ẢO HÓA CHO DOANH NGHIỆP VỪA VÀ NHỎ DÙNG VMWARE ESX SERVER

Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, nền kinh tế đang trên đà tăng trưởng mạnh. Cùng với nó là sự tiến bộ
vượt bậc của nền khoa học công nghệ, đặc biệt là cơng nghệ thơng tin. Máy tính đã
giúp con người rất nhiều từ tối ưu hóa cơng việc, giảm thời gian làm việc, tăng hiệu
suất và mang lại hiệu quả cao.

Với tình hình phát triển như hiện nay thì bất cứ một cơ quan, tổ chức nào cũng
cần một hệ thống máy chủ (Server) chứ khơng phải chỉ một vài máy tính con đơn lẻ
nữa.

Máy chủ thực ra cũng là một máy tính nhưng có cấu hình, tính năng và các chức
năng lớn hơn hẳn các máy tính thơng thường. Nó dùng làm trung tâm liên kết các máy
tính và thiết bị mạng trong một cơ quan, tổ chức lại với nhau, là một trung tâm dữ liệu
nơi chia sẻ và lưu trữ dữ liệu. Và các dữ liệu này luôn sẵn sàng đối với người dùng
hợp lệ được phép truy cập vào nó. Nói chung máy chủ là một máy tính mà nó cung cấp
các dịch vụ đang chạy trên nó cho nhiều máy tính khác. Các dịch vụ đó có thể như là :

 Application service
 File service
 Database service
 Mail service
 Ftp service
 Web service
 Authentication Service…

Thế nhưng thực tế cho ta thấy rằng các máy chủ sử dụng rất ít tài nguyên phần
cứng của nó, chỉ từ 10% đến 30% cho một loại dịch vụ và phần tài nguyên còn lại thì
khơng dùng đến, do vậy sinh ra lãng phí. Vì vậy nhu cầu thực thực tế là làm sao có thể

tận dụng các phần tài ngun cịn lại đó một cách hiệu quả. Trong đồ án này em sẽ
trình bày về cơng nghệ ảo hóa để giải quyết vấn đề này.

Để hoàn thành tốt đồ án này, trong quá trình thực hiện đồ án em đã nhận được sự
giúp đỡ tận tình của thầy Lê Kim Trọng, các thầy cô trong khoa và các bạn. Vì thời
gian và kiến thức hạn hẹp nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót. Rất mong nhận được
sự góp ý của thầy cơ và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn!

Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang i

Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................i
MỤC LỤC ..................................................................................................................... ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................................iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH .............................................................................................v
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐIỆN TỐN ĐÁM MÂY.............................................1
VÀ CƠNG NGHỆ ẢO HÓA. .......................................................................................1

1.1. Bối cảnh................................................................................................................1
1.2. Nhiệm vụ đồ án....................................................................................................1
1.3. Giới thiệu về công nghệ điện toán đám mây.....................................................2
1.4. Tổng quan về ảo hóa. ..........................................................................................2

1.4.1. Khái niệm ảo hóa. ..........................................................................................2
1.4.2. Các thành phần của một hệ thống ảo hóa....................................................4
1.5. Các loại ảo hóa.....................................................................................................5
1.5.1. VMM – Hypervisor. .......................................................................................6

1.5.2. Virtual Machine Monitor (VMM).................................................................7
1.5.3. Hybrid.............................................................................................................8
1.5.4. Monolithic Hypervisor. ..................................................................................8
1.5.5. Microkernelized Hypervisor. .........................................................................9
1.6. Lợi ích của cơng nghệ ảo hóa. ..........................................................................10
1.7. Các cơng nghệ giúp tối ưu trong ảo hóa..........................................................11
1.7.1. Cơng nghệ máy ảo (Virtual Machine). .......................................................11
1.7.2. Công nghệ RAID. ........................................................................................13

1.7.2.1. Khái niệm. ..............................................................................................13
1.7.2.2. Lịch sử ra đời và phát triển RAID..........................................................13
1.7.2.3. Các chuẩn RAID.....................................................................................13
1.7.2.4. Các loại RAID. .......................................................................................15
1.7.3. Công nghệ lưu trữ mạng SAN ....................................................................17
CHƯƠNG II: ẢO HÓA VỚI VMWARE ESX SERVER. ......................................19
2.1. Giới thiệu............................................................................................................19
2.2. Cấu trúc VMware Esx Server..........................................................................20
2.2.1. Hệ điều hành điều khiển (Console Operating System)..............................22

Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang ii

Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server

2.2.2. VMkernel......................................................................................................23
2.2.3. The ESX Boot Process. ................................................................................23
2.3. Phần cứng ảo (Hardware Virtualization). ......................................................24
2.4. Tính năng của ESX Server. ..............................................................................25
2.4.1. Virtual Machine File System (VMFS).......................................................25
2.4.2. Virtual symmetric multi-processing (Virtual SMP). ..................................25
2.4.3. VMware High Availability (VMHA). ..........................................................25

2.4.4. VMotion và Storage VMotion......................................................................27
2.4.5. VMware Consolidated Backup (VCB). .......................................................28
2.4.6. vCenter Update Manager.............................................................................28
2.4.7. Phân phối tài nguyên theo lịch trình (Distributed resource
scheduler(DRS)). .................................................................................................... 28
2.4.8. Quản lý phân phối điện năng (Distributed Power Manager (DPM)). ......29
2.4.9. VMware vSphere Data Recovery.................................................................29
2.4.10. Virtual Center (VC) và VMware vSphere Client. .....................................30
2.5. Quản lý từ xa bằng VM vSphere Client..........................................................30
CHƯƠNG III: XÂY DỰNG MƠ HÌNH ỨNG DỤNG ẢO HĨA CHO DOANH
NGHIỆP VỪA VÀ NHỎ. ...........................................................................................32
3.1. Mục tiêu của giải pháp......................................................................................32
3.2. Mơ hình. .............................................................................................................32
3.3. Triển khai...........................................................................................................33
KẾT LUẬN ..................................................................................................................40
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... vii
NHÂN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ............................................................ viii

Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang iii

Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Từ gốc Nghĩa của từ
DRS Distributed Resource Phân phối tài nguyên theo
VMM
SAN Scheduler lịch trình
RAID Virtual Machine Monitor Máy ảo
COS Công nghệ lưu trữ mạng

VMFS Storage Area Network nội bộ
VSMP Sự tận dụng các phần dư
Redundant Array of trong các ổ cứng độc lập
VMHA Independent Disks Hệ điều hành điều khiển
VCB Console Operating System Hệ thống truy cập tập tin
DPM Virtual Machine File trên máy ảo
VC Hệ thống cân bằng tải đa
System
Virtual Symmetric Multi - nhân
Cơng nghệ tính năng cao
Processing
VMware High Availability của VMware
Trình khơi phục dữ liệu
VMware Consolidated
Backup của VMware
Quản lý phân phối điện
Distributed Power Manager
năng
Virtual Center Trung tâm ảo

Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang iv

Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Một server vật lý trong mơ hình ảo hố. ....................................................3
Hình 1.2: Các thành phần của một hệ thống ảo hóa. .................................................4
Hình 1.3: Cấu trúc kiểu ảo hố VMM Hypervisor. ...................................................6
Hình 1.4: Cấu trúc của kiểu ảo hố VMM..................................................................7

Hình 1.5: Kiến trúc ảo hố kiểu Hybrid......................................................................8
Hình 1.6: Kiến trúc Monolithic Hypervisor................................................................9
Hình 1.7: Kiến trúc kiểu Microkernelized Hypervisor............................................10
Hình 1.8: Sơ đồ truy cập tài nguyên phần cứng của các máy ảo. ...........................12
Hình 1.9: Sơ đồ hoạt động của chuẩn Striping.........................................................14
Hình 1.10: Sơ đồ hoạt động của chuẩn Duplexing. ..................................................14
Hình 1.11: Sơ đồ hoạt động của RAID level 0. .........................................................15
Hình 1.12: Sơ đồ hoạt động của RAID level 1. .........................................................16
Hình 1.13: Sơ đồ hoạt động của RAID 5. ..................................................................16
Hình 1.14: Sơ đồ hoạt động của RAID 1+0...............................................................17
Hình 1.15: Sơ đồ lưu trữ mạng SAN..........................................................................18
Hình 2.1: Các sản phẩm ảo hóa của Vmware. ..........................................................19
Hình 2.2: Cấu trúc của ESX Server...........................................................................21
Hình 2.3: Sơ đồ tương tác trong ESX Server............................................................22
Hình 2.4 : Sơ đồ phân phối card mạng......................................................................24
Hình 2.5: Sơ đồ hoạt động của VMFS. ......................................................................25
Hình 2.6: Sơ đồ hoạt động của Vmware High Availability. ....................................26
Hình 2.7: Mơ hình hoạt động của Vmotion...............................................................27
Hình 2.8: Mơ hình hoạt động của VMware Consolidated Backup.........................28
Hình 2.9: Mơ hình hoạt động của DRS. ....................................................................29
Hình 2.10: Mơ hình hoạt động của VMware vsphere data recovery. ....................29
Hình 2.11: Mơ hình hoạt động của Virtual Center Manager..................................30
Hình 2.12: Chương trình Vsphere Client..................................................................31
Hình 2.13: Giao diện kết nối ESX Server..................................................................31
Hình 3.1: Mơ hình tổng quan. ....................................................................................32
Hình 3.2: Bắt đầu cài đặt Vmware ESXi...................................................................33
Hình 3.3: Q trình cài đặt Vmware ESXi được hồn thành. ................................34

Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang v

Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server

Hình 3.4: Chương trình quản lý từ xa Vsphere Client đang được cài đặt.............34
Hình 3.5: Cài đặt vCenter...........................................................................................35
Hình 3.6: Cài đặt SQL Server 2008. ..........................................................................35
Hình 3.7: Quá trình cài đặt vCenter được hồn tất. ................................................36
Hình 3.8: Đăng nhập vào máy vCenter. ....................................................................36
Hình 3.9: Chọn Ignore để vào quản lý.......................................................................37
Hình 3.10: Giao diện sau khi đăng nhập vào vCenter. ............................................37
Hình 3.11: Nhập các thơng tin để thêm host. ............................................................38
Hình 3.12: Hồn tất việc Add Host. ...........................................................................38
Hình 3.14: Hệ thống sau khi được tạo. ......................................................................39

Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang vi

Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY
VÀ CƠNG NGHỆ ẢO HĨA.

1.1. Bối cảnh.
Nền công nghệ thông tin trên thế giới đang phát triển với tốc độ nhanh chóng.

Ngày càng nhiều sản phẩm và nhiều tiện ích được phát triển và đưa đến tay người
dùng. Các công nghệ cũ dần dần đã thể hiện nhiều mặt hạn chế và không phù hợp với
nhu cầu thực tiễn nữa, đặc biệt trong thời buổi kinh tế phát triển không ổn định như
lúc này, các doanh nghiệp phải đối mặt với nhiều rủ ro. Do đó u cầu nhất thiết được
đặt ra là tìm mọi cách để giảm thiểu các chi phí có thể. Trong lĩnh vực cơng nghệ
thơng tin thì cơng nghệ ảo hóa là giải pháp lý tưởng cho các doanh nghiệp có thể giải
quyết bài toán về các trung tâm dữ liệu của họ. Cơng nghệ này giúp giảm thiểu chi phí

đầu tư mua nhiều máy chủ, tiết kiệm điện năng, hệ thống làm mát.

Nhiệm vụ của cơng nghệ ảo hóa chính là tận dụng tối đa hiệu suất làm việc của
các máy chủ bằng cách cho phép cài đặt nhiều máy chủ ứng dụng trên một máy chủ
vật lý duy nhất. Và việc quản lý cũng trở nên dễ dàng hơn khi quản lý tập trung nhiều
máy trên một máy chủ duy nhất. Vấn đề khó khăn của cơng nghệ này chính là sự an
tồn dữ liệu khi lo lắng rằng nếu máy chủ này bị sự cố về ổ đĩa thì sẽ bị mất dữ liệu.
Tuy nhiên vấn đề đó đã được khắc phục bằng một loạt các cơng nghệ đảm bảo an tồn
dữ liệu và hoạt động ổn định của máy chủ như công nghệ High Availability, VM
Monitor, RAID, công nghệ lưu trữ mạng SAN.

Hiện nay các nhà cung cấp các sản phẩm phần mềm máy chủ đều ra sức tập trung
để nghiên cứu và phát triển công nghệ này. Nổi bật là VMware và Microsoft. Đây là
hai nhà cung cấp đang nắm giữ phần lớn thị trường ảo hóa hiện nay.

Tại Việt Nam, ứng dụng cơng nghệ ảo hóa cịn rất dè dặt do chưa có nhiều doanh
nghiệp thấy được nhu cầu cần thiết và nắm được công nghệ này. Bên cạnh đó thì việc
cịn thiếu một đội ngũ lành nghề và lo ngại về tính an tồn của cơng nghệ này cũng
làm cho các doanh nghiệp lo ngại và ít chú tâm vào công nghệ này.
1.2. Nhiệm vụ đồ án.

Việc ra đời của cơng nghệ ảo hóa đã dẫn đến những động lực phát triển và các
mục tiêu mới cho các nhà cung cấp sản phẩm ảo hóa cho phù hợp với nhu cầu thị
trường và yêu cầu thực tiễn.

Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang 1

Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server

Nhiệm vụ chính của luận văn là nghiên cứu về công nghệ ảo hóa nhằm ứng dụng

xây dựng mơ hình ứng dụng ảo hóa cho doanh nghiệp nhỏ. Từ đó có thể cho thấy được
các lợi ích mà cơng nghệ này đem lại và cũng để đánh giá để tìm ra giải pháp xây
dựng các giải pháp nhằm tối ưu hóa hệ thống công nghệ thông tin.
1.3. Giới thiệu về công nghệ điện toán đám mây.

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 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 phịng để mọi người kết nối
và sử dụng mỗi khi họ cần.

Điện toán đám mây có thể hiểu là mơ hình điện tốn sử dụng cơng 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. Với mô hình điện tốn đám mây, người dùng khơng phải quan tâm
đến kỹ năng cài đặt, triển khai và ứng dụng phần mềm, các yêu cầu về cơ sở hạ tầng
truyền thơng, mạng máy tính và Internet để truy cấp 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
tốn, sử dụng các siêu máy tính để xử lý tính tốn và cơng nghệ tính tốn song song,
phân tốn, tính tốn lưới.

“ Chìa khóa” chính giúp cơng nghệ điện toán đám mây 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.
1.4. Tổng quan về ảo hóa.
1.4.1. Khái niệm ảo hóa.

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

Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang 2

Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server

được cấp phát tài nguyên phần cứng như máy thật gồm có RAM, CPU, Card mạng, ổ
cứng, các tài nguyên khác và hệ điều hành riêng. Khi chạy ứng dụng, người sử dụng
khơng nhận biết được ứng dụng đó chạy trên lớp phần cứng ảo.

Hình 1.1: Một server vật lý trong mơ hình ảo hố.
Hiện nay có nhiều nhà cung cấp các sản phẩm máy chủ và phần mềm đều chú
tâm đầu tư nghiên cứu và phát triển công nghệ này như là HP, IBM, Microsoft và
VMware. Nhiều dạng ảo hóa được đưa ra và có thể chia thành hai dạng chính là ảo hóa
cứng và ảo hóa mềm. Từ hai dạng nay sau này mới phát triển thành nhiều loại ảo hóa
có chức năng và cấu trúc khác nhau như VMM-Hypervisor, VMM, Hybrid…
Ảo hóa cứng còn được gọi là phân thân máy chủ. Dạng ảo hóa này cho phép tạo
nhiều máy ảo trên mơt máy chủ vật lý. Mỗi máy ảo chạy hệ điều hành riêng và được
cấp phát các tài nguyên phần cứng như số xung nhịp CPU, ổ cứng và bộ nhớ… Các tài
nguyên của máy chủ có thể được cấp phát động một cách linh động tùy theo nhu cầu
của từng máy ảo. Giải pháp này cho phép hợp nhất các hệ thống máy chủ cồng kềnh
thành một máy chủ duy nhất và các máy chủ trước đây bây giờ đóng vai trị là máy ảo
ứng dụng chạy trên nó.
Ảo hóa mềm cịn gọi là phân thân hệ điều hành. Nó thực ra chỉ là sao chép bản
sao của một hệ điều hành chính làm nhiều hệ điều hành con và cho phép các máy ảo
ứng dụng có thể chạy trên nó. Như vậy, nếu hệ điều hành chủ là Linux thì cách ảo hố

này sẽ cho phép tạo thêm nhiều bản Linux làm việc trên cùng máy. Cách này có ưu

Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang 3

Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server

điểm là chỉ cần một bản quyền cho một hệ điều hành và có thể sử dụng cho các máy ảo
cịn lại. Nhược điểm của nó là khơng thể sử dụng nhiều hệ điều hành khác nhau trên
cùng một máy chủ.
1.4.2. Các thành phần của một hệ thống ảo hóa.

Một hệ thống ảo hóa bao gồm những thành phần sau:
 Tài nguyên vật lý (Host Machine, Host Hardware).
 Các phần mềm ảo hóa (Virtual Software) cung cấp và quản lý môi trường làm

việc của các máy ảo.
 Máy ảo (Virtual Machine) là các máy được cài trên phần mềm ảo hóa.
 Hệ điều hành: Là hệ điều hành được cài trên máy ảo.

Hình 1.2: Các thành phần của một hệ thống ảo hóa.
 Tài nguyên vật lý (host machine/ host hadware).

Các tài nguyên vật lý trong môi trường ảo hóa cung cấp tài nguyên mà các máy
ảo sẻ sử dụng tới. Một môi trường tài nguyên lớn có thể cung cấp được cho nhiều máy
ảo chạy trên nó và hiệu quả làm việc của các máy ảo cao hơn. Các tài nguyên vật lý
thông thường như là ổ đĩa cứng, RAM, card mạng…

 Các phần mềm ảo hóa (virtual software)
Lớp phần mềm ảo hóa này cung cấp sự truy cập cho mỗi máy ảo đến tài nguyên

hệ thống. Nó cũng chịu trách nhiệm lập kế hoạch và phân chia tài nguyên vật lý cho
các máy ảo. Phần mềm ảo hóa là nền tảng của một mơi trường ảo hóa. Nó cho phép
tạo ra các máy ảo cho người sử dụng, quản lý các tài nguyên và cung cấp các tài

Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang 4

Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server

nguyên này đến các máy ảo. Kế hoạch quản lý sử dụng tài nguyên khi có sự tranh chấp
một tài nguyên đặc biệt của các máy ảo, điều này dẫn tới sự hiệu quả làm việc của các
máy ảo. Ngồi ra phần mềm ảo hóa cịn cung cấp giao diện quản lý và cấu hình cho
các máy ảo.

 Máy ảo (virtual machine):
Thuật ngữ máy ảo được dùng chung khi miêu tả cả máy ảo (lớp 3) và hệ điều

hành ảo (lớp 4). Máy ảo thực chất là một phần cứng ảo một môi trường hay một phân
vùng trên ổ đĩa. Trong mơi trường này có đầy đũ thiết bị phần cứng như một máy thật.
Đây là một kiểu phần mềm ảo hóa dựa trên phần cứng vật lý. Các hệ điều hành khách
mà chúng ta cài trên các máy ảo này khơng biết phần cứng mà nó nhìn thấy là phần
cứng ảo.

 Hệ điều hành khách (Guest operating system)
Hệ điều hành khách được xem như một phần mềm (lớp 4) được cài đặt trên một

máy ảo (lớp 3) giúp ta có thể sử dụng dễ dàng và xử lý các sự cố trong môi trường ảo
hóa, nó giúp người dung có những thao tác giống như là đang thao tác trên một lớp
phần cứng vật lý thực sự.

Khi có đủ các thành phần trên thì bạn có thể xây dựng cho mình một hệ thống

ứng dụng ảo hóa. Ngồi việc lựa chọn phần cứng cho thích hợp bạn còn phải cân nhắc
xem phải sử dụng phần mềm ảo hóa gì hoặc loại ảo hóa nào. Điều này rất quan trọng
trong việc tối ưu hóa hiệu suất làm việc cho hệ thống của bạn.
1.5. Các loại ảo hóa.

Ảo hoá được xây dựng dựa trên giải pháp chia một máy chủ vật lý thành nhiều
máy con. Giải pháp này được biết đến với cái tên là Virtual Machine Monitor (VMM)
sau này được gọi là Hypervisor. VMM cho phép tạo tách rời các máy ảo và điều phối
truy cập tài nguyên của các máy ảo này đến tài nguyên phần cứng. Mặc dù cho phép
sử dụng các hệ điều hành bất kì trên các máy ảo nhưng trong thực tế để đạt một kết
quả và hiệu suất cao nhất thì các nhà sản xuất vẫn giới hạn và khuyến cáo rằng nên sử
dụng một hệ điều hành nào đó. Đó là vì các vấn đề tương thích giữa các hệ điều hành
máy ảo với hệ điều hành máy chủ và hệ điều hành máy chủ với phần cứng. Dựa vào
đặc điểm cấu trúc thì có thể phân loại ảo hố thành những dạng sau:

Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang 5

Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server

1.5.1. VMM – Hypervisor.
Cơng nghệ VMM-Hypervisor là một dạng ảo hóa cơ bản. Nó hoạt động như là

một lớp phần mềm nằm ngay trên phần cứng hoặc bên dưới một hoặc nhiều hệ điều
hành khách. Mục đích chính của nó là cung cấp các môi trường làm việc cho các máy
ảo. Cho phép các máy ảo hoạt động trên một phần của phần cứng được gọi là phân
vùng (partition). Các hệ điều hành của máy ảo được cài đặt trên phân vùng này. Mỗi
phân vùng sẽ được cung cấp tập hợp các tài nguyên phần cứng riêng của nó chẳng hạn
như bộ nhớ, các chu kỳ CPU và thiết bị. Hypervisor có trách nhiệm điều khiển và phân
phối các luồng truy cập đến các tài nguyên phần cứng.

Khi một hệ điều hành thực hiện truy xuất hoặc tương tác tài nguyên phần cứng
trên hệ điều hành chủ thì cơng việc của một Hypervisor sẽ là:

 Hypervisor mơ phỏng phần cứng. Nó làm cho các hệ điều hành tưởng rằng
mình đang sử dụng tài nguyên vật lý của hệ thống thật.

 Hypervisor liên lạc với các trình điều khiển thiết bị.
 Các trình điều khiển thiết bị phần cứng liên lạc trực tiếp đến phần cứng vật lý.

Hình 1.3: Cấu trúc kiểu ảo hố VMM Hypervisor.
Trong mơ hình này trình điều khiển phần cứng liên lạc trực tiếp với các thiết bị
phần cứng mà khơng phải qua bất kì trung gian nào nên nó mang lại một hiệu suất cao
nhất về sử dụng tài nguyên phần cứng. Một vài sản phẩm đang sử dụng dạng này là
Microsoft Hyper-V, Citrix Xen Server, VMware ESX Server.

Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang 6

Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server

1.5.2. Virtual Machine Monitor (VMM).
VMM là một loại ảo hóa hoạt động như một phần mềm chạy trên một hệ điều

hành chủ khác. Nghĩa là để tương tác với tài nguyên phần cứng nó phải liên lạc thơng
qua hệ điều hành chủ. Các sản phẩm điển hình cho kiểu ảo hóa này là VMware Server,
Microsoft Virtual PC, máy ảo Java.

Mối liên lạc giữa phần cứng và trình điều khiển thiết bị trên hệ điều hành trong
kiểu ảo hóa VMM được mơ tả như sau như sau:

 Bước đầu tiên mô phỏng phần cứng. Lớp ảo hóa Hypervisor sẽ tạo ra một phân

vùng trên ổ đĩa cho các máy ảo. Phân vùng này bao gồm các phần cứng ảo như
ổ đĩa, bộ nhớ….

 Hypervisor xây dựng mối liên lạc giữa lớp ảo hóa với hệ điều hành. Khi một
máy ảo truy xuất tài nguyên thì lớp Hypervisor sẽ thay thế máy ảo đó gởi các
yêu cầu tới hệ điều hành máy chủ để yêu cầu thực hiện.

 Khi Hệ điều hành nhận được các u cầu này. Nó liên lạc với trình điều khiển
thiết bị phần cứng.

 Các trình điều khiển thiết bị phần cứng liện lạc đến các phần cứng trên máy
thực.

 Quá trình này sẽ xảy ra ngược lại khi có các trả lời từ các phần cứng đến hệ
điều hành chủ.

Hình 1.4: Cấu trúc của kiểu ảo hoá VMM. Trang 7

Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B

Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server

1.5.3. 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. Khi một trong hệ điều hành máy chủ hoặc một máy chủ ảo cần xử lý tác
vụ thì CPU sẽ phục vụ nhu cầu cho hệ điều hành máy chủ hoặc máy chủ ảo tương ứng.

Lý do khiến Hybrid nhanh hơn là lớp ảo hóa chạy trong trong chế độ hạt nhân (chạy
song song với hệ điều hành) trái với Virtual Machine Monitor với lớp ảo hóa chạy
trong trong chế độ người dùng (chạy như một ứng dụng cài trên hệ điều hành).

Phương pháp ảo hóa Hybrid được sử dụng trong hai sản phẩm ảo hóa phổ biến
của là Microsoft Virtual PC 2007 và Microsoft Virtual Server 2005 R2.

Hình 1.5: Kiến trúc ảo hoá kiểu Hybrid.
1.5.4. Monolithic Hypervisor.

Monolithic Hypervisor là một hệ điều hành máy chủ. Nó chứa những trình điều
khiển (Driver) hoạt động phần cứng trong lớp Hypervisor để truy cập tài nguyên phần
cứng bên dưới. Khi các hệ điều hành chạy trên các máy ảo truy cập phần cứng thì sẽ
thơng qua lớp trình điều khiển thiết bị của lớp Hypervisor.

Mơ hình này mang lại hiệu cao, nhưng cũng giống như bất kì các giải pháp
khác bên mặt ưu điểm thì nó cũng cịn có nhiều điểm yếu. Vì nếu lớp trình điều khiển

Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang 8

Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server

thiết bị phần cứng của nó bị hư hỏng hay xuất hiện lỗi thì các máy ảo cài trên nó đều bị
ảnh hưởng và nguy hại. Thêm vào đó là thị trường phần cứng ngày nay rất đa dạng,
nhiều loại và do nhiều nhà cung cấp khác nhau nên trình điều khiển của Hypervisor
trong loại ảo hóa này có thể sẽ không thể hỗ trợ điều khiển hoạt động của phần cứng
này một cách đúng đắn và hiệu suất chắc chắn cũng sẽ khơng được như mong đợi. Một
trình điều khiển khơng thể nào có thể điều khiển tốt hoạt động của tất cả các thiết bị
nên nó cũng có những thiết bị phần cứng khơng hỗ trợ. Những điều này cho thấy rằng
việc phụ thuộc quá nhiều vào các loại thiết bị dẫn tới sự hạn chế việc phát triển công

nghệ này.

Hình 1.6: Kiến trúc Monolithic Hypervisor.
1.5.5. Microkernelized Hypervisor.

Microkernelized Hypervisor là một kiểu ảo hóa giống như Monolithic
Hypervisor. Điểm khác biệt giữa hai loại này là trong Microkernelized trình điều khiển
thiết bị phần cứng bên dưới được cài trên một máy ảo và được gọi là trình điều khiển
chính, trình điều khiển chính này tạo và quản lý các trình điều khiển con cho các máy
ảo. Khi máy ảo có nhu cầu liên lạc với phần cứng thì trình điều khiển con sẽ liên lạc
với trình điều khiển chính và trình điều khiển chính này sẽ chuyển yêu cầu xuống lớp
Hypervisor để liên lạc với phần cứng. Tiêu biểu cho ứng dụng loại ảo hóa này là
Windows Server 2008 Hyper-V

Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang 9

Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server

Hình 1.7: Kiến trúc kiểu Microkernelized Hypervisor.
1.6. Lợi ích của cơng nghệ ảo hóa.

Quản lý đơn giản: Khi triển khai hệ thống ảo hoá thì số lượng máy chủ vật lý
giảm đi đáng kể và khi đó việc theo dõi và giám sát hệ thống rất dễ dàng và hầu như
được thực hiện bởi công cụ phần mềm quản trị tập trung từ xa do nhà cung cấp phần
mềm ảo hoá hỗ trợ. Nhà quản trị dễ dàng theo dõi tình trạng của các máy ảo và của cả
hệ thống. Nếu máy chủ bị trục trặc thì có thể chuyển máy ảo từ máy chủ này sang máy
chủ khác, có thể nâng cấp phần cứng bằng cách gắn thêm RAM, ổ cứng một cách
nhanh chóng và đơn giản.

Triển khai nhanh: Khi triển khai hệ thống thì khơng cần nhất thiết phải cài đặt

toàn bộ máy ảo trên hệ thống. Vì mỗi máy ảo chỉ là một tập tin được cài trên một phân
vùng trên ổ cứng nên chúng ta có thể tận dụng điều này để giảm thiểu thời gian cài đặt
bằng cách sao chép các tập tin này và cấu hình lại cho đúng với yêu cầu của máy ảo
đang sử dụng. Với cách làm này sẽ giảm thời gian cài đặt từng máy ảo và tận dụng tối
đa tài nguyên nhàn rỗi của tất cả các máy chủ vật lý. Vì thực tế hiện nay tại trung tâm
dữ liệu có nhiều máy chủ khơng khai thác thác hết tài nguyên phần cứng của hệ thống.

Phục hồi và lưu trữ hệ thống nhanh: Vì máy ảo chỉ là một tập tin trên ổ đĩa nên
việc sao lưu rất đơn giản là sao chép lại các tập tin này. Và khi một máy ảo gặp sự cố
và hỏng hóc do một lỗi hệ điều hành nào đó thì việc phục hồi đơn giản là chép đè tập
tin đã được sao chép lên tập tin cũ và hệ thống có thể hoạt động bình thường lại ngay
như lúc chưa bị lỗi. Thời gian để phục hồi hệ thống là rất ít. Nếu được đầu tư thêm một
số máy chủ khác thì ta có thể cấu hình tính năng High Availability cho các máy chủ ảo
hóa này. Khi đó một máy ảo hay một máy chủ bị sự cố thì tất cả các máy ảo sẽ được di
chuyển nóng đến máy chủ khác và có thể hoạt động lại ngay tức thì.

Trần Vũ Xn – Lớp CCMM04B Trang 10

Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server

Cân bằng tải và phân phối tài nguyên linh hoạt: Với các công cụ quản lý từ xa
các máy chủ và máy ảo ta sẽ thấy được tình trạng của tồn bộ hệ thống từ đó có chính
sách năng cấp CPU, RAM, ổ cứng cho máy chủ hoặc máy ảo đó hoặc di chuyển máy
ảo đang quá tải đó sang máy chủ vật lý có cấu hình mạnh hơn, có nhiều tài nguyên còn
trống hơn để hoạt động.

Tiết kiệm: Cơng nghệ ảo hóa giúp các doanh nghiệp có thể tiết kiệm được một
chi phí lớn đó là điện năng chiếu sáng và hệ thống làm mát. Ảo hóa cho phép gom
nhiều máy chủ vào một máy chủ vật lý nên chỉ tốn kém chi phí điện tiêu thụ, làm mát
và chiếu sáng cho một vài máy chủ thơi. Bên cạnh đó thì diện tích sử dụng để đặt máy

chủ cũng được thu hẹp lại. Và hệ thống dây cáp nối cũng ít đi.
1.7. Các cơng nghệ giúp tối ưu trong ảo hóa.
1.7.1. Cơng 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, ổ 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 ngun phần cứng thì nó hoạt động giống như một máy thật hồn chỉnh.
Vì chỉ là một tập tin được phân vùng trên ổ đĩa nên việc di 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.

Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang 11

Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server

Hình 1.8: 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. Cịn 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 thơng thường thì hệ điều hành
chủ sẽ chuyển tiếp chúng đến bô xử lý để thực thi trực tiếp, cịn 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 thực rồi sau đó mơ 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.

Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang 12

Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server

1.7.2. Công nghệ RAID.
1.7.2.1. Khái niệm.

RAID là chữ viết tắt của Redundant Arrays of Inexpensive Disks có ngĩa là sự
tận dụng các phần dư trong các ổ cứng độc lập. Ban đầu, RAID được sử dụng như một
giải pháp phòng hộ vì nó cho phép ghi dữ liệu lên nhiều đĩa cứng cùng lúc. RAID
chính là sự kết hợp giữa các đĩa cứng vật lý bẳng cách sử dụng một trình điều khiển
đặc biệt RAID có thể sử dụng như là một phần cứng lẫn phần mềm.

Hệ thống RAID được dùng trong việc đảm bảo an tồn dữ liệu khi có ổ đĩa bị lỗi
và phục hồi lại các dữ liệu, có thể thay nóng ổ đĩa đối với một số loại RAID và cũng
còn tùy thuộc vào máy chủ. RAID ngày càng trở nên cần thiết cho các hệ thống máy
tính.

Vì RAID mang tính tồn vẹn dữ liệu cao, phục hồi nhanh chóng nên RAID chủ

yếu được ứng dụng vào các máy máy chủ, không phải là các máy bàn không thể dùng
RAID được mà là do chi phí đầu tư khá tốn kém nên chỉ ở các hệ thống lớn địi hỏi độ
an tồn cho dữ liệu phải cao mới sử dụng.
1.7.2.2. Lịch sử ra đời và phát triển RAID.

Công nghệ RAID bắt nguồn từ ý tưởng gom những dung lượng nhỏ còn trống ở
nhiều ổ cứng để tạo một ổ cứng có dung lượng lớn hơn. Ngày 30/5/1978 Norman Ken
Ouchi tại IBM đã nhận được giải thưởng bằng sáng chế với chủ đề “System for
recovering data stored in failed memory unit”. Chủ đề này nói về cách hoạt động ghi
song song, ánh xạ và ghép đôi mà ngày nay được ứng dụng trong các loại RAID. Sau
nhiều năm nghiên cứu thì tại viện nghiên cứu Berkeley, David A Patterson, Garth A
Gibson và Randy Katz đã đưa ra định nghĩa vể RAID và các ứng dụng của nó. Vào
tháng 6/1988, trong một hội nghị SIGMOD, RAID chính thức được công bố là từ viết
tắt của “Redundant Arrays of Inexpensive Disks” và cũng từ ngày này trở đi, khái
niệm về RAID được xuất hiện.
1.7.2.3. Các chuẩn RAID.

- Các chuẩn RAID là các công nghệ lưu trữ , phân tách dữ liệu được sử dụng
trong RAID.

- Các loại RAID hay còn gọi là cấp độ RAID là những chế độ RAID được ứng
dụng dựa trên các công nghệ của những chuẩn RAID.

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

Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang 13

Ảo hóa cho doanh nghiệp vừa và nhỏ dùng Vmware ESX Server

Striping (còn gọi là Song Hành).

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

Hình 1.9: Sơ đồ hoạt động của chuẩn Striping.
Duplexing
Còn gọi là chuẩn Ghép Đôi. Đây là chuẩn mở rộng của ánh xạ. Dữ liệu cũng
được ghi trên hai ổ cứng nhưng phải có hai bộ điều khiển RAID kết nối với hai đĩa
cứng. Chi phí cho kĩ thuật này tốn kém hơn vì phải sử dụng hai bộ điều khiển và dung
lượng lưu trữ thật sự chỉ bằng một nửa dung lượng của các ổ đĩa.

Hình 1.10: Sơ đồ hoạt động của chuẩn Duplexing.

Trần Vũ Xuân – Lớp CCMM04B Trang 14