 Hình 1.15: Sơ đồ lưu trữ mạng SAN. .........................................................................18 Hình 2.1: Các sản phẩm ảo hóa của Vmware. ..........................................................19 Hình 2.2: Cấu trúc của ESX Server. ..........................................................................21 Hình 2.3: Sơ đồ tương tác trong ESX Server. ...........................................................22 Hình 2.4 : Sơ đồ phân phối card mạng. .....................................................................24 Hình 2.5: Sơ đồ hoạt động của VMFS. ......................................................................25 Hình 2.6: Sơ đồ hoạt động của Vmware High Availability. ....................................26 Hình 2.7: Mô hình hoạt động của Vmotion. ..............................................................27 Hình 2.8: Mô hình hoạt động của VMware Consolidated Backup .........................28 Hình 2.9: Mô hình hoạt động của DRS. ....................................................................29 Hình 2.10: Mô hình hoạt động của VMware vsphere data recovery. ....................29 Hình 2.11: Mô hình hoạt động của Virtual Center Manager ..................................30 Hình 2.12: Chương trình Vsphere Client. .................................................................31 Hình 2.13: Giao diện kết nối ESX Server. .................................................................31 Hình 3.1: Mô hình tổng quan. ....................................................................................32 Hình 3.2: Bắt đầu cài đặt Vmware ESXi. ..................................................................33 Hình 3.3: Quá trình cài đặt Vmware ESXi được hoàn thành. ................................34 Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang vi Hình 3.4: Chương trình quản lý từ xa Vsphere Client đang được cài đặt.............34 Hình 3.5: Cài đặt vCenter. ..........................................................................................35 Hình 3.6: Cài đặt SQL Server 2008. ..........................................................................35 Hình 3.7: Quá trình cài đặt vCenter được hoàn tất. ................................................36 Hình 3.8: Đăng nhập vào máy vCenter. ....................................................................36 Hình 3.9: Chọn Ignore để vào quản lý.......................................................................37 Hình 3.10: Giao diện sau khi đăng nhập vào vCenter. ............................................37 Hình 3.11: Nhập các thông tin để thêm host. ............................................................38 Hình 3.12: Hoàn tất việc Add Host. ...........................................................................38 Hình 3.14: Hệ thống sau khi được tạo. ......................................................................39 Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY VÀ CÔNG NGHỆ ẢO HÓA. 1.1. Bối cảnh. Nền công nghệ thông tin trên thế giới đang phát triển với tốc độ nhanh chóng. Ngày càng nhiều sản phẩm và nhiều tiện ích được phát triển và đưa đến tay ngườ i dùng. Các công nghệ cũ dần dần đã thể hiện nhiều mặt hạn chế và không phù hợp vớ i nhu cầu thực tiễn nữa, đặc biệt trong thời buổi kinh tế phát triển không ổn định như lúc này, các doanh nghiệp phải đối mặt với nhiều rủ ro. Do đó yêu cầu nhất thiết được đặt ra là tìm mọi cách để giảm thiểu các chi phí có thể. Trong lĩnh vực công nghệ thông tin thì công nghệ ảo hóa là giải pháp lý tưởng cho các doanh nghiệp có thể giả i quyết bài toán về các trung tâm dữ liệu của họ. Công nghệ này giúp giảm thiểu chi phí đầu tư mua nhiều máy chủ, tiết kiệm điện năng, hệ thống làm mát. Nhiệm vụ của công nghệ ảo hóa chính là tận dụng tối đa hiệu suất làm việc củ a các máy chủ bằng cách cho phép cài đặt nhiều máy chủ ứng dụng trên một máy chủ vật lý duy nhất. Và việc quản lý cũng trở nên dễ dàng hơn khi quản lý tập trung nhiề u máy trên một máy chủ duy nhất. Vấn đề khó khăn của công nghệ này chính là sự an toàn dữ liệu khi lo lắng rằng nếu máy chủ này bị sự cố về ổ đĩa thì sẽ bị mất dữ liệ u. Tuy nhiên vấn đề đó đã được khắc phục bằng một loạt các công nghệ đảm bả o an toàn dữ liệu và hoạt động ổn định của máy chủ như công nghệ High Availability, VM Monitor, RAID, công nghệ lưu trữ mạng SAN. Hiện nay các nhà cung cấp các sản phẩm phần mềm máy chủ đều ra sức tập trung để nghiên cứu và phát triển công nghệ này. Nổi bật là VMware và Microsoft. Đây là hai nhà cung cấp đang nắm giữ phần lớn thị trường ảo hóa hiện nay. Tại Việt Nam, ứng dụng công nghệ ảo hóa còn rất dè dặt do chưa có nhiề u doanh nghiệp thấy được nhu cầu cần thiết và nắm được công nghệ này. Bên cạnh đó thì việ c còn thiếu một đội ngũ lành nghề và lo ngại về tính an toàn của công nghệ này cũng làm cho các doanh nghiệp lo ngại và ít chú tâm vào công nghệ này. 1.2. Nhiệm vụ đồ án. Việc ra đời của công nghệ ảo hóa đã dẫn đến những động lực phát triể n và các mục tiêu mới cho các nhà cung cấp sản phẩm ảo hóa cho phù hợp với nhu cầu thị trường và yêu cầu thực tiễn. Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang 2 Nhiệm vụ chính của luận văn là nghiên cứu về công nghệ ảo hóa nhằm ứng dụ ng xây dựng mô hình ứng dụng ảo hóa cho doanh nghiệp nhỏ. Từ đó có thể cho thấy đượ c các lợi ích mà công nghệ này đem lại và cũng để đánh giá để tìm ra giả i pháp xây dựng các giải pháp nhằm tối ưu hóa hệ thống công nghệ thông tin. 1.3. Giới thiệu về công nghệ điện toán đám mây. Thuật ngữ “Cloud Computing” ra đời giữa năm 2007 không phải để nói về một trào lưu mới, mà để khái quát lại các hướng đi của cơ sở hạ tầng thông tin v ốn đã và đang diễn ra từ mấy năm qua. Quan niệm này có thể diễn giải một cách đơn giả n: các nguồn điện toán khổng lồ như phần mềm, dịch vụ… sẽ nằm tại các máy chủ ảo (đám mây) trên Internet thay vì trong máy tính gia đình và văn phòng để mọi người kết nố i và sử dụng mỗi khi họ cần. Điện toán đám mây có thể hiểu là mô hình điện toán sử dụng công nghệ phầ n mềm, khoa học máy tính… được phát triển trên hạ tầng mạng máy tính và Internet, để tạo ra “một đám mây” cung cấp từ cơ sở hạ tầng, nơi lưu trữ dữ liệu cho đến các dị ch vụ sẵn sàng, nhanh chóng cho mọi cơ quan, tổ chức doanh nghiệp và người dùng đầ u cuối theo yêu cầu. Với mô hình điện toán đám mây, người dùng không phải quan tâm đến kỹ năng cài đặt, triển khai và ứng dụng phần mềm, các yêu cầu về cơ sở hạ tầ ng truyền thông, mạng máy tính và Internet để truy cấp dịch vụ. Cloud Computing giả i quyết các vấn đề tối ưu hóa lưu trữ, ảo hóa máy chủ, cơ sở hạ tầng mạng. Ả o hóa tính toán, sử dụng các siêu máy tính để xử lý tính toán và công nghệ tính toán song song, phân toán, tính toán lưới. “ Chìa khóa” chính giúp công nghệ điện toán đám mây giải quyết được các vấn đề phức tạp kể trên chính là sự ảo hóa. Tất cả tài nguyên của hệ thống đều được ả o hóa. Ảo hóa nhưng vẫn giữ và vẫn đáp ứng được các yêu cầu cần thiết như các nguồ n tài nguyên vật lý bình thường và vấn đề quản lý rất đơn giản. 1.4. Tổng quan về ảo hóa. 1.4.1. Khái niệm ảo hóa. Ảo hóa là một công nghệ được ra đời nhằm khai thác triệt để khả năng làm việ c của các phần cứng trong một hệ thống máy chủ. Nó hoạt động như một tầ ng trung gian giữa hệ thống phần cứng máy tính và phần mềm chạy trên nó. Ý tưởng củ a công nghệ ảo hóa máy chủ là từ một máy vật lý đơn lẻ có thể tạo thành nhiều máy ảo độ c lập. Ảo hóa phép tạo nhiều máy ảo trên một máy chủ vật lý, mỗi một máy ảo cũng Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang 3 được cấp phát tài nguyên phần cứng như máy thật gồm có RAM, CPU, Card mạng, ổ cứng, các tài nguyên khác và hệ điều hành riêng. Khi chạy ứng dụng, người sử dụ ng không nhận biết được ứng dụng đó chạy trên lớp phần cứng ảo. Hình 1.1: Một server vật lý trong mô hình ảo hoá. Hiện nay có nhiều nhà cung cấp các sản phẩm máy chủ và phần mềm đều chú tâm đầu tư nghiên cứu và phát triển công nghệ này như là HP, IBM, Microsoft và VMware. Nhiều dạng ảo hóa được đưa ra và có thể chia thành hai dạng chính là ả o hóa cứng và ảo hóa mềm. Từ hai dạng nay sau này mới phát triển thành nhiều loại ả o hóa có chức năng và cấu trúc khác nhau như VMM-Hypervisor, VMM, Hybrid… Ảo hóa cứng còn được gọi là phân thân máy chủ. Dạng ảo hóa này cho phép tạ o nhiều máy ảo trên môt máy chủ vật lý. Mỗi máy ảo chạy hệ điều hành riêng và đượ c cấp phát các tài nguyên phần cứng như số xung nhịp CPU, ổ cứng và bộ nhớ… Các tài nguyên của máy chủ có thể được cấp phát động một cách linh động tùy theo nhu cầ u của từng máy ảo. Giải pháp này cho phép hợp nhất các hệ thống máy chủ cồng kề nh thành một máy chủ duy nhất và các máy chủ trước đây bây giờ đóng vai trò là máy ảo ứng dụng chạy trên nó. Ảo hóa mềm còn gọi là phân thân hệ điều hành. Nó thực ra chỉ là sao chép bả n sao của một hệ điều hành chính làm nhiều hệ điều hành con và cho phép các máy ảo ứng dụng có thể chạy trên nó. Như vậy, nếu hệ điều hành chủ là Linux thì cách ả o hoá này sẽ cho phép tạo thêm nhiều bản Linux làm việc trên cùng máy. Cách này có ưu Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang 4 điểm là chỉ cần một bản quyền cho một hệ điều hành và có thể sử dụng cho các máy ả o còn lại. Nhược điểm của nó là không thể sử dụng nhiều hệ điề u hành khác nhau trên cùng một máy chủ. 1.4.2. Các thành phần của một hệ thống ảo hóa. Một hệ thống ảo hóa bao gồm những thành phần sau:  Tài nguyên vật lý (Host Machine, Host Hardware).  Các phần mềm ảo hóa (Virtual Software) cung cấp và quản lý môi trườ ng làm việc của các máy ảo.  Máy ảo (Virtual Machine) là các máy được cài trên phần mềm ảo hóa.  Hệ điều hành: Là hệ điều hành được cài trên máy ảo. Hình 1.2: Các thành phần của một hệ thống ảo hóa.  Tài nguyên vật lý (host machine host hadware). 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…  Các phần mềm ảo hóa (virtual software) Lớp phần mềm ảo hóa này cung cấp sự truy cập cho mỗi máy ảo đế n tài nguyên hệ thống. Nó cũng chịu trách nhiệm lập kế hoạch và phân chia tài nguyên vậ t lý cho các máy ảo. Phần mềm ảo hóa là nền tảng của một môi trường ả o hóa. Nó cho phép tạo ra các máy ảo cho người sử dụng, quản lý các tài nguyên và cung cấp các tài Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang 5 nguyên này đến các máy ảo. Kế hoạch quản lý sử dụng tài nguyên khi có sự tranh chấ p một tài nguyên đặc biệt của các máy ảo, điều này dẫn tới sự hiệu quả làm việc củ a các máy ảo. Ngoài ra phần mềm ảo hóa còn cung cấp giao diện quản lý và cấ u 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 điề u hành ảo (lớp 4). Máy ảo thực chất là một phần cứng ảo một môi trường hay mộ t 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 điề u hành khách mà chúng ta cài trên các máy ảo này không biết phần cứng mà nó nhìn thấy là phầ n 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 mộ t máy ảo (lớp 3) giúp ta có thể sử dụng dễ dàng và xử lý các sự cố trong môi trường ả o hóa, nó giúp người dung có những thao tác giống như là đang thao tác trên một lớ p phần cứng vật lý thực sự. Khi có đủ các thành phần trên thì bạn có thể xây dựng cho mình một hệ thống ứng dụng ảo hóa. Ngoài việc lựa chọn phần cứng cho thích hợp bạn còn phải cân nhắ c xem phải sử dụng phần mềm ảo hóa gì hoặc loại ảo hóa nào. Điều này rất quan trọ ng trong việc tối ưu hóa hiệu suất làm việc cho hệ thống của bạn. 1.5. Các loại ảo hóa. Ảo hoá được xây dựng dựa trên giải pháp chia một máy chủ vật lý thành nhiề u máy con. Giải pháp này được biết đến với cái tên là Virtual Machine Monitor (VMM) sau này được gọi là Hypervisor. VMM cho phép tạo tách rời các máy ảo và điều phố i truy cập tài nguyên của các máy ảo này đến tài nguyên phần cứng. Mặ c dù cho phép sử dụng các hệ điều hành bất kì trên các máy ảo nhưng trong thực tế để đạt một kế t quả và hiệu suất cao nhất thì các nhà sản xuất vẫn giới hạn và khuyến cáo rằng nên sử dụng một hệ điều hành nào đó. Đó là vì các vấn đề tương thích giữa các hệ điề u hành máy ảo với hệ điều hành máy chủ và hệ điều hành máy chủ với phần cứng. Dựa vào đặc điểm cấu trúc thì có thể phân loại ảo hoá thành những dạng sau: Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang 6 1.5.1. VMM – Hypervisor. Công nghệ VMM-Hypervisor là một dạng ảo hóa cơ bản. Nó hoạt động như là một lớp phần mềm nằm ngay trên phần cứng hoặc bên dưới một hoặc nhiều hệ điề u hành khách. Mục đích chính của nó là cung cấp các môi trường làm việc cho các máy ảo. Cho phép các máy ảo hoạt động trên một phần của phần cứng được gọ i là phân vùng (partition). Các hệ điều hành của máy ảo được cài đặt trên phân vùng này. Mỗ i phân vùng sẽ được cung cấp tập hợp các tài nguyên phần cứng riêng của nó chẳng hạn như bộ nhớ, các chu kỳ CPU và thiết bị. Hypervisor có trách nhiệm điều khiể n và phân phối các luồng truy cập đến các tài nguyên phần cứng. Khi một hệ điều hành thực hiện truy xuất hoặc tương tác tài nguyên phần cứ ng trên hệ điều hành chủ thì công việc của một Hypervisor sẽ là:  Hypervisor mô phỏng phần cứng. Nó làm cho các hệ điều hành tưởng rằng mình đang sử dụng tài nguyên vật lý của hệ thống thật.  Hypervisor liên lạc với các trình điều khiển thiết bị.  Các trình điều khiển thiết bị phần cứng liên lạc trực tiếp đến phần cứng vật lý. Hình 1.3: Cấu trúc kiểu ảo hoá VMM Hypervisor. Trong mô hình này trình điều khiển phần cứng liên lạc trực tiếp với các thiết bị phần cứng mà không phải qua bất kì trung gian nào nên nó mang lại một hiệu suấ t cao nhất về sử dụng tài nguyên phần cứng. Một vài sản phẩm đang sử dụng dạ ng này là Microsoft Hyper-V, Citrix Xen Server, VMware ESX Server. Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang 7 1.5.2. Virtual Machine Monitor (VMM). VMM là một loại ảo hóa hoạt động như một phần mềm chạy trên một hệ điề u hành chủ khác. Nghĩa là để tương tác với tài nguyên phần cứng nó phải liên lạ c thông qua hệ điều hành chủ. Các sản phẩm điển hình cho kiểu ả o hóa này là VMware Server, Microsoft Virtual PC, máy ảo Java. Mối liên lạc giữa phần cứng và trình điều khiển thiết bị trên hệ điề u hành trong kiểu ảo hóa VMM được mô tả như sau như sau:  Bước đầu tiên mô phỏng phần cứng. Lớp ảo hóa Hypervisor sẽ tạo ra mộ t phân vùng trên ổ đĩa cho các máy ảo. Phân vùng này bao gồm các phần cứng ảo như ổ đĩa, bộ nhớ….  Hypervisor xây dựng mối liên lạc giữa lớp ảo hóa với hệ điều hành. Khi mộ t máy ảo truy xuất tài nguyên thì lớp Hypervisor sẽ thay thế máy ảo đó gở i các yêu cầu tới hệ điều hành máy chủ để yêu cầu thực hiện.  Khi Hệ điều hành nhận được các yêu cầu này. Nó liên lạc với trình điều khiể n thiết bị phần cứng.  Các trình điều khiển thiết bị phần cứng liện lạc đến các phần cứ ng trên máy thực.  Quá trình này sẽ xảy ra ngược lại khi có các trả lời từ các phần cứng đến hệ điều hành chủ. Hình 1.4: Cấu trúc của kiểu ảo hoá VMM. Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang 8 1.5.3. Hybrid Hybrid là một kiểu ảo hóa mới hơn và có nhiều ưu điểm. Trong đó lớp ả o hóa Hypervisor chạy song song với hệ điều hành máy chủ. Tuy nhiên trong cấu trúc ả o hóa này các máy chủ ảo vẫn phải đi qua hệ điều hành máy chủ để truy cập phần cứng nhưng khác biệt ở chỗ cả hệ điều hành máy chủ và các máy chủ ảo đều chạy trong chế độ hạt nhân. Khi một trong hệ điều hành máy chủ hoặc một máy chủ ảo cần xử lý tác vụ thì CPU sẽ phục vụ nhu cầu cho hệ điều hành máy chủ hoặc máy chủ ảo tương ứ ng. Lý do khiến Hybrid nhanh hơn là lớp ảo hóa chạy trong trong chế độ hạt nhân (chạ y song song với hệ điều hành) trái với Virtual Machine Monitor với lớp ảo hóa chạ y trong trong chế độ người dùng (chạy như một ứng dụng cài trên hệ điều hành). Phương pháp ảo hóa Hybrid được sử dụng trong hai sản phẩm ảo hóa phổ biế n của là Microsoft Virtual PC 2007 và Microsoft Virtual Server 2005 R2. Hình 1.5: Kiến trúc ảo hoá kiểu Hybrid. 1.5.4. Monolithic Hypervisor. Monolithic Hypervisor là một hệ điều hành máy chủ. Nó chứa những trình điề u khiển (Driver) hoạt động phần cứng trong lớp Hypervisor để truy cập tài nguyên phầ n cứng bên dưới. Khi các hệ điều hành chạy trên các máy ảo truy cập phần cứng thì sẽ thông qua lớp trình điều khiển thiết bị của lớp Hypervisor. Mô hình này mang lại hiệu cao, nhưng cũng giống như bất kì các giả i pháp khác bên mặt ưu điểm thì nó cũng còn có nhiều điểm yếu. Vì nếu lớp trình điều khiển Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang 9 thiết bị phần cứng của nó bị hư hỏng hay xuất hiện lỗi thì các máy ảo cài trên nó đều bị ảnh hưởng và nguy hại. Thêm vào đó là thị trường phần cứng ngày nay rất đa dạ ng, nhiều loại và do nhiều nhà cung cấp khác nhau nên trình điều khiển củ a Hypervisor trong loại ảo hóa này có thể sẽ không thể hỗ trợ điều khiển hoạt động của phần cứ ng này một cách đúng đắn và hiệu suất chắc chắn cũng sẽ không được như mong đợi. Một trình điều khiển không thể nào có thể điều khiển tốt hoạt động của tất cả các thiết bị nên nó cũng có những thiết bị phần cứng không hỗ trợ. Những điều này cho thấy rằ ng việc phụ thuộc quá nhiều vào các loại thiết bị dẫn tới sự hạn chế việc phát triể n công nghệ này. Hình 1.6: Kiến trúc Monolithic Hypervisor. 1.5.5. Microkernelized Hypervisor. Microkernelized Hypervisor là một kiểu ảo hóa giống như Monolithic Hypervisor. Điểm khác biệt giữa hai loại này là trong Microkernelized trình điều khiể n thiết bị phần cứng bên dưới được cài trên một máy ảo và được gọi là trình điều khiển chính, trình điều khiển chính này tạo và quản lý các trình điều khiển con cho các máy ảo. Khi máy ảo có nhu cầu liên lạc với phần cứng thì trình điều khiển con sẽ liên lạ c với trình điều khiển chính và trình điều khiển chính này sẽ chuyển yêu cầu xuống lớp Hypervisor để liên lạc với phần cứng. Tiêu biểu cho ứng dụng loại ả o hóa này là Windows Server 2008 Hyper-V Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang 10 Hình 1.7: Kiến trúc kiểu Microkernelized Hypervisor. 1.6. Lợi ích của công nghệ ảo hóa. Quản lý đơn giản: Khi triển khai hệ thống ảo hoá thì số lượng máy chủ vậ t lý giảm đi đáng kể và khi đó việc theo dõi và giám sát hệ thống rất dễ dàng và h ầu như được thực hiện bởi công cụ phần mềm quản trị tập trung từ xa do nhà cung cấp phầ n mềm ảo hoá hỗ trợ. Nhà quản trị dễ dàng theo dõi tình trạng của các máy ảo và của cả hệ thống. Nếu máy chủ bị trục trặc thì có thể chuyển máy ảo từ máy chủ này sang máy chủ khác, có thể nâng cấp phần cứng bằng cách gắn thêm RAM, ổ cứng một cách nhanh chóng và đơn giản. Triển khai nhanh: Khi triển khai hệ thống thì không cần nhất thiết phải cài đặ t toàn bộ máy ảo trên hệ thống. Vì mỗi máy ảo chỉ là một tập tin được cài trên mộ t phân vùng trên ổ cứng nên chúng ta có thể tận dụng điều này để giảm thiểu thời gian cài đặ t bằng cách sao chép các tập tin này và cấu hình lại cho đúng với yêu cầu của máy ảo đang sử dụng. Với cách làm này sẽ giảm thời gian cài đặt từng máy ảo và tận dụng tối đa tài nguyên nhàn rỗi của tất cả các máy chủ vật lý. Vì thực tế hiện nay tạ i trung tâm dữ liệu có nhiều máy chủ không khai thác thác hết tài nguyên phần cứng của hệ thống. Phục hồi và lưu trữ hệ thống nhanh: Vì máy ảo chỉ là một tập tin trên ổ đĩa nên việc sao lưu rất đơn giản là sao chép lại các tập tin này. Và khi một máy ảo gặp sự cố và hỏng hóc do một lỗi hệ điều hành nào đó thì việc phục hồi đơn giản là chép đè tập tin đã được sao chép lên tập tin cũ và hệ thống có thể hoạt động bình thường lại ngay như lúc chưa bị lỗi. Thời gian để phục hồi hệ thống là rất ít. Nếu được đầu tư thêm mộ t số máy chủ khác thì ta có thể cấu hình tính năng High Availability cho các máy chủ ả o hóa này. Khi đó một máy ảo hay một máy chủ bị sự cố thì tất cả các máy ảo sẽ đượ c di chuyển nóng đến máy chủ khác và có thể hoạt động lại ngay tức thì. Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang 11 Cân bằng tải và phân phối tài nguyên linh hoạt: Với các công cụ quản lý từ xa các máy chủ và máy ảo ta sẽ thấy được tình trạng của toàn bộ hệ thống từ đó có chính sách năng cấp CPU, RAM, ổ cứng cho máy chủ hoặc máy ảo đó hoặc di chuyển máy ảo đang quá tải đó sang máy chủ vật lý có cấu hình mạnh hơn, có nhiề u tài nguyên còn trống hơn để hoạt động. Tiết kiệm: Công nghệ ảo hóa giúp các doanh nghiệp có thể tiết kiệm được mộ t chi phí lớn đó là điện năng chiếu sáng và hệ thống làm mát. Ả o hóa cho phép gom nhiều máy chủ vào một máy chủ vật lý nên chỉ tốn kém chi phí điện tiêu thụ , làm mát và chiếu sáng cho một vài máy chủ thôi. Bên cạnh đó thì diện tích sử dụng để đặ t máy chủ cũng được thu hẹp lại. Và hệ thống dây cáp nối cũng ít đi. 1.7. Các công nghệ giúp tối ưu trong ảo hóa. 1.7.1. Công nghệ máy ảo (Virtual Machine). Máy ảo là một máy tính được cài trên một hệ điều hành khác hay mộ t máy tính khác. Một máy ảo cũng bao gồm phần cứng, các ứng dụng phần mềm và hệ điều hành. Điều khác biệt ở đây là lớp phần cứng của máy ảo không phải là các thiết bị thườ ng mà chỉ là một môi trường hay phân vùng mà ở đó nó được cấp phát một số tài nguyên như là chu kì CPU, bộ nhớ, ổ đĩa… Công nghệ máy ảo cho phép cài và chạy nhiề u máy ảo trên một máy tính vật lý. Mỗi máy ảo có một hệ điều hành máy khách riêng lẻ và được phân bố tài nguyên, ổ cứng, card mạng và các tài nguyên phần cứng khác mộ t cách hợp lý. Việc phân bố tài nguyên này phụ thuộc vào nhu cầu của từng máy ảo ứ ng dụng và cũng tùy thuộc vào phương pháp ảo hóa được dùng. Đặc biệt khi máy ảo cầ n truy xuất tài nguyên phần cứng thì nó hoạt động giống như một máy thật hoàn chỉ nh. Vì chỉ là một tập tin được phân vùng trên ổ đĩa nên việc di chuyển các máy ảo từ máy chủ này sang máy chủ khác là rất dễ dàng và không cần quan tâm đến vấn đề tương thích phần cứng hay ảnh hưởng tới máy chủ. Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang 12 Hình 1.8: Sơ đồ truy cập tài nguyên phần cứng của các máy ảo. Trong kiến trúc của một bộ xử lý ảo hóa được chia thành 4 lớp. Lớp 0 là lớ p có quyền cao nhất có thể truy cập và can thiệp sâu nhất đến tài nguyên phần cứng. Lớp 0 thường là các hệ điều hành chủ được cài trên chính máy chủ. Lớp 1 là lớp ả o hóa Hypervisor. Lớp này dùng đề quản lý và phân phối tài nguyên đến các máy ảo. Lớ p 2 là các hệ điều hành khách chạy trên các máy ảo. Để truy cập tài nguyên phần cứ ng nó phải liên lạc với lớp ảo hóa và phải qua hệ điều hành máy chủ. Lớp có quyền can thiệ p thấp nhất đến tài nguyên là lớp 3. Đây là các ứng dụng hoạt động trên các máy ảo. Trong các hệ thống máy tính lớn dùng để xử lý các ứng dụng thương mạ i và khoa học (Mainframe), hệ điều hành chạy trên phần cứng máy thực ở chế độ ưu tiên vì chỉ có hệ điều hành chủ mới được phép sửa đổi và can thiệp vào phần cứng bên dướ i nó. Còn máy ảo làm việc ở chế độ giới hạn vì phần cứng mà nó nhìn thấy chỉ là các thiết bị ảo. Khi máy ảo yêu cầu các lệnh hoặc tiến trình thông thường thì hệ điề u hành chủ sẽ chuyển tiếp chúng đến bô xử lý để thực thi trực tiếp, còn đối với các lệnh hoặ c các tiến trình đặc biệt nhạy cảm can thiệp sâu đến phần cứng bên dưới sẽ bị chặn lạ i vì có thể làm ảnh hưởng tới hệ thống và máy ảo còn lại. Hệ điều hành chủ sẽ thự c thi lệnh với bộ xử lý trên máy thực rồi sau đó mô phỏng kết quả rồi trả về cho máy ảo. Đây là cơ chế nhằm cách ly máy ảo với máy thực để đảm bảo an toàn hệ thống. Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B...