Môn hệ thống ảo và khả năng mở rộng dữ liệu đề tài tổng quan về ảo hóa

BÀI TOÁN CƠ BẢN VỀ ỨNG DỤNG ẢO HÓA ?Xét tình huống một công ty cần máy chủ cho ba chức năng: Lưu trữ email của doanh nghiệp một cách bảo mật Chạy ứng dụng tương tác trực tiếp với khách

 ỦA BAN NHÂN DÂN TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN Môn: Hệ thống ảo và khả năng mở rộng dữ liệu Đồ án số 1 Đề tài: Tổng quan về ảo hóa Họ tên : Đinh Gia Huy - 3120410200 Họ tên : Đậu Quang Diễn - 3120410080 Họ tên : Đinh Ngô Nhựt Huy - 3121410224 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – THÁNG 11 NĂM 2023 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .3 I GIỚI THIỆU 4 1 Định nghĩa ảo hóa 4 2 Lịch sử phát triển 3 Ảo hóa hoạt động như thế nào .5 4 Bài toán cơ bản về ứng dụng ảo hóa 5 II CÁC LOẠI ẢO HÓA .6 1 Ảo hóa lưu trữ 6 2 Ảo hóa máy chủ 6 3 Ảo hóa máy tính 8 4 Ảo hóa ứng dụng 9 5 Ảo hóa mạng 11 6 Ảo hóa bảo mật 13 III ỨNG DỤNG CỦA ẢO HÓA 17 1 Trong doanh nghiệp 2 Trong công nghiệp 3 Trong công nghệ điện toán đám mây IV TIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN 1 Trí tuệ nhân tạo và ảo hóa 2 Ảo hóa trong y tế 3 Ảo Hóa và Internet of Things (IoT) 4 Sự Kết Hợp giữa Ảo Hóa và Blockchain 5 Tiềm Năng Tiết Kiệm Năng Lượng V NHỮNG THÁCH THỨC VÀ TRIỂN VỌNG 1 Thách Thức Bảo Mật 2 Tiềm Năng Tiết Kiệm Năng Lượng 3 Tích Hợp Ảo Hóa với Công Nghệ Mới 4 Hiệu Suất và Quản Lý Tài Nguyên VI CLOUD 17 1 Giá cả 17 2 Tốc độ 17 3 Độ tin cậy VII DEMO 1 Ảo hóa máy chủ 2 Ảo hóa ứng dụng 3 Ảo hóa máy tính 4 Ảo hóa lưu trữ 5 Đăng ký cloud VIII KẾT LUẬN Trong bối cảnh sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, ảo hóa đã nổi lên như một xu hướng quan trọng, định hình lại cách chúng ta tiếp cận và quản lý hệ thống thông tin Báo cáo này nhằm tìm hiểu và phân tích tổng quan về ảo hóa, từ nguồn gốc và cơ bản cho đến ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như doanh nghiệp, công nghiệp, và điện toán đám mây Chúng ta sẽ cùng nhau khám phá những thách thức đặt ra cùng với tiềm năng phát triển của ảo hóa trong tương lai, đồng thời tập trung vào những ứng dụng tiên tiến và những xu hướng tích cực trong lĩnh vực này Bằng cách này, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về vai trò quan trọng của ảo hóa trong việc tối ưu hóa hệ thống, nâng cao hiệu suất, và tạo ra những cơ hội mới trong thời kỳ đổi mới công nghệ I GIỚI THIỆU 1 ẢO HÓA LÀ GÌ ? Ảo hóa là công nghệ cho phép bạn tạo ra các dịch vụ CNTT hữu ích (máy chủ, kho lưu trữ, mạng, ) bằng cách sử dụng tối đa và tối ưu các tài nguyên phần cứng dành cho người dùng đầu cuối 2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Ảo hóa đã xuất hiện từ những năm đầu của thế kỷ 20, khi các loại máy tính đầu tiên được phát triển Sự phát triển của công nghệ và tăng cường hiệu suất máy tính đã mở ra những cơ hội mới cho ảo hóa 3 ẢO HÓA HOẠT ĐỘNG NHƯ THẾ NÀO ? Ảo hóa tận dụng quá trình này bằng cách mô phỏng chức năng phần cứng có thể được hiểu bằng các binary digit ở cấp độ máy và cung cấp môi trường ảo hóa dưới dạng phần mềm được gọi là Máy ảo (VM) Mỗi VM thường được cách ly và cung cấp môi trường để hệ điều hành và ứng dụng phần mềm hoạt động tách biệt với các VM khác Các tài nguyên phần cứng cơ bản được gộp đồng thời giữa các máy ảo và được phân phối linh hoạt bằng cách sử dụng Hypervisor Hypervisor (Công cụ giám sát) được xem như là phần mềm tách riêng biệt giữa môi trường ảo hóa và các thiết bị vật lý Hypervisor tạo ra và quản lý các máy ảo thông qua việc phân chia sử dụng các tài nguyên vật lý Khi môi trường ảo đang chạy và người dùng hoặc chương trình đưa ra lệnh yêu cầu tài nguyên bổ sung từ môi trường vật lý, hypervisor sẽ chuyển tiếp yêu cầu đến hệ thống vật lý và lưu vào bộ nhớ đệm các thay đổi Có 2 loại hypervisor Loại 1 (Tier 1 / bare-metal / native): chạy trực tiếp trên phần cứng của máy chủ để quản lý các HĐ H Loại 2 (Tier 2 / hosted): Nó hoạt động bằng cách trừu tượng hóa OS guest khỏi OS máy chủ Tài nguyên VM được gửi đến OS của máy chủ, sau đó được thực thi d ựa trên phần cứng 4 BÀI TOÁN CƠ BẢN VỀ ỨNG DỤNG ẢO HÓA ? Xét tình huống một công ty cần máy chủ cho ba chức năng:  Lưu trữ email của doanh nghiệp một cách bảo mật  Chạy ứng dụng tương tác trực tiếp với khách hàng  Chạy các ứng dụng nội bộ của doanh nghiệp  Mỗi chức năng này có những yêu cầu cấu hình khác nhau:  Ứng dụng email cần có nhiều dung lượng lưu trữ hơn và hệ điều hành Windows  Ứng dụng tương tác trực tiếp với khách hàng cần có hệ điều hành Linux và năng lực xử lý cao để xử lý lượng lớn lưu lượng truy cập trang web  Ứng dụng nội bộ của doanh nghiệp cần có iOS và bộ nhớ trong (RAM) có dung lượng lớn hơn Để đáp ứng những yêu cầu này, công ty sẽ thiết lập ba máy chủ vật lý chuyên dụng khác nhau cho từng ứng dụng Công ty phải tốn một khoản đầu tư ban đầu lớn và thực hiện bảo trì cũng như nâng cấp liên tục cho từng máy một Công ty cũng không thể tối ưu hóa năng lực điện toán Công ty thanh toán 100% chi phí bảo trì máy chủ nhưng chỉ sử dụng một phần dung lượng lưu trữ và năng lực xử lý II CÁC LOẠI ẢO HÓA 1 Ảo hóa lưu trữ Ảo hóa lưu trữ là quá trình trình bày chế độ xem logic về tài nguyên lưu trữ vật lý cho hệ thống máy tính chủ, xử lý tất cả các phương tiện lưu trữ (đĩa cứng, đĩa quang, băng từ, v.v.) trong doanh nghiệp dưới dạng một nhóm lưu trữ duy nhất  Có khả năng mở rộng cao  Cho phép dễ dàng thêm và xóa bộ nhớ mà không ảnh hưởng đến bất kỳ ứng dụng nào  Di chuyển dữ liệu dễ dàng  Quản lý lưu trữ dễ dàng  Khả năng sao lưu dữ liệu đề phòng các trường hợp bất trắc Các công cụ ảo hóa lưu trữ như: VMware vSAN, Virtual Storage Appliance (VSA), Có 2 máy chủ với các ổ đĩa ảo Các ổ đĩa ảo này có thể được ánh xạ tới các ứng dụng khác nhau Giữa bộ nhớ thực và ổ đĩa ảo có lớp ảo hóa giúp chuyển hướng I/O Hiểu rằng bộ lưu trữ vật lý hoặc đĩa cứng được kết hợp hoặc nhóm lại với nhau và sau đó với sự trợ giúp của phần mềm ảo hóa, các đĩa vật lý này được chia thành các khối dữ liệu nhỏ theo yêu cầu, được hiển thị cho các máy chủ từ xa dưới dạng đĩa ảo Các khối dữ liệu ảo này trông giống như đĩa vật lý đối với máy chủ Sau đó, đĩa này có thể được sử dụng để mở rộng hệ thống tập tin hoặc tạo một hệ thống mới Có hai công nghệ ảo hóa lưu trữ chủ yếu, đó là: 1 Block level storage virtualization (ảo hóa lưu trữ cấp độ khối): được triển khai trong SAN (Storage Area Network) và nó cung cấp một lớp transport trong SAN, giữa máy chủ và mảng lưu trữ Trong kiểu ảo hóa lưu trữ này, các máy chủ được chuyển hướng đến các LUN (Logical Unit Number) ảo hóa thay vì LUN trên mảng lưu trữ riêng lẻ Các LUN ảo hóa này nằm trên thiết bị ảo hóa 2 File level storage virtualization (ảo hóa lưu trữ cấp độ tệp tin): được triển khai trong NAS (Network Attached Storage) và giúp giải quyết các vấn đề về NAS bằng cách loại bỏ sự phụ thuộc giữa dữ liệu được truy cập ở cấp độ tệp và vị trí lưu trữ tệp vật lý Với ảo hóa cấp độ tệp, các tệp có thể được di chuyển rất dễ dàng và nó cung cấp cho người dùng hoặc ứng dụng sự độc lập khỏi vị trí lưu trữ tệp Kiểu ảo hóa lưu trữ này tạo thành một nhóm lưu trữ logic và cho phép người dùng sử dụng đường dẫn logic, thay vì đường dẫn vật lý, để truy cập các tệp 2 Ảo hóa máy chủ Ảo hóa máy chủ là quá trình chia một máy chủ vật lý thành nhiều máy chủ ảo riêng biệt và duy nhất bằng ứng dụng phần mềm Hypervisor Mỗi máy chủ ảo có thể chạy hệ điều hành riêng một cách độc lập Điều này dẫn đến việc cho phép nhiều hệ điều hành chạy trên cùng một máy chủ vật lý  Ảo hóa máy chủ là quá trình chia một máy chủ vật lý thành nhiều máy chủ ảo riêng biệt và duy nhất bằng ứng dụng phần mềm Hypervisor Mỗi máy chủ ảo có thể chạy hệ điều hành riêng một cách độc lập Điều này dẫn đến việc cho phép nhiều hệ điều hành chạy trên cùng một máy chủ vật lý  Mỗi máy chủ ảo trong máy chủ vật lý đều chạy riêng biệt mà không ảnh hưởng đến hoạt động của các máy chủ ảo khác  Giúp tiết kiệm chi phí phần cứng (Đối với khách hàng đầu cuối)  Khắc phục thảm họa nhờ vào việc dữ liệu có thể được lưu trữ và truy xuất từ bất kỳ vị trí nào và di chuyển nhanh chóng và đơn giản từ máy chủ này sang máy chủ khác  Các công cụ ảo hóa máy chủ như: VMware vSphere/ESXi, Microsoft Hyper-V, KVM, XEN, VirtualBox, VMware Workstation,… Full Virtualization Là một phương pháp ảo hóa trong đó một hypervisor tạo ra các máy ảo sử dụng phần cứng để chạy các hệ điều hành độc lập VD: VMware vSphere/ESXi, Microsoft Hyper-V Server,… OS-level Virtualization Không mô phỏng phần cứng của server Còn được gọi là containerization, cho phép nhiều hệ điều hành chia sẻ một kernel chung và chạy các container độc lập trên kernel đó VD: LXC, Docker, Podman, OpenVZ, DragonFly BSD, Para-Virtualization Là một phương pháp ảo hóa trong đó hệ điều hành trong máy ảo được sửa đổi để biết rằng nó đang chạy trong môi trường ảo, nó có thể tương tác với hypervisor để cải thiện hiệu suất VD: Xen, Citrix XenServer, … Hybrid-Virtualization Là sự kết hợp của nhiều phương pháp ảo hóa trong một hệ thống duy nhất Điều này cho phép sự linh hoạt và tối ưu hóa hiệu suất dựa trên yêu cầu cụ thể của ứng dụng hoặc hệ thống VD: Azure , OpenShift by Red Hat,… 3 Ảo hóa máy tính Ảo hóa máy tính (Virtual Desktop Infrastructure - VDI) là một công nghệ phần mềm tách biệt môi trường máy tính và phần mềm ứng dụng liên quan khỏi thiết bị vật lý được sử dụng để truy cập vào nó Bằng cách này, các ứng dụng và hệ điều hành sẽ chạy trên máy ảo (VM) được lưu trữ trên máy chủ vật lý, thay vì chạy trực tiếp trên thiết bị của người dùng Ví dụ: Trong 1 công ty, các nhân viên văn phòng cần truy cập vào môi trường (workspace) để làm việc với các tệp tin bảo mật của công ty, thay vì dùng máy tính cá nhân của nhân viên để truy cập, thì công ty sẽ sử dụng VDI nhằm cung cấp cho nhân viên môi trường để làm việc với các tệp tin đó, thì lúc này máy tính cá nhân chỉ còn đóng vai trò View Client, mọi thao tác còn lại sẽ luôn được thực thi trên máy chủ ảo được cấp, điều này nhằm giảm thiểu tình trạng bị chia sẻ các file nội bộ quan trọng, tăng bảo mật, tạo ra sự đồng bộ trong mạng Quá trình ảo hóa bao gồm nhiều lớp trừu tượng phần cứng và phần mềm, cho phép máy ảo hoạt động giống như một máy tính vật lý thực sự có CPU, bộ lưu trữ, tài nguyên mạng và RAM riêng Mặt khác, máy khách hoặc thiết bị người dùng tương tác với VM thông qua giao thức hiển thị từ xa (Desktop Display Protocol) truyền đầu vào bàn phím, nhấp chuột và cập nhật màn hình Các lớp khác nhau là: