CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ ẢO HÓA MÁYCHỦ
2.3. Tìm hiểu về công nghệ ảo hóa Citrix XenServer
2.3.3. Di chuyển đĩa ảo đang hoạt động
XenMotion là một tính năng cho phép di chuyển một máy ảo đang chạy từ một máy chủ vật lý này đến một máy chủ vật lý khác mà không cần phải tắt nguồn máy ảo.
Hình 2.21. Mô hình hoạt động của XenMotion/Live VM Migration
Sự di chuyển giữa các máy chủ vật lý xảy ra không có thời gian chết và không làm mất kết nối đến máy ảo. XenMotion đáp ứng cho nhu cầu về tính sẵn sàng cho các máy ảo. Người dùng có thể dễ dàng dùng XenMotion để di chuyển tất cả các máy ảo đến một máy chủ vật lý khác để thực hiện công tác bảo trì, sửa chữa hoặc nâng cấp phần cứng. Sau khi công việc bảo trì hoàn tất và máy chủ vật lý hoạt động bình thường, XenMotion thực hiện di chuyển trở lại các máy ảo về máy chủ vật lý ban đầu. Trong trạng thái hoạt động bình thường của hệ thống ảo hóa, XenMotion có thể được sử dụng khi nhiều máy ảo trên cùng một máy chủ vật lý đang cạnh tranh tài nguyên. XenMotion có thể giải quyết vấn đề bằng cách cho phép người người dùng di chuyển bất kì máy ảo đang chạy nào mà đang bị tranh chấp tài nguyên nhưng có nhu cầu sử dụng tài nguyên lớn hơn đến một máy chủ vật lý khác. Tính năng này yêu phải chia sẻ tài nguyên lưu trữ giữa các máy chủ vật lý.
2.3.3. Di chuyển đĩa ảo đang hoạt động (Storage XenMotion / Live Storage Migration) Migration)
Storage XenMotion xây dựng dựa trên ý tưởng và nguyên tắc của XenMotion nhằm làm giảm thời gian chết cùng với chức năng có thể di chuyển các file đĩa ảo của các máy ảo trong khi nó đang chạy. Tính năng này đảm bảo sẽ không xảy ra việc ngừng các máy ảo khi dữ liệu quá tải hoặc chuyển dữ liệu sang một mạng lữu trữ dữ liệu mới và cung cấp cho người dùng một công cụ với tính linh hoạt cao nhằm đáp ứng những yêu cầu trong công việc quản lý hệ thống ảo hóa.
Hình 2.22. Mô hình hoạt động của Storage XenMotion/Live VM Migration 2.3.4. Hợp nhất tài nguyên (Resources pool)
Hình 2.23. Mô hình tổ chức của Resources pool
Resources pool bao gồm nhiều máy chủ vật lý được liên kết với nhau, dưới góc độ của người dùng thì Resources pool như là một thực thể tài nguyên duy nhất của hệ thống ảo hóa. Khi kết hợp với công nghệ chia sẻ tài nguyên lưu trữ (Shared storage), Resources pool cho phép triển khai các máy ảo trên bất kỳ một máy chủ vật lý nào có thể đáp ứng được yêu cầu về tài nguyên bộ nhớ và sau đó tự động di chuyển các máy ảo giữa các máy chủ vật lý trong khi chúng đang hoạt động với thời gian chết là thấp nhất (XenMotion). Nếu một máy chủ vật lý bị lỗi, người dùng có thể khởi động lại các máy ảo trên một máy chủ vật lý khác trong cùng một Resources pool. Nếu tính năng High Availability được kích hoạt trên các máy chủ vật lý trong Resources pool, khi một máy chủ vật lý bị lỗi thì các máy ảo có thể tự động di chuyển tới các máy chủ vật lý khác.
XenServer cho phép liên kết 16 máy chủ vật lý trong một Resources pool. Trong một Resources pool luôn có một máy chủ vật lý đóng vai trò làm chủ “master”, các máy chủ vật lý còn lại đóng vai trò là “slaves”. Người dùng quản
lý các máy chủ trong Resources pool thông qua máy chủ master từ giao diện người dùng dưới dạng đồ họa như XenCenter hoặc dưới dạng dòng lệnh như XenServer Command Line.
Nếu máy chủ “master” bị lỗi hoặc ở trạng thái shutdown thì một trong các máy chủ slaves tự động được chọn hoặc chỉ định làm máy chủ “master”.
2.3.5. Tính sẵn sàng cao (High Availability)
Trước khi ảo hóa, sự xuất hiện lỗi của một máy 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 trên các máy ảo tại thời điểm đó. XenServer High Availability là công nghệ cho phép di chuyển các máy ảo từ máy chủ vật lý này sang một máy chủ vật lý khác và sau đó tiến hành khởi động lại máy ảo khi xẩy ra sự cố như hỏng hóc hay mất kết nối mạng của máy chủ vật lý. Bên cạnh đó, khi XenServer High Availability phát hiện máy ảo bị lỗi sẽ tự động khởi động lại các máy ảo này. Công nghệ này giúp các máy ảo phục hồi lại tình trạng hoạt động mà không mất nhiều thời gian chết qua đó không ảnh hướng nhiều tới hiệu suất hoạt động.
Hình 2.24. Mô hình hoạt động của XenServer High Availability
Đây là một tính năng rất mạnh của công nghệ ảo hóa máy chủ XenServer vì với bất cứ hệ thống hoặc thiết bị vật lý nào cũng đều có thể gặp rủi ro như hư hỏng hoặc mất kết nối, các trục trặc này rất khó dự đoán trước. Do đó, để đảm bảo an toàn dữ liệu và các máy ảo có thể hoạt động gần như ngay lập tức khi gặp sự cố thì giải pháp sử dụng tính năng XenServer High Availability là rất hoàn hảo. XenServer kết hợp với XenMotion để thực hiện việc di chuyển qua lại các máy ảo trên các máy chủ vật lý.
2.3.6. Kiểm soát bộ nhớ linh hoạt (Dynamic Memory Control)
Khi tạo các máy ảo người dùng phải cấp phát cho máy ảo một lượng bộ nhớ nhất định. Tuy nhiên trong quá trình hoạt động, tại nhiều thời điểm các máy ảo có thể không sử dụng hết toàn bộ tài nguyên được cấp phát. Để tăng hiệu quả
sử dụng tài nguyên bộ nhớ, XenServer tạo ra một cơ chế để giám sát và quản lý tài nguyên bộ nhớ đó là Dynamic Memory Control (DMC). DMC là một tính năng cho phép một máy chủ XenServer có thể tự động phân phối tài nguyên bộ nhớ cho các máy ảo dựa trên nhu cầu sử dụng và dựa vào thông số cấu hình dung lượng bộ nhớ tối thiểu, bộ nhớ tối đa. Tính năng này cho phép các máy chủ có thể chia sẻ tài nguyên bộ nhớ giữa các máy ảo trong hệ thống ảo hóa một cách hiệu quả và linh hoạt.
Không sử dụng DMC: với một máy chủ vật lý có dung lượng bộ nhớ là 4GB, nếu với mỗi máy ảo được cấp phát một dung lượng bộ nhớ là 1GB thì chúng ta có thể tạo được 4 máy ảo khác nhau và lúc này thì máy chủ vật lý ở trạng thái full, khi thêm máy ảo mới vào sẽ bị lỗi thiếu bộ nhớ “out of memory”. Để có thể thêm máy ảo mới thì chúng ta phải cấu hình bằng tay giảm dung lượng bộ nhớ của các máy ảo hiện có và sau đó thực hiện khởi động lại các máy ảo.
Sử dụng DMC: ngay cả khi máy chủ vật lý ở trạng thái full, XenServer vẫn có thể thêm các máy ảo bằng cách tự động giảm dung lượng bộ nhớ của các máy ảo hiện có theo thông số cấu hình dung lượng bộ nhớ tối thiểu và bộ nhớ tối đa. Quá trình này không đòi hỏi phải khởi động lại các máy ảo.
2.3.7. Tự động cân bằng tải hệ thống ảo hóa (XenServer Workload Balancing) Balancing)
Với ảo hóa máy chủ, vấn đề đặt ra là cần có một giải pháp để đảm bảo cho hệ thống vẫn hoạt động tốt ngay cả khi có sự cố xảy ra đối với máy chủ. XenServer Workload Balancing (WLB) là một thành phần quan trọng trong công nghệ ảo hóa máy chủ XenServer và nó là một máy ảo dựa trên Linux. XenServer Workload Balancing cho phép hệ thống ảo hóa có thể tự động phân phối tài nguyên phần cứng như bộ xử lý, bộ nhớ,... cho các máy ảo hay khả năng tự động cân bằng tải giữa các máy ảo khi nhu cầu sử dụng tài nguyên tăng lên. WLB kết hợp với tính năng XenMotion tạo ra hệ thống ảo hóa linh hoạt trong việc phân phối tài không ảnh hưởng tới sự hoạt động của các máy ảo trong hệ thống ảo hóa. WLB thực hiện điều đó bằng cách nỗ lực đặt từng máy ảo trên máy chủ vật lý thích hợp để máy ảo hoạt động hiệu quả nhất. Trong khi máy ảo đang hoạt động, WLB sẽ giám sát vị trí và tính toán nhu cầu cần thiết để có thể cung cấp cho các máy ảo các tài nguyên phần cứng cần thiết giảm thiểu tranh chấp tài nguyên, hoặc di chuyển máy ảo sang một máy chủ vật lý khác để đảm bảo hiệu suất hoạt động tốt nhất mà không làm mất thời gian chết.
Hình 2.25. Mô hình hoạt động của XenServer WLB [26] Cân bằng tải điện năng (XenServer WLB Power Management) Cân bằng tải điện năng (XenServer WLB Power Management)
Hình 2.26. Mô hình hoạt động của XenServer WLB Power Management [26] XenServer Workload Balancing Power Management (WLB Power Management) là một tính năng nhằm tối ưu điện năng tiêu thụ của các máy chủ vật lý trong hệ thống ảo hóa. Trong quá trình giám sát hoạt động của hệ thống ảo
hóa, nếu các máy chủ vật lý có nhiều tài nguyên chưa sử dụng nó sẽ tự động dồn các máy ảo về các máy chủ vật lý (lấp đầy). Khi mà một máy chủ vật lý không có bất kỳ một máy ảo nào đang hoạt động thì WLB Power Management đưa ra các thông báo yêu cầu người dùng tắt tạm thời hoặc tự động tắt tạm thời máy chủ để tiết kiệm điện năng tiêu thụ.
Các máy chủ slaves có nhiều máy ảo đang hoạt động được ưu tiên lấp đầy trước và máy chủ master sẽ được lấp đầy cuối cùng để tránh quá tải trên máy chủ master.
2.3.8. Khắc phục thảm họa linh hoạt (XenServer Disaster Recovery)
XenServer Disaster Recovery (XenServer DR) là tính năng được thiết kế nhằm cho phép người dùng có thể khôi phục lại các máy ảo và các ứng dụng từ thảm họa sự cố phần cứng của máy chủ, thứ mà có thể vô hiệu hóa hoặc phá hủy toàn bộ pool mà người dùng đã thiết lập. Các máy ảo của XenServer bao gồm hai thành phần Virtual disks image và Metadata.
Hình 2.27. Các thành phần của máy ảo XenServer [25]
Virtual disks image (VDI): ổ đĩa ảo của máy ảo được lưu trữ ở kho lưu
Metadata: mô tả thông tin của các máy ảo, là các thông tin cần thiết để tạo lại các máy ảo trong trường hợp các máy ảo ban đầu bị hỏng. Các thông tin cấu hình được mô tả trong metadata được lưu lại khi người dùng tạo các máy ảo, nó chỉ được cập nhật trong quá trình thay đổi cấu hình của các máy ảo. Mọi thông tin cấu hình của máy ảo trong metadate được lưu trữ trên toàn bộ các máy chủ trong pool. Các thông tin cấu hình ở đây là tên máy ảo, bộ nhớ ảo, bộ vi xử lý ảo, mạng ảo, VDI,... XenServer DR lưu trữ toàn bộ thông tin cần thiết để có thể khôi phục lại các máy ảo và các ứng dụng được lưu trữ ở kho lưu trữ. Sau đó, XenServer DR sẽ tạo ra và duy trì một bản sao các máy ảo cùng toàn bộ thông tin cấu hình và lưu vào khu vực sao lưu (Secondary Site hoặc DR Site). Khi các máy ảo ở khu vực chính (Primary Site) gặp sự cố, các máy ảo và ứng dụng sẽ được khôi phục lại trên Secondary Site.
Hình 2.28. XenServer DR tạo ra bản sao và lưu vào Secondary Site [25] Sau khi các máy ảo được khôi phục lại ở Secondary Site, XenServer DR Sau khi các máy ảo được khôi phục lại ở Secondary Site, XenServer DR có thể sử dụng công nghệ XenMotion để di chuyển các máy ảo từ Secondary Site sang Primary Site, hoặc tạo ra một bản sao các máy ảo trên Primary Site và đảm bảo các thay đổi trên Secondary Site luôn được cập nhật sang Primary Site ngay khi Primary Site hoạt động trở lại.
Hình 2.29. XenServer DR khôi phục lại các máy ảo trên Primary Site [25] 2.4. Kết luận 2.4. Kết luận
Chương 2 của luận văn đã giới thiệu một cách tổng quan về ảo hóa, các kỹ thuật ảo hóa, phân loại lớp ảo hóa theo kiến trúc và một số hình thức ảo hóa khác nhau như ảo hóa máy chủ, ảo hóa hệ thống mạng, ảo hóa ứng dụng,... Bên cạnh đó, ở chương này luận văn cũng đã giới thiệu tổng quan và thực hiện so sánh, đánh giá về một số công nghệ ảo hóa máy chủ đang được sử dụng phổ biến hiện nay như VMware vSphere, Microsoft Hyper-V, Citrix XenServer. Luận văn đã trình bày một số tính năng nổi bật của công nghệ ảo hóa máy chủ Citrix XenServer. Tất cả các giải pháp ảo hóa máy chủ đều có những lợi thế riêng nhưng đều được các chuyên gia trong lĩnh vực ảo hóa thừa nhận và đánh giá cao, các giải pháp ảo hóa này đều đáp ứng được nhu cầu ảo hóa ở mọi cấp độ khác nhau. Tuy nhiên, Citrix XenServer là công nghệ ảo hóa máy chủ mã nguồn mở do đó, hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu trong giải pháp xây dựng phòng thực hành mới đó là miễn phí với người dùng và có thể tạo ra nhiều máy ảo chạy GNS3 để có thể mô phỏng được nhiều mô hình mạng tại một thời điểm, khai thác hiệu quả tài nguyên của các máy tính.
CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG VÀ TRIỂN KHAI 3.1. Mô hình phòng thực hành mạng truyền thống 3.1. Mô hình phòng thực hành mạng truyền thống
Hình 3.1. Mô hình phòng thực hành tại các trung tâm, học viện đào tạo về kỹ năng mạng truyền thống [44]
Với mô hình phòng thực hành truyền thống, ngoài các thiết bị phục vụ giảng dạy và học tập như máy tính, máy chiếu,... thì đều phải trang bị các thiết bị mạng chuyên dụng gồm tủ rack, router, catalyst switch và cable kết nối. Mỗi phòng thực hành đều cần ít nhất một tủ rack, trên mỗi tủ rack đều phải lắp đặt thêm nhiều router và catalyst switch để phục vụ sinh viên, học viên thực hành. Khi thực hành cấu hình một bài thực hành mạng sinh viên, học viên phải thực hiện kết nối các thiết bị mạng theo mô hình yêu cầu của bài thực hành, đồng thời cũng kết nối các máy tính vào các thiết bị mạng trên tủ rack để có thể truy cập vào các thiết bị mạng này và thực hiện cấu hình.
3.2. Mô hình hành phòng thực hành mạng mới
3.2.1. Giới thiệu mô hình phòng thực hành mạng mới
Phòng thực hành mạng mới chỉ cần trang bị các thiết bị cơ bản phục vụ giảng dạy và học tập như máy tính, máy chiếu,... không cần phải trang bị các thiết bị mạng như tủ rack, router,...như mô hình phòng thực hành truyền thống. Điều này làm giảm một lượng lớn kinh phí đầu tư mua sắm trang thiết bị. Thay vì sử dụng thiết bị mạng thật và mất nhiều thời gian để thực hiện kết nối các thiết bị theo mô hình của các bài thực hành hoặc bài thi, mô hình phòng thực hành mạng mới sử dụng các thiết bị mạng ảo thông qua phần mềm mô phỏng mạng GNS3 kết hợp với công nghệ ảo hóa máy chủ Citrix XenServer (xem Hình 3.2). Mô hình phòng thực hành mạng mới có hai thành phần là Server Center và
Clients, Server Center gồm có hai thành phần đó là Servers và Labs Database. Servers chính là các máy chủ ảo, Labs Database là cơ sở dữ liệu hay tập hợp các bài thực hành, bài thi được sử dụng trong quá trình đào tạo (xem Hình 3.3).
Hình 3.2. Đề xuất mô hình phòng thực hành mạng mới
Sinh viên, học viên từ các máy tính Client khi thực hiện cấu hình theo yêu cầu của các bài thực hành hoặc bài thi chỉ cần telnet tới các thiết bị mạng trong mô hình mạng được kích hoạt trên các máy chủ ảo để cấu hình, các thiết bị mạng ảo sử dụng tài nguyên do máy chủ ảo cung cấp.
Hình 3.3. Các thành phần của mô hình phòng thực hành mạng mới 3.2.2. Cách thức vận hành phòng thực hành mạng mới 3.2.2. Cách thức vận hành phòng thực hành mạng mới
Các máy chủ vật lý được thực hiện ảo hóa thông qua công nghệ ảo hóa máy chủ Citrix XenServer để tạo thành một hạ tầng ảo hóa. Trên hạ tầng ảo hóa máy chủ XenServer, thực hiện tạo các máy chủ ảo khác nhau. Các máy chủ ảo này sẽ được cài đặt phần mềm mô phỏng mạng GNS3 (GNS3 Server), các máy chủ vật lý được kết nối với các máy tính của phòng thực hành tạo thành một hệ thống mạng nội bộ theo mô hình Client – Server. Các máy chủ ảo được cài đặt địa chỉ IP cùng mạng với máy chủ vật lý và các máy tính trong phòng thực hành. Các máy chủ vật lý cùng với các máy chủ ảo và cơ sở dữ liệu các bài thực hành, bài thi tạo thành một Server Center (xem Hình 3.3), còn các máy tính trong