Công nghệ ảo hóa và ứng dụng (luận văn ths toán học)

Cơng Nghệ Ảo Hóa Ứng Dụng ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LỜI CẢM ƠN Lời em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy PGS.TSLê Trọng Vĩnh người hướng dẫn em tận tình suốt thời gian làm luận văn Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy, cô giáo Bộ môn Tin học, Khoa Toán – Cơ – Tin học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên , Đại học Quốc gia Hà Nội.Các thầy cô dạy bảo, dẫn em tạo điều kiện tốt cho em học NGUYỄN DŨNG tập suốt trình học đặc biệtCHÍ thời gian làm luận văn tốt nghiệp Em xin bày tỏ lòng biết ơn lãnh đạo Trường Đại học Kỹ thuật - Hậu Cần CAND tạo điều kiện cho em suốt thời gian qua Hà Nội, ngày… tháng… năm 2017 Học viên CÔNG NGHỆ ẢO HĨA VÀ ỨNG DỤNG Nguyễn Chí Dũng LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - Năm 2017 Nguyễn Chí Dũng Trang Cơng Nghệ Ảo Hóa Ứng Dụng ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN CHÍ DŨNG CƠNG NGHỆ ẢO HĨA VÀ ỨNG DỤNG Chun ngành: Cơ sở tốn cho tin học Mã số: 60460110 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢƠI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS LÊ TRỌNG VĨNH Nguyễn Chí Dũng Hà Nội - Năm 2017 Trang Cơng Nghệ Ảo Hóa Ứng Dụng DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Viết tắt Thuật ngữ tiếng anh Thuật ngữ tiếng việt VM Virtual Machine Máy ảo CPU Central Processing Unit Bộ xử lý trung tâm RAID Redundant Array of Hệ thống đĩadự phòng Inexpensive Disks SAN Storage Area Networks Mạng lưu trữ VMM Virtual Machine Monitor Trình quản lý máy ảo VMFS Virtual Machine File System Hệ thống tệp tin máy ảo VMHA VMware High Availability Tính sẵn sàng cao VSMP Virtual symmetric Đa tiến trình ảo hóa đối multiprocessing xứng COS Console Operating System Hệ điều hành điều khiển 10 FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền tệp 11 VCB VMware Consolidated Backup Sao lưu máy ảo 12 DRS Distributed resource scheduler Lịch phân phối tài nguyên phân tán 13 DPM Distributed Power Manager Quản lýhiện phân tán 14 VC Virtual Center Trung tâm ảo hóa Nguyễn Chí Dũng Trang Cơng Nghệ Ảo Hóa Ứng Dụng DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ Bảng 1.1:Mô tả cách ghi liệu RAID 22 Bảng 1.2:Mô tả cách ghi liệu RAID 24 Bảng 1.3:Mô tả cách ghi liệu RAID 0+1 25 Bảng 1.4:Mô tả cách ghi liệu RAID 25 Hình 1.1: Một server vật lý hệ thống ảo hóa 11 Hình 1.2: Các thành phần hệ thống ảo hóa 13 Hình 1.3: Kiến trúc Host-Based gọi kiểu ảo hóa Vmm 15 Hình 1.4: Kiến trúc kiểu ảo hóa Vmm Hypervisor 16 Hình 1.5: Kiến trúc kiểu ảo hóa Monolithic Hypervisor 18 Hình 1.6: Kiến trúc Microkernelized Hypervisor 18 Hình 1.7:Kiến trúc ảo hóa Hybrid 19 Hình 1.8: Sơ đồ hoạt động kỹ thuật Striping 22 Hình 1.9:Sơ đồ hoạt động kỹ thuật Miroring 23 Hình 1.10: Sơ đồ hoạt động kết hợp kỹ thuật Striping&kỹ thuật Miroring 24 Hình 1.11: Sơ đồ hoạt động kỹ thuật Parity 25 Hình 1.12:Kiến trúc mạng lưu trữ SAN đơn giản 27 Hình 1.13:Sơ đồ hoạt động VMware High Availability 30 Hình 2.1:Kiến trúc VMware ESX Server 31 Hình 2.2:Sơ đồ tương tác ESX Server 33 Hình 3.1: mơ hình triển khai hệ thống 39 Hình 3.2: Hộp thoại cài đặt ESXi6.0 40 Hình 3.3:Bắt đầu trình cài đặt 41 Hình 3.4: Hộp thoại lựu chọn ngơn ngữ bàn phím 41 Hình 3.5:Hộp thoại cảnh báo liệu ổ cứng 41 Hình 3.6:Quá trình tải file cần thiết cho việc cài đặt 42 Hình 3.7: Hộp thoại thỏa thuận yêu cầu từ nhà sản xuất 42 Hình 3.8: Hộp thoại nhập password người quản trị 43 Hình 3.9: Quá trình cài hệ điều hành Esx bắt đầu 43 Hình 3.10: Giao diện đăng nhập 44 Hình 3.11: Chương trình Vsphere Client 45 Hình 3.12:Giao diện sau kết nối Esx Server thành công 45 Hình 3.13:Tạo máy ảo 46 Hình 3.14: Hộp thoại chọn kiểu cấu hình 46 Hình 3.15: Hộp thoại đặt tên server 47 Hình 3.16: Hộp thoại chọn nơi lưu trữ 47 Hình 3.17:Hộp thoại chọn hệ điều hành cho máy ảo 48 Hình 3.18: Hộp thoại chọn dung lượng ổ cứng 48 Hình 3.19: Hộp thoại cấu hình chọn 49 Nguyễn Chí Dũng Trang Cơng Nghệ Ảo Hóa Ứng Dụng Hình 3.20: Máy ảo cấu hình xong 50 Hình 3.21: Khởi động máy ảo 50 Hình 3.22: Kkết nối với image hệ điều hành 51 Hình 3.23:Tổng quan hệ thống 51 Hình 3.24: Hoạt động máy ảo 52 Hình 3.25: Quá trình phân phối tài nguyên tới máy ảo 52 Hình 3.26: Sơ đồ trình hoạt động CPU 53 Hình 3.27: Tình trạng phần cứng 53 Nguyễn Chí Dũng Trang Cơng Nghệ Ảo Hóa Ứng Dụng LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay,với tiến vượt bậc khoa học công nghệ,đặc biệt cơng nghệ thơng tin.Máy tính giúp người nhiều từ tối ưu hóa cơng việc,giảm thời gian làm việc,tăng hiệu suất mang lại hiệu cao Vì vậy, quan,tổ chức cần hệ thống máy chủ để chạy ứng dụng, lưu trữ liệu, cung cấp dịch vụ web, email,… Với ứng dụng vậy, theo truyền thống, phải trang bị tương ứng máy chủ vật lý Tuy nhiên, thực tế máy chủ sử dụng tài nguyên vật lý nó,chỉ từ 10% đến 30% cho loại dịch vụ phần tài nguyên lại khơng dùng đến, điều gây lãng phí lớn Vì để tận dụng phần tài ngun lại cách hiệu quả?Cơng nghệ ảo hóa đời cho phép giải vấn đề Có nhiều cơng nghệ ảo hóa như: Ảo hóa máy chủ, ảo hóa hạ tầng mạng, ảo hóa Desktop, ảo hóa ứng dụng, ảo hóa hệ thống lưu trữ.Tuy nhiên luận văn này, em sâu vào nghiên cứu công nghệ ảo hóa máy chủ cơng nghệ liên quan cho việc ảo hóa máy chủ Mặt khác, có nhiều cơng nghệ giúp việc ảo hóa máy chủ Vmware hay Windows, nhiên, hạn chế mặt thời gian, luận văn tập trung nghiên cứu cơng nghệ trợ giúp ảo hóa Vmware Luận văn có bố cục sau: Chương 1: Trình bày cơng nghệ ảo hóa cơng nghệ giúp ảo hóa Trong chương này, cấu trúc, thành phần mơ hình ảo hóa trình bày chi tiết công nghệ quan trọng cho phép xây dựng mơi trường ảo hóa hoạt động an tồn ổn định Chương 2: Trình bày việc ảo hóa hệ thống với Vmware ESX Server 6.0 Chương tập trung trình bày đặc trưng cơng nghệ ảo hóa Vmware Nguyễn Chí Dũng Trang Cơng Nghệ Ảo Hóa Ứng Dụng ESX Server từ ưu điểm tính vượt trội sản phẩm so với công nghệ khác Chương 3: Xây dựng ứng dụng cho thư viện trường Đại học Kỹ thuật Hậu cần Bộ Công An Chương ứng dụng mơ hình hệ thống chương cơng nghệ chương để ảo hóa máy chủ thư viện trường ĐH Kỹ thuật – Hậu cần, Bộ Công An cho phép chạy nhiều ứng dụng khác Nguyễn Chí Dũng Trang Cơng Nghệ Ảo Hóa Ứng Dụng MỤC LỤC LỜ I CẢ M Ơ N DANH MỤ C CÁC CHỮ VIẾ T TẮ T LỜ I NÓI Đ Ầ U Chƣ ng 1: CÔNG NGHỆ Ả O HĨA VÀ CƠNG NGHỆ GIÚP VIỆ C Ả O HĨA 11 1.1 Giớ i thiệ u 11 1.2 Tổ ng quan ả o hóa 12 1.2.1 Khái niệ m ả o hóa 12 1.2.2 Các thành phầ n củ a mộ t hệ thố ng ả o hóa 13 1.3 Các kiế n trúc ả o hóa 15 1.3.1 Kiế n trúc ả o hóa Host-Based 15 1.3.2 Kiế n trúc ả o hóa Hypervisor-Based 17 1.3.3 Kiế n trúc ả o hóa Hybrid 20 1.4 Các lợ i ích củ a ả o hóa 20 1.5 Mộ t số công nghệ liên quan đế n ả o hóa 22 1.5.1 Công nghệ RAID 22 1.5.2 Công nghệ lƣ u trữ mạ ng SAN 29 Nguyễn Chí Dũng Trang Cơng Nghệ Ảo Hóa Ứng Dụng 1.5.3 Cơng nghệ High Availability 31 Chƣ ng 2: Ả O HÓA VỚ I VMWARE ESX SERVER 6.0 33 2.1 Tổ ng quan VMware ESX Server 33 2.2 Hai thành phầ n củ a VMware ESX Server 34 2.2.1 Hệ điề u hành điề u khiể n (Console Operating System) 35 2.2.2 VMkernel 36 2.3 Mộ t số tính nă ng củ a VMware ESX Server 36 2.3.1 Khả nă ng n lý tài nguyên 36 2.3.2 Hiệ u suấ t khả nă ng mở rộ ng 37 2.3.3 Tính sẵ n sàng cao 38 Chƣ ng 3: Ứ NG DỤ NG CHO THƢ VIỆ N TRƢ Ờ NG Đ HKT HẬ U CẦ N CAND 40 3.1 Mụ c tiêu củ a giả i pháp 40 3.2 Mơ hình 41 3.3 Yêu cầ u 41 3.4 Triể n khai hệ thố ng 42 3.4.1 Cài đặ t VMware ESX Server 42 3.4.2 Giao diệ n đă ng nhậ p 45 Nguyễn Chí Dũng Trang Cơng Nghệ Ảo Hóa Ứng Dụng 3.4.3 Quả n lý từ xa bằ ng VM vSphere client 45 5.4.5 Quả n lý theo dõi máy ả o 52 Kế t luậ n hƣ ng phát triể n 56 Kế t đạ t đƣ ợ c 56 Nhữ ng hạ n chế 56 Hƣ ng phát triể n 56 Tài liệ u tham khả o 58 Nguyễn Chí Dũng Trang 10 Cơng Nghệ Ảo Hóa Ứng Dụng Hình3.6:Quá trình tải file cần thiết cho việc cài đặt Hình 3.7: Hộp thoại thỏa thuận yêu cầu từ nhà sản xuất Đồng ý với thỏa thuận quyền, check vào ô I accept the terms of license agreement chọn Next Hình 3.8: hộp thoại nhập password ngƣời quản trị Hộp thoại yêu cầu nhập password để nhập Esx server.Nhập password chọn Next Nguyễn Chí Dũng Trang 44 Cơng Nghệ Ảo Hóa Ứng Dụng Hình 3.9: q trình cài hệ điều hành Esx bắt đầu Hộp thoại bắt đầu cài đặt Khi cài đặt xong chọn finish để hoàn tất 3.4.2 Giao diện đăng nhập Khi hồn tất q trình cài đặt Esx server hệ thống khởi động lại, lúc ta đăng nhập vào Esx server với tài khoản mặc định root password vừa tạo bước trước Hình 3.10:giao diện đăng nhập Hệ điều hành máy chủ sử dụng linux nên giao diện đăng nhập vào hệ điều hành giao diện linux Trong giao diện người quản trị thực thao tác bật tắt dịch vụ,…nói chung lệnh tương đương giống với linux 3.4.3 Quản lý từ xa VM vSphere client Chúng ta tải phần mềm VM vSphere client từ trang chủ vmware.com tiến hành cài đặt phần mềm bình thường ý kết nối mạng máy tính cài phần mềm client máy chủ ESX Server thơng suốt Nguyễn Chí Dũng Trang 45 Cơng Nghệ Ảo Hóa Ứng Dụng Khi cài đặt xong, khởi động chương trình vSphere client giao diện lên.Lúc ta điền địa IP máy chủ máy chủ ESX Server máy vSphere client mạng Nếu không mạng mà muốn truy cập ESX Servertừ xa phải đăng kí Hostname với IP trỏ địa máy ESX Server phải mở số cổng Modem Hình 3.11: Chƣơng trình Vsphere Client Khi kết nối thành cơng đến ESX Server giao diện giống hình 3.11 Người quản trị sử dụng giao diện vSphere client để khởi tạo, cấu hình theo dõi hoạt động máy ảo cách linh hoạt tập trung Nguyễn Chí Dũng Trang 46 Cơng Nghệ Ảo Hóa Ứng Dụng Hình 3.12:Giao diện sau kết nối Esx Server thành công 3.4.4 Tạo máy ảo Trong giao diện kết nối vSphere client để tạo máy ảo đơn giản Nhấp chuột phải vào địa ESX Server chọn New Virtual Machine Hình 3.13:Tạo máy ảo Nguyễn Chí Dũng Trang 47 Cơng Nghệ Ảo Hóa Ứng Dụng Một hộp thoại xuất đòi hỏi người sử dụng chọn kiểu cấu hình điển hình hay tùy chọn kiểu cấu hình theo yêu cầu Chọn Typical chọn Next Hình 3.14:Hộp thoại chọn kiểu cấu hình Hộp thoại yêu cầu nhập tên máy ảo mà tạo.Tên hiển thị giao diện vSphere client truy cập vào máy chủ ESX Server.Nhập tên tùy ý chọn Next Hình 3.15: hộp thoại đặt tên server Nguyễn Chí Dũng Trang 48 Cơng Nghệ Ảo Hóa Ứng Dụng Hộp thoại yêu cầu chọn nơi lưu trữ liệu chúng ta.Thường ta chọn ổ đĩa cứng mặc định.Chọn Next Hình 3.16:Hộp thoại chọn nơi lƣu trữ Một hộp thoại lựu chọn hệ điều hành mà cài đặt máy ảo.Chọn hệ điều hành tương ứng chọn Next Hình 3.17:Hộp thoại chọn hệ điều hành cho máy ảo Hộp thoại yêu cầu phân chia ổ đĩa cứng xuất cho phép cấp cho máy ảo dung lượng ổ cứng định ổ cứng máy chủ Esx Nguyễn Chí Dũng Trang 49 Cơng Nghệ Ảo Hóa Ứng Dụng Server Tùy nhu cầu làm việc lưu trữ mà chọn dung lượng cho thích hợp Chọn Next Hình 3.18:Hộp thoại chọn dung lƣợng ổ cứng Hộp thoại tổng quan cấu hình lựu chọn mà thiết lập Mặc định máy Esx Server cấp cho máy ảo lượng ram định Chúng ta tăng thêm giảm bớt tốt để mặc định cho Esx server tự điều chỉnh.Chọn OK để xác nhận q trình thiết lập hồn tất Hình 3.19:Hộp thoại cấu hình chọn Nguyễn Chí Dũng Trang 50 Cơng Nghệ Ảo Hóa Ứng Dụng Như tạo xong máy ảo.Để cho máy ảo hoạt động cần cài đặt hệ điều hành ứng dụng cho Hình 3.20:Máy ảo đƣợc cấu hình xong Click chuột phải vào tên máy ảo vừa tạo chọn power.Một danh sách lựa chọn cho phép quản lý máy ảo từ xa dễ dàng.Để khởi động máy ảo chọn power on Nguyễn Chí Dũng Trang 51 Cơng Nghệ Ảo Hóa Ứng Dụng Hình 3.21: Khởi động máy ảo Máy ảo khởi động bắt đầu trình tìm kiếm file khởi động chưa có hệ điều hành nên máy ảo chưa thể khởi động Để cài đặt hệ điều hành vào máy ảo cho đĩa vào ổ cd/dvd driver máy chủ Esx server, cài file ISO máy mà sử dụng phần mềm quản lý Vsphere client cách chọn connect ISO image on local disk Sau chọn bấm tổ hợp phím ctrl+alt+del để khởi động lại máy ảo.Lúc việc cài hệ điều hành giống lúc cài đặt bình thường Hình 3.22:Kết nối với image hệ điều hành 5.4.5 Quản lý theo dõi máy ảo Tap Summary: cho phép theo dõi tổng quát trình sử dụng tài nguyên máy chủ xung nhịp cpu, nhớ ram, ổ cứng lưu trữ Nguyễn Chí Dũng Trang 52 Cơng Nghệ Ảo Hóa Ứng Dụng Hình 3.23: Tổng quan hệ thống Tap Virtual Machine:Cho phép theo dõi so sánh cụ thể hoạt động hiệu suất sử dụng tài nguyên máy chủ máy ảo Hình 3.24: Hoạt động máy ảo Tap Resource allocation: Cho phép theo dõi trình phân phối tài nguyên máy chủ Esx server đền máy ảo Hình 3.25: Quá trình phân phối tài nguyên tới máy ảo Tap Performance:Biểu đồ biểu diễn xung nhịp cpu qua thời gian khác cho phép so sánh hiệu suất qua giai đoạn Nguyễn Chí Dũng Trang 53 Cơng Nghệ Ảo Hóa Ứng Dụng Hình 3.26:Sơ đồ trình hoạt động CPU Tap Configuration: Cho phép theo dõi tình trạng thiết bị phần cứng xem có thiết bị bị lỗi hay hư hỏng khơng Nếu có dấu hiệu bất thường hệ thống hiển thị bảng thông báo alert warning đến người sử dụng Hình 3.27:Tình trạng phần cứng Khi tiến hành ảo hóa Server thiết bị mạng phần mềm ứng dụng Trường ĐH Kỹ Thuật – Hậu Cần, hệ thống hoạt động ổn định, quản lý công việc tương đối đơn giản đáp ứng nhu cầu hoạt động nhà trường Nguyễn Chí Dũng Trang 54 Cơng Nghệ Ảo Hóa Ứng Dụng Về mặt hiệu sử dụng tách biệt hệ thống mạng phòng thực hành với hệ thống mạng cán sử dụng Chủ động việc điều hành thay đổi khắc phục cố hệ thống mạng Nguyễn Chí Dũng Trang 55 Cơng Nghệ Ảo Hóa Ứng Dụng Kết luận hƣớng phát triển Kết đạt đƣợc Về lý thuyết:  Luận văn hệ thống hóa trình bày tổng quan vấn đề cơng nghệ ảo hóa sản phẩm ảo hóa ESX Server VMware  Đã trình bày tổng quan cơng nghệ liên quan có chức hỗ trợ RAID, SAN, High Availability,… thành phần,cấu trúc chức phần hệ thống ảo hóa.Các lợi ích ứng dụng mơ hình ảo hóa vào thực tế Về thực nghiệm  Hoàn thành triển khai hệ thống ảo hóa cho máy chủ Thư viện, Đại học kỹ Thuật – Hậu Cần, Bộ Công An với việc tạo máy ảo từ máy vật lý băn đầu sử dụng phần mềm VMware ESX Server quản lý từ xa VM vSphere client Những hạn chế Do nhiều hạn chế thời gian,vật chất số điều kiện khách quan khác nên bên cạnh vấn đề đạt luận văn số hạn chế số điều chưa thực như:  Chưa thử nghiệm hết tính củaVMwareESX Server VMHA,Vmmonitor,… Hƣớng phát triển Trong thời gian tới, có điều kiện, luận văn cố gắng phát triển thêm nội dung sau: Nguyễn Chí Dũng Trang 56 Cơng Nghệ Ảo Hóa Ứng Dụng  Triển khai ảo hóa nhiều máy chủ để thử nghiệm tính nâng cáo VMware ESX Server  Nghiên cứu cài đặt thử nghiệm thêm cơng nghệ ảo hóa khác, so sánh đánh giá với VMware ESX Server Nguyễn Chí Dũng Trang 57 Cơng Nghệ Ảo Hóa Ứng Dụng Tài liệu tham khảo Jim Metzler, “Virtualiztion: Benefits, Challenges, and Solutions”, Reverbed Technology, 2011 Cedric Rajendran, “Getting Started with VMware Virtual SAN”, Packt Publishing, Birmingham, 2015 Chris Wolf ,and Erick M Halter,” Virtualization: From the Desktop to the Enterprise”, Apress, New York, 2005 Cormac Hogan, and Duncan Epping,“Essential Virtual SAN (VSAN): Administrator's Guide to VMware Virtual SAN”, VMware Press, Indiana, 2014 Edward Haletky,“VMware ESX Server in the Enterprise: Planning and Securing Virtualization Servers”, Prentice Hall, New Jersey, 2007 Forbes Guthrie, Scott Lowe, Kendrick Coleman, “VMware vSphere Design”, Sybex, New York, 2013 Matthew Portnoy, “Virtualization Essentials”, Sybex, New York, 2012 Otto Carlos M B Duarte, and Guy Pujolle, “Virtual Networks: Pluralistic Approach for the Next Generation of Internet”, Wiley-ISTE, London, 2013 Rogier Dittner, and David Rule Jr., “The Best Damn Server Virtualization Book Period: Including Vmware, Xen, and Microsoft Virtual Server”, Syngress, Massachusetts, 2007 10 Ron, Herold, and ScottOglesby, “VMware ESX Server: Advanced Technical Design Guide”, Tech Target, San Francisco, 2005 11 Vaughn Stewart, Michael Slisinger, Vytautas Malesh, Dr Stephen Herrod, Duncan Epping, “Virtualization Changes Everything”, CreateSpace Independent Publishing Platform, North Charleston, 2012 Nguyễn Chí Dũng Trang 58 ... tận dụng phần tài ngun lại cách hiệu quả?Cơng nghệ ảo hóa đời cho phép giải vấn đề Có nhiều cơng nghệ ảo hóa như: Ảo hóa máy chủ, ảo hóa hạ tầng mạng, ảo hóa Desktop, ảo hóa ứng dụng, ảo hóa. .. Hóa Ứng Dụng xây dựng mơ hình ứng dụng ảo hóa cho quan, tổ chức phủ doanh nghiệp 1.2Tổng quan ảo hóa 1.2.1 Khái niệm ảo hóa Ảo hóa công nghệ đời nhằm khai thác triệt để khả làm việc phần cứng... nghệ ảo hóa hạn chế chưa có nhiều doanh nghiệp thấy nhu cầu cần thiết nắm cơng nghệ Vì vậy, nhiệm vụ luận văn nghiên cứu cơng nghệ ảo hóa nhằm ứng dụng Nguyễn Chí Dũng Trang 11 Cơng Nghệ Ảo Hóa