Nghiên cứu về công nghệ ảo hóa và ứng dụng

Vì mỗi máy ảo chỉ là một tập tin được cài trênmột phân vùng trên ổ cứng nên chúng ta có thể tận dụng điều này để giảm thiểuthời gian cài đặt bằng cách sao chép các tập tin này và cấu hìn

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS ĐOÀN VĂN BAN

HÀ NỘI – NĂM 2013

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được aicông bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Trần Văn Đoàn

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể các thầy, cô giáo Học việnCông nghệ Bưu chính Viễn thông đã tận tình chỉ bảo em trong suốt thời gian họctập tại nhà trường

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Đoàn Văn Ban, người đã trựctiếp hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi và tận tình chỉ bảo cho em trong suốtthời gian làm luận văn tốt nghiệp

Bên cạnh đó, để hoàn thành đồ án này, em cũng đã nhận được rất nhiều sựgiúp đỡ, những lời động viên quý báu của các bạn bè, gia đình và đồng nghiệp Emxin chân thành cảm ơn

Tuy nhiên, do thời gian hạn hẹp, mặc dù đã nỗ lực hết sức mình, nhưng chắcrằng đồ án khó tránh khỏi thiếu sót Em rất mong nhận được sự thông cảm và chỉbảo tận tình của quý thầy cô và các bạn

HỌC VIÊN

Trần Văn Đoàn

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC HÌNH v

PHẦN MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ẢO HÓA 5

1.1 Tổng quan Ảo hóa 5

1.2 Các lợi ích của công nghệ Ảo hóa 5

1.3 Nhược điểm của việc ảo hóa 6

1.4 Một số hệ thống ảo hóa điển hình 6

1.4.1 Kiểu ảo hóa VMM – Hypervisor 7

1.4.2.Kiểu ảo hóa Hybrid 8

1.4.3.Kiểu ảo hóa Monolithic Hypervisor 9

1.4.4.Kiểu ảo hóa Microkernelized Hypervisor 9

1.5 Ứng dụng của Ảo hóa 10

1.6 Kết luận chương 11

CHƯƠNG 2 - CÁC CÔNG NGHỆ NỀN TẢNG CỦA ẢO HÓA 12

2.1 Các thành phần của một hệ thống Ảo hóa 12

2.1.1 Tài nguyên ảo hóa 12

2.1.2 Phần mềm ảo hóa 12

2.1.3 Máy Ảo 13

2.1.4 Hệ điều hành khách(Guest operating system) 13

2.2 Các kiểu Ảo hóa cơ bản 13

2.2.1 Ảo hóa Hệ thống mạng 13

2.2.2 Ảo hóa hệ thống lưu trữ 14

2.2.3 Ảo hóa ứng dụng 15

2.2.4 Ảo hóa hệ thống máy chủ 15

2.3 Các công nghệ hỗ trợ Ảo hóa 16

2.3.1 Công nghệ RAID 16

2.3.1.1 Khái niệm RAID 16

2.3.1.2Các chuẩn RAID 16

2.3.1.3 Các loại RAID 18

2.3.2 Công nghệ lưu trữ mạng SAN 20

2.3.3 Công nghệ Hight Availability 21

2.3.3.1 Yêu cầu của VMware High Availability 22

2.3.3.2 Ưu điểm của High Availability 23

2.3.3.3 Hạn chế 23

2.4 Kết luận chương 23

CHƯƠNG 3 - ẢO HÓA DỰA TRÊN VMARE VSPHERE 5 24

3.1 Các thành phần của Vmware vSphere 24

3.1.1 Thành phần Vmware ESX và ESXi 24

3.1.2.Chức năng đa bộ xử lý (Vmware Virtual Symmetric Multi-Processing) 24

3.1.3 Chức năng quản lý tập trung (Vmware vCenter Server) 25

3.1.4 Chức năng quản lý cập nhật (Vmware vCenter Update Manager) 25

3.1.5 Chức năng quản lý máy chủ từ xa (Vmware vSphere Client) 25

3.1.6.Các chức năng di chuyển máy ảo đang chạy (Vmware Vmonitor và Storage Vmotion) 25

3.1.7 Chức năng phân phối tài nguyên máy ảo (VMware Distributed Resource Scheduler) 26

3.1.8 Tính sẵn sàng cao (VMware High Availability) 26

3.1.9 Bảo vệ việc phát sinh lỗi của máy chủ (VMware Fault Tolerance) 26

3.1.10 Chức năng sao lưu (VMware Consolidated Backup) 27

3.1.11.Chức năng kết nối mạng ảo (VMware vShield Zones) 27

3.1.12 Xây dựng qui trình công việc tự động (VMware vCenter Orchestrator) 27

3.1.13 Chức năng tạo mạng ảo (vNetwork) 27

3.1.14.Chức năng lưu trữ (vStorage) 28

3.2 Cài đặt hệ thống Vmware 28

3.2.1 Cấu hình yêu cầu của Vmware vSphere 28

3.2.1.1 Yêu cầu phần cứng của ESX Server ( ESXi Server) 28

3.2.1.2.Yêu cầu tối thiểu của vCenter Server 29

3.2.1.3 Yêu cầu tối thiểu của vSphere Client 29

3.2.2 Cài đặt hệ thống 29

3.2.2.1 Các bước cài đặt Vmware ESX 31

3.2.2.2 Cài đặt ESXi 32

3.2.2.3 Cài đặt vSphere Client 33

3.2.2.4 Cài đặt vCenter Server 35

3.2.2.5 Cài đặt vCenter Update Manager 36

3.3 Các dịch vụ ứng dụng 40

3.3.1 Tính sẵn sàng 40

3.3.2 Tính bảo mật 41

3.3.3 Khả năng mở rộng hệ thống 41

3.4 Các dịch vụ cơ sở hạ tầng 41

3.4.1 Máy tính ảo (vComputer) 41

3.4.2 Bộ nhớ ảo (vStorage) 42

3.4.3 Mạng ảo (vNetwork) 42

3.4.4 Khả năng tương thích với sản phẩm của hãng thứ ba 43

3.5 Kết luận 43

CHƯƠNG 4 -ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH ẢO HÓA TRONG ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 45

4.1 Thế nào là điện toán đám mây? 45

4.2.Các mô hình triển khai điện toán đám mây 45

4.3 Một số ứng dụng phát triển từ điện toán đám mây 46

4.4 Lợi ích của điện toán đám mây đối với doanh nghiệp 46

4.5 Một số vấn đề gặp phải khi triển khai 47

4.6 Sự khác biệt giữa đám mây riêng và trung tâm dữ liệu ảo 48

4.7 Ảo hóa máy chủ theo mô hình điện toán đám mây 49

4.8 Bài toán quản lý triển khai phần mềm tin học bưu chính của Bưu điện tỉnh Hải Dương 49

4.9 Đề xuất các yêu cầu kỹ thuật để triển khai Đám mây riêng tại Bưu điện tỉnh Hải Dương 51

4.10 Dịch vụ ĐTĐM của Bưu điện tỉnh Hải Dương 52

4.11 Thử nghiệm môi trường ảo hóa tại Bưu điện tỉnh Hải Dương 54

4.12.So sánh, đánh giá các phần mềm cung cấp tính năng ảo hóa 55

4.13.Kết luận 556

KẾT LUẬN 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

DANH MỤC CÁC HÌN

Hình 1.1 Hai loại ảo hóa hypervisor [2] 7

Hình 1.2 Kiểu ảo hóa Hybrid [12] 8

Hình 1.3 Kiểu ảo hóa Monolithic Hypervisor 9

Hình 1.4 Kiểu ảo hóa Microkernelized Hypervisor 10

Hình 2.1 Các thành phần của một hệ thống ảo hóa [9] 12

Hình 2.2 Sơ đồ hoạt động của chuẩn Striping [3] 17

Hình 2.3 Sơ đồ hoạt động của chuẩn Duplexing 17

Hình 2.4 Sơ đồ hoạt động của RAID level 0 18

Hình 2.5 Sơ đồ hoạt động của RAID 1 19

Hình 2.6 Sơ đồ hoạt động của RAID 19

Hình 2.7 Sơ đồ hoạt động của RAID 1-0 20

Hình 2.8 Sơ đồ lưu trữ mạng San 21

Hình 2.9 Sơ đồ hoạt động của VMware High Availability [17] 22

Hình 3.1 Sơ đồ thử nghiệm 29

Hình 3.2 Cấu hình DNS trên vCenter Server 30

Hình 3.3 Gán IP tĩnh cho card mạng 32

Hình 3.4 Khởi động cài đặt ESXi 33

Hình 3.5 Cấu hình IP để dùng vSphere client đăng nhập 33

Hình 3.6 Cài đặt vSphere Client 34

Hình 3.7 Giao điện đăng nhập ESXi(ESX) của vSphere Client 35

Hình 3.8 Cấu hình ESX(ESXi) thông qua vSphere Client 35

Hình 3.9 Cài đặt vCenter Server 35

Hình 3.10 Cấu hình khi Cài đặt vCenter Server 36

Hình 3.11 cài đặt vCenter Update Manager 36

Hình 3.12 cấu hình khi cài đặt vCenter Update Manager 37

Hình 3.13 cấu hình nâng cao khi cài đặt vCenter Update Manager 37

Hình 3.14 cài đặt plug-ins chovCenter Update Manager 38

Hình 3.15 cài SAN giả lập 38

Hình 3.16 Thêm host 39Hình 3.17 cài đặt License 39Hình 3.18 Cấu hình nơi lưu trữ file SAN 40Hình 4.1 Cơ sở hạ tầng được cung cấp như dịch vụ của Bưu điện tỉnh Hải Dương 52Hình 4.2 Mô hình ảo hóa ứng dụng tại thiết bị đầu cuối của Bưu điện tỉnh HảiDương 53Hình 4.3 Cơ sở hạ tầng hệ thống ảo của Bưu điện tỉnh Hải Dương 54Hình 4.4 Sơ đồ triển khai phần mềm bưu chính tại Bưu điện tỉnh Hải Dương 55

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 dõi và giám sát hệ thống rất dễ dàng và hầunhư được thực hiện bởi công cụ phần mềm quản trị tập trung từ xa do nhà cung cấpphần 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 chủnày sang máy chủ khác, có thể nâng cấp phần cứng bằng cách gắn thêm Ram, ổcứng 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 chỉ là một tập tin được cài trênmột phân vùng trên ổ cứng nên chúng ta có thể tận dụng điều này để giảm thiểuthời gian cài đặt bằng cách sao chép các tập tin này và cấu hình lại cho đúng với yêucầu 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 tếhiện nay tại trung tâm dữ liệu có nhiều máy chủ không khai thác thác hết tài nguyênphần 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 ảogặp sự cố và hỏng hóc do 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 thườnglại ngay như lúc chưa bị lỗi Thời gian để 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 High Availibility chocác máy chủ ảo hóa này Khi đó một máy ảo hay một máy chủ bị sự cố thì tất cả cácmáy ảo sẽ được di chuyển nóng đến máy chủ khác và có thể hoạt động lại ngay tứcthì

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 chình sách nâng cấp CPU, Ram, ổ cứng cho máy chủ hoặc máy ảo đó hoặc dichuyển máy ảo đang quá tải đó sang máy chủ vật lý có cấu hình mạnh hơn, có nhiềutài nguyên còn trống hơn để 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 phépgom nhiều máy chủ vào một máy chủ vật lý nên chỉ tốn kém chi phí điện tiêuthụ,làm mát và chiếu sáng cho một vài máy chủ thôi, bên cạnh đó thì diện tích sửdụng để đặt máy chủ cũng được thu hẹp lại.Và hệ thống dây cáp nối cũng ít đi

Ảo hóa góp phần tăng cường tính liên tục trong doanh nghiệp và bảo mật của hệ thống các ứng dụng Ví dụ, việc sao lưu các máy ảo có thể thực hiện

dễ dàng vì thông thường máy chủ ảo là một tập tin (file) trên máy chủ vật lý gốc,chỉ cần sao lưu tập tin này là đủ Các tính năng ưu việt của các phần mềm ảo hóacũng cho phép thiết lập sự kết hợp các máy ảo cài đặt trên các máy chủ vật lý khácnhau Nếu một trong các máy chủ vật lý gặp hỏng hóc, máy chủ ảo trên máy vật lýcòn tốt sẽ tự động bước vào hoạt động thay thế cho máy chủ ảo nằm trên máy vật lý

bị hỏng Những lợi ích thu được khi áp dụng ảo hóa đã thúc đẩy mạnh mẽ xu hướngnày trong các hệ thống IT Kết quả khảo sát từ nhiều tổ chức khác nhau đều đã xácnhận vị thế của xu hướng ảo hóa Theo khảo sát của InformationWeek, khoảng 90%chuyên gia IT khẳng định rằng công ty của họ đã triển khai hoặc có kế hoạch triểnkhai công nghệ ảo hóa Và câu trả lời tại sao ảo hóa được đưa vào sử dụng cho thấy88% hướng tới mục đích hợp nhất 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 hệthống lưu trữ, và 5% cho các mục đích khác

Một khảo sát khác được Tạp chí CIO thực hiện với gần 300 CIO (Chief InformationOfficer) cũng cho kết quả tương tự Theo khảo sát này, động lực để áp dụng ảo hóacủa các DN một lần nữa khẳng định những lợi ích đã phân tích của ảo hóa 81% sốcâu trả lời hướng tới giảm thiểu chi phí nhờ vào sự hợp nhất hệ thống máy chủ bằngcông nghệ ảo hóa 63% hướng tới hoàn thiện các giải pháp sao lưu và phục hồi thảmhọa qua các giải pháp ảo hóa

Áp dụng ảo hóa trong các hệ thống IT mang lại những lợi ích thiết thực như đãđược phân tích trong bài viết Với người sử dụng đầu cuối, việc tạo máy ảo (ví dụvới VMware) trên các máy cá nhân (PC, laptop) đã không còn xa lạ và nhìn chung

họ đều trực tiếp trải nghiệm được những lợi ích mà áp dụng ảo hóa mang lại

Tuy nhiên khi tiến ra quy mô lớn hơn cho một hệ thống IT của DN, tổ chức,việc áp dụng các công nghệ ảo hóa vẫn cần có sự cân nhắc kỹ lưỡng dựa trên đánhgiá thực trạng hệ thống và nhu cầu sử dụng, cũng như đường hướng phát triển của

DN, tổ chức Trong nhiều trường hợp, quyết định có áp dụng ảo hóa trong hệ thống

IT của DN hay không bao hàm thách thức mang tính tổ chức và chính sách nhiềuhơn là thách thức về mặt công nghệ Lợi ích của ảo hóa chỉ thực sự được phát huykhi ảo hóa được áp dụng trong các hoàn cảnh phù hợp

Để hiểu rõ hơn về Công nghệ ảo hóa và lợi ích của ảo hóa mang lại, em đãchọn đề tài “Nghiên cứu về công nghệ ảo hóa và ứng dụng” để làm luận văn tốtnghiệp

2 Mục đích nghiên cứu.

Nắm vững các vấn đề liên quan đến mô hình, các phương pháp, kỹ thuật ảohóa, các kiến trúc nền tảng máy chủ chia sẻ.Công nghệ ảo hóa, Ảo hóa dựa trênVmware Vsphere và thử nghiệm

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

Tổng quan về công nghệ ảo hóa

Mô hình kiến trúc chung của ảo hóa

Giới thiệu VMware Vsphere

4 Phương pháp nghiên cứu.

Phương pháp tài liệu: nghiên cứu các tài liệu liên quan đến công nghệ ảo

hóa, cung cấp tài nguyên trong nền tảng máy chủ chia sẻ,các công nghệ nền tẳngcủa ảo hóa, Ảo hóa dựa trên Vmware vsphere

Phương pháp thực nghiệm: cài đặt thử nghiệm các chương trình liên quan

đến kỹ thuật cung cấp tài nguyên cho dịch vụ ảo hóa dựa trên nền tảng máy chủchia sẻ

5 Nội dung luận văn

Bố cục của luận văn gồm có 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về công nghệ ảo hóa: tập trung trình bày giới thiệu về

công nghệ ảo hóa, lợi ích của việc ảo hóa, tìm hiểu một số hệ thống ảo hóa điểnhình, ứng dụng của ảo hóa

Chương 2: Các công nghệ nền tảng của ảo hóa: trình bày các thành phần của

một hệ thống ảo hóa, các kiểu ảo hóa cơ bản, các công nghệ hỗ trợ ảo hóa

Chương 3: Ảo hóa dựa trên VMWare và thử nghiệm: Trình bày tổng quan về

các thành phần của công nghệ VMWare, trình bày các dịch vụ ứng dụng củavmware, các dịch vụ cơ sở hạ tầng của vmware

Chương 4: Đề xuất mô hình ảo hóa, mô hình điện toán đám mây riêng trong

việc điều hành, triển khai phần mềm tin học bưu chính tại Bưu điện tỉnh HảiDương: trình bày nội dung cơ bản về điện toán đám mây, các loại hình dịch vụ điệntoán đám mây, các mô hình triển khai điện toán đám mây, bài toán quản lý của Bưuđiện tỉnh Hải Dương, đề xuất các yêu cầu kỹ thuật để triển khai đám mây riêng tạibưu điện tỉnh Hải Dương, thử nghiệm môi trường ảo hóa tại Bưu điện tỉnh HảiDương, So sánh và đánh giá các phần mềm cung cấp tính năng ảo hóa, Cài đặt hệthống Vmware

Phần kết luận, phần này trình bày tóm tắt về các nội dung thực hiện trongluận văn này, đồng thời đưa ra những vấn đề nghiên cứu tiếp theo cho tương lai

CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ẢO HÓA

1.1 Tổng quan Ảo hóa

Ảo hóa là một công nghệ được ra đời nhằm khai thác triệt để khả năng làmviệc của các phần cứng trong một hệ thống máy chủ Nó hoạt động như một tầngtrung gian giữa hệ thống phần cứng máy tính và phần mềm chạy trên nó Ý tưởngcủa công nghệ ảo hóa máy chủ là từ một máy vật lý đơn lẻ có thể tạo thành nhiềumáy ảo độc lập Ảo hóa phép tạo nhiều máy ảo trên một máy chủ vật lý, mỗi mộtmáy ảo cũng 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

Các bộ xử lý của hệ thống máy tính lớn được thiết kế hỗ trợ công nghệ ảohoá và cho phép chuyển các lệnh hoặc tiến trình nhạy cảm của các máy ảo có thểảnh 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 để 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 chứcnăng này Ngày nay hai nhà sản xuất bộ xử lý lớn trên thế giới là Intel và AMD đềutích cố gằn 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 đã hóa đem đến cho người dùng nhiều tiện ích Việc

có thể chạy nhiều hệ điều hành đồng thời trên cùng một máy tính thuận tiện choviệc học tập ngiên cứu và đánh giá một sản phẩm hệ điều hành hay một phần mềmtiện ích nào đó Nhưng không ngừng lại ở đó, những khả năng và lợi ích của ảohoá còn hơn thế và nơi gặt hái được nhiều thành công và tạo nên thương hiệu củacông nghệ ảo hóa đó chính là trong môi trường hệ thống máy chủ ứng dụng và hệthống mạng

1.2 Các lợi ích của công nghệ Ảo hóa

Việc sử dụng công nghệ ảo hóa làm giảm số lượng máy chủ vật lý, giảmlượng điện tiêu thụ, tiết kiệm được chi phí cho việc bảo trì phần cứng, nâng caohiệu quả công việc Ngoài ra ta còn có thể dễ dàng mở rộng hệ thống khi có nhucầu, triển khai máy chủ mới nhanh, tận dụng tài nguyên hiện có:vì mỗi máy ảo đơn

giản chỉ là một tập tin hoặc thư mục, ta có thể tạo ra máy chủ mới bằng cách saochép từ một file máy chủ ảo hiện tại và cấu hình lại, chọn máy chủ vật lý còn dưtài nguyên để đưa máy ảo mới lên Ta cũng có thể chuyển các máy ảo sang mộtmôi trường cách ly một cách dễ dàng nên ta có thể thử nghiệm chương trình, nângcấp hệ thống ứng dụng mà không sợ ảnh hưởng đến tính ổn định của hệ thống hiệntại, đồng thời cho phép quản trị viên có thể sử dụng cùng lúc nhiều hệ điều hànhkhác nhau.

Với công cụ quản lý tập trung vCenter Server, ta sẽ theo dõi được máy chủnào đang quá tải, từ đó sẽ áp dụng chính sách là tăng tài nguyên về CPU, RAM,HDD cho máy chủ ảo đó hoặc di chuyển máy ảo đang quá tải đó sang máy chủ vật

lý có cấu hình mạnh hơn, có nhiều tài nguyên nhàn rỗi hơn để chạy Toàn bộ quátrình trên có thể được thực hiện mà không cần phải tắt máy ảo đó

Khi có sự cố xảy ra đối với máy ảo do bị virus, lỗi hệ điều hành thì việc khắcphục đơn giản chỉ là phục hồi lại file vmdk của máy ảo đã được backup và chạy lạimáy ảo một cách bình thường

Khi có sự cố đối với máy chủ vật lý, thì toàn bộ máy ảo trên máy vật lý sẽđược tự động di chuyển sang máy chủ vật lý khác

1.3 Nhược điểm của việc ảo hóa

Đáng lưu ý nhất là vấn đề lưu trữ dữ liệu Thông thường, mỗi máy ảo chỉ sửdụng một file vmdk( file này có thể được chia nhỏ tùy theo cách cài đặt) để lưu lạitoàn bộ dữ liệu trong máy ảo và một số file nhỏ khác để lưu cấu hình của máy ảo

Do đó, nếu một trong số những tập tin này bị lỗi hoặc bị mất mà chưa kịp backupthì có thể xem như máy ảo đã bị hư hoàn toàn và không thể phục hồi

Ngoài ra nếu máy chủ có cấu hình phần cứng thấp nhưng lại có một máy ảo

sử dụng quá nhiều tài nguyên hoặc chạy quá nhiều máy ảo thì sẽ làm chậm toàn bộ

hệ thống

1.4 Một số hệ thống ảo hóa điển hình

Ảo hóa được xây dựng dựa trên giải pháp chia một máy vật lý thành nhiềumáy con Giải pháp này được biết đến với cái tên là Virtual Machine Monitor(VMM) sau này được biết gọi là hypervisor VMM cho phép tạo tách rời các máy

ảo và điều phối truy cập của các máy ảo này đến tài nguyên phần cứng Mặc dù chophép sử dụng các hệ điều hành bất kì trên các máy ảo nhưng trong thực tế để đạtmột kết quả và hiệu suất cao nhất thì các nhà sản xuất vẫn giới hạn và khuyến cáorằng nên sử dụng một số hệ điều hành nào đó Đó là vì các vấn đề tương thích giữa

hệ điều hành máy ảo với hệ điều hành máy chủ và hệ điều hành máy chủ với phầncứng Dựa vào đặc điểm cấu trúc thì có thể phân loại ảo hóa thành những dạng sau

1.4.1 Kiểu ảo hóa 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 hệđiều hành khách Mục đích chính của nó là cung cấp các môi trường làm việc chocác 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 vùngnày Mỗi 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 nhiệmđiều khiển và phân phối các luồn truy cập đến các tài nguyên phần cứng [2]

Trong máy tính, một máy tính ảo hoặc màn hình máy ảo (a hypervisor orvirtual machine monitor-VMM), là một phần của phần mềm máy tính, phần mềmhoặc phần cứng tạo ra và chạy các máy ảo

Một máy tính mà một máy tính ảo đang chạy một hoặc nhiều máy ảo đượcđịnh nghĩa là một máy chủ Mỗi máy ảo được gọi là một máy khách Hypervisortrình bày các hệ điều hành khách với một nền tảng điều hành ảo và quản lý việcthực hiện các hệ thống điều hành khách Nhiều trường hợp của một loạt các hệ điềuhành có thể chia sẻ các tài nguyên phần cứng ảo hóa

Hình 1.1 Hai loại ảo hóa hypervisor [2].

Loại 1(type 1): Hypervisor chạy trực tiếp trên phần cứng của máy chủ để

kiểm soát phần cứng và quản lý các hệ điều hành khách(OS) Một OS do đó chạytrên một cấp độ trên hypervisor

Mô hình này đại diện cho việc thực thi cổ điển của kiến trúc máy ảo, IBM đãphát triển siêu giám sát ban đầu như công cụ loại 1 trong những năm 1960 : công cụkiểm tra, Simmon , và CP / CMS CP / CMS là tổ tiên của IBM z / VM Modelhiện đại gồm có Oracle VM Server cho SPARC , Oracle VM Server cho x86 ,Citrix XenServer , VMware ESX / ESXi và Microsoft Hyper-V 2008/2012 [2]

Loại 2(Type 2): hypervisor chạy trong một môi trường hệ điều hành thông

thường Với các lớp hypervisor như một cấp phần mềm thứ hai riêng biệt, OS kháchchạy ở cấp độ thứ ba trên phần cứng VMware Workstation và VirtualBox tiêu biểucho loại 2 hypervisor

1.4.2.Kiểu ảo hóaHybrid

Hybrid là một kiểu ảo hóa mới hơn và có nhiều ưu điểm Trong đó lớp ảohóa 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 để truy cập phầncứng nhưng khác biệt ở chỗ cả hệ điều hành máy chủ và các máy chủ ảo đều chạytrong chế độ hạt nhân Khi một trong hệ điều hành máy chủ hoặc một máy chủ ảocần xử lý tác vụ thì CPU sẽ phục vụ nhu cầu cho hệ điều hành máy chủ hoặc máychủ ảo tương ứng Lý do khiến Hyrbird nhanh hơn là lớp ảo hóa chạy trong trongchế độ hạt nhân (chạy song song với hệ điều hành) trái với Virtual Machine Monitorvới lớp ảo hóa chạy trong trong chế độ người dùng (chạy như một ứng dụng cài trên

hệ điều hành)

Hình 1.2 Kiểu ảo hóa Hybrid [12].

1.4.3.Kiểu ảo hóaMonolithic Hypervisor

Monolithic Hypervisor là một hệ điều hành máy chủ.Nó chứa những trìnhđiều khiển (Driver) hoạt động phần cứng trong lớp Hypervisor để truy cập tàinguyên phần cứng bên dưới.khi Các hệ điều hành chạy trên các máy ảo truy cậpphần cứng thì sẽ thông qua lớp trình điều khiển thiết bị của lớp hypervisor

Mô hình này mang lại hiệu năng cao, nhưng cũng giống như bất kì các giảipháp khác, bên mặt ưu điểm thì nó cũng còn có nhiều điểm yếu.Vì nếu lớp trìnhđiều khiển thiết bị phần cứng của nó bị hư hỏng hay xuất hiện lỗi thì các máy ảo càitrên nó đều bị ảnh hưởng và nguy hại Thêm vào đó là thị trường phần cứng ngàynay rất đa dạng,nhiều loại và do nhiều nhà cung cấp khác nhau nên trình điều khiểncủa Hypervisor trong loại ảo hóa này có thể sẽ không thể hỗ trợ điều khiển hoạtđộng của phần cứng này một cách đúng đắn và hiệu suất chắc chắn cũng sẽ khôngđược như mong đợi Một trình điều khiển không thể nào có thể điều khiển tốt hoạtđộng 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

Hình 1.3 Kiểu ảo hóa Monolithic Hypervisor

1.4.4.Kiểu ảo hóa Microkernelized Hypervisor

Microkernelized Hypervisor là một kiểu ảo hóa giống như MonolithicHyperviso Điểm khác biệt giữa hai loại này là trong Microkernelized trình điều

khiển thiết bị phần cứng bên dưới được cài trên một máy ảo và được gọi là trìnhđiều khiển chính,trình điều khiển chính này tạo và quản lý các trình điều khiển concho các máy ảo Khi máy ảo có nhu cầu liên lạc với phần cứng thì trình điều khiểncon sẽ liên lạc với trình điều khiển chính và trình điều khiển chính này sẽ chuyểnyêu cầu xuốn lớp Hypervisor để liên lạc với phần cứng

Hình 1.4 Kiểu ảo hóa Microkernelized Hypervisor1.5 Ứng dụng của Ảo hóa

Công nghệ máy ảo phục vụ cho nhiều mục đích phong phú Công nghệ nàycho phép hợp nhất phần cứng bởi vì nhiều hệ điều hành có thể cùng chạy trên mộtmáy tính Những ứng dụng then chốt của công nghệ máy ảo bao gồm khả năng tíchhợp chéo giữa các nền tảng và các khả năng dưới đây:

Hợp nhất máy chủ Nếu nhiều máy chủ vận hành ứng dụng mà chỉ tiêu thụmột phần nhỏ tài nguyên sẵn có, thì công nghệ máy ảo có thể được sử dụng để chophép nhiều ứng dụng chạy song song trên một máy chủ duy nhất, ngay cả khi cácứng dụng này cần tới những phiên bản hệ điều hành hay middleware khác nhau

Hợp nhất cho các môi trường triển khai và thử nghiệm Mỗi máy ảo đóng vaitrò như một môi trường riêng, điều này sẽ giảm bớt rủi ro và tạo điều kiện để cácchuyên gia phát triển nhanh chóng tái xây dựng các cấu hình hệ điều hành khácnhau hoặc so sánh các phiên bản ứng dụng được thiết kế cho các hệ điều hành khácnhau Ngoài ra, chuyên gia phát triển cũng có thể kiểm tra các phiên bản phát triển

sớm của một ứng dụng trong một máy ảo mà không sợ làm mất đi tính ổn định của

hệ thống đối với những người dùng khác

Re-hosting ứng dụng riêng Các hệ điều hành và ứng dụng riêng có thểchạy trên phần cứng mới cùng với những hệ điều hành và ứng dụng được đưa ragần đây hơn

Đơn giản hóa kế hoạch đối phó và khôi phục thảm họa Công nghệ máy ảo

có thể được sử dụng như một phần của kế hoạch phòng chống và khôi phục sauthảm họa Kế hoạch như vậy thường yêu cầu ứng dụng phải có khả năng di động,linh hoạt trên khắp các nền tảng phần cứng

Chuyển tới một trung tâm dữ liệu động Giờ đây, Hyper- V, cùng với nhữnggiải pháp quản lý hệ thống, giúp bạn tạo ra một môi trường CNTT năng động Môitrường này không chỉ cho phép bạn phản ứng lại các sự cố một cách hiệu quả hơn

mà còn xây dựng một giải pháp quản lý CNTT có khả năng tự quản lý và có tínhchất phòng trừ

CHƯƠNG 2 - CÁC CÔNG NGHỆ NỀN TẢNG CỦA ẢO HÓA 2.1 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 trườnglàm 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 2.1 Các thành phần của một hệ thống ảo hóa [9].

2.1.1 Tài nguyên ảo hóa

Các tài nguyên vật lý trong môi trường ảo hóa cung cấp tài nguyên mà cácmáy ảo sẻ sử dụng tới Môi trường tài nguyên lớn có thể cung cấp được cho nhiềumáy ảo chạy trên nó và hiệu quả làm việc của các máy ảo cao hơn

2.1.2 Phần mềm ảo hóa

Lớp phần mềm ảo hóa này cung cấp sự truy cập cho mỗi máy ảo đến tàinguyên hệ thống Nó cũng chịu trách nhiệm lập kế hoạch và phân chia tài nguyênvật lý cho các máy ảo Phần mềm ảo hóa là nền tản của một môi trường ảo hóa Nócho phép tạo ra các máy ảo cho người sử dụng, quản lý các tài nguyên và cung cấpcác tài nguyên này đến các máy ảo.Kế hoạch quản lý sử dụng tài nguyên khi có sựtranh 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 vàcấu hình cho các máy ảo

2.1.3 Máy Ảo

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

2.1.4 Hệ điều hành khách(Guest operating system)

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

Khi có đủ các thành phần trên thì bạn có thể xây dựng cho mình một hệthống ứng dụng ảo hóa Ngoài việc lựa chọn phần cứng cho thích hợp bạn còn phảicân nhắc xem phải sử dụng phần mềm ảo hóa gì hoặc loại ảo hóa nào Điều này rấtquan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất làm việc cho hệ thống của bạn

2.2 Các kiểu Ảo hóa cơ bản

2.2.1 Ảo hóa Hệ thống mạng

Ảo hóa hệ thống mạng là một tiến trình hợp nhất tài nguyên, thiết bị mạng

cả phần cứng lẫn phần mềm thành một hệ thống mạng ảo Sau đó, các tài nguyênnày sẽ được phân chia thành các channel và gắn với một máy chủ hoặc một thiết

bị nào đó

Có nhiều phương pháp đề thực hiện việc ảo hóa hệ thống mạng Các phươngpháp này tùy thuộc vào thiết bị hỗ trợ, tức là các nhà sản xuất thiết bị đó, ngoài racòn phụ thuộc vào hạ tầng mạng sẵn có, cũng như nhà cung cấp dịch vụ mạng(ISP).Sau đây chúng tôi sẽ giới thiệu một vài mô hình ảo hóa hệ thống mạng:

Ảo hóa lớp mạng(Virtualized overlay network): Trong mô hình này, nhiều hệ

thống mạng ảo sẽ cùng tồn tại trên một lớp nền tài nguyên dùng chung Các tàinguyên đó bao gồm các thiết bị mạng như router, switch, các dây truyền dẫn,NIC(network interface card) Việc thiết lập nhiều hệ thống mạng ảo này sẽ cho phép

sự trao đổi thống suốt giữa các hệ thống mạng khác nhau, sử dụng các giao thức vàphương tiện truyền tải khác nhau, ví dụ như mạng internet, hệ thống PSTN, hệthống Voip,

2.2.2 Ảo hóa hệ thống lưu trữ

Ảo hóa hệ thống lưu trữ về cơ bản là sự mô phỏng, giả lập việc lưu trữ từ cácthiết bị lưu trữ vật lý Các thiết bị này có thể là băng từ, ổ cứng hay kết hợp cả 2loại 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 môt phỏngcác thiết bị lưu trữ vật lý cho phép tiết kiệm thời gian hơn thay vì phải định vị xemmáy chủ nào hoạt động trên ổ cứng nào để truy xuất

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

Host-based: Trong mô hình này, ngăn cách giữa lớp ảo hóa và ổ đĩa vật lý làdriver điều khiển của các ổ đĩa Phần mềm ảo hóa sẽ truy xuất tài nguyên( các ổcứng vật lý) thôn qua sự điều khiển và truy xuất của lớp Driver này

Storage-device based: Trong dạng này, phần mềm ảo hóa giao tiếp trực tiếpvới ổ cứng Ta có thể xem như đây là một dạng firmware đặc biệt, được cài trực tiếpvào ổ cứng Dạng này cho phép truy xuất nhanh nhất tới ổ cứng, nhưng cách thiếtlập thường khó khăn và phức tạp hơn các mô hình khác Dịch vụ ảo hóa được cungcấp cho các Server thông qua một thiết bị điều khiển gọi là Primary StorageController

Network-based: Trong mô hình này, việc ảo hóa sẽ được thực thi trên mộtthiết bị mạng, ở đây có thể là một thiết bị switch hay một máy chủ Các switch haymáy chủ này kết nối với các trung tâm lưu trữ (SAN) Từ các switch hay Servernày, các ứng dụng kết nối vào được giao tiếp với trung tâm dữ liệu bằng các “ổcứng” mô phỏng do switch hay Server tạo ra dựa trên trung tâm dữ liệu thật Đâycũng là mô hình hay gặp nhất trên thực tế

2.2.3 Ảo hóa ứng dụng

Ảo hóa ứng dụng là một dạng công nghệ ảo hóa khác cho phép chúng ta táchrời mối liên kết giữa ứng dụng và hệ điều hành và cho phép phân phối lại ứng dụngphù hợp với nhu cầu user Môt ứng dụng được ảo hóa sẽ không được cài đặt lênmáy tính một cách thông thường, mặc dù ở góc độ người sử dụng, ứng dụng vẫnhoạt động một cách bình thường Việc quản lý việc cập nhật phần mềm trở nên dễdàng hơn, giải quyết sự đụng độ giữa các ứng dụng và việc thử nghiệm sự tươngthích 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:

Application Streaming: ứng dụng được chia thành nhiều đoạn mã và đượctruyền sang máy người sử dụng khi cần đến đoạn mã đó Các đoạn mã này thườngđược đóng gói và truyền đi dưới giao thức HTTP, CIFS hoặc RTSP

Desktop Virtualization/Virtual Desktop Infrastructure(VDI): ứng dụng sẽđược cài đặt và chạy trên một máy ảo Một hạ tầng quản lý sẽ tự động tạo ra cácdesktop ảo và cung cấp các desktop ảo này đến các đối tượng sử dụng

2.2.4 Ảo hóa hệ thống máy chủ

Ảo hóa hệ thống máy chủ cho phép ta có thể chạy nhiều máy ảo trên mộtmáy chủ vật lý, đem lại nhiều lợi ích như tăng tính di động, dễ dàng thiết lập với cácmáy chủ ảo, giúp việc quản lý, chia sẻ tài nguyên tốt hơn, quản lý luống làm việcphù hợp với nhu cầu, tăng hiệu suất làm việc của một máy chủ vật lý

Xét về kiến trúc hệ thống, các mô hình ảo hóa hệ thống máy chủ có thể ở hai dạng sau:

Host-based: Kiến trúc này sử dụng một lớp hypervisor chạy trên nền tảng hệ

điều hành, sử dụng các dịch vụ được hệ điều hành cung cấp để phân chia tài nguyêntới các máy ảo Ta xem hypervisor này là một lớp phần mềm riêng biệt, do đó các

hệ điều hành khách của máy ảo sẽ nằm trên lớp hypervisor rồi đến hệ điều hành củamáy chủ và cuối cùng là hệ thống phần cứng.Một số hệ thống hypervisor dạngHosted có thể kể đến như: Vmware Server, Vmware Workstation, Microsoft VirtualServer,… [18]

Hypervisor-based:hay còn gọi là bare-metal hypervisor: Trong kiến trúc

này, lớp phần mềm, hypervisor chạy trực tiếp trên nền tảng phần cứng của máychủ, các hypervisor này có khả năng điều khiển, kiểm soát phần cứng của máy chủ.Đồng thời, nó cũng có khả năng quản lý các hệ điều hành chạy trên nó Nói cáchkhác, các hệ điều hành sẽ nằm trên các hypervisor dạng bare-metal hypervisor như

là Oracle VM, Vmware ESX Server, IBM’s POWER hypervisor, Microsoft’sHyper-V, Citrix XenServer,…

2.3 Các công nghệ hỗ trợ Ảo hóa

2.3.1 Công nghệ RAID

2.3.1.1 Khái niệm RAID

RAID là chữ viết tắt của Redundant Array of Independent Disks có ngĩa là

sự tận dụng các phần dư trong các ổ cứng độc lập Ban đầu, RAID được sử dụngnhư một giải pháp phòng hộ vì nó cho phép ghi dữ liệu lên nhiều đĩa cứng cùng lúc.RAID chính là sự kết hợp giữa các đĩa cứng vật lý bẳng cách sử dụng một trình điềukhiển đặc biệt RAID có thể sử dụng như là một phần cứng lẫn phần mềm [3]

Hệ thống RAID được dùng trong việc đảm bảo an toàn dữ liệu khi có ổ đĩa

bị lỗi và phục hồi lại các dữ liệu , có thể thay nóng ổ đĩa đối với một số loại RAID

và cũng còn tùy thuộc vào máy chủ RAID ngày càng trở nên cần thiết cho các hệthống máy tính

Vì RAID mang tính toàn vẹn dữ liệu cao, phục hồi nhanh chóng nên RAIDchủ yếu được ứng dụng vào các máy máy chủ, không phải là các máy bàn không thểdùng RAID được mà là do chi phí đầu tư khá tốn kém nên chỉ ở các hệ thống lớnđòi hỏi độ an toàn cho dữ liệu phải cao mới sử dụng

2.3.1.2Các chuẩn RAID

Các chuẩn RAID là các công nghệ lưu trữ, phân tách dữ liệu được sử dụngtrong RAID Các loại RAID hay còn gọi là cấp độ RAID là những chế độ RAIDđược ứng dụng dựa trên các công nghệ của những chuẩn RAID

Các chuẩn RAID đang nghiên cứu và phát triển hiện nay:

a : Striping (còn gọi là Song Hành):là một trong những chuẩn RAID mang

lại hiệu năng cao nhất , nó giúp ta tăng tốc độ truy cập lên tối đa bằng cách ghi songsong dữ liệu lên các ổ đĩa này Kỹ thuật này sẽ chia các tập tin dữ liệu ra và ghiđồng thời lên ổ đĩa cứng trong cùng một thời gian Và khi đọc thì cũng đọc cùng lúctrên tất cả các ổ đĩa làm cho tốc độ đọc cao, mang lại hiệu suất cao

Hình 2.2 Sơ đồ hoạt động của chuẩn Striping [3].

b :Duplexing

Còn gọi là chuẩn Ghép Đôi Đây là chuẩn mở rộng của ánh xạ Dữ liệu cũngđược ghi trên hai ổ cứng nhưng phải có hai bộ điều khiển RAID kết nối với hai đĩacứng Chi phí cho kĩ thuật này tốn kém hơn vì phải sử dụng hai bộ điều khiển vàdung lượng lưu trữ thật sự chỉ bằng một nửa dung lượng của các ổ đĩa

Hình 2.3 Sơ đồ hoạt động của chuẩn Duplexing

c :Chuẩn Parity RAID :

Đây là phương pháp bảo vệ an toàn cho dữ liệu, nó sử dụng các thông tinmang tính chẵn lẻ bằng cách lưu giữ một con số nhị phân 0 hoặc 1 cho biết tổng cácbit trong gói tin là chẵn hay lẻ Nếu dùng chuẩn này thì lợi ích lớn nhất của nó làkhông yêu cầu hệ thống RAID bớt đi một phần dung lượng để lưu trữ dữ liệu Nhưng khuyết điểm của nó là phải yêu cầu hệ thống có một phần cứng thật mạnh.2.3.1.3 Các loại RAID

a: RAID level 0

Sử dụng chuẩn gi song hành để ghi dữ liệu lên ổ đĩa.Vì thế tốc độ của chuẩnnày thì nhanh và ít tốn kém vì chỉ dùng một thiết bị điều khiển RAID.Nhược điểmcủa nó là không bảo đảm an toàn dữ liệu.Khi một ổ cứng bị lỗi thì dữ liệu trên các ổcứng còn lại sẽ không sử dụng được.Không thể thay nóng ổ cứng vì nếu mất một ổcứng thì toàn bộ dữ liệu sẽ không sử dụng được RAID 0 đòi hỏi ít nhất hai ổ đĩa vàdung lượng là tổng dung lượng RAID của các ổ đĩa.Ví dụ có hai ổ đĩa 80GB thìRAID 0 sẽ tạo thành một ổ đĩa 160GB

Hình 2.4 Sơ đồ hoạt động của RAID level 0 b: RAID level 1 :

Sử dụng chuẩn ánh xạ hay ghép đôi để ghi dữ liệu lên các ổ đĩa.Tốc độ truy xuất

dữ liệu bình thường như đối với một ổ đĩa đơn.Ưu điểm của RAID 1 là tính an toàn

dữ liệu cao,vì dữ liệu được sao chép và lưu trữ trên hai ổ đĩa khác nhau.Khi một ổđĩa hỏng thì ổ đĩa thứ hai sẽ hoạt động và dữ liệu được đảm bảo an toàn.Có thể thaynóng một ổ cứng bị hỏng.Công nghệ này cũng đòi hỏi ít nhất hai ổ cứng,và dunglượng sau khi RAID 1 là một nửa tổng dung lượng RAID của các ổ đĩa.Ví dụ có hai

ổ đĩa 80GB sau khi RAID 1 sẽ tạo thành 1 ổ đĩa 80GB và một ổ dự phòng

Hình 2.5 Sơ đồ hoạt động của RAID 1

C :RAID level 5

Đây là loại RAID phổ biến nhất hiện nay vì tốc độ nhanh và độ an toàn dữliệu cao vì sử dụng kết hợp chuẩn ghi song hành và kiểm tra tính chẳn lẽ (parity)của dữ liệu để ghi lên ổ đĩa

Quá trình ghi và kiểm tra chẵn lẻ là khá phức tạp nên có thể hình dung theohai quy luật là: Nếu tổng số bits nhiều nhất là số lẻ thì parity là bit 1.Nếu tổng sốbits nhiều nhất là số chẳn thì parity là bit 0 Theo ví dụ hình 2.6 bên dưới nếu dữliệu ghi vào đĩa 1 và đĩa 2 lần lượt là 1-0.Tổng số bit là 1 nên parity sẽ là 1.Vậy dữliệu ghi trên 3 đĩa lúc này là 1-0-1.Nếu đĩa 1 bị hư hỏng thì dữ liệu lúc này sẽ là -0-1

và dựa vào quy luật trên ta có thể suy ra dữ liệu trên ổ đĩa 1 là bit 1.Tương tự nếu ổđĩa thứ hai bị hư thì dữ liệu sẽ là 1- -1 và dựa vào quy luật trên ta có thể suy ra bittrong ổ đĩa thứ hai là bit 0

Ta có thể thấy dữ liệu có thể được lấy lại một cách nhanh chóng.Tuy nhiên

để đầu tư cho phương pháp này thì khá tốn kém.Nó yêu cầu ít nhất ba ổ đĩa và dunglượng ổ đĩa tạo thành là tổng dung lượng RAID trừ đi một đĩa

Hình 2.6 Sơ đồ hoạt động của RAID

D:RAID level 1+0

Đây cũng là phương pháp được dùng phổ biến hiện nay vì tính năng chạynhanh hơn và độ an toàn cao do sử dụng kết hợp cả chuẩn song hành và chuẩn ánhxạ.Nó yêu cầu ít nhất 4 ổ cứng và chia thành 2 cặp.Mỗi cặp sẽ được cấu hình RAID

0 để tăng tốc đọc ghi dữ liệu.Và 2 ồ đĩa sau khi thực hiện RAID 0 sẽ được cấu hìnhRAID 1 với nhau đề đảm bảo an toàn dữ liệu.Điều này cho thấy là chi phí cho loạinày cũng rất cao.Tổng dung lượng của ổ đĩa sau khi RAID 1-0 sẽ là một nửa tổngdung lượng RAID của các ổ cứng

Hình 2.7 Sơ đồ hoạt động của RAID 1-0

2.3.2 Công nghệ lưu trữ mạng SAN

Định nghĩa SAN

SAN (tiếng Anh: Storage Area Network) là một mạng được thiết kế để kết

nối các máy chủ tới hệ thống lưu trữ dữ liệu, trong đó các máy chủ truy cập tới hệthống lưu trữ ở mức block Ngoài SAN,NAS (Network Attached Storage)

và CAS (Content Addressed Storage) là các công nghệ lưu trữ nối mạng khác, trong

đó NAS cho phép máy chủ truy cập dữ liệu ở mức tệp tin còn CAS cho phép truycập ở mức nội dung

Trung tâm của mạng SAN là một thiết bị chuyển mạch Xét một cách hìnhthức, cấu trúc mạng LAN như thế nào thì mạng SAN cũng giống như thế Thiết bịchuyển mạch sẽ được nối tới các máy chủ và các thiết bị lưu trữ như băng từ, ổ đĩa

và thậm chí là thiết bị NAS Công nghệ kết nối có thể là SCSI (đã lạc hậu), FibreChannel (phổ biến hiện nay) và iSCSI (công nghệ mới nổi).

Công nghệ lưu trữ mạng cục bộ SAN (Storage Area Network ) là một hệthống được được thiết kế cho việc thêm các các ổ đĩa lưu trữ cho một hệ thốngmáy chủ một cách dễ dàng như ổ đĩa cứng,hoặc băng từ Công nghệ nảy cho phépngười dùng kết nối từ xa đến các thiết bị lưu trữ trên mạng vì thế nên nó dễ dàngchia sẻ lưu trữ và quản lý thông tin, mở rộng lưu trữ dễ dàng thông qua quá trìnhthêm các thiết bị lưu trữ vào mạng không cần phải thay đổi các thiết bị như máy chủhay các thiết bị lưu trữ hiện có.Trong ảo hóa công nghệ lưu trữ mạng được dùnglàm trung tâm của dữ liệu và cũng có thể làm nơi chứa các máy ảo khi cần thiết.Nó

hỗ trợ các máy chủ có thể lấy dữ liệu từ nó để khởi động

SAN cũng có thể được thiết kế tích hợp các tính năng lưu trữ và cho phépnhiều máy chủ cùng lưu trữ trên nó.Ngoài ra một ưu điểm nổi trội của nó là phụchồi dữ liệu một cách nhanh chóng bằng cách thay nóng một thiết bị bị lỗi.Từ đó chothấy SAN là một thành phần không thể thiếu trong một hệ thống lớn

Hình 2.8 Sơ đồ lưu trữ mạng San.

2.3.3 Công nghệ Hight Availability

High Availability được cung cấp bởi nhà sản suất VMware Đây là một tiệních hoàn hảo được thiết kế cho hệ thống máy chủ ESX và VMwareInfrastructure Mục đích của công nghệ này là di chuyển các máy ảo từ máy chủ nàysang một máy chủ khác khi sảy ra sự cố về hỏng hóc máy chủ vật lý hay mất kết nối

mạng.Công nghệ này giúp các máy ảo ứng dụng có thể được phục hồi và hoạt độngngay khi chuyển sang máy chủ mới mà không có lo lằng gì về vấn đề tương thíchvới máy chủ vật lý.

Đây là một tính năng rất mạnh vì bất cứ hệ thống hoặc thiết bị phần cứng nàocũng đều có thể bị rủi ro và hư hỏng,và các vấn đề trục trặc này khó có thể đoántrước được.Vì vậy để đảm bảo an toàn dữ liệu và các máy chủ ứng dụng có thể hoạtđộng trực tuyến ngay lập tức khi bị sự cố thì giải pháp chính là cấu hình cho hệthống hoạt động tính năng High Availability

Hình 2.9 Sơ đồ hoạt động của VMware High Availability [17].

2.3.3.1 Yêu cầu của VMware High Availability

Công nghệ High Availability chỉ hỗ trợ cho một số phần Phần mềm ảo hóa

do VMware cung cấp như là VMware Infrastructure hoặc VMware ESX Server

Để cấu hình tính năng này phải có ít nhất là hai hệ thống máy chủ sử dụng ảohóa

Phải có ít nhất một thiết bị lưu trữ mạng SAN để kết nối hai hệ thống

Yêu cầu phải có tương thích về hoạt động của các hệ thống máy chủ.

2.3.3.2 Ưu điểm của High Availability

Cung cấp độ an toàn cao cho các máy ảo,nhờ đó các máy ảo có thể hoạt độngđược ngay khi đươc di chuyển sang hệ thống máy chủ mới

Không phân loại hệ điều hành,High Availability có thể di chuyển bất cứ hệđiều hành nào được cài trên máy ảo

Cấu hình dễ dàng và triển khai nhanh chóng

Có thể kết hợp với các công nghệ khác như bộ phân phối tài nguyên nguyên

(Distributed Resource Scheduler) và VMonitor để các máy ảo di chuyển sang hệ

thống khác mà không gây mất kết nối đối với người dùng

2.3.3.3 Hạn chế

Bên cạnh những ưu điểm đó thì High Availability còn có những nhược điềmchưa khắc phục được như là :

Các CPU trên mỗi máy chủ phải tương thích với nhau

Các máy ảo nằm trên hệ thống máy chủ gặp trục trặc cần phải khởi động lại.Không đảm bảo an toàn cho các ứng dụng khi máy tự động khởi động lại saukhi chuyển qua máy chủ mới

2.4 Kết luận chương

Một hệ thống ảo hóa bao gồm các thành phần: tài nguyên vật lý, các phầnmềm ảo hóa, máy ảo, hệ điều hành Các kiểu ảo hóa cơ bản bao gồm: ảo hóa hệthống mạng, ảo hóa hệ thống lưu trữ, ảo hóa ứng dụng, ảo hóa hệ thống máy chủ.Các công nghệ hỗ trợ ảo hóa bao gồm: công nghệ RAID, công nghệ lưu trữ mạngSAN, công nghệ Hight Availability

CHƯƠNG 3 - ẢO HÓA DỰA TRÊN VMARE VSPHERE 5

3.1 Các thành phần của Vmware vSphere

Vmware Inc là một công ty chuyên cung cấp các phần mềm ảo hóa cho các

hệ thống máy tính tương thích được thành lập vào năm 1998 Các phần mềm tạomáy ảo của Vmware được coi là tốt nhất trên thế giới bởi nó hỗ trợ nhiều hệ điềuhành khác nhau như GNU/Linux, Mac OS X và Microsoft Windows

Các sản phẩm của hãng Vmware từ trước đến nay như: Vmware vSphere,Vmware ESX Server, Vmware ESXi Server, Vmware Workstation… Trong đóVmware vSphere là sản phẩm mới nhất của hãng Vmware với những tính năng ảohóa máy chủ tối tân nhất, ưu việt nhất

Vmware vSphere xây dựng dựa trên các thế hệ trước của dòng sản phẩm ảohóa Vmware nhưng có những tính năng ưu việt, khả năng mở rộng, và độ tin cậycao hơn

Bộ sản phẩm Vmware vSphere bao gồm các sản phẩm với nhiều chức năngcho phép cung cấp đầy đủ các chức năng ảo hóa cho doanh nghiệp: Vmware ESX

và ESXi Vmware vSphere Client, Vmware vCenter Server,…

3.1.1 Thành phần Vmware ESX và ESXi

Cốt lõi của bộ sản phẩm Vmware vSphere là hypervisor, là lớp ảo hóa nềntảng cho phần còn lại của dòng sản phẩm Trong Vmware vSphere, hypervisor baogồm hai hình thức khác nhau: Vmware ESX và Vmware ESXi Cả hai của các sảnphẩm này chia sẻ cùng một động cơ ảo hóa lõi, cả hai có thể hỗ trợ cùng một tậphợp các tính năng ảo hóa , và cả hai được cài đặt và chạy trên hệ thống phần cứng.Vmware ESX và ESXi khác nhau về cách thức chúng được đóng gói

3.1.2.Chức năng đa bộ xử lý(Vmware Virtual Symmetric Multi-Processing).

Sản phẩm Vmware Virtual Symmetric Multi-Processing(VSMP, hoặc SMPảo) cho phép nhà quản trị cơ sở hạ tầng có thể xây dựng các máy ảo với nhiều bộ xử

lý ảo

Vmware Virtual SMP không phải là một sản phẩm bản quyền cho phép ESX/ESXi được cài trên máy chủ với nhiều bộ xử lý, mà nó là công nghệ cho phép sử

dụng nhiều bộ xử lý bên trong một máy chủ ảo hóa Với Vmware Virtual SMP ,những ưng dụng cần sử dụng nhiều CPU sẽ có thể chạy trên các máy ảo đã đượccấu hình với nhiều CPU ảo.

3.1.3 Chức năng quản lý tập trung (Vmware vCenter Server).

Vmware vCenter Server cũng giống như Active Directory Nó cung cấpmột tiện ích quản lý tập trung cho tất cả các máy chủ ESX/ESXi và máy ảo tươngứng của nó Vmware vCenter Server là một ứng dụng về CSDL dựa trên nềnWindows cho phép quản trị viên triển khai, quản lý, giám sát, tự động hóa, và bảomật cho cơ sở hạ tầng ảo một cách dễ dàng

3.1.4 Chức năng quản lý cập nhật (Vmware vCenter Update Manager).

Vmware vCenter Update Manager là một plug-in cho Vmware vCentergiúp người dùng quản lý máy chủ ESX/ESXi và các máy ảo được cập nhật đầy đủ

3.1.5 Chức năng quản lý máy chủ từ xa (Vmware vSphere Client).

Vmware vSphere Client là một ứng dụng trên nền Windows cho phép bạnquản lý các máy chủ ESX/ESXi trực tiếp hoặc thông qua một vCenter Server Bạn

có thể cài đặt vSphere client bằng trình duyệt với URL của máy chủ ESX/ESXihoặc vCenter Server và chọn liên kết cài đặt thích hợp

3.1.6.Các chức năng di chuyển máy ảo đang chạy (Vmware Vmonitor và Storage Vmotion).

Vmware Vmonitor là một tính năng của ESX/ESXi và vCenter Server chophép một máy ảo đang chạy có thể được di chuyển từ một máy chủ vật lý này đếnmột máy chủ vật lý khác mà không cần phải tắt nguồn máy ảo Sự di chuyển giữahai máy vật lý xảy ra không có thời gian chết và không có mất kết nối mạng đếnmáy ảo

Storage Vmotion xây dựng trên ý tưởng và nguyên tắc của Vmonitor nhằmlàm giảm thời gian chết cùng với chức năng có thể di chuyển kho lưu trữ của máy

ảo trong khi nó đang chạy Tính năng này đảm bảo sẽ không xảy ra việc ngừng cácmáy ảo khi dữ liệu quá tải hoặc chuyển dữ liệu sang một mạng hệ thống dữ liệu mới

và cung cấp cho quản trị viên một công cụ để tăng tính linh hoạt nhằm đáp ứngnhững yêu cầu trong công việc.

3.1.7 Chức năng phân phối tài nguyên máy ảo (VMware Distributed

Resource Scheduler).

Distributed Resource Scheduler (DRS) là một tính năng nhằm cung cấp mộttiện ích giúp tự động phân phối nguồn tài nguyên đến nhiều máy chủ ESX / ESXiđược cấu hình trong cùng một cluster Một ESX / ESXi cluster là một tập hợp tiềm

ẩn về sức mạnh CPU và bộ nhớ của tất cả các máy chủ tham gia vào cluster đó Saukhi hai hoặc nhiều máy chủ đã được gán vào 1 cluster thì chúng sẽ làm việc đồngloạt để cung cấp CPU và bộ nhớ cho các máy ảo được gán trong cluster

3.1.8 Tính sẵn sàng cao (VMware High Availability).

Trong nhiều trường hợp, tính sẵn sàng cao (HA)-hoặc thiếu tính khả dụngcao là lý do chính chống lại sự ảo hóa Trước khi ảo hóa, sự xuất hiện lỗi của mộtmáy chủ vật lý chỉ ảnh hưởng đến một ứng dụng hoặc công việc Tuy nhiên sau khi

ảo hóa, thì lỗi này sẽ ảnh hưởng đến nhiều ứng dụng hoặc công việc đang chạy trênmáy chủ tại thời điểm đó

Chính vì vậy Vmware High Availability (HA) được biết đến như là giải phápcho vấn đề này VMware HA cung cấp một quá trình tự động cho việc khởi động lạimáy ảo đang chạy trên một máy chủ ESX/ ESXi tại thời điểm mà server bị lỗi

VMware HA có tính năng không giống như DRS, không sử dụng công nghệVmotionnhư một phương tiện chuyển đổi server đến một máy chủ khác Trongtrường hợ ailover, ta không lường trước được cũng như không có thời gian để thựchiện VMotion

3.1.9 Bảo vệ việc phát sinh lỗi của máy chủ (VMware Fault Tolerance).

Vmware Fault Tolerance (FT) là tính năng dành cho những người có yêu cầu

về tính sẵn sàng cao hơn so với VMware HA có thể cung cấp VMware HA bảo vệkhỏi việc phát sinh lỗi của máy chủ vật lý bằng cách khởi động lại máy ảo vào lúcxảy ra lỗi, tuy nhiên việc làm này sẽ phát sinh downtime khoảng 3 phút