Tài liệu Nghiên cứu hệ thống máy ảo mã nguồn mở openvz

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Lê Thanh Tú NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÁY ẢO MÃ NGUỒN MỞ OPENVZ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin HÀ NỘI - 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Lê Thanh Tú NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÁY ẢO MÃ NGUỒN MỞ OPENVZ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Nguyễn Trí Thành HÀ NỘI - 2010 LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Nguyễn Trí Thành, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới các thầy, cô tại trƣờng Đại học Công Nghệ đã dạy dỗ và tận tình chỉ bảo cho em trong suốt quá trình học tập tại trƣờng. Những kiến thức mà thầy cô truyền đạt sẽ là vốn quý báu cho chúng em bƣớc vào tƣơng lai. Tôi xin cảm ơn tập thể sinh viên K51CHTTT Trƣờng Đại học Công Nghệ đã ủng hộ và khuyến khích tôi trong quá trình nghiên cứu và thực hiện khóa luận này. Cuối cùng, con xin cảm ơn chân thành và biết ơn vô hạn tới gia đình, những ngƣời có công sinh thành, nuôi dƣỡng, những ngƣời luôn kịp thời động viên và giúp đỡ vƣợt qua những khó khăn trong cuộc sống. Mặc dù đã cố gắng hoàn thành luận văn trong phạm vi và khả năng cho phép nhƣng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận đƣợc sự góp ý chân thành của thầy cô các bạn để em hoàn thiện khóa luận của mình. Hà Nội, ngày 10 tháng 5 năm 2010 Sinh viên Lê Thanh Tú TÓM TẮT Nội dung của khóa luận chủ yếu là tìm hiểu về hệ thống máy ảo mã nguồn mở OpenVZ. Đầu tiên khóa luận trình bày về bài toán ảo hóa và những lợi ích mà công nghệ ảo hóa mang lại. Đồng thời cũng giới thiệu một số hệ thống máy ảo đang đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế giới. Để tìm hiểu OpenVZ khóa luận đi sau vào việc cài đặt cũng nhƣng quản trị hệ thống máy ảo mã nguồn mở này. Việc sử dụng các tính năng của OpenVZ sẽ cho thấy những đặc điểm của OpenVZ hay cụ thể hơn là những điểm nổi bật đƣợc thể hiện qua hoạt động thực tế của phần mềm. Từ việc sử dụng thực tế và tham khảo các tài liệu liên quan luận văn cũng đã đƣa ra nhƣng so sánh, đánh giá hiệu quả của phần mềm OpenVZ so với các phần mềm nguồn mở miễn phí và phần mềm bản quyền khác nhƣ Xen, VirtualBox, VMWare. Một điều khá quan trọng mà khóa luận chỉ ra rằng ảo hóa là một giải pháp tiết kiệm mà hiệu quả cho các doanh nghiệp ở Việt Nam trong đó OpenVZ là một giải pháp điển hình. MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................3 TÓM TẮT ..................................................................................................................4 MỤC LỤC..................................................................................................................5 DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ...................................................................................9 BẢNG KÝ HIỆU VIẾT TẮT ..................................................................................10 LỜI MỞ ĐẦU ..........................................................................................................11 CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU BÀI TOÁN ẢO HÓA VÀ Ý NGHĨA CỦA NÓ ..........1 1.1. Bài toán ảo hóa máy chủ lƣu trữ của các Doanh nghiệp ................................1 1.1.1. Dùng chung máy chủ, chia sẻ tài nguyên ................................................1 1.1.2. Máy chủ riêng tại các trung tâm dữ liệu ..................................................1 1.1.3. Sử dụng máy chủ riêng ảo (Virtual Private Server) .................................2 1.1.4. Bài toán ảo hóa máy chủ lƣu trữ ..............................................................3 1.2. Ý nghĩa của bài toán ảo hóa ............................................................................3 1.2.1. Tận dụng hiệu quả tài nguyên của hệ thống ............................................3 1.2.2. Đáp ứng nhu cầu lƣu trữ dữ liệu ..............................................................5 1.2.3. Giảm chi phí quản lý hệ thống .................................................................5 1.2.4. Tiết kiệm năng lƣợng và giảm ô nhiễm môi trƣờng ................................6 CHƢƠNG 2. CÁC ỨNG DỤNG ẢO HÓA PHỔ BIẾN ...........................................7 2.1. Ảo hóa máy chủ ..............................................................................................7 2.1.1. Ảo hóa hệ điều hành.................................................................................7 2.1.2. Mô phỏng phần cứng ...............................................................................8 2.1.3. Ảo hóa song song .....................................................................................9 2.1.4. Ảo hóa lƣu trữ ........................................................................................10 2.2. Vai trò của phần cứng ...................................................................................11 CHƢƠNG 3. HỆ THỐNG MÁY ẢO OPENVZ .....................................................12 3.1. Cài đặt OpenVz .............................................................................................12 3.1.1. Cài đặt và cấu hình hệ điều hành chủ trên máy tính ..............................12 3.1.2. Cài đặt phần mềm OpenVZ ...................................................................13 3.1.3. Cấu hình mục khởi động ( Boot loader) ................................................15 3.1.4. Thiết lập các thông số khác ....................................................................15 3.1.5. Cài đặt các công cụ ................................................................................17 3.1.6. Cài đặt mẫu hệ điều hành .......................................................................17 3.2. Thao tác trên máy chủ ảo (VPS) ...................................................................19 3.2.1. Tạo và cấu hình máy chủ ảo mới ...........................................................19 3.2.2. Cấu hình máy chủ ảo..............................................................................21 3.2.3. Khởi động, dừng, khởi động lại và truy vấn trạng thái của VPS ...........23 3.2.4. Xoá VPS .................................................................................................25 3.2.5. Chạy các lệnh trong VPS .......................................................................26 3.3. Quản lý template ...........................................................................................26 3.3.1. Vòng đời bản mẫu ..................................................................................26 3.3.2. Danh mục các mẫu .................................................................................27 3.3.3. Làm việc với VPS ..................................................................................28 3.4. Quản lý tài nguyên ........................................................................................29 3.4.1. Tài nguyên tham số điều khiển là gì? ....................................................29 3.4.2. Quản lý hạn ngạch đĩa............................................................................30 3.4.3. Quản lý chia sẻ CPU ..............................................................................39 3.4.4. Quản lý các tham số hệ thống ................................................................41 3.4.5. Quản lý cấu hình tài nguyên VPS ..........................................................48 3.5. Các tác vụ nâng cao trên OpenVZ ................................................................51 3.5.1. Xác định số tài khoản VPS bởi định danh của tiến trình .......................51 3.5.2. Thay đổi thời gian hệ thống từ VPS ......................................................51 3.5.3. Truy cập các thiết bị từ bên trong VPS ..................................................53 3.5.4. Cơ chế chia sẻ mạng trong giữa máy chủ vật lý gốc và các VPS ..........56 3.5.5. Chuyển cạc mạng tới VPS .....................................................................62 3.5.6. Bật VPN cho VPS ..................................................................................63 3.5.7. Tải mô đun iptables ................................................................................64 3.5.8. Khởi động lại VPS .................................................................................65 3.5.9. Chuyển VPS từ máy chủ vật lý gốc này sang máy chủ vật lý khác.......66 3.5.10. Chuyển máy chủ vật lý gốc thành một VPS .......................................70 3.5.11. Sao lƣu một VPS đang hoạt động với tiện ích vzdump .......................75 CHƢƠNG 4. SO SÁNH OPENVZ VÀ MỘT SỐ MÁY ẢO KHÁC TRÊN LINUX .......................................................................................................................................80 4.1. Về mặt sử dụng công nghệ ............................................................................80 4.2. Về mặt hiệu năng ..........................................................................................80 4.3. Về khả năng mở rộng ....................................................................................80 4.4. Kết luận .........................................................................................................82 KẾT LUẬN ..............................................................................................................83 PHỤ LỤC .................................................................................................................84 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................85 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Các tham số điều khiển ..........................................................................30 Bảng 2. Các tham số hạn ngạch đĩa ....................................................................32 Bảng 3. Thông số hạn ngạch đĩa cho từng VPS ..................................................34 Bảng 4. Tham số tài nguyên CPU .......................................................................39 Bảng 5. Tham số sơ cấp ......................................................................................42 Bảng 6. Tham số thứ cấp .....................................................................................43 Bảng 7. Tham số phụ trợ .....................................................................................44 Bảng 8. Các cấp độ vi phạm................................................................................50 Bảng 9. Các công nghệ mà các phần mềm ảo hóa sử dụng ................................80 Bảng 10. Đánh giá hiệu năng của các phần mềm ảo hóa ......................................80 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1. Sơ đồ ứng dụng Virtual Private Server ....................................................2 Hình 2. Hệ thống gồm 3 server .............................................................................4 Hình 3. Hệ thống chỉ có một máy chủ đƣợc ảo hóa thành 3 máy ảo ....................5 Hình 4. Phân vùng ổ đĩa khi cài hệ điều hành chủ .............................................13 Hình 5. Mô hình dạng sao đối với các VPS sử dụng Venet ...............................56 Hình 6. Mô hình mạng thiết bị Ethernet ảo và Bridge ảo ..................................59 Hình 7. Biểu đồ thể hiện lƣu lƣợng trung bình trên một máy ảo........................81 Hình 8. Biểu đồ thể hiện tổng lƣu lƣợng các máy ảo .........................................82 BẢNG KÝ HIỆU VIẾT TẮT STT Kí hiệu Chú giải cho kí hiệu sử dụng 1 DN Doanh nghiệp 2 VPS Máy chủ ảo (Virtual Private Server) 3 CNTT 4 HN Máy chủ vật lý gốc (Hardware node) 5 OS Hệ điều hành (Operating System) Công nghệ thông tin LỜI MỞ ĐẦU Theo hãng nghiên cứu thị trƣờng Gartner, ảo hóa cùng vi xử lý đa lõi, điện toán "đám mây", điện-toán-mọi-nơi và mạng xã hội ảo sẽ là 5 công nghệ làm thay đổi hoàn toàn ngành công nghiệp CNTT từ nay đến năm 2012. Cũng theo một nghiên cứu mới đây, hãng này xếp công nghệ ảo hóa vào vị trí công nghệ chiến lƣợc số 1 trong năm 2010. Ngày nay xu hƣớng ảo hóa máy chủ đã trở thành xu hƣớng chung của hầu hết các doanh nghiệp trên toàn thế giới. Những khó khăn trong thời kỳ khủng hoảng khiến cho các doanh nghiệp phải tìm mọi cách để giảm thiểu chi phí. Ảo hóa đƣợc coi là một công nghệ giúp các doanh nghiệp cắt giảm chi tiêu hiệu quả với khả năng tận dụng tối đa năng suất của các thiết bị phần cứng. Việc áp dụng công nghệ ảo hóa máy chủ nhằm tiết kiệm không gian sử dụng, nguồn điện và giải pháp tỏa nhiệt trong trung tâm dữ liệu. Ngoài ra việc giảm thời gian thiết lập máy chủ, kiểm tra phần mềm trƣớc khi đƣa vào hoạt động cũng là một trong những mục đích chính khi ảo hóa máy chủ. Công nghệ mới này sẽ tạo ra những điều mới mẻ trong tƣ duy của các nhà quản lý công nghệ thông tin về tài nguyên máy tính. Khi việc quản lí các máy riêng lẻ trở nên dễ dàng hơn, trọng tâm của CNTT có thể chuyển từ công nghệ sang dịch vụ. Hiện nay, các "đại gia" trong giới công nghệ nhƣ Microsoft, Oracle, Sun… đều nhập cuộc chơi ảo hóa nhằm giành thị phần lớn trong lĩnh vực này với "gã khổng lồ" VMWare. Do đó, trên thị trƣờng có rất nhiều sản phẩm để các doanh nghiệp có thể lựa chọn và ứng dụng. Ảo hóa là một lĩnh vực rất rộng với nhiều ứng dụng, trong luận văn này giới thiệu một trong những công nghệ đƣợc sử dụng phổ biến đó là công nghệ ảo hóa hệ điều hành. Đây là một phƣơng pháp lý tƣởng cho các máy chủ Web, nó tạo ra sự linh động trong việc sao lƣu dự phòng, hỗ trợ việc triển khai phần mềm hay hệ điều hành một cách nhanh chóng và đồng bộ. Trong khuôn khổ của luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu hệ thống máy ảo mã nguồn mở OpenVZ” em xin đƣa ra những nghiên cứu của mình về phần mềm này với phƣơng pháp ảo hóa mà phần mềm sử dụng đó là phƣơng pháp ảo hóa hệ điều hành. Nội dung khóa luận gồm 4 chƣơng:  Chƣơng 1: Giới thiệu về bài toán ảo hóa và ý nghĩa của nó: Giới thiệu về bài toán ảo hóa máy chủ lƣu trữ của các doanh nghiệp, chƣơng này cũng đề cập tới việc sử dụng máy chủ riêng ảo. Đồng thời cũng đƣa ra ý nghĩa của bài toán ảo hóa đối với các doanh nghiệp  Chƣơng 2: Các ứng dụng ảo hóa phổ biến: Trình bày về các phƣơng pháp ảo hóa đƣợc sử dụng phổ biến trong thời điểm hiện tại nhƣ ảo hóa hệ điều hành, mô phỏng phần cứng, ảo hóa song song. Đồng thời cũng đƣa ra vai trò của phần cứng trong việc ứng dụng công nghệ ảo hóa  Chƣơng 3: Hệ thống máy ảo OpenVZ: Đây là chƣơng trong tâm trình bày về cách cài đặt, sử dụng các công cụ của phần mềm hay nói cách khác là quản trị OpenVZ với các tác vụ cụ thể.  Chƣơng 4: So sánh OpenVZ và một số máy ảo khác trên Linux: Đƣa ra những so sánh về công nghệ và hiệu năng của OpenVZ với một số máy ảo đƣợc sử dụng phổ biến nhƣ VMWare, Xen, VirtualBox. CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU BÀI TOÁN ẢO HÓA VÀ Ý NGHĨA CỦA NÓ 1.1. Bài toán ảo hóa máy chủ lƣu trữ của các Doanh nghiệp Hiện nay hầu hết các doanh nghiệp (DN) đều có website riêng trên Internet. Chi phí cho hosting (lƣu trữ) website và giữ chỗ tên miền đƣợc rất nhiều Doanh nghiệp quan tâm, nhƣng vẫn chƣa tìm ra giải pháp có lợi nhất. Có 3 cách lƣu trữ web phổ biến hiện nay. 1.1.1. Dùng chung máy chủ, chia sẻ tài nguyên Để giảm tối đa chi phí đầu tƣ, nhiều Doanh nghiệp vừa và nhỏ chọn giải pháp thuê Shared Hosting (lƣu trữ chia sẻ). Ƣu điểm của giải pháp này là tiết kiệm chi phí thuê dịch vụ và Doanh nghiệp không cần phải có nhân viên CNTT chuyên nghiệp riêng để quản lý hosting vì máy chủ (server) đã đƣợc nhà cung cấp quản lý. Tùy vào trình độ kỹ thuật, kinh nghiệm nhà cung cấp mà chất lƣợng cũng nhƣ sự bảo mật cho server chung khác nhau. Nhƣợc điểm của giải pháp này là Doanh nghiệp phải chia sẻ tài nguyên hệ thống server chung với nhiều tài khoản của cá nhân khác hoặc Doanh nghiệp khác, nguy cơ bị hack rất cao. Chẳng hạn, trên cùng 1 server vật lý đang chứa 4 website A, B, C, D của 4 Doanh nghiệp; nếu website A bị tấn công thì có thể làm toàn bộ server quá tải và dĩ nhiên các website B, C, D cũng không thể truy cập đƣợc nữa. 1.1.2. Máy chủ riêng tại các trung tâm dữ liệu Dedicated Server (máy chủ riêng) đƣợc coi là giải pháp tối ƣu cho việc vận hành website, hệ thống e-mail và các giải pháp trực tuyến khác của Doanh nghiệp. Ƣu thế của giải pháp này là Doanh nghiệp sử dụng độc lập một hệ thống riêng, không chia sẻ với ai và đặc biệt sức tải của server có thể mở rộng vô hạn (dựa vào những công nghệ cho phép kết hợp khả năng điện toán của nhiều server nhƣ công nghệ clustering, điện toán lƣới…), không hạn chế việc cài đặt những phần mềm đặc thù cho một số ngành nghề đặc biệt. Tuy nhiên, với Doanh nghiệp nhỏ và vừa, đây lại là giải pháp có một số hạn chế nhất định nhƣ chi phí thuê hệ thống server và chi phí bản quyền phần mềm nhƣ hệ điều hành, chƣơng trình điều khiển khá cao, và cần có đội ngũ IT chuyên nghiệp riêng để tự quản trị và vận hành server vì nhà cung cấp sẽ giao quyền truy xuất cao nhất (Root Access) của server cho Doanh nghiệp tự quản lý. Ngoài ra Doanh nghiệp có điều kiện tài chính và kỹ thuật có thể tự mua server rồi thuê dịch vụ CoLocation (đặt chỗ) để đặt server ngay tại trung tâm dữ liệu (data center) của nhà cung 1 cấp để khai thác. Giải pháp này tận dụng đƣợc cơ sở hạ tầng, mạng trục có sẵn của nhà cung cấp. Các nhà cung cấp server tại Việt Nam hiện nay cũng đã đƣa ra nhiều lựa chọn hơn cho khách hàng khi lựa chọn các cấu hình server khác nhau, phù hợp với khả năng tài chính cũng nhƣ nhu cầu thực tế. Server đặt tại các data center trong nƣớc hiện nay là lựa chọn ƣu tiên vì tốc độ truy xuất và hỗ trợ trực tiếp cao hơn so với việc thuê các server ở nƣớc ngoài. Hình 1. Sơ đồ ứng dụng Virtual Private Server Nguồn: http://www.pcworld.com.vn/pcworld/info/misc/2007/2/B0702_TV_56.jpg 1.1.3. Sử dụng máy chủ riêng ảo (Virtual Private Server) Virtual Private Server (VPS) là một công nghệ rất mới tại Việt Nam. Có thể hiểu VPS nhƣ một giải pháp dung hòa giữa Shared Hosting và Dedicated Server theo cả nghĩa chi phí và cách thức vận hành. VPS hoạt động với phần tài nguyên đƣợc chia sẻ theo từng phân vùng khác nhau trên một Hardware Node (máy chủ vật lý gốc) nhƣng hoàn toàn độc lập nhƣ một Dedicated Server, có hệ điều hành và trình quản trị riêng, không chịu ảnh hƣởng của các VPS khác cùng Hardware Node và ngƣợc lại. Doanh nghiệp sử dụng VPS cũng có quyền cao nhất (Root Access) để quản trị hệ thống một 2 cách toàn diện nhất, tùy ý cài đặt, vận hành các phần mềm bất kỳ lên VPS, trong khi đây là điều bị hạn chế, thậm chí cấm kỵ đối với dịch vụ Shared Hosting, hình 1 ở trên mô phỏng sơ đồ ứng dụng máy chủ riêng ảo. Với đặc điểm trên, VPS trở thành giải pháp phù hợp hơn cho Doanh nghiệp vừa và nhỏ, nổi bật ở khả năng tiết kiệm chi phí (thƣờng là 1/2 so với Dedicated Server). Một ƣu điểm lớn nữa của VPS là khi muốn nâng cấp tài nguyên hoặc gặp sự cố mà hệ thống cần tái tạo (Reload) lại hệ điều hành thì có thể thực hiện rất nhanh mà hoàn toàn không mất thời gian cài đặt lại từ đầu. Các nguy cơ về hacking đƣợc giảm tối đa, nhất là các Doanh nghiệp không có đội ngũ IT riêng có thể thuê nhà cung cấp quản trị VPS cho mình và có thể khóa hết các đƣờng truy cập nhạy cảm, chỉ mở vào từ Hardware Node của nhà cung cấp. Công nghệ VPS đƣợc phát triển từ khá lâu trên thế giới và chia thành nhiều hệ khác nhau (có phí và miễn phí) nhƣ: SWsoft Virtuozzo (Linux/Windows), OpenVZ (Linux), Linux-Vserver (Linux), VMWare (Windows), MS Virtual Server (Windows), FreeVPS (Linux), freeBSD Jail (freeBSD)… Tại Việt Nam hiện nay chƣa có nhiều công ty cung cấp giải pháp này vì nhu cầu của doanh nghiệp chƣa cao. 1.1.4. Bài toán ảo hóa máy chủ lƣu trữ Các doanh nghiệp muốn tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả đầu tƣ cho hệ thống máy chủ nên bài toán đặt ra ở đây là lựa chọn một giải pháp hoàn chỉnh đảm bảo đƣợc các yêu cầu của doanh nghiệp đối với hệ thống máy chủ lƣu trữ của mình. Giải pháp đƣợc lựa chọn trong 3 giải pháp trên đó là sử dụng máy chủ riêng ảo (VPS). 1.2. Ý nghĩa của bài toán ảo hóa 1.2.1. Tận dụng hiệu quả tài nguyên của hệ thống Ngày nay, hệ thống máy chủ ở các trung tâm dữ liệu thƣờng hoạt động với 10 hoặc 15% tổng hiệu suất. Nói cách khác, 85% hoặc 90% công suất của máy không đƣợc dùng đến. Tuy nhiên, một máy chủ dùng chƣa hết công suất vẫn chiếm diện tích sử dụng và hao tổn điện năng, vì vậy chi phí hoạt động của một máy không đƣợc sử dụng đúng mức có thể gần bằng với chi phí khi chạy hết công suất. Nhƣ vậy, quả thật là đang lãng phí các tài nguyên của cả hệ thống. Hãy xem điều gì sẽ xảy ra? Với sự không ngừng cải tiến các đặc điểm hoạt động của phần cứng máy tính, máy tính trong năm tới sẽ có công suất gấp đôi máy tính của năm nay (đây là tƣơng lai có thể thấy trƣớc đƣợc). Hiển nhiên, phải có một cách nào đó hữu hiệu hơn để công suất của làm 3 việc của máy tƣơng ứng với tỷ lệ sử dụng và đó là những gì mà ảo hóa có thể làm đƣợc – bằng việc dùng một phần cứng duy nhất để hỗ trợ cùng một lúc nhiều hệ thống. Ứng dụng ảo hóa, các công ty có thể nâng cao đáng kể hiệu suất sử dụng phần cứng và sử dụng vốn hiệu quả hơn. Vì vậy, đây chính là lý do tại sao ảo hóa giúp nâng cao công suất của máy tính lại khiến mọi ngƣời quan tâm đến vậy. Ví dụ hệ thống đang có 3 Server đƣợc mô phỏng nhƣ hình 2 có sức mạnh nhƣ nhau với vai trò : 1 server chạy Domain Controller, 1 server chạy DNS ,1 server chạy Web Server. Hình 2. Hệ thống gồm 3 server Nguồn: http://vnpro.org/forum/showthread.php/16694-T%E1%BA%A1i-sao-ITAdmin-c%E1%BA%A7n-quan-t%C3%A2m-%C4%91%E1%BA%BFn%E1%BA%A2o-H%C3%B3a?s=005993230b25705697c41a2bc881c51c Có thể nhận thấy rằng hệ thống đang không tận dụng hết hiệu năng của ba máy chủ của mình, chúng chỉ chạy ở mức 30% thậm chí ít hơn đối với DNS Server. Giả sử mua một máy chủ phiến mỏng Blade của IBM có công năng mạnh hơn một trong ba máy chủ trên. Và hệ thống sử dụng công nghệ ảo hóa để tạo ra 03 máy ảo trên máy chủ Blade này giống nhƣ mô phỏng ở hình 3. Nhƣ vậy các với một máy chủ mạnh hơn một chút so với mô hình cũ hệ thống đã tiết kiệm đƣợc chi phí cho việc đầu tƣ máy chủ cũng nhƣ điện năng, chi phí vận hành bảo dƣỡng. 4 Hình 3. Hệ thống chỉ có một máy chủ được ảo hóa thành 3 máy ảo Nguồn: http://vnpro.org/forum/showthread.php/16694-T%E1%BA%A1i-sao-ITAdmin-c%E1%BA%A7n-quan-t%C3%A2m-%C4%91%E1%BA%BFn%E1%BA%A2o-H%C3%B3a?s=005993230b25705697c41a2bc881c51c 1.2.2. Đáp ứng nhu cầu lƣu trữ dữ liệu Các trung tâm dữ liệu đang dùng hết dung lƣợng của mình. Trong 20 năm qua, các tài liệu kinh doanh đã và đang đƣợc chuyển từ dạng giấy tờ sang dạng điện tử. Đây là quá trình số hóa tài liệu. Sự xuất hiện của Internet đã thúc đẩy nhanh hơn nữa sự chuyển biến này. Các công ty muốn trao đổi trực tiếp với khách hàng và đối tác qua Internet. Đƣơng nhiên, việc này thúc đẩy việc các tài liệu kinh doanh đƣợc vi tính hóa. Trong một thấp kỷ qua, ảnh hƣởng của Internet khiến một số lƣợng lớn các máy chủ đƣợc đồng loạt đƣa vào sử dụng tại các trung tâm dữ liệu để lƣu trữ hệ thống tài liệu khổng lồ này và vấn đề của nó là: khả năng lƣu trữ của cac trung tâm dữ liệu này đang cạn kiệt và sự gia tăng nhanh chóng dữ liệu đòi hỏi phƣơng pháp lƣu trữ dữ liệu mới. Những phƣơng pháp này thƣờng đƣợc gọi là ảo hóa lƣu trữ, nhƣ có thể đoán đƣợc có nghĩa là việc lƣu trữ này có khả năng đƣợc xử lý bởi bất kỳ một phần cứng độc lập nào. Với khả năng host cùng lúc các hệ thống khách trên một máy chủ vật lý duy nhất, ảo hóa cho phép các công ty nâng cấp trung tâm dữ liệu, do đó cắt giảm chi phí mở rộng dung lƣợng trung tâm dữ liệu. Đây là lợi ích lớn nhất của ảo hóa, vì chi phí xây dựng các trung tâm dữ liệu có thể lên tới hàng chục triệu đôla. 1.2.3. Giảm chi phí quản lý hệ thống Các máy không hoàn toàn tự hoạt động. Mỗi máy chủ đều cần đến sự giám sát và cung cấp điện của hệ thống quản lý. Các tác vụ quản lý phổ biến của hệ thống bao 5 gồm: giám sát trạng thái của phần cứng; thay thế các chi tiết phần cứng bị lỗi; cài đặt hệ điều hành và phần mềm ứng dụng; bảo trì và sửa chữa nhanh ứng dụng; quản lý các tài nguyên máy chủ then chốt nhƣ bộ nhớ và đĩa; và sao lƣu dữ liệu máy chủ sang các phƣơng tiện lƣu trữ để bảo mật và dự phòng. Những công việc này đòi hỏi rất nhiều nhân lực. Để thuê những nhân viên quản trị hệ thống - ngƣời giữ cho các máy có thể hoạt động tốt - không hề rẻ chút nào. Và không giống nhƣ các lập trình viên, các nhân viên quản trị hệ thống thƣờng làm việc bên cạnh máy chủ, do họ cần xử lý phần cứng vật lý. Để kiểm soát sự gia tăng chi phí điều hành, ảo hóa mang lại cơ hội cắt giảm chi phí quản lý hệ thống bằng việc giảm số lƣợng máy tính cần đƣợc quản trị. Mặc dù, nhiều công việc liên quan đến quản lý hệ thống (hệ điều hành và ứng dụng, sao lƣu dự phòng) không thể thay đổi trong một môi trƣờng đƣợc ảo hóa, rất nhiều tác vụ không cần phải thực hiện nếu các máy chủ vật lý chuyển sang ảo hóa. Nói chung, ảo hóa có thể giảm thiểu phần lớn các yêu cầu quản lý. Do đó, ảo hóa trở thành sự lựa chọn tuyệt vời để giải quyết vấn đề tăng chi phí thuê nhân viên điều hành. 1.2.4. Tiết kiệm năng lƣợng và giảm ô nhiễm môi trƣờng Tác động của cuộc cách mạng xanh khiến các công ty đang tìm cách giảm lƣợng năng lƣợng tiêu thụ - và một trong số những nơi họ nhận thấy có thể làm đƣợc điều đó đầu tiên là các trung tâm dữ liệu. Để thấy rõ sự quan tâm của mọi ngƣời đến lƣợng năng lƣợng tiêu thụ trong các trung tâm dữ liệu, hãy xem xét thực tế sau: “Một cuộc nghiên cứu do một nhà khoa học thực hiện chỉ ra rằng trong những năm 2000 đến năm 2005, lƣợng năng lƣợng các trung tâm dữ liệu ở Mỹ tiêu thụ tăng đã gấp đôi. Hơn nữa, nhà khoa học này cũng dự đoán tới cuối thập niên này, lƣợng năng lƣợng tiêu thụ sẽ tăng 40%. Lƣợng năng lƣợng các máy chủ ở trung tâm dữ liệu tiêu thụ và để làm mát chiếm khoảng 1,2% tổng năng lƣợng tiêu thụ ở Mỹ. Dựa trên kết quả của cuộc nghiên cứu, Cơ quan bảo vệ môi trƣờng Hoa Kỳ (EPA) đã thành lập một nhóm làm việc để xây dựng các tiêu chuẩn cho các kế hoạch và việc tiêu thụ năng lƣợng của máy chủ và áp dụng các tiêu chí “Ngôi sao năng lƣợng” (ES) mới cho các máy chủ sử dụng năng lƣợng hiệu quả. Do chi phí để vận hành các máy tính cùng với thực tế là nhiều máy tính choán hết trung tâm dữ liệu và đang hoạt động với hiệu suất thấp, khả năng giảm số lƣợng máy chủ vật lý có thể giúp cắt giảm rất đáng kể tổng chi phí năng lƣợng của các công ty. 6 CHƢƠNG 2. CÁC ỨNG DỤNG ẢO HÓA PHỔ BIẾN Một số ứng dụng phổ biến nhất của ảo hóa tập trung xung quanh khái niệm: ảo hóa là sự trừu tƣợng hóa các tài nguyên vật lý. Thực tế là có nhiều phƣơng pháp ảo hóa nhƣng hai phƣơng pháp ảo hóa đƣợc ứng dụng nhiều nhất trong các trung tâm dữ liệu là ảo hóa máy chủ và ảo hóa lƣu trữ. Trong mỗi phƣơng pháp ảo hóa, có cái hay và phƣơng pháp riêng của mình, mỗi phƣơng pháp đều có ƣu và nhƣợc điểm riêng. 2.1. Ảo hóa máy chủ Có 3 phƣơng pháp ảo hóa máy chính: ảo hóa hệ điều hành; mô phỏng phần cứng; và paravirtualization (tạm gọi ảo hóa song song), một khái niệm tƣơng đối mới phân chia thành các khối lƣợng công việc nhỏ hơn và hoạt động tốt hơn. 2.1.1. Ảo hóa hệ điều hành Một hệ điều hành đƣợc vận hành ngay trên một hệ điều hành chủ đã tồn tại và có khả năng cung cấp một tập hợp các thƣ viện tƣơng tác với các ứng dụng, khiến cho mỗi ứng dụng khác đƣợc hỗ trợ cảm thấy nhƣ đang chạy trên một máy chủ vật lý. Từ phối cảnh của ứng dụng, nó đƣợc nhận thấy và tƣơng tác với các ứng dụng chạy trên hệ điều hành ảo, và tƣơng tác với hệ điều hành ảo mặc dù nó kiểm soát tài nguyên hệ điều hành ảo. Nói chung, không thể thấy các ứng dụng này hoặc các tài nguyên hệ điều hành đặt trong hệ điều hành ảo khác. Phƣơng pháp ảo hóa này đặc biệt hữu dụng nếu muốn mang lại cho cộng đồng ngƣời sử dụng khác nhau các chức năng khác nhau của hệ thống trên một một máy chủ duy nhất. Đây là một phƣơng pháp lý tƣởng cho các công ty máy chủ Web: Họ sử dụng ảo hóa container (OS ảo) để khiến cho một trang Web chủ “tin rằng” trang web này kiểm soát toàn bộ máy chủ. Tuy nhiên, trên thực tế mỗi trang Web chủ chia sẻ cùng một máy với các trang Web khác, mỗi trang Web này lại có một container riêng. Ảo hóa hệ điều hành yêu cầu rất ít tài nguyên hệ thống, do đó bảo đảm hầu hết tài nguyên máy sẵn có cho các ứng dụng chạy trên container. Tuy nhiên, ảo hóa hệ điều hành vẫn có một số nhƣợc điểm. Nhƣợc điểm đầu tiên và lớn nhất là phƣơng pháp này thƣờng giới hạn sự lựa chọn hệ điều hành. Sự container hóa nghĩa là các container cung cấp một hệ điều hành tƣơng tự nhƣ hệ điều hành chủ và thậm chí thống nhất về phiên bản và các bản vá lỗi. Có thể tƣởng tƣợng, có thể xảy ra vấn đề nếu muốn chạy các ứng dụng khác nhau trên các container, do các ứng dụng thƣờng đƣợc chứng thực cho một phiên bản hệ 7 điều hành và các bản vá lỗi. Do đó, ảo hóa hệ điều hành thích hợp nhất với cấu hình thuần nhất, trong các tình huống này ảo hóa hệ điều hành là sự lựa chọn hoàn hảo. 2.1.2. Mô phỏng phần cứng Trong phƣơng pháp mô phỏng phần cứng, phần mềm dùng để ảo hóa (thƣờng đƣợc biết đến là một hypervisor) trình diễn một môi trƣờng phần cứng đƣợc mô phỏng mà các hệ điều hành khách hoạt động trên đó. Môi trƣờng phần cứng đƣợc mô phỏng này thƣờng ám chỉ phần mềm điều khiển máy ảo hay VMM (Virtual Machine Monitor). VMM tạo ra một môi trƣờng phần cứng đƣợc chuẩn hóa trên đó hệ điều hành khách cƣ trú và tƣơng tác. Do hệ điều hành máy khách và VMM tạo ra một gói thống nhất, gói này có thể đƣợc chuyển từ máy này sang máy khác, mặc dù các cấu hình vật lý của hệ thống mà gói này chạy trên đó có thể khác. Hypervisor cƣ trú giữa VMM và phần cứng vật lý chuyển yêu cầu tài nguyên từ VMM sang máy chủ vật lý. Phƣơng pháp ảo hóa này đƣợc hiểu là các ứng dụng chạy trên một hệ điều hành khách hoàn toàn biệt lập với ít nhất một hệ điều hành khách đang hoạt động, một hệ điều hành chạy trên mỗi VMM. Các VMM đều lƣu trú trên một hypervisor ảo. Phƣơng pháp này không chỉ hỗ trợ nhiều hệ điều hành, nó còn hỗ trợ nhiều hệ điều hành khác nhau. Những hệ điều hành này có thể khác nhau về phiên bản thậm chí là các hệ điều hành hoàn toàn khác nhƣ Windows và Linux có thể chạy đồng thời trên phần mềm ảo hóa phần cứng. Ảo hóa phần cứng đƣợc sử dụng rộng rãi trong ngành phát triển phần mềm và bảo đảm chất lƣợng (QA - Quality Assurance), vì nó cho phép các hệ điều hành khác nhau chạy đồng thời trên một máy. Điều này cho phép phát triển song song hoặc thử nghiệm phần mềm ở nhiều môi trƣờng hệ điều hành khác nhau. Mô phỏng phần cứng cũng đƣợc dùng để hợp nhất máy chủ, ở đó các môi trƣờng ứng dụng hoặc hệ điều hành đƣợc copy và chuyển từ nhiều máy chủ vật lý riêng rẽ sang một máy chủ vật lý duy nhất chạy phần mềm ảo. Một trong những nhƣợc điểm của việc mô phỏng phần cứng là nó ảnh hƣởng đến khả năng hoạt dộng của hệ thống điều này khiến cho các ứng dụng trên các máy ảo chạy chậm hơn bình thƣờng. Một nhƣợc điểm khác là phần mềm ảo hóa xuất hiện trƣớc hệ điều hành khách trong một giao diện phần cứng đƣợc tiêu chuẩn hóa (VMM). Hypervisor mang đến cho VMM một giao diện, sau đó chuyển thành các yêu cầu đối với các tài nguyên vật 8