Nghiên cứu tính ảo hóa trong công nghệ điện toán đám mây

1
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG






LƯU THỊ THU HÀ



ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TÍNH ẢO HÓA TRONG
CÔNG NGHỆ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY

Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và mạng máy tính
Mã số: 60.48.15


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ



HÀ NỘI- NĂM 2011

1

Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG


Người hướng dẫn khoa học: TS. Phạm Thế Quế
(Ghi rõ học hàm, học vị)


Phản biện 1: ……………………………………………………………………………

Phản biện 2: …………………………………………………………………………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công
nghệ Bưu chính Viễn thông
Vào lúc: giờ ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông



1
I. MỞ ĐẦU
Để kiểm tra phản ứng nhanh nhạy của các ứng viên xin việc, Google chỉ cần đặt ra
một câu hỏi tưởng chừng đơn giản: "Bạn sẽ làm gì nếu dữ liệu hiện có tăng gấp 1.000 lần?".
Nếu người xin việc bê nguyên những công thức được "lập trình sẵn" ở trường vào tình
huống này, họ sẽ biến máy chủ thành những chú ốc sên khi nhận lượng video, ảnh, bản đồ,
thông tin mua sắm lên 1.000.
Bởi thế, để tìm được chỗ đứng ở Google, họ cần học cách làm việc và cả ước mơ ở
một cấp độ rộng lớn hơn. Họ phải biết cách đưa khối lượng dữ liệu khổng lồ đó thoát khỏi
phạm vi những trung tâm dữ liệu chật chội và đặt chúng ở đâu đó ngoài kia- nơi mà các
chuyên gia của Google gọi là "cloud"- Những đám mây ảo.
Trong thực tế hiện nay, với sự thay đổi và phát triển không ngừng đến từng phút giây
của xã hội xung quanh chúng ta thì nhu cầu về khả năng lưu trữ được một lượng dữ liệu
khổng lồ, vượt ra ngoài những “cỗ máy vật lý” Data center là vô cùng cấp thiết. Sự phát
triển như vũ bão của nền kinh tế thế giới đã đẩy các doanh nghiệp, tập đoàn đa quốc gia lớn
vào tình thế phải có được một giải pháp công nghệ thông tin giúp họ lưu trữ được một khối
lượng khổng lồ các dữ liệu liên quan đến công việc kinh doanh của họ.

Bên cạnh đó, các giải pháp đó cũng phải thỏa mãn các tiêu chí đơn giản, an toàn và
dễ sử dụng vì không phải doanh nghiệp nào cũng có khả năng đầu tư mạnh vào hạ tầng công
nghệ thông tin để phục vụ cho công việc kinh doanh của mình vì nhiều lý do khách quan và
chủ quan.
Không chỉ dừng lại ớ mức đó, những “đòi hỏi” của con người ngày một tăng lên, như
là một thách thức gửi đến sự phát triển của khoa học công nghệ nói chung và công nghệ
thông tin nói riêng. Ngày nay, khái niệm dịch vụ đã, đang và sẽ trở thành một khái niệm quá
đỗi quen thuộc với con người. Tất cả đều được chuyển hóa thành dịch vụ khi người dùng
không muốn tự mình phải thực hiện tất cả mọi việc. Họ muốn những gì đơn giản nhất, dễ sử
dụng nhất và không phải lúc nào cũng phải quản lý nó khi không có nhu cầu sử dụng. Vai
trò của dịch vụ trong cuộc sống hàng ngày là không thể chối cãi.
Tất cả các nhu cầu nói trên đều dẫn đến hai câu hỏi chính được đặt ra. Đó là làm thế
nào để giải quyết bài toán lưu trữ một khối lượng dữ liệu, ứng dụng khổng lồ và làm thế nào
để biến việc sử dụng các dữ liệu, ứng dụng thành các dịch vụ để đáp ứng nhu cầu của người


2
dùng. Và một câu trả lời chung cho cả cho hai câu hỏi “hóc búa” trong nhiều năm qua này
đã xuất hiện. Đó chính là Điện toán đám mây (Cloud computing).
Thuật ngữ "cloud computing" ra đời giữa năm 2007 không phải để nói về một trào
lưu mới, mà để khái quát lại các hướng đi của cơ sở hạ tầng thông tin vốn đã và đang diễn ra
từ mấy năm qua. Quan niệm này có thể được diễn giải một cách đơn giản: các nguồn điện
toán khổng lồ như phần mềm, dịch vụ sẽ nằm tại các máy chủ ảo (đám mây) trên Internet
thay vì trong máy tính gia đình và văn phòng (trên mặt đất) để mọi người kết nối và sử dụng
mỗi khi họ cần.
Điện toán đám mây (Cloud Computing) có thể hiểu là mô hình điện toán sử dụng
các công nghệ phần mềm, khoa học máy tính,… được phát triển trên hạ tầng mạng máy tính
và Internet, để tạo ra một “đám mây” cung cấp từ cơ sở hạ tầng, nơi lưu trữ dữ liệu cho đến
các dịch vụ sẵn sàng, nhanh chóng cho mọi cơ quan, tổ chức doanh nghiệp và người dùng
đầu cuối theo yêu cầu. Mô hình dịch vụ đám mây, người dùng không phải quan tâm đến kỹ

năng cài đặt, triển khai và ứng dụng phần mềm, các yêu cầu về cở sở hạ tầng truyền thông,
mạng máy tính và Internet để truy cập các dịch vụ. Cloud Computing giải quyết các vấn đề
tối ưu hóa lưu trữ, ảo hóa máy chủ, cơ sở hạ tầng mạng. Ảo hóa tính toán, sử dụng các siêu
máy tính (Super- Computer) để xử lý tính toán và công nghệ tính toán song song, phân tán,
tính toán lưới.
“Điện toán đám mây” chắc hẳn các bạn sẽ nghe thấy cụm từ này rất nhiều trong thời
gian tới. Có thể nói, điện toán đám mây chính là xu hướng phát triển mới của ứng dụng
trong tương lai. Các ông lớn như IBM, Google, Microsoft cũng đang rục rịch chuẩn bị cho
nền tảng điện toán đám mây của riêng mình.
“Chìa khóa” chính giúp Điện toán đám mây (Cloud Computing) giải quyết được các
vấn đề phức tạp kể trên chính là sự ảo hóa. Tất cả tài nguyên của hệ thống đều được ảo hóa.
Ảo hóa nhưng vẫn giữ và vẫn đáp ứng được các yêu cầu cần thiết như các nguồn tài nguyên
vật lý bình thường và vấn đề quản lý rất đơn giản. Đó chính là điều tạo nên sự khác biệt
giữa Điện toán đám mây và các giải pháp khác đã giúp mang lại những lợi ích to lớn mà
không một giải pháp nào tương tự có thể làm được.
Công nghệ ảo hóa đang làm thay đổi bộ mặt của thế giới điện toán bằng các công cụ
có khả năng được triển khai và quản lý máy ảo đơn giản, hiệu quả. Bằng việc tối ưu hóa tài
nguyên mạng, ảo hóa lưu trữ và ảo hóa máy chủ sử dụng các nguồn tài nguyên hệ thống, và


3
chi phí triển khai ban đầu thấp, ảo hóa đem lại cho các doanh nghiệp khả năng nhanh chóng
thu hồi vốn đầu tư.
Trong khuôn khổ bài luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu tính ảo hóa trong
công nghệ điện toán đám mây”, tôi sẽ trình bày nội dung theo các phần chính như sau:
Chương 1 “Tổng quan về Điện toán đám mây” trong chương này tôi sẽ trình bày:
điện toán đám mây là gì, đặc điểm, các mô hình, các giải pháp và một số ứng dụng công
nghệ điện toán đám mây.
Chương 2 “Kiến trúc các phần mềm dịch vụ trong điện toán đám mây” bao gồm:
phần mềm dịch vụ- SaaS, dịch vụ cơ sở hạ tầng- IaaS và dịch vụ nền tảng- PaaS.

Chương 3 “ Đề xuất mô hình ảo hóa trong điện toán đám mây” chương này tôi tìm
hiểu ảo hóa là gì, kiến trúc ảo hóa, công nghệ ảo hóa máy chủ và đề xuất mô hình ảo hóa
máy chủ trong điện toán đám mây.
“ Kết luận”.
II. NỘI DỤNG LUẬN VĂN
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY
1.1 Thế nào là điện toán đám mây?
1.1.1 Lịch sử ra đời, các tên gọi, so sánh với điện toán lưới:
1.1.2 Thế nào là điện toán đám mây?
Theo Wikipedia:
“Điện toán đám mây (cloud computing) là một mô hình điện toán có khả năng co
giãn (scalable) linh động và các tài nguyên thường được ảo hóa được cung cấp như một
dịch vụ trên mạng Internet”.
Theo Gartner (
“Một mô hình điện toán nơi mà khả năng mở rộng và linh hoạt về công nghệ thông
tin được cung cấp như một dịch vụ cho nhiều khách hàng đang sử dụng các công nghệ trên
Internet”.
Theo Ian Foster:
“Một mô hình điện toán phân tán có tính co giãn lớn mà hướng theo co giãn về mặt
kinh tế, là nơi chứa các sức mạnh tính toán, kho lưu trữ, các nền tảng (platform) và các
dịch vụ được trực quan, ảo hóa và co giãn linh động, sẽ được phân phối theo nhu cầu cho
các khách hàng bên ngoài thông qua Internet”.


4
1.2 Nguyên lý hoạt động:
Để hiểu cách thức hoạt động của “đám mây”, tưởng tượng rằng “đám mây” bao gồm
2 lớp: Lớp Back-end và lớp Front-end.
1.3 Đặc điểm của điện toán đám mây:
Nhanh chóng cải thiện với người dùng.

Chi phí được giảm đáng kể.
Sự độc lập giữa thiết bị.
Độ tin cậy cải thiện.
Tính co giãn linh động.
Bảo mật cải thiện nhờ vào tập trung hóa dữ liệu.
1.4 Các ưu điểm và nhược điểm:
1.4.1 Các ưu điểm:
Miễn phí:
Dễ tiếp cận:
Di động:
Linh hoạt:
Yên tâm tuyệt đối:
1.4.2 Nhược điểm:
1.5 Các mô hình triển khai của điện toán đám mây:
1.5.1 Các đám mây công cộng- Public cloud:
Public cloud: là các dịch vụ đám mây được một bên thứ ba (người bán) cung cấp.
Chúng tồn tại ngoài tường lửa công ty và chúng được lưu trữ đầy đủ và được nhà cung cấp
đám mây quản lý.
1.5.2 Các đám mây riêng- Private cloud:
Private cloud: là các dịch vụ đám mây được cung cấp trong doanh nghiệp. Những
đám mây này tồn tại bên trong tường lửa công ty và chúng được doanh nghiệp quản lý.
1.5.3 Các đám mây lai- Hybrid cloud:
Hybrid cloud: là một sự kết hợp của các đám mây công cộng và đám mây riêng.
Những đám mây này thường do doanh nghiệp tạo ra và các trách nhiệm quản lý sẽ được
phân chia giữa doanh nghiệp và nhà cung cấp đám mây công cộng.


5
1.5.4 Các đám mây cộng đồng- Community Cloud:
Community Cloud: là các đám mây được chia sẻ bởi một số tổ chức và hỗ trợ một cộng

đồng cụ thể có mối quan tâm chung (ví dụ: chung sứ mệnh, yêu cầu an ninh, chính sách…)
Nó có thể được quản lý bởi các tổ chức hoặc một bên thứ ba.
1.6 Các giải pháp của điện toán đám mây:
Cloud Computing ra đời để giải quyết các vấn đề sau:
1.6.1 Vấn đề về lưu trữ dữ liệu:
1.6.2 Vấn đề về sức mạnh tính toán:
1.6.3 Vấn đề về cung cấp tài nguyên, phần mềm:
1.7 Tính bảo mật trong điện toán đám mây:
1.7.1 Mục tiêu bảo mật thông tin đám mây:
 Tính an toàn.
 Tính đáng tin cậy
 Khả năng tồn tại:
1.7.2 Bảo mật:
1.8 Xu hướng phát triển:
CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC CÁC PHẦN MỀM DỊCH VỤ TRONG
ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY
2.1 Giới thiệu phần mềm dịch vụ SaaS(Software as a Service):
2.1.1 Phần mềm dịch vụ SaaS là gì?
SaaS (Software as a Service): tiếng Việt tạm dịch là “phần mềm dịch vụ”. Theo định
nghĩa của hãng nghiên cứu toàn cầu IDC SaaS là “phần mềm hoạt động trên web, được
quản lý bởi nhà cung cấp và cho phép người sử dụng truy cập từ xa”.
2.1.2 Các ưu điểm và nhược điểm:
2.1.2.1 Ưu điểm:
 Tiết kiệm tiền do không phải mua các máy chủ hoặc phần mềm khác để hỗ trợ
sử dụng, tất cả mọi thứ đều được sử dụng thông qua trình duyệt.
 Tập trung ngân sách vào lợi thế cạnh tranh hơn là cơ sở hạ tầng.


6
 Khách hàng của các ứng dụng SaaS không cần lo lắng về việc cập nhật các

bản vá lỗi hay nâng cấp phần mềm bởi vì điều này đã được thực hiện bởi các nhà cung cấp
dịch vụ.
 Cho phép nhiều người dùng cùng lúc.
 Tính linh hoạt và khả năng mở rộng cao.
 Dễ sử dụng.
 Đối với nhà cung cấp, họ chỉ phải duy trì một ứng dụng chung cho nhiều đơn
vị nên chi phí rẻ hơn so với kiểu hosting truyền thống.
 Cách tiếp cận trước đây của SaaS là ASP (Application Service Provider). Các
ASP cung cấp các thuê bao đối với phần mềm được lưu trữ và phân phối trên mạng. ASP
tính phí theo thời gian sử dụng. Do đó bạn không phải mua phần mềm mà chỉ thuê nó khi
cần.
2.1.2.2 Nhược điểm:
2.1.3 Một số tính chất:
 Tính ảo hoá:
 Tập hợp dữ liệu:
 Kênh bán hàng:
2.1.4 Sự khác biệt giưa SaaS & mô hình cung cấp DV phần mềm (ASP):
2.1.5 Kiến trúc SaaS:
Nói ngắn gọn, thì SaaS là tầng đầu tiên trong mô hình Cloud Computing – Là mô
hình triển khai phần mềm từ 1 hệ tập trung sang chạy trên máy tính cục bộ (của người dùng
cuối).

Hình 2.3: Kiến trúc SaaS


7
Cấp 1: Custom nơi mỗi khách hàng làm chủ phiên bản riêng của ứng dụng.
Cấp 2: Configurable cung cấp sự linh hoạt cấu hình thông qua metadata.
Cấp 3: Configurable, Multi-Tenant-Efficient cung cấp một chương trình duy nhất để
phục vụ cho hàng ngàn, hàng vạn khách hàng cùng 1 lúc.

Cấp 4: Scalable, Configurable, Multi-Tenant-Efficient: cung cấp hiệu quả một kiến
trúc đa tầng để cho phép khả năng mở rộng giữa các máy chủ.
2.1.6 Giải pháp tiết kiệm chi phí cho các doanh nghiệp:
2.1.7 Những lợi ích khác mà SaaS mang lại:
2.1.8 Mức độ tin cậy của phần mềm dịch vụ SaaS:
2.2 Cơ sở hạ tầng như một dịch vụ( IaaS: Infrastructure as a Service)
Những nhà cung cấp cơ sở hạ tầng quản lý một tập hợp lớn các tài nguyên tính toán
như các bộ lưu trữ hay bộ xử lý. Thông qua các công nghê ảo hóa, các tài nguyên này có thể
được chia nhỏ, gán hay thay đổi kích thước một cách linh động để xây dựng một hệ thống
theo kiểu ad – hoc tùy thuộc vào nhu cầu của khách hàng, mà ở đây là các nhà cung cấp
dịch vụ.
IaaS sử dụng nhiều công nghệ mới, dịch vụ và đầu tư trung tâm dữ liệu để cung cấp
IT như một dịch vụ cho khách hàng, tập trung xung quanh mô hình cung cấp dịch vụ mà
quy định một tiêu chuẩn được xác định trước cơ sở hạ tầng đặc biệt tối ưu cho các ứng dụng
của khách hàng.
2.2.1 Hiện đại theo yêu cầu điện toán:
2.2.2 Đám mây của Amazon’s Elastic:
 Amazon EC2 là một môi trường điện toán ảo, cho phép khách hàng sử dụng
một giao diện web và quản lý các dịch vụ cần thiết để khởi động một hoặc nhiều trường hợp
của một loạt các hệ điều hành.
 Để sử dụng Amazon EC2, trước tiên khách hàng cần tạo một Amazon
Machine Image (AMI).
 Amazon EC2 cung cấp việc sử dụng các hình ảnh được cấu hình với các mẫu
sẵn để người sử dụng có thể nhận và chạy ngay lập tức.


8
2.2.3 Sử dụng Amazon EC2 để chạy các ứng dụng:
2.2.4 Đặc điểm dịch vụ Amazon EC2:
Có một vài đặc điểm của dịch vụ EC2 cung cấp những lợi ích đáng kể cho doanh

nghiệp. Trước hết, Amazon EC2 cung cấp những tài nguyên quan trọng. Vì quy mô lớn của
Amazon và nó có một lượng khách hàng lớn. Nó là một sự thay thế kinh tế, rẻ hơn nhiều so
với một số giải pháp khác. Chi phí phát sinh để thiết lập và chạy một hệ điều hành được chia
sẻ cho nhiều khách hàng, làm cho tổng chi phí của mỗi khách hàng đều trở nên rẻ hơn.
Khách hàng chỉ phải trả một tỷ lệ rất thấp cho các tính năng mà họ thực sự tiêu thụ.
Vấn đề an ninh cũng được cung cấp thông qua ứng dụng web Amazon EC2. Điều
này cho phép người dùng cài đặt tường lửa để kiểm soát việc truy cập mạng giữa các nhóm
trường. Amazon EC2 cung cấp một môi trường có độ tin cậy cao mà trường hợp thay thế có
thể nhanh chóng được cấp quyền.
2.2.4.1 Khả năng nâng cao tính năng động
2.2.4.2 Khả năng kiểm soát các trường hợp
2.2.4.3 Cấu hình linh hoạt:
2.2.4.4 Tích hợp với các ứng dụng web Amazon khác:
2.2.4.5 Khả năng phục hồi và hiệu suất đáng tin cậy:
2.3 Nền tảng như một dịch vụ ( PaaS: Platform as a Serivice):
Các hệ thống đám mây thay vì chỉ cung cấp cơ sở hạ tầng như một dịch vụ, nó còn có
thể đưa ra thêm một tầng trừu tượng hóa để cung cấp nền tảng phần mềm cần thiết cho các
hệ thống có thể thực thi được. Kích thước của tài nguyên phần cứng tùy thuộc vào yêu cầu
của các dịch vụ cần thực thi và được tạo ra một cách trong suốt. Có thể nói rằng PaaS là một
sự phát triển tuyệt vời của mô hình phân phối ứng dụng SaaS.
Mô hình PaaS làm cho tất cả các phương tiện cần thiết để hỗ trợ hoàn thiện vòng
đời của việc xây dựng và chuyển giao ứng dụng web và dịch vụ hoàn toàn có sẵn từ
Internet, tất cả đều không tải phần mềm hoặc cài đặt cho nhà phát triển, quản lý công nghệ
thông tin hoặc người sử dụng đầu cuối.


9
2.3.1 Mô hình On- Premises truyền thống:
2.3.2 Mô hình đám mây kiểm mới:
2.3.3 Các đặc điểm chính của PaaS:

2.4 So sánh dịch vụ SaaS, PaaS và IaaS:
Để có thể hiểu rõ hơn về các dịch vụ SaaS, PaaS và IaaS trên nền Cloud Computing,
chúng ta có bảng so sánh về các dịch vụ này:

Hình 2.6 : Bảng so sánh các dịch vụ SaaS, PaaS và IaaS
2.5 Các dịch vụ khác trên nền của Cloud Computing bao gồm:
2.5.1 Điện toán theo yêu cầu- Utility Computing:
2.5.2 Dịch vụ web- Web service:
2.5.3 Dịch vụ quản lý- MSP - Managed Service Provider:
2.5.4 Điện toán tích hợp- Internet integration:
CHƯƠNG III: ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH ẢO HÓA TRONG ĐIỆN TOÁN
ĐÁM MÂY
3.1 Công nghệ ảo hóa:
3.1.1 Ảo hóa là gì?


10
Ảo hoá là công nghệ tiên tiến nhất trong một loạt các cuộc cách mạng công nghệ
nhằm tăng mức độ ảo hóa hệ thống cho phép tăng hiệu suất làm việc của máy tính lên một
cấp độ chưa từng có.
Ảo hóa hệ thống máy chủ tức là ta tiến hành phân chia một server thành nhiều server
ảo hoặc kết hợp nhiều máy chủ vật lý thành một máy chủ logic, đối với người sử dụng họ
nhận biết và sử dụng các server ảo giống như một máy vật lý độc lập có đủ các tài nguyên
cần thiết (bộ vi xử lý, bộ nhớ, kết nối mạng, …), trong khi các server ảo không hề có những
tài nguyên độc lập như vậy, nó chỉ sử dụng tài nguyên được gán từ máy chủ vật lý. Ở đây,
bản chất thứ nhất là các server ảo sử dụng tài nguyên của máy chủ vật lý, bản chất thứ hai là
các server ảo có thể hoạt động như một server vật lý độc lập.
3.1.2 Lợi ích của việc ảo hóa:
Thông thường việc đầu tư cho một trung tâm công nghệ thông tin là rất tốn kém. Chi
phí đầu tư mua các máy chủ cấu hình mạnh và các phần mềm bản quyền là rất đắt đỏ. Trong

thời buổi kinh tế khó khăn hiện nay doanh nghiệp nào cũng muốn cắt giảm và hạn chế tối đa
các chi phí không cần thiết mà vẫn đáp ứng được năng suất và tính ổn định của hệ thống.
Thế nên việc ứng dụng ảo hóa trở thành nhu cầu cần thiết của bất kì doanh nghiệp lớn hay
nhỏ. Thay vì mua mười máy chủ cho mười ứng dụng thì chỉ cần mua một hoặc hai máy chủ
có hỗ trợ ảo hóa thì vẫn có thể chạy tốt mười ứng dụng trên. Điều này cho ta thấy sự khác
biệt giữa hệ thống ảo hóa và không ảo hóa. Bên cạnh đó việc ứng dụng ảo hóa còn đem lại
những lợi ích sau đây.
Quản lý đơn giản:
Triển khai nhanh:
Phục hồi và lưu trữ hệ thống nhanh:
Cân bằng tải và phân phối tài nguyên linh hoạt:
Tiết kiệm:
Ảo hóa góp phần tăng cường tính liên tục:
3.1.3 Kiến trúc ảo hóa:
Xét về kiến trúc hệ thống, các kiến trúc ảo hóa hệ thống máy chủ có thể ở các dạng
dạng chính là: Host-based, Hypervisor-based (còn gọi là bare-metal hypervisor, nó được
chia nhỏ ra làm hai loại là Monothic Hypervisor và Microkernel Hypervisor), Hybrid. Ngoài


11
ra, tùy theo từng sản phẩm ảo hóa được triển khai (như VMWare, Microsoft HyperV, Citrix
XEN Server) mà mức độ ảo hóa cụ thể sẽ khác nhau.
Sau đây ta sẽ đi tìm hiểu kỹ lưỡng về các kiến trúc và mức độ ảo hóa máy chủ.
3.1.3.1 Kiến trúc Hosted-based
Còn gọi là hosted hypervisor, 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
nguyên tới các máy ảo. Nếu ta xem hypervisor này là một lớp phần mềm riêng biệt, thì các
hệ điều hành khách của máy ảo sẽ nằm trên lớp thứ 3 so với phần cứng máy chủ.

Hình 3.2 Mô hình Hosedt-based

Ta có thể thấy, một hệ thống ảo hóa sử dụng Mô hình Hosted-based được chia làm 4 lớp
hoạt động như sau:
 Nền tảng phần cứng:
 Hệ điều hành Host:
 Hệ thống virtual machine monitor (hypervisor):
 Các ứng dụng máy ảo: Sử dụng tài nguyên do hypervisor quản lý.


12
3.1.3.2 Hypervisor-based:
Còn gọi là bare-metal hypervisor. Trong Mô hình này, lớp phần mềm hypervisor
chạy trực tiếp trên nền tảng phần cứng của máy chủ, không thông qua bất kì một hệ điều
hành hay một nền tảng nào khác. Qua đó, 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 cách khác, các hệ điều hành sẽ chạy trên một lớp nằm phía trên các hypervisor
dạng bare-metal. Hình vẽ sau sẽ minh họa cụ thể hơn cho vấn đề này:

Hình 3.3 Kiến trúc Hypervisor-based
Ta có thể thấy, một hệ thống ảo hóa máy chủ sử dụng nền tảng Bare-metal
hypervisor bao gồm 3 lớp chính:
Nền tảng phần cứng: Bao gồm các thiết bị nhập xuất, thiết bị lưu trữ (Hdd, Ram),
bộ vi xử lý CPU, và các thiết bị khác (các thiết bị mạng, vi xử lý đồ họa, âm thanh…)
Lớp nền tảng ảo hóa Virtual Machine Monitor (còn gọi là hypervisor), thực hiện
việc liên lạc trực tiếp với nền tảng phần cứng phía dưới, quản lý và phân phối tài nguyên
cho các hệ điều hành khác nằm trên nó.
Các ứng dụng máy ảo: Các máy ảo này sẽ lấy tài nguyên từ phần cứng, thông
qua sự cấp phát và quản lý của hypervisor. Khi một hệ điều hành thực hiện truy xuất
hoặc tương tác tài nguyên phần cứng trên hệ điều hành chủ thì công việc của một
Hypervisor sẽ là:
3.1.3.2.1 Monolithic Hypervisor

3.1.3.2.2 Microkernelized Hypervisor


13
3.1.3.3 Hybrid
Hybrid là một kiểu ảo hóa mới hơn và có nhiều ưu điểm. Trong đó lớp ảo hóa
hypervisor chạy song song với hệ điều hành máy chủ. Tuy nhiên trong cấu trúc ảo hóa này
các máy chủ ảo vẫn phải đi qua hệ điều hành máy chủ để truy cập phần cứng nhưng khác
biệt ở chỗ cả hệ điều hành máy chủ và các máy chủ ảo đều chạy trong chế độ hạt nhân

Hình 3.6 : Kiến trúc ảo hóa Hybrid
3.1.4 Mức độ ảo hóa:
3.1.4.1 Ảo hóa toàn phần- Full Virtualization
Đây là loại ảo hóa mà ta không cần chỉnh sửa hệ điều hành khách (guest OS) cũng
như các phần mềm đã được cài đặt trên nó để chạy trong môi trường hệ điều hành chủ (host
OS). Khi một phần mềm chạy trên guest OS, các đoạn code của nó không bị biến đổi mà
chạy trực tiếp trên host OS và nó sẽ tưởng là mình đang được chạy trên một hệ thống thực
sự. Bên cạnh đó, ảo hóa toàn phần có thể gặp một số vấn đề về hiệu năng và hiệu quả trong
sử dụng tài nguyên hệ thống.
3.1.4.2 Ảo hóa song song- Paravirtualization
Là một phương pháp ảo hóa máy chủ khác. Với phương pháp ảo hóa này, thay vì mô
phỏng một môi trường phần cứng hoàn chỉnh, phần mềm ảo hóa này là một lớp mỏng dồn
các truy cập các hệ điều hành máy chủ vào tài nguyên máy vật lý cơ sở, sử dụng môt kernel


14
đơn để quản lý các server ảo và cho phép chúng chạy cùng một lúc (có thể ngầm hiểu, một
server chính là giao diện người dùng được sử dụng để tương tác với hệ điều hành– hay nói
cách khác: đây là cách để ta cảm nhận được hệ điều hành).
Ảo hóa song song đem lại tốc độ cao hơn so với ảo hóa toàn phần và hiệu quả sử

dụng các nguồn tài nguyên cũng cao hơn. Nhưng nó yêu cầu các hệ điều hành khách chạy
trên máy áo phải được chỉnh sửa. Điều này có nghĩa là không phải bất cứ hệ điều hành nào
cũng có thể chạy ảo hóa song song được (trái với Ảo hóa toàn phần). XP Mode của
Windows 7 là một ví dụ điển hình về ảo hóa song song.
3.1.4.3 Ảo hóa hệ điều hành:
Một hệ điều hành được vận hành ngay trên một hệ điều hành chủ đã tồn tại và có khả
năng cung cấp một tập hợp các thư viện tương tác với các ứng dụng, khiến cho mỗi ứng
dụng truy xuất tài nguyên phần cứng cảm thấy như truy xuất trực tiếp máy chủ vật lý. Từ
phối cảnh của ứng dụng, nó được nhận thấy và tương tác với các ứng dụng chạy trên hệ điều
hành ảo, và tương 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.
3.1.4.4 Ảo hóa ứng dụng:
Thông thường, khi muốn sử dụng một phần mềm nào đó như: office, design,…
3.2 Công nghệ ảo hóa máy chủ:
3.2.1 Công Nghệ Máy ảo (Virtual Machine)
Máy ảo là một máy tính được cài trên một hệ điều hành khác hay một máy tính khác.
Một máy ảo cũng bao gồm phần cứng, các ứng dụng phần mềm và hệ điều hành. Điều khác
biệt ở đây là lớp phần cứng của máy ảo không phải là các thiết bị thường mà chỉ là một môi
trường hay phân vùng mà ở đó nó được cấp phát một số tài nguyên như là chu kì CPU, bộ
nhớ, ỗ đĩa….
Công nghệ máy ảo cho phép cài và chạy nhiều máy ảo trên một máy tính vật lý. Mỗi
máy ảo có một hệ điều hành máy khách riêng lẻ và được phân bố tài nguyên, ổ cứng, card
mạng và các tài nguyên phần cứng khác một cách hợp lý. Việc phân bố tài nguyên này phụ
thuộc vào nhu cầu của từng máy ảo ứng dụng và cũng tùy thuộc vào phương pháp ảo hóa
được dùng. Đặc biệt khi máy ảo cần truy xuất tài nguyên phần cứng thì nó hoạt động giống
như một máy thật hoàn chỉnh. Vì chỉ là một tập tin được phân vùng trên ổ đĩa nên việc di


15

chuyển các máy ảo từ máy chủ này sang máy chủ khác là rất dễ dàng và không cần quan
tâm đến vấn đề tương thích phần cứng hay ảnh hưởng tới máy chủ.


Hình 3.9 : Sơ đồ truy cập tài nguyên phần cứng của các máy ảo.
Trong kiến trúc của một bộ xử lý ảo hóa được chia thành 4 lớp .
Lớp 0 là lớp có quyền cao nhất có thể truy cập và can thiệp sâu nhất đến tài nguyên
phần cứng. Lớp 0 thường là các hệ điều hành chủ được cài trên chính máy chủ.
Lớp 1 là lớp ảo hóa Hypervisor. Lớp này dùng đề quản lý và phân phối tài nguyên
đến các máy ảo.
Lớp 2 là các hệ điều hành khách chạy trên các máy ảo. Để truy cập tài nguyên phần
cứng nó phải liên lạc với lớp ảo hóa và phải qua hệ điều hành máy chủ.
Lớp có quyền can thiệp thấp nhất đến tài nguyên là lớp 3. Đây là các ứng dụng hoạt
động trên các máy ảo. Trong các hệ thống máy tính lớn dùng để xử lý các ứng dụng thương
mại và khoa học( mainframe), hệ điều hành chạy trên phần cứng máy thực ở chế độ ưu tiên
vì chỉ có hệ điều hành chủ mới được phép sửa đổi và can thiệp vào phần cứng bên dưới nó.
Còn máy ảo làm việc ở chế độ giới hạn vì phần cứng mà nó nhìn thấy chỉ là các thiết bị ảo.
Khi máy ảo yêu cầu các lệnh hoặc tiến trình thông thường thì hệ điều hành chủ sẽ chuyển
tiếp chúng đến bô xử lý để thực thi trực tiếp, còn đối với các lệnh hoặc các tiến trình đặc
biệt nhạy cảm can thiệp sâu đến phần cứng bên dưới sẽ bị chặn lại vì có thể làm ảnh hưởng
tới hệ thống và máy ảo còn lại. Hệ điều hành chủ sẽ thực thi lệnh với bộ xử lý trên máy


16
thực rồi sau đó mô phỏng kết quả rồi trả về cho máy ảo. Đây là cơ chế nhằm cách ly máy ảo
với máy thực để đảm bảo an toàn hệ thống.
3.2.2. Công nghệ Raid:
3.2.2.1 Khái niệm Raid:
3.2.2.2 Các chuẩn Raid:
Các chuẩn RAID đang nghiên cứu và phát triển hiện nay:

 Striping (còn gọi là Song Hành)
 Duplexing
 Chuẩn Parity RAID
3.2.2.3 Phân loại Raid:
 RAID level 0
 RAID level 1 :
 RAID level 5 :
 RAID level 1+0:
3.2.3 Công nghệ lưu trữ mạng SAN
3.2.4 Công Nghệ High Availability
3.3 Đề xuất mô hình ảo hóa máy chủ trong điện toán đám mây:
3.3.1 Đặt vấn đề:
Ngày nay, đối với doanh nghiệp việc quản lý tốt, hiệu quả dữ liệu của riêng công ty
cũng như dữ liệu khách hàng, đối tác là một trong những bài toán được ưu tiên hàng đầu và
đang không ngừng gây khó khăn cho họ. Để có thể quản lý được nguồn dữ liệu đó, ban đầu
doanh nghiệp phải đầu tư, tính toán rất nhiều loại chi phí như chi phí cho phần cứng, phần
mềm, mạng, chi phí cho quản trị viên, chi phí bảo trì, sửa chữa, … Ngoài ra họ còn phải tính
toán khả năng mở rộng, nâng cấp thiết bị, phải kiểm soát việc bảo mật dữ liệu cũng như tính
sẵn sàng cao của dữ liệu.
Có nhiều phương pháp để thực hiện tối ưu hóa hệ thống máy chủ, trong đó ảo hóa
máy chủ là một trong những phương pháp được nhắc đến rất nhiều trong thời gian gần đây.
Ảo hóa máy chủ là phương pháp có thể áp dụng ở mọi hệ thống máy chủ mà không phát
sinh thêm chi phí đầu tư. Nó là một biện pháp rất tốt trong việc tối ưu hóa hệ thống với việc
hợp nhất các nguồn tài nguyên của máy chủ.


17
3.3.2 Mục tiêu giải pháp triển khai hệ thống:
3.3.2.1 Mục tiêu Ảo hóa trong doanh nghiệp:
Và quan trọng hơn cả, ảo hóa máy chủ trong công nghệ điện toán đám mây của

doanh nghiệp còn có những mục đích sau:
 Tiết kiệm được chi phí đầu tư, chi phí duy trì hệ thống.
 Tiết kiệm không gian đặt máy chủ và năng lượng tiêu thụ.
 Giảm thời gian khôi phục sự cố.
 Tạo lập được môi trường kiểm tra chạy thử ứng dụng mà không cần đầu tư
thêm hệ thống mới.
 Dễ dàng trong việc mở rộng hệ thống.
 Tạo lập sự tương thích đối với việc sử dụng các chương trình cũ.
3.3.3.2 Giải pháp triển khai hệ thống:
Một bài toán đưa ra cho doanh nghiệp khi họ cần thêm tài nguyên điện toán mới :
Lựa chọn 1
Đầu tư và Mở rộng cơ sở hạ tầng của tổ chức.
Thường xuyên bổ sung thêm máy chủ, thiết bị lưu trữ và kết nối.
Lựa chọn 2
Tập trung hóa và ảo hóa các tài nguyên hiện có.
Nâng cao mức độ sử dụng tài nguyên vượt qua những hạn chế vật lý.
Lựa chọn 3
Sử dụng cơ sở hạ tầng điện toán đám mây.
Mở rộng ảo hóa vượt khỏi phạm vi trung tâm dữ liệu doanh nghiệp.
Thuê các tài nguyên điện toán từ các nhà cung cấp dịch vụ Cloud.
Trả tiền theo mức độ sử dụng.
3.3.3 Mô hình ảo hóa:
Doanh nghiệp có rất nhiều máy chủ một máy chủ được đặt ở nhiều nơi khác nhau,
vì vậy việc truy xuất hay bảo trì dữ liệu là rất khó khăn. Vì vậy tất cả các dữ liệu đều được
ảo hóa trong đám mây giúp doanh nghiệp giảm thiểu chi phí vận hành bảo trì bảo dưỡng.
Tiếp nhận yêu cầu: ghi nhận lại các thông tin chi tiết về yêu cầu hỗ trợ như: loại yêu
cầu (hỗ trợ, lỗi phát sinh, yêu cầu nâng cấp sửa đổi,…), thông tin khách hàng hoặc người
yêu cầu, hình thức tiếp nhận (điện thoại, email, chat,…),…

18
Phân công người xử lý:
Quản lý kho tri thức (knowlegde base):
3.3.3.1 Chức năng của Cloudoffice:
3.3.3.2 Chức năng của CloudHRM:
3.3.3.3 Chức năng của CloudAccounting
3.3.4 Khả năng xảy ra khi triển khai ảo hóa máy chủ của doanh nghiệp:
3.3.4.1 Về chi phí:
Định giá cố định: Nhà cung cấp sẽ xác định rõ đặc tả về khả năng tính toán cố định
(dung lượng bộ nhớ được cấp phát, loại CPU và tốc độ .v.v…)
Định giá theo đơn vị: Được áp dụng phổ biến cho lượng dữ liệu truyền tải, dụng
lượng bộ nhớ được cấp phát và sử dụng, Cách này uyển chuyên hơn cách trên.
Định giá theo thuê bao: Ứng dụng phần lớn trong mô hình dịch vụ phần mềm
(SaaS) người dùng sẽ tiên đoán trước định mức sử dụng ứng dụng Cloud (cách tình này
thường khó đạt được độ chính xác cao).
3.3.4.2 Các nguy cơ rửi ro và thách thức an toàn thông tin:
Các nghiên cứu gần đây cho thấy vấn đề về bảo mật là rào cản lớn nhất quyết định
liệu điện toán đám mây có được sử dụng rộng rãi nữa hay không.
Các vấn đề bảo mật vẫn không ngăn được sự bùng nổ công nghệ cũng như sự ưa
chuông điện toán đám mây bởi khả năng giải quyết và đáp ứng các nhu cầu bức thiết trong
kinh doanh.
Một trong những mối lo ngại hàng đầu là dữ liệu sẽ bị trộn lẫn khi các nhà cung cấp
dịch vụ lưu trữ thông tin, dữ liệu của nhiều doanh nghiệp trong cùng một phần cứng.
An ninh điện toán đám mây đặt ra ba vấn đề: tính an ninh, tính riêng tư và sự tuân
thủ tính pháp lý trong hợp đồng giữa nhà cung cấp dịch vụ và doanh nghiệp sử dụng dịch vụ.
3.3.5 Đánh giá:
Về cơ bản mô hình ảo hóa đám mây trong doanh nghiệp đã được đề ra có tính khả thi
và đáp ứng được các yêu cầu như:
Vận dụng lý thuyết về công nghệ ảo hóa như: Raid,San,High Availability và những
công nghệ liên quan có chức năng hỗ trợ để áp dụng cho doanh nghiệp của mình.

19
Vận dụng được các thành phần, cấu trúc và chức năng từng phần của hệ thống ảo
hóa. Triển khai mô hình ảo hóa máy chủ có các lợi ích khi ứng dụng mô hình ảo hóa vào
trong thực tế như tiết kiệm chi phí,tăng hiệu suất, dễ quản lý,….
III. KẾT LUẬN
Qua nghiên cứu về tính ảo hóa trong công nghệ điện toán đám mây- Cloud
Computing ta có thể thấy rằng:
Điện toán đám mây là một xu hướng phát triển mới của các trung tâm dữ liệu (data
center). Các máy chủ trong trung tâm dữ liệu được ảo hóa bằng các công nghệ ảo hóa và
được cấp phát động tùy theo nhu cầu sử dụng tài nguyên của người dùng nhằm thỏa mãn
một sự đồng thuận cụ thể ở mức dịch vụ.
Điện toán đám mây cung cấp cho người dùng nhiều loại hình dịch vụ khác nhau như
dịch vụ cơ sở hạ tầng, dịch vụ nền tảng, dịch vụ phần mềm…. Dịch vụ đám mây phong phú
và tiện lợi, tuy nhiên rào cản lớn nhất của nó là vấn đề ảo hóa.
Công nghệ ảo hóa đang làm thay đổi bộ mặt của thế giới điện toán bằng các công cụ
có khả năng được triển khai và quản lý máy ảo đơn giản, hiệu quả. Bằng việc tối ưu sử
dụng các nguồn tài nguyên hệ thống, và chi phí triển khai ban đầu thấp, ảo hóa đem lại cho
các doanh nghiệp khả năng nhanh chóng thu hồi vốn đầu tư. Bên cạnh đó, người dùng cá
nhân cũng có thể hưởng lợi từ công nghệ này do nó loại bỏ những nỗi lo âu về tính tương
thích giữa các hệ thống, giúp ta có thể thoái mái thử nghiệm các công nghệ mới mà không
phải tốn quá nhiều thời gian, công sức và hạn chế và các nguy cơ về hư hỏng hệ thống, mất
mát dữ liệu do sơ suất.
Dĩ nhiên, ảo hóa cũng tồn tại những nhược điểm: nhưng đây là những điểm có thể
khắc phục được, và dường như nó quá nhỏ bé khi đem ra so sánh với những ưu điểm mà
công nghệ này mang lại cho chúng ta.
Về cơ bản, điện toán đám mây được phát triển dựa trên ba yếu tố là máy tính trung
ương, máy chủ/khách và ứng dụng web. Nhưng bản chất của ba thành phần này đều tồn tại
các vấn đề về ảo hóa. Khi một tổ chức ủy thác thông tin quan trọng của mình lên các đám

mây, các đám mây sẽ phân tán thông tin về mặt địa lý, khi đó, những thông tin quan trọng sẽ
không còn nằm dưới sự kiểm soát trực tiếp của tổ chức đó. Vì vậy vấn đề ảo hóa luôn được
đặt lên hàng đầu. Ngoài các thủ tục thông thường mà các hệ thống ảo hóa thông thường


20
cung cấp, việc thiết kế phần mềm trong điện toán đám mây còn nằm trong suốt quá trình
phát triển vòng đời phần mềm để có thể làm giảm sự tấn công trên bề mặt các đám mây.
Mặc dù vậy, trong thời điểm hiện nay, các vấn đề ảo hóa vẫn không ngăn được sự
bùng nổ công nghệ cũng như sự ưa chuộng điện toán đám mây bởi khả năng giải quyết và
đáp ứng các nhu cầu bức thiết trong kinh doanh. Thị trường của điện toán đám mây rất lớn,
có thể kể đến là chính phủ điện tử, giáo dục, y tế và các khu công nghiệp…. Không thể phủ
nhận rằng, hiện tại và tương lai sẽ là thời của điện toán đám mây.
Ngày nay, khi nhu cầu chia sẻ, trao đổi thông tin của mọi người tăng cao và quan
trọng hơn cả đó là nhu cầu về quản lý, phân công công việc của ban giám đốc doanh nghiệp
sẽ không còn quan tâm đến cơ sở hạ tầng, công nghệ mà chỉ tập trung chính vào công việc
kinh doanh của họ thì sẽ mang lại cho họ hiệu quả và lợi nhuận ngày càng cao hơn giảm dần
chi phí.
Thông tin được lưu vết, cập nhật và chia sẻ 1 cách tức thời, có thể truy cập mọi lúc,
mọi nơi. Lãnh đạo và đội ngũ quản lý nắm được toàn bộ tình hình hoạt động hàng ngày của
doanh nghiệp, các khó khăn vướng mắc, đề xuất của người lao động, từ đó có các quyết
đinh phù hợp với tình hình thực tế. Tiết kiệm chi phí, thời gian, tối ưu được nguồn lực và
nâng cao năng suất lao động. Tạo ra môi trường làm việc công bằng, chuyên nghiệp phù
hợp với các chuẩn mực quốc tế từng bước hình thành và xây dựng văn hóa doanh nghiệp
của riêng mình.
Do thời gian nghiên cứu hạn chế, nên luận văn chỉ tập trung vào nghiên cứu các công
nghệ đang triển khai trong lĩnh vực ảo hóa máy chủ. Trong thời gian tới, nếu có điều kiện,
tôi nghiên cứu sẽ cố gắng phát triển thêm những nội dung sau:
Nghiên cứu công nghệ ảo hóa hệ thống mạng, những vấn đề về an toàn, bảo
mật khi triển khai trong môi trường điện toán đám mây.

Nghiên cứu công nghệ ảo hóa hệ thống lưu trữ, những vấn đề về an toàn, bảo
mật khi triển khai trong môi trường điện toán đám mây.
Cuối cùng, nhóm nghiên cứu xin chân thành cảm ơn Thày giáo, TS Phạm Thế Quế
đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành tiểu luận này.