Nghiên cứu và đánh giá công nghệ ảo hóa VDI

Công nghệ Desktop Virtualization giải pháp ảo hóa máy tính để bàn đã phá vỡ sự liên kết truyền thống giữa các hệ điều hành, ứng dụng, dữ liệu và các thiết lập của người dùng.. CHUONG 1 -

HỌC VIEN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THONG

NGUYÊN THÁI HOÀNG

NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ CÔNG NGHỆ ẢO HÓA VDI

Chuyên ngành: Hệ Thống Thông Tin

Mã số:60.48.01.04

TÓM TAT LUẬN VAN

HÀ NỘI - NĂM 2015

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS Phạm Hoàng Duy

Phản biện 1: PGS.TS Ngô Quốc Tạo

Phản biện 2: TS Nguyễn Vĩnh An

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đông châm luận văn thạc sĩ tại Học viện

Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc: giờ ngày 27 tháng 02 năm 2016.

Có thê tìm hiệu luận van tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay thê giới chúng ta đang ở kỷ nguyên của sự bùng nô thông tin Cùng với sự phát

triển như vũ bão của các phương tiện truyền thông đại chúng, lĩnh vực truyền thông máy tính đang

phát triển không ngừng Các công nghệ mới luôn được cập nhật và ứng dụng hiệu quả trong công việc Trong đó, nổi lên với 3 công nghệ được đánh giá là trọng điểm trong giao đoạn 2012 — 2020.

Đó là: “Công nghệ ảo hóa, điện toán đám mây và ứng dụng di động” Theo hướng nghiên cứu lĩnh

vực trên, đồ án này tập trung vào việc tìm hiểu công nghệ ảo hóa Có rất nhiều công nghệ ảo hóa

hiện nay Tuy nhiên theo đánh giá của “Information Week và hãng bảo mật Symantec” VMware là

hãng tiên phong trong lĩnh vực ảo hóa Trong tương lai gần công nghệ ảo hóa rất được tin tưởng và

sử dụng rộng rãi Ở Việt Nam hiện có khoảng 46% doanh nghiệp đang triển khai và có kế hoạch triển khai ảo hóa và điện toán đám mây.

- Ngày nay, nhu cầu sử dụng hiệu quả tài nguyên đồng thời vẫn bao đảm sự thuận tiện, tính linh động, khả năng bảo mật và an toàn của các ứng dụng đang trở nên thiết yếu trong hoạt động của nhiều tổ chức Chính vì thế, công nghệ ảo hóa và điện toán đám mây là sự lựa chọn đúng đắn

giúp tô chức tiết kiệm tối đa chi phí, gia tăng lợi nhuận, và đơn giản hóa việc quản trị.

- Hiện nay có rất nhiều công nghệ ảo hóa của các hãng như là Oracle VM, VMware ESX Server, IBM’s POWER Hypervisor, Microsoft’s Hyper-V, Citrix XenServer và mỗi hãng đều có

điểm đặc biệt riêng.

- Xuất phát từ yêu cầu thực tế nên luận văn có tựa đề “Nghiên cứu và đánh giá công nghệ ảo

hóa VDI”

2 Tổng quan vấn đề nghiên cứu

VDI — Virtual Desktop Infrastructure là giải pháp mới dé lưu trữ và quản lý hệ điều hành máy tính trạm trên một hạ tầng máy chủ tập trung và ở xa Dữ liệu máy trạm ví dụ như bản sao máy làm việc (desktop image), được tô chức trên các máy ảo VM (Virtual Machine), cho phép cài đặt hệ điều hành máy trạm một cách đơn giản, bảo mật và tách biệt Toàn bộ hệ thống máy trạm được đặt

tại trung tâm nên dữ liệu được đảm bảo tính an toàn và bảo mật.

Trong môi trường mạng doanh nghiệp hiện nay, thông thường người quản trị phải đối mặt

với thách thức là làm sao dé đưa ra một giải pháp hiệu qua dé giảm chi phí mà vẫn bảo đảm được

tính linh hoạt và khả năng đáp ứng liên tục của hệ thống nhằm nâng cao năng suất hoạt động, tận dụng tối đa tài nguyên và ở bat cứ nơi nao nhân viên cũng được phép truy cập tài nguyên trong hệ thống Câu trả lời cho nhu cầu trên chính là giải pháp ảo hóa hệ thống mang (Virtualization) Hàng loạt các giải pháp ảo hóa được phát triển nhằm mục đích đáp ứng tối đa nhu cầu của mọi doanh

nghiệp như: Server Virtualization, Desktop Virtualization, Application Virtualization, Presentation Virtualization, Profile Virtualization.

Công nghệ Desktop Virtualization (giải pháp ảo hóa máy tính để bàn) đã phá vỡ sự liên kết truyền thống giữa các hệ điều hành, ứng dụng, dữ liệu và các thiết lập của người dùng Desktop Virtualization cho phép người quản trị triển khai các thiết lập của người dùng (Profile, Desktop,

Documents ), ứng dụng và máy tính cá nhân của người dùng một cách riêng rẽ hoặc chung Quan

trọng hơn, với Desktop Virtualization các nhà thiết kế hệ thống có thể tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có

không chỉ trong hôm nay mà còn cả trong tương lai vì vậy phần chỉ phí cho việc quản trị được giảm đáng kể cho doanh nghiệp.

Như với việc có nhiều công nghệ ảo hóa VDI, một mặt tạo ra sự da dạng cho người quản tri

hệ thống lựa chọn nhưng bên cạnh đó cũng tạo ra sự khó khăn trong việc tiếp cận hệ thống Đã có

rất nhiều các luận văn báo cáo tìm hiểu về các công nghệ ảo hóa VDI nhưng có rất ít các đánh giá giữa các hệ thống ảo hóa Vì vậy, đưa ra được các đánh giá các công nghệ ảo hóa VDI là việc cần

thiết để giúp việc tối ưu việc quản trị hệ thống được thuận lợi nhất.

3 Mục đích nghiên cứu

Tìm hiểu về các công nghệ ảo hóa VDI trên thế giới và đánh giá so sánh các phần mềm( hệ thống) ảo hóa, từ đó đưa ra các khuyến nghị lựa chọn công nghệ.

Xây dựng một mô hình ảo hóa VDI đầy đủ các thành phần cơ bản.

4 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các chương trình tạo tạo hệ thống máy ảo VDI và phương pháp đề đánh giá hiệu năng của hệ thống

5 Phương pháp nghiên cứu

CHUONG 1 - TONG QUAN VE CÔNG NGHỆ AO HÓA

1.1 Khái niệm ảo hóa

Ảo hóa[6] là một công nghệ được ra đời nhằm 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 Ý tưởng của công nghệ ảo hóa máy chủ là từ một máy

vật lý đơn lẻ có thé tạo thành nhiều máy ảo độc lập Ảo hóa phép tạo nhiều máy ảo trên một máy

chủ vật lý, mỗi một máy ảo cũng được cấp phát tài nguyên phần cứng như máy vật lý gồm có RAM, CPU, card mạng, ô cứng, các tài nguyên khác và hệ điều hành riêng.

Các bộ xử lý của hệ thống máy tính lớn được thiết kế hỗ trợ công nghệ ảo hoá và cho phép chuyên các lệnh hoặc tiến trình nhạy cảm của các máy ảo có thê ảnh hưởng trực tiếp đến tài nguyên

hệ thống cho hệ điều hành chủ xử lý, sau đó lớp ảo hóa sẽ mô phỏng kết quả dé trả về cho máy ảo Tuy nhiên không phải tất cả bộ xử lý đều hỗ trợ ảo hóa Các bộ xử lý cũ trên máy để bàn điều

không có hỗ trợ chức năng này Ngày nay hai nhà sản xuất bộ xử lý lớn trên thế giới là Intel và AMD đều cố gắng tích hợp công nghệ ảo hóa vào trong các sản phẩm của họ Các bộ xử lý có ứng

dụng ảo hóa thường là Intel VT (Virtual Technology) hoặc AMD Pacifica.

Sử dụng công nghệ ảo hóa đem đến cho người dùng sự tiện ích Việc có thé chay nhiéu hé điều hành đồng thời trên cùng một máy tính thuận tiện cho việc hoc tập ngiên cứu va đánh giá một sản phâm hệ điều hành hay một phần mềm tiện ích nao đó Nhưng không ngừng lại ở đó, những khả năng và lợi ích của ảo hoá còn hơn thế và nơi gặt hái được nhiều thành công và tạo nên thương hiệu

của công nghệ ảo hóa đó chính là trong môi trường hệ thống máy chủ ứng dụng và hệ thống mạng.

Ảo hóa máy chủ thực sự không được quan tâm cho đến những năm gan đây Do còn nhiều

vấn đề về công nghệ và người dùng chưa thực sự quan tâm tới lợi ích và còn thiếu một đội ngũ am

hiểu về công nghệ này nên việc áp dụng nó vào hệ thống là rat dé dat Nhưng khi đối mặt với thực trạng khủng hoảng của nền kinh tế toàn cầu thì bat kì một doanh nghiệp nào cũng chú tâm dé tìm một giải pháp tiết kiệm hơn Đây cũng là lúc công nghệ ảo hóa tìm được chỗ đứng vững chắc cho mình trong lĩnh vực công nghệ thông tin trên thế giới.

Ảo hóa cứng còn được gọi là phân thân máy chủ Dạng ảo hóa này cho phép tạo nhiều máy

ảo trên môt máy chủ vật lý Mỗi máy ảo chạy hệ điều hành riêng và được cấp phát các tài nguyên phần cứng như số xung nhịp vi xử lý , 6 cứng và bộ nhớ Các tài nguyên của máy chủ có thê được

cấp phát động một cách linh động tùy theo nhu cầu của từng máy ảo Giải pháp này cho phép hợp

nhất các hệ thống máy chủ cồng kénh 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.

Ao hóa mém con gọi là phân thân hệ điều hành Nó thực ra chỉ là sao chép bản sao của một

hệ điều hành chính làm nhiều hệ điều hành con và cho phép các máy ảo ứng dụng có thê chạy trên

nó Như vậy, nếu hệ điều hành chủ là Linux thì cách ảo hoá này sẽ cho phép tạo thêm nhiều bản

Linux làm việc trên cùng máy Cách nay có ưu điểm là chi cần một bản quyền cho một hệ điều hành

và có thể sử dụng cho các máy ảo còn lại Nhược điểm của nó là không thể sử dụng nhiều hệ điều

hành khác nhau trên cùng một máy chủ.

1.2 Lịch sử ra đời

Ảo hóa có nguồn gốc từ việc phân chia ô đĩa, chúng phân chia một máy chủ thực thành

nhiều máy chủ con Một khi máy chủ thực được chia, mỗi máy chủ con có thể chạy một hệ điều

hành và các ứng dụng độc lập.

Tiên phong cho công nghệ ảo hóa này là từ hãng IBM với hệ thống máy ảo VM/370 nổi

tiếng được công bố vào năm 1972.Dén năm 1999 Vmware giới thiệu sản phẩm VMware Workstation Sản phẩm này ban đầu được thiết kế để hỗ trợ việc phát triển và kiểm tra phần mềm

và đã trở nên phổ biến nhờ khả năng tạo những máy tính ảo chạy đồng thời nhiều hệ điều hành khác nhau trên cùng một máy tính thực Khác với chế độ khởi động kép là những máy tính được cài nhiều hệ điều hành và có thể chọn lúc khởi động nhưng mỗi lúc chỉ làm việc được với 1 hệ điều

hành.

VMware, được EMC (hãng chuyên về lĩnh vực lưu trữ) mua lại vào tháng 12 năm 2003, đã

mở rộng tầm hoạt động từ máy tinh dé ban (Desktop) đến máy chủ (Server) và hiện hãng vẫn giữ vai trò thống lĩnh thị trường ảo hoá.

1.3 Các thành phần của một hệ thống ảo hóa

Một hệ thống ảo hóa bao gồm những thành phần sau:

= Tai nguyên vật lý (Host Machine, Host Hardware).

= Phan mềm ảo hóa (Virtual Software) cung cấp và quan lý môi trường 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.

1.3.1 Tài nguyên vat lý (Host Machine/ Host Hadware)

Các tài nguyên vật lý trong môi trường ảo hóa cung cấp tài nguyên ma các máy ảo sẽ sử dụng tới Một môi trường tài nguyên lớn có thé cung cấp được cho nhiều máy ảo chạy trên nó và như vậy hiệu quả làm việc của các máy ảo cao hơn.Các tài nguyên vật lý thông thường như là ô đĩa

cứng, RAM, card mạng

1.3.2 Phần mềm ảo hóa (Virtual Software)

Lớp phần mềm ảo hóa này cung cấp 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 một môi trường ảo hóa Nó 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 mang lại hiệu quả

làm việc của các máy ảo Ngoài ra phần mềm ảo hóa còn cung cấp giao diện quản lý và cau hình

cho các máy ảo.

1.3.3 Máy ảo (Virtual Machine)

Thuật ngữ máy ảo được dùng chung khi miêu tả cả máy ảo và hệ điều hành ảo Máy ảo thực chat là một phan cứng ảo một môi trường hay một phân vùng trên 6 đĩa Trong môi trường này có day đủ thiết bi phần cứng như một máy thật Day là một kiểu phần mềm ảo hóa dựa trên phan cứng vật lý Các hệ điều hành khách mà các nhà quản trị cài trên các máy ảo này không biết phần cứng

mà nó nhìn thấy là phần cứng ảo.

1.3.4 Hệ điều hành khách (Guest Operating System)

Hệ điều hành khách được xem như một phần mềm được cài đặt trên một máy ảo gitip ta có

thé sử dụng dễ dang và xử lý các sự cố trong môi trường ao hóa, Nó giúp người ding có những thao

tác giống như là đang thao tác trên một lớp phần cứng vật lý thực sự.

Khi có đủ các thành phần trên thì người dùng có thể xây dựng cho mình một hệ thống ứng dụng ảo hóa Ngoài việc lựa chọn phần cứng cho thích hợp người dùng còn phải cân nhắc xem phải

sử dụng phần mềm ảo hóa gì hoặc loại ảo hóa nào Điều này rất quan trọng trong việc tối ưu hóa

hiệu suât làm việc cho hệ thông.

1.4 Các kiểu ảo hóa cơ bản

1.4.1 Ao hóa hệ thống lưu trữ

Ao hóa hệ thông lưu trữ[6] vê co ban là sự mô phỏng, giả lập việc lưu trữ từ các thiệt bi

lưu trữ vật lý Các thiết bi này có thể là băng từ, 6 cứng hay kết hợp cả 2 loại Việc làm này mang lại các ích lợi như việc tăng tốc khả năng truy xuất dữ liệu, do việc phân chia các tác vụ

đọc, viết trong mạng lưu trữ Ngoài ra, việc mô phỏng các thiết bị lưu trữ vật lý cho phép tiết kiệm

thời gian hơn thay vì phải định vị xem máy chủ nào hoạt động trên ô cứng nào để truy xuất.

Ao hóa hệ thống lưu trữ có ba dạng mô hình sau đây:

= Host-based: Trong mô hình này, ngăn cách giữa lớp ảo hóa va 6 đĩa vật lý là

driver điêu khiên của các ô đĩa Phân mêm ảo hóa sẽ truy xuât tài nguyên (các ô

cứng vật lý) thông qua sự điều khiển và truy xuất của trình điều khiển này.

« Storage-device based: Trong dang này, phần mềm ảo hóa giao tiếp trực tiếp với 6

cứng Đây có thé xem như là 1 dang firmware đặc biệt, được cài trực tiếp vào 6

cứng Dạng này cho phép truy xuất nhanh nhất tới ô cứng, nhưng cách thiết lập

thường khó khăn và phức tạp hơn các mô hình khác Dịch vụ ảo hóa được cung cấp cho các Server thông qua một thiết bị điều khiển gọi là bộ điều khiến lưu trữ sơ cấp

(Primary Storage Controller).

« Network-based: Trong mô hình này, việc ảo hóa sẽ được thực thi trên một thiết bị

mạng, ở đây có thể là một thiết bị switch hay một máy chủ Các switch hay máy chủ

này kết nối với các trung tâm lưu trữ (SAN) Từ các switch hay server này, các ứng dụng kết nối vào được giao tiếp với trung tâm dữ liệu bằng các “6 cứng” mô

phỏng do switch hay máy chủ tạo ra dựa trên trung tâm dữ liệu thật Đây cũng là

mô hình hay gặp nhất trên thực tế

1.4.2 Ao hóa hệ thống mang

Ao hóa hệ thông mạng là một tiên trình hợp nhât tài nguyên, thiệt bị mạng cả phân

cứng lẫn phần mềm thành một hệ thống mạng ảo Sau đó, các tài nguyên này sẽ được phân

chia thành các kênh (channel) và gắn với một máy chủ hoặc một thiết bị nào đó.

1.4.3 Ao hóa ứng dụng

Ao hóa ứng dụng là một dạng công nghệ ảo hóa khác cho phép chúng ta tách rời môi

liên kết giữa ứng dụng và hệ điều hành và cho phép phân phối lại ứng dụng phù hợp với nhu

cầu người dùng Một ứng dụng được ảo hóa sẽ không được cài đặt lên máy tính một cách

thông thường, mặc dù ở góc độ người sử dụng, ứng dụng vẫn hoạt động một cách bình thường Việc quản lý việc cập nhật phần mềm trở nên dễ dàng hơn, giải quyết sự đụng độ

giữa các ứng dụng và việc thử nghiệm sự tương thích của chúng cũng trở nên dễ dàng hơn.

Hiện nay đã có khá nhiều chương trình ảo hóa ứng dụng như Citrix XenApp, Microsoft Application Virtualization, VMware ThinApp với hai loại công nghệ chủ yếu sau:

1.5 Một số công nghệ ảo hóa

1.5.1 VMM - Hypervisor

Công nghệ VMM-Hypervisor[6] 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 điều hành khách Mục dich 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 gọi là phân vùng (partition) Các hệ điều hành của máy ảo được cài đặt trên phân vùng này Mỗi phân vùng sẽ được cung cấp tập hợp các tài nguyên phần cứng riêng của nó chăng hạn như bộ nhớ, các CPU và thiết bị Hypervisor có trách nhiệm điều khiển và phân phối các luồng truy cập đến các tài nguyên phần cứng.

1.5.2 Giám sát máy ảo (Virtual Machine Monitor - VMM)

VMM là một loại ảo hóa hoạt động như một phần mềm chạy trên một hệ điều hành chủ khác Nghĩa là dé tương tác với tài nguyên phần cứng nó phải liên lạc thông qua hệ điều hành chủ Các sản phẩm điển hình cho kiểu ảo hóa này là VMware Server, Microsoft Virtual PC, máy ảo

Java.

1.5.3 Hybrid

Hybrid[6] là một kiểu ảo hóa mới hơn và có nhiều ưu điểm Trong đó lớp ảo hóa Hypervisor

chạy song song với hệ điều hành máy chủ Tuy nhiên trong cấu trúc ảo hóa này các máy chủ ảo vẫn

phải đi qua hệ điều hành máy chủ dé truy cập phan cứng nhưng khác biệt ở chỗ cả hệ điều hành máy chủ và các máy chủ ảo đều chạy trong chế độ 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 ứng Lý do khiến Hyrbird nhanh hơn là lớp ảo hóa chạy trong trong chế độ hạt nhân

(chạy song song với hệ điều hành) trái với Virtual Machine Monitor với lớp ảo hóa chạy trong trong chế độ người dùng (chạy như một ứng dụng cài trên hệ điều hành).

1.5.4 Monolithic Hypervisor

Monolithic Hypervisor là một hệ điêu hành máy chu Nó chứa những trình điêu khiên

(Driver) hoạt động phần cứng trong lớp Hypervisor đề truy cập tài nguyên phần cứng bên dưới Các

hệ điều hành chạy trên các máy ảo truy cập phần cứng thì sẽ thông qua lớp trình điều khiến thiết bi

của lớp hypervisor.

Mô hình này mang lại hiệu cao, nhưng cũng giống như bắt kì các giải pháp khác bên mặt ưu điểm thì nó cũng còn có nhiều điểm yếu Vì nếu lớp trình điều khién thiết bi 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 dạng, nhiều loại và do nhiều nhà cung cấp khác nhau nên trình

điều khiển của Hypervisor trong loại ảo hóa này có thé sẽ không thé hỗ trợ điều khiến hoạt động của phần cứng này một cách đúng đắn và hiệu suất chắc chăn cũng sẽ không được như mong đợi Một trình điều khiển không thé nào có thé 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 rằng việc phụ thuộc quá

nhiều vào các loại thiết bị dẫn tới sự hạn chế việc phát triển công nghệ này.

1.5.5 Hypervisor vỉ nhân

Ao hóa phan cứng vi nhân là một kiêu ảo hóa giông như Monolithic Hypervisor Điêm khác

biệt giữa hai loại này là trong vi nhân trình điều khiển thiết bi 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 lạc với trình điều khién chính và trình điều khiển chính này sẽ chuyền yêu cầu xuống lớp

ảo hóa phần cứng dé liên lạc với phan cứng Tiêu biéu cho ứng dụng loại ảo hóa này là Windows

Server 2008 Hyper-V.

1.6 Lợi ích của ảo hóa

Thông thường việc đầu tư cho một trung tâm công nghệ thông tin là rất tốn kém Chi phí đầu

tư mua các máy chủ cấu hình mạnh và các phần mềm bản quyền là rat đắt đỏ Trong thời buổi kinh

tế khó khăn hiện nay doanh nghiệp nao cũng muốn cắt giảm và hạn chế tối đa các chi phí không cần thiết mà vẫn đáp ứng được năng suất và tính ổn định của hệ thống.thế nên việc ứng dụng ảo hóa trở

thành nhu cầu cần thiết của bất kì doanh nghiệp lớn hay nhỏ Vì thay vì mua mười máy chủ cho

mười ứng dụng thì chỉ cần mua một hoặc hai máy chủ có hỗ trợ ảo hóa thì vẫn có thể chạy tốt mười ứng dụng trên Điều này cho ta thấy sự khác biệt giữa hệ thống ảo hóa và không ảo hóa Bên cạnh

đó việc ứng dụng ảo hóa còn đem lại những lợi ích sau đây:

“ Quản lý đơn giản: khi triển khai hệ thống ảo hoá thì số lượng máy chủ vật lý giảm đi đáng

kể và khi đó việc theo déi và giám sát hệ thống rat dé dàng và hầu như được thực hiện bởi

công cụ phần mềm quản trị tập trung từ xa do nhà cung cấp phần mềm ảo hoá hỗ trợ Nhà quản trị đễ đàng 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 bang cach gắn thêm RAM, 6 cứng một cách nhanh chóng và đơn giản.

“ Triển khai nhanh: khi triển khai hệ thống thì không cần nhất thiết phải cài đặt toàn bộ máy

ảo trên hệ thống Vì mỗi máy ảo chi là một tập tin được cài trên một phân vùng trên 6 cứng nên có thé tận dụng điều này dé giảm thiêu thời gian cài đặt 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 tại trung tâm dit liệu có nhiều máy chủ không khai thác thác hết tài nguyên phần cứng của hệ thống.

"Phuc hồi và lưu trữ hệ thống nhanh: Vì máy ảo chỉ là một tập tin trên ô đĩa nên việc sao lưu

rat đơn giản là sao chép lại các tập tin này Và khi một máy ảo gặp sự cố và hỏng hóc do

mộ lỗi hệ điều hành nào đó thì việc phục hồi don 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 đề phục hồi hệ thống là rất ít Nếu được đầu tư thêm một số máy chủ khác thì ta có thể

cấu hình tính năng sẵn sàng cao cho các máy chủ ảo hóa này Khi đó một máy ảo hay một

máy chủ bị sự có thì tất cả các máy ảo sẽ được di chuyển nóng đến máy chủ khác và có thé

hoạt động lại ngay tức thì.

“ Cân bằng tải và phân phối tài nguyên linh hoạt: Với các công cụ quan 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, ô cứng cho máy chủ hoặc máy ảo đó hoặc di chuyển máy ảo đang quá tải đó sang máy chủ vật lý có cau hình mạnh hơn, có nhiều tài nguyên còn trồng hơn dé hoạt động Tiết kiệm: công nghệ ảo hóa giúp các doanh nghiệp có thể tiết kiệm được một chi phí lớn

đó là điện năng chiếu sáng và hệ thống làm mát.Ảo hóa cho phép gom nhiều máy chủ vào một máy chủ vật lý nên chỉ tốn kém chỉ phí điện tiêu thụ, làm mát và chiếu sáng cho một

vài máy chủ, bên cạnh đó thì diện tích sử dụng đề đặt máy chủ cũng được thu hẹp lại và hệ thống dây cáp nối cũng ít đi.

Kết luận:

Công nghệ ảo hóa VDI đã cho thấy sự khác biệt hoàn toàn so với các máy tínhtruyền thống đang sử dụng và cũng đã chứng tỏ một cách rõ ràng các lợi ích củacông nghệ này qua các mặt như: quản lý, triển khai, nhân lực quản trị hệ thống, bảomật an toàn dữ liệu đều vượt trội so với máy tính truyền thống vì tất cả đữ liệu đượclưu trữ trên hệ thống máy chủ Công nghệ ảo hóa VDI hứa hẹn sẽ thay thế hoàn toànmáy tính truyền thống trong một tương lai gần Hiện tại có rất nhiều hãng cung cấp

hệ thống ảo hóa VDI, đây cũng là tạo ra sự đa dạng sự lựa chọn của người quản trị

hệ thống cũng như người dùng doanh nghiệp

CHƯƠNG II: ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA HỆ THÓNG ÁO HÓA

VDI

2.1 Sự cần thiết của việc đánh giá hiệu năng hệ thống

Công nghệ ảo hóa đã thay đổi đáng ké các doanh nghiệp cách chạy các ứng dụng của

họ, đầu tiên bằng cách cho phép hợp nhất lớn hơn nhiều trong các trung tâm dữ liệu cánhân, và gần đây hơn là một công nghệ đăng sau điện toán đám mây Cho dù nó được sửdụng với nguồn lực công cộng hay tư nhân, ảo hóa giúp đơn giản hoá quản lý, đây mạnhtriển khai, và cải thiện hiệu quả tài nguyên Ảo hóa cho phép các tính năng mới như quản lýhiệu suất và độ tin cậy các dịch vụ được áp dụng mà không cần thay đổi các ứng dụng hoặc

hệ điều hành

Trong khi các chi phí chung của lớp ảo hóa vẫn giới hạn nó được sử dụng trong hoạt

động lĩnh vực quan trọng như điện toán hiệu suất cao Ao hóa đã trở thành tiêu chuẩn déchạy một bộ các ứng dụng Sự hấp thu của ảo hóa đã được thúc đây thời gian gan day boi su

dễ dàng mà co sở ha tang như một dịch vụ nền tang (IaaS) đám mây có thé thuê người dùng

máy ảo (VM) Nhiều các doanh nghiệp đánh giá cao việc triển khai nhanh chóng va khảnăng mở rộng linh hoạt của những đám mây và khả năng triển khai dé dang mà các máy chủ

ảo có thé được tạo ra và điều chỉnh trực tuyến (online) Tuy nhiên, mục đích chính của việc

sử dụng công nghệ ảo hóa là dé củng có khối lượng công việc dé một máy vật lý có thé

được ghép cho nhiều người dùng khác nhau Điều này cải thiện hiệu quả của một trung tâm

dữ liệu tổng thé bằng cách cho phép nhiều công việc phải được thực hiện trên một tập hợp

nhỏ của các nút vật lý và cũng cải thiện hiệu quả năng lượng cho mỗi máy chủ bởi vì ngay

cả các máy chủ nhàn rỗi tiêu thụ một lượng lớn năng lượng trong khi ảo hóa cung cấp nhiều

tiện ích, nó đi kèm với chi phí.

Bên cạn đó quản lý nền tảng ảo hóa phải gánh chịu một số chỉ phí vì các lớp trừu

tượng nó phải thêm từ một máy ảo và các nguồn lực vật chất nó làm cho sử dụng Hơn nữa,

do nhiều máy ảo có thể chạy trên một máy vật lý, thực hiện cách ly là rất quan trọng dé đảmbảo rằng máy ảo không xung đột, cạnh tranh không ảnh hưởng tiêu cực đến nhau Ví dụ,một lịch trình CPU trong hypervisor phải cung cấp một số tiễn trình hợp lý của thời gian démỗi VM và ngăn chặn một VM tham lam xâm hại đến tiến trình khác Có rất nhiều nền tảng

ảo hóa khác nhau, từ các hypervisor mã nguồn mở như KVM va Xen, để hypervisors

thương mại như VMware vSphere và Microsoft Hyper-V.

Trong khi mục tiêu của những nền tang này là như nhau, công nghệ cơ bản khácnhau, hệ thống quản tri dé lại trách nhiệm chọn nền tảng ảo hóa lý tưởng dựa trên hiệu suất,

tính năng của nó, và giá cả Sự lựa chọn của hypervisor không chỉ áp dụng cho dữ liệu cá

nhân của một doanh nghiệp dịch vụ đám mây khác nhau Center- sử dụng các nền tảng ảo

hóa khác nhau Amazon EC2, cơ sở hạ tầng điện toán đám mây lớn nhất, sử dụng Xen là

một hypervisor, nhưng Microsoft Azure sử dụng Hyper-V và các đối tác sử dụng VMware

ESX Đây là loại đa dạng hypervisor gây ra những thách thức mới trong quản lý tài nguyên

do các API(Application programming interface — lớp lập trình ứng dụng) khác nhau và tập

tính năng được hỗ trợ bởi mỗi đám mây và ảo hóa nền tảng của nó, nhưng nó cũng hứa hẹnnhững cơ hội mới nếu các ứng dụng có thể được kết hợp một cách cân thận để cáchypervisor tốt nhất Hiện tại chưa có một tài liệu nào đánh giá hiệu năng của hệ thống ảohóa VDI và vì những lý do nêu trên việc đánh giá hiệu năng hệ thống là cần thiết để cungcấp cái nhìn cho người quản trị hệ thống cũng như các doanh nghiệp Ở trong khuôn khổluận văn này xin được đưa ra hai cách cơ bản đánh giá hệ thống gồm có đánh giá hiệu năng

phan cứng và xem xét các yêu tố phi hiệu năng

2.2 Đánh giá hiệu năng phần cứng

Hiệu năng phần cứng là cách các phần mềm tiêu tốn tài nguyên(bộ vi xử lý, bộ truycập ngẫu nhiên, 6 cứng) là bao nhiêu dé chạy một ứng dụng phần mém.Hiéu năng được

đánh giá dựa vào tốc độ (tần số hoạt động) của CPU được đo bằng megahertz (MHz) hoặc

gigahertz (GHz), tốc độ của bộ truy cập ngẫu nhiên hay là 6 cứng

Công nghệ ảo hóa cung cấp một cách dé chia sẻ tài nguyên giữa các máy ảo bằngcách sử dụng phần cứng / phân vùng phần mềm, chia sẻ thời gian, và chia sẻ tài nguyên

động Theo truyền thống, các hệ điều hành (OS) kiểm soát các nguồn tài nguyên phan cứng,

nhưng công nghệ ảo hóa cho thêm một layer mới giữa hệ điều hành và phần cứng Một lớp

ảo hóa cung cấp hỗ trợ cơ sở hạ tầng dé cho nhiều máy ảo (hoặc hệ điều hành khách) có thể

được tạo ra và giữ độc lập và tách biệt với nhau Thông thường, một lớp ảo hóa được gọi là một hypervisor hoặc màn hình máy ảo (VMM) Trong khi ảo hóa từ lâu đã được sử dụng

trong các hệ thống máy tính lớn , VMware đã là người tiên phong trong việc đưa ảo hóa chocác nên tang x86 hàng hóa, tiếp theo là Xen và một loạt các nền tang ảo hóa khác Hình 2.1

cho thấy ba cách tiếp cận khác nhau dé của ảo hóa: ảo hóa một phần , ảo hóa day đủ, và

phan cứng hỗ trợ ảo hóa Ảo hóa một phan sửa đổi dé các hệ điều hành khách, chủ yếu dạycác hệ điều hành như thế nào để thực hiện các yêu cầu đến hypervisor khi nó cần truy cập

vào các nguôn tài nguyên bị hạn chê Điêu này làm đơn giản mức độ trừu tượng của phân

cứng cần được cung cấp, nhưng phiên bản kiểm soát giữa các ảo hóa phần cứng và ảo hóa

một phan là khó khăn bởi vì hai yếu tố này được kiểm soát bởi các tổ chức khác nhau Aohóa hoàn toàn hỗ trợ chạy hệ điều hành khách chưa sửa đổi thông qua dịch nhịphân VMware sử dụng các dịch nhị phân và trực tiếp kỹ thuật thực hiện để tạo máy ảo cókhả năng chạy hệ điều hành độc quyền như Windows Tuy nhiên, những kỹ thuật này cóthé phải chịu các chi phí lớn ké từ khi hướng dẫn thao tác các tài nguyên được bảo vệ phảiđược chặn lại và viết lại Kết quả là, Intel và AMD đã bắt đầu bổ sung thêm hỗ trợ ảo hóaphần cứng để các hypervisor hiệu quả hơn có thể ủy quyền truy cập vào các nguồn tàinguyên bị hạn chế Một số siêu giám sát hỗ trợ một số các kỹ thuật; trong bài nghiên cứunày, chỉ tập trung vào các hypervisor sử dụng phần cứng hỗ trợ ảo hóa như thế này hứa hẹn

sẽ cung cấp hiệu suất lớn nhất và linh hoạt

Hypervisors mục tiêu của các nghiên cứu là Hyper-V, KVM, VMware vSphere, và

Xen Mỗi người trong số những hypervisors sử dụng kiến trúc khác nhau, ngay cả khi bịgiới hạn dé hỗ trợ ảo hóa phan cứng chế độ Hyper-V dựa-trên-Windows có một kiến trúc

khác nhau đáng ké so với những người khác mà xuất phát từ Linux Trong khi Xen va KVM

sử dụng sửa đổi mã nguồn mở Linux, VMware sử dụng một xây dựng tùy chỉnh với các tính

năng độc quyền Xen ban đầu dựa trên kỹ thuật paravirtualization, nhưng nó bây giờ hỗ trợ

ảo hóa phần cứng rất là tốt Tuy nhiên, nó vẫn giữ lại một tên miễn riêng biệt quản lý

(dom0) mà kiểm soát máy ảo và có thé thương lượng truy cập dé tùy chỉnh các trình điềukhiển khối và mạng KVM chạy như là một mô-đun hạt nhân, có nghĩa là nó sử dụng hầuhết các tính năng của hệ thống điều hành hạt nhân linux chính nó Ví dụ, thay vì cung cấp

lập lịch CPU riêng của mình cho máy ảo, KVM xử lý mỗi VM là một quá trình và sử dụng

trình lập lịch biểu Linux mặc định để phân bổ nguồn lực cho họ Một loạt các phần mềm và

hệ điều khác có thé ảnh hưởng đến hiệu suất của siêu giám sát và máy ảo

Trong ảo hóa, làm thé nao dé quản lý các tài nguyên ảo như bộ vi xử lý, bộ nhớ, 6đĩa, và mạng là yếu tô quan trọng Mỗi nguồn tài nguyên này đòi hỏi các kỹ thuật khác nhau

để ảo hóa, dẫn đến sự khác biệt hiệu suất trong mỗi hypervisor tùy thuộc vào loại hoạt động

được thực hiện Đã có những nghiên cứu đưa ra các chi phí và hiệu suất bị ảnh hưởng từviệc lập lịch CPU khác nhau trong các ảo hóa phan cứng Công việc trước khi cố gang déxây dựng mô hình lớp ảo hóa các chi phí dé tạo thuận lợi cho việc di chuyên từ bản địa với

các môi trường ao So sánh diém chuan giữa các ảo hóa phân cứng khác nhau đã được thực

hiện bởi cả hai công ty như VMware Một loạt các phần mềm và hệ điều hành khía cạnh có

thé ảnh hưởng đến hiệu suất của siêu giám sát và máy ảo

Các nhà cung cấp giả pháp ảo hóa và nhà cung cấp phần cứng cả hai nỗ lực nghiêncứu và phát trién đã đi vào việc giảm tông phí phát sinh bởi các lớp ảo hóa Đã tập trung

vào các chi phí ảo hóa mạng va cách dé giảm bớt chúng Da có những đánh giá khác đã

xem xét các chi phí và hiệu suất gây ra bởi lập lịch CPU khác nhau trong các hypervisorXen Công việc trước khi cố gắng dé xây dựng mô hình lớp ảo hóa các chi phí dé tạo thuậnlợi cho việc đi chuyền từ bản địa với các môi trường ảo So sánh điểm chuẩn giữa các

hypervisor khác nhau đã được thực hiện bởi cả hai công ty như VMware Tuy nhiên việc

thực nghiệm chỉ ra được các hệ thong nhanh nhất là rất khó khăn

2.2.1 Phương pháp

Các phương pháp dé so sánh hiệu suất hypervisors là xem xét từng phan tài nguyênvới một khối lượng công việc chuẩn cụ thể Các thành phan bao gồm CPU, bộ nhớ, đĩa I/O,

và mạng I/O Mỗi thành phan có yêu cầu ảo hóa khác nhau mà cần phải được thử nghiệm

với khối lượng công việc khác nhau

Khi một máy ảo được tạo ra, nó được gán một sỐ lượng nhất định của CPU ảo(VCPU) VCPU có thể đại diện cho bao nhiêu lõi VM này có thể sử dụng Tuy nhiên,

VCPU không đảm bảo một CPU vật lý cụ thé là dành riêng cho các máy ảo, thay vì nó đại

diện cho một tập linh hoạt của vật chất dé CPU ảo, trong đó có thé được chia nhỏ hơn nữa

dựa trên các trọng lịch trình của máy ảo khác nhau Các thông số lập lịch CPU được sử

dụng bởi các hypervisor có thể tác động phần phụ phí cho việc xử lý CPU chuyên sâu Cácnhà khoa học nghiên cứu trường hợp máy ảo được gán một VCPU đơn hoặc bốn VCPUs(tối đa trên hệ thống thử nghiệm của chúng tôi)

Ảo hóa phần cứng phải cung cấp một lớp đệm giữa các hệ điều hành khách và bộ nhớ

của hệ thống dé đảm bảo cả hai trọng cô lập hiệu qua và toàn vẹn dữ liệu Với phần cứng hỗ

trợ ảo hóa, ban dé này được thực hiện thông qua mở rộng trang bảng (Intel) hoặc Rapid

Virtualization Indexing (AMD) hỗ trợ xây dựng vào các đơn vị quản lý bộ nhớ (MMU),cung cấp một hiệu suất tăng đáng ké so với làm dịch bộ nhớ trong phần mềm Mặc dù tất cảcác sử dụng phần cứng này, các siêu giám sát cần được so sánh đều có thê tận dụng lợi thế

của nó theo những cách khác nhau, dẫn đến thay đổi mức độ hiệu quả

Disk I/O là một nguồn chung của chi phí trong các nền tảng ảo hóa Nếu ảo hóa mộtphan được sử dụng, sau đó đường dan I/O giữa các máy khách VM va hypervisor có thé