Nghiên cứu về công nghệ ảo hóa và ứng dụng

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

TRẦN VĂN ĐOÀN
NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ ẢO HOÁ
VÀ ỨNG DỤNG
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
HÀ NỘI – NĂM 2013
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

TRẦN VĂN ĐOÀN
NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ ẢO HOÁ
VÀ ỨNG DỤNG
CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG THÔNG TIN
MÃ SỐ: 60.48.01.04
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS ĐOÀN VĂN BAN
HÀ NỘI – NĂM 2013
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn
Trần Văn Đoàn
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể các thầy, cô giáo Học viện
Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã tận tình chỉ bảo em trong suốt thời gian học
tập tại nhà trường.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS. Đoàn Văn Ban, người đã trực
tiếp hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi và tận tình chỉ bảo cho em trong suốt
thời gian làm luận văn tốt nghiệp.
Bên cạnh đó, để hoàn thành đồ án này, em cũng đã nhận được rất nhiều sự

giúp đỡ, những lời động viên quý báu của các bạn bè, gia đình và đồng nghiệp. Em
xin chân thành cảm ơn.
Tuy nhiên, do thời gian hạn hẹp, mặc dù đã nỗ lực hết sức mình, nhưng chắc
rằng đồ án khó tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong nhận được sự thông cảm và chỉ
bảo tận tình của quý thầy cô và các bạn.
HỌC VIÊN
Trần Văn Đoàn
5
MỤC LỤC
6
DANH MỤC CÁC HÌNH
7
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài.
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: 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 không 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 không 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 lỗi hệ điều hành nào đó thì việc phục hồi đơn giản là chép
7
8
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 Availibility 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.
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 toàn bộ hệ thống từ đó
có chình sách nâng 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: công 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 thôi, 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.

Ảo hóa góp phần tăng cường tính liên tục trong doanh nghiệp và bảo
mật của hệ thống các ứng dụng. Ví dụ, việc sao lưu các máy ảo có thể thực hiện
dễ dàng vì thông thường máy chủ ảo là một tập tin (file) trên máy chủ vật lý gốc,
chỉ cần sao lưu tập tin này là đủ. Các tính năng ưu việt của các phần mềm ảo hóa
cũng cho phép thiết lập sự kết hợp các máy ảo cài đặt trên các máy chủ vật lý khác
nhau. Nếu một trong các máy chủ vật lý gặp hỏng hóc, máy chủ ảo trên máy vật lý
còn tốt sẽ tự động bước vào hoạt động thay thế cho máy chủ ảo nằm trên máy vật lý
bị hỏng. Những lợi ích thu được khi áp dụng ảo hóa đã thúc đẩy mạnh mẽ xu hướng
này trong các hệ thống IT. Kết quả khảo sát từ nhiều tổ chức khác nhau đều đã xác
nhận vị thế của xu hướng ảo hóa. Theo khảo sát của InformationWeek, khoảng 90%
chuyên gia IT khẳng định rằng công ty của họ đã triển khai hoặc có kế hoạch triển
khai công nghệ ảo hóa. Và câu trả lời tại sao ảo hóa được đưa vào sử dụng cho thấy
88% hướng tới mục đích hợp nhất hệ thống máy chủ, 55% cho mục đích phục hồi
8
9
thảm họa, 50% cho mục đích thử nghiệm phần mềm, 26% cho mục đích quản trị hệ
thống lưu trữ, và 5% cho các mục đích khác
Một khảo sát khác được Tạp chí CIO thực hiện với gần 300 CIO (Chief
Information Officer) cũng cho kết quả tương tự. Theo khảo sát này, động lực để áp
dụng ảo hóa của các DN một lần nữa khẳng định những lợi ích đã phân tích của ảo
hóa. 81% số câu trả lời hướng tới giảm thiểu chi phí nhờ vào sự hợp nhất hệ thống
máy chủ bằng công nghệ ảo hóa. 63% hướng tới hoàn thiện các giải pháp sao lưu và
phục hồi thảm họa qua các giải pháp ảo hóa.
Áp dụng ảo hóa trong các hệ thống IT mang lại những lợi ích thiết thực như
đã được phân tích trong bài viết. Với người sử dụng đầu cuối, việc tạo máy ảo (ví
dụ với VMware) trên các máy cá nhân (PC, laptop) đã không còn xa lạ và nhìn
chung họ đều trực tiếp trải nghiệm được những lợi ích mà áp dụng ảo hóa mang lại.
Tuy nhiên khi tiến ra quy mô lớn hơn cho một hệ thống IT của DN, tổ chức,
việc áp dụng các công nghệ ảo hóa vẫn cần có sự cân nhắc kỹ lưỡng dựa trên đánh
giá thực trạng hệ thống và nhu cầu sử dụng, cũng như đường hướng phát triển của

DN, tổ chức. Trong nhiều trường hợp, quyết định có áp dụng ảo hóa trong hệ thống
IT của DN hay không bao hàm thách thức mang tính tổ chức và chính sách nhiều
hơn là thách thức về mặt công nghệ. Lợi ích của ảo hóa chỉ thực sự được phát huy
khi ảo hóa được áp dụng trong các hoàn cảnh phù hợp.
Để hiểu rõ hơn về Công nghệ ảo hóa và lợi ích của ảo hóa mang lại, em đã
chọn đề tài “Nghiên cứu về công nghệ ảo hóa và ứng dụng” để làm luận văn tốt
nghiệp.
2. Mục đích nghiên cứu.
Nắm vững các vấn đề liên quan đến mô hình, các phương pháp, kỹ thuật ảo
hóa, các kiến trúc nền tảng máy chủ chia sẻ.Công nghệ ảo hóa, Ảo hóa dựa trên
Vmware Vsphere và thử nghiệm
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
Tổng quan về công nghệ ảo hóa.
Mô hình kiến trúc chung của ảo hóa.
Giới thiệu VMware Vsphere
9
10
4. Phương pháp nghiên cứu.
Phương pháp tài liệu: nghiên cứu các tài liệu liên quan đến công nghệ ảo
hóa, cung cấp tài nguyên trong nền tảng máy chủ chia sẻ,các công nghệ nền tẳng
của ảo hóa, Ảo hóa dựa trên Vmware vsphere
Phương pháp thực nghiệm: cài đặt thử nghiệm các chương trình liên quan
đến kỹ thuật cung cấp tài nguyên cho dịch vụ ảo hóa dựa trên nền tảng máy chủ
chia sẻ.
5. Nội dung luận văn
Bố cục của luận văn gồm có 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về công nghệ ảo hóa: tập trung trình bày giới thiệu về
công nghệ ảo hóa, lợi ích của việc ảo hóa, tìm hiểu một số hệ thống ảo hóa điển
hình, ứng dụng của ảo hóa.
Chương 2: Các công nghệ nền tảng của ảo hóa: trình bày các thành phần của

một hệ thống ảo hóa, các kiểu ảo hóa cơ bản, các công nghệ hỗ trợ ảo hóa.
Chương 3: Ảo hóa dựa trên VMWare và thử nghiệm: Trình bày tổng quan về
các thành phần của công nghệ VMWare, trình bày các dịch vụ ứng dụng của
vmware, các dịch vụ cơ sở hạ tầng của vmware.
Chương 4: Đề xuất mô hình ảo hóa, mô hình điện toán đám mây riêng trong
việc điều hành, triển khai phần mềm tin học bưu chính tại Bưu điện tỉnh Hải
Dương: trình bày nội dung cơ bản về điện toán đám mây, các loại hình dịch vụ điện
toán đám mây, các mô hình triển khai điện toán đám mây, bài toán quản lý của Bưu
điện tỉnh Hải Dương, đề xuất các yêu cầu kỹ thuật để triển khai đám mây riêng tại
bưu điện tỉnh Hải Dương, thử nghiệm môi trường ảo hóa tại Bưu điện tỉnh Hải
Dương, So sánh và đánh giá các phần mềm cung cấp tính năng ảo hóa, Cài đặt hệ
thống Vmware.
Phần kết luận, phần này trình bày tóm tắt về các nội dung thực hiện trong
luận văn này, đồng thời đưa ra những vấn đề nghiên cứu tiếp theo cho tương lai.
10
11
CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ẢO HÓA
1.1. Tổng quan Ảo hóa
Ảo hóa là một công 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 công 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 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.
Các bộ xử lý của hệ thống máy tính lớn được thiết kế hỗ trợ công nghệ ảo
hoá và cho phép chuyển các lệnh hoặc tiến trình nhạy cảm của các máy ảo có thể
ảnh hưởng trực tiếp đến tài nguyên hệ thống cho hệ điều hành chủ xử lý, sau đó lớp
ảo hóa sẽ mô phỏng kết quả để trả về cho máy ảo. Tuy nhiên không phải tất cả bộ
xử lý đều hỗ trợ ảo hóa. Các bộ xử lý cũ trên máy để bàn điều không có hỗ trợ chức

năng này. Ngày nay hai nhà sản xuất bộ xử lý lớn trên thế giới là Intel và AMD đều
tích cố gằn tích hợp công nghệ ảo hóa vào trong các sản phẩm của họ. Các bộ xử lý
có ứng dụng ảo hóa thường là Intel VT(Virtual Technology) hoặc AMD Pacifica.
Sử dụng công nghệ ảo đã hóa đem đến cho người dùng nhiều tiện ích. Việc
có thể chạy nhiều hệ điều hành đồng thời trên cùng một máy tính thuận tiện cho
việc học tập ngiên cứu và đánh giá một sản phẩm hệ điều hành hay một phần mềm
tiện ích nào đó. Nhưng không ngừng lại ở đó, những khả năng và lợi ích của ảo
hoá còn hơn thế và nơi gặt hái được nhiều thành công và tạo nên thương hiệu của
công nghệ ảo hóa đó chính là trong môi trường hệ thống máy chủ ứng dụng và hệ
thống mạng.
1.2. Các lợi ích của công nghệ Ảo hóa
Việc sử dụng công nghệ ảo hóa làm giảm số lượng máy chủ vật lý, giảm
lượng điện tiêu thụ, tiết kiệm được chi phí cho việc bảo trì phần cứng, nâng cao
hiệu quả công việc. Ngoài ra ta còn có thể dễ dàng mở rộng hệ thống khi có nhu
11
12
cầu, triển khai máy chủ mới nhanh, tận dụng tài nguyên hiện có:vì mỗi máy ảo đơn
giản chỉ là một tập tin hoặc thư mục, ta có thể tạo ra máy chủ mới bằng cách sao
chép từ một file máy chủ ảo hiện tại và cấu hình lại, chọn máy chủ vật lý còn dư
tài nguyên để đưa máy ảo mới lên. Ta cũng có thể chuyển các máy ảo sang một
môi trường cách ly một cách dễ dàng nên ta có thể thử nghiệm chương trình, nâng
cấp hệ thống ứng dụng mà không sợ ảnh hưởng đến tính ổn định của hệ thống hiện
tại, đồng thời cho phép quản trị viên có thể sử dụng cùng lúc nhiều hệ điều hành
khác nhau.
Với công cụ quản lý tập trung vCenter Server, ta sẽ theo dõi được máy chủ
nào đang quá tải, từ đó sẽ áp dụng chính sách là tăng tài nguyên về CPU, RAM,
HDD cho máy chủ 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 nhàn rỗi hơn để chạy. Toàn bộ quá
trình trên có thể được thực hiện mà không cần phải tắt máy ảo đó.
Khi có sự cố xảy ra đối với máy ảo do bị virus, lỗi hệ điều hành thì việc khắc

phục đơn giản chỉ là phục hồi lại file vmdk của máy ảo đã được backup và chạy lại
máy ảo một cách bình thường.
Khi có sự cố đối với máy chủ vật lý, thì toàn bộ máy ảo trên máy vật lý sẽ
được tự động di chuyển sang máy chủ vật lý khác.
1.3. Nhược điểm của việc ảo hóa
Đáng lưu ý nhất là vấn đề lưu trữ dữ liệu. Thông thường, mỗi máy ảo chỉ sử
dụng một file vmdk( file này có thể được chia nhỏ tùy theo cách cài đặt) để lưu lại
toàn bộ dữ liệu trong máy ảo và một số file nhỏ khác để lưu cấu hình của máy ảo.
Do đó, nếu một trong số những tập tin này bị lỗi hoặc bị mất mà chưa kịp backup
thì có thể xem như máy ảo đã bị hư hoàn toàn và không thể phục hồi.
Ngoài ra nếu máy chủ có cấu hình phần cứng thấp nhưng lại có một máy ảo
sử dụng quá nhiều tài nguyên hoặc chạy quá nhiều máy ảo thì sẽ làm chậm toàn bộ
hệ thống.
1.4. Một số hệ thống ảo hóa điển hình
Ảo hóa được xây dựng dựa trên giải pháp chia một máy vật lý thành nhiều
máy con. Giải pháp này được biết đến với cái tên là Virtual Machine Monitor
12
13
(VMM) sau này được biết gọi là hypervisor. VMM cho phép tạo tách rời các máy
ảo và điều phối truy cập 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 số hệ điều hành nào đó. Đó là vì các vấn đề tương thích giữa
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 hóa thành những dạng sau.
1.4.1. Kiểu ảo hóa VMM – Hypervisor
Công 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 luồn truy cập đến các tài nguyên phần cứng [2].
Trong máy tính, một máy tính ảo hoặc màn hình máy ảo (a hypervisor or
virtual machine monitor-VMM), là một phần của phần mềm máy tính, phần mềm
hoặc phần cứng tạo ra và chạy các máy ảo .
Một máy tính mà một máy tính ảo đang chạy một hoặc nhiều máy ảo được
định nghĩa là một máy chủ. Mỗi máy ảo được gọi là một máy khách. Hypervisor
trình bày các hệ điều hành khách với một nền tảng điều hành ảo và quản lý việc
thực hiện các hệ thống điều hành khách . Nhiều trường hợp của một loạt các hệ điều
hành có thể chia sẻ các tài nguyên phần cứng ảo hóa.
13
14
Hình 1.1 Hai loại ảo hóa hypervisor [2].
Loại 1(type 1): Hypervisor chạy trực tiếp trên phần cứng của máy chủ để
kiểm soát phần cứng và quản lý các hệ điều hành khách(OS). Một OS do đó chạy
trên một cấp độ trên hypervisor.
Mô hình này đại diện cho việc thực thi cổ điển của kiến trúc máy ảo, IBM đã
phát triển siêu giám sát ban đầu như công cụ loại 1 trong những năm 1960 : công cụ
kiểm tra, Simmon , và CP / CMS . CP / CMS là tổ tiên của IBM z / VM. Model hiện
đại gồm có Oracle VM Server cho SPARC , Oracle VM Server cho x86 , Citrix
XenServer , VMware ESX / ESXi và Microsoft Hyper-V 2008/2012 [2].
Loại 2(Type 2): hypervisor chạy trong một môi trường hệ điều hành thông
thường. Với các lớp hypervisor như một cấp phần mềm thứ hai riêng biệt, OS khách
chạy ở cấp độ thứ ba trên phần cứng. VMware Workstation và VirtualBox tiêu biểu
cho loại 2 hypervisor .
1.4.2.Kiểu ảo hóaHybrid
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 Hyrbird 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).
14
15
Hình 1.2 Kiểu ảo hóa Hybrid [12].
1.4.3.Kiểu ảo hóaMonolithic 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 thông qua lớp trình điều khiển thiết bị của lớp hypervisor.
Mô hình này mang lại hiệu năng cao, nhưng cũng giống như bất kì các giải
pháp khác, bên mặt ưu điểm thì nó cũng còn có nhiều điểm yếu.Vì nếu lớp trình
điều khiển 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 không
được như mong đợi. Một trình điều khiển không thể nào có thể điều khiển tốt hoạt
động của tất cả các thiết bị nên nó cũng có những thiết bị phần cứng không 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 1.3 Kiểu ảo hóa Monolithic Hypervisor
15
16

1.4.4.Kiểu ảo hóa Microkernelized Hypervisor
Microkernelized Hypervisor là một kiểu ảo hóa giống như Monolithic
Hyperviso. 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 xuốn lớp Hypervisor để liên lạc với phần cứng.
Hình 1.4 Kiểu ảo hóa Microkernelized Hypervisor
1.5. Ứng dụng của Ảo hóa
Công nghệ máy ảo phục vụ cho nhiều mục đích phong phú. Công nghệ này
cho phép hợp nhất phần cứng bởi vì nhiều hệ điều hành có thể cùng chạy trên một
máy tính. Những ứng dụng then chốt của công nghệ máy ảo bao gồm khả năng tích
hợp chéo giữa các nền tảng và các khả năng dưới đây:
Hợp nhất máy chủ. Nếu nhiều máy chủ vận hành ứng dụng mà chỉ tiêu thụ
một phần nhỏ tài nguyên sẵn có, thì công nghệ máy ảo có thể được sử dụng để cho
phép nhiều ứng dụng chạy song song trên một máy chủ duy nhất, ngay cả khi các
ứng dụng này cần tới những phiên bản hệ điều hành hay middleware khác nhau.
Hợp nhất cho các môi trường triển khai và thử nghiệm. Mỗi máy ảo đóng vai
trò như một môi trường riêng, điều này sẽ giảm bớt rủi ro và tạo điều kiện để các
chuyên gia phát triển nhanh chóng tái xây dựng các cấu hình hệ điều hành khác
16
17
nhau hoặc so sánh các phiên bản ứng dụng được thiết kế cho các hệ điều hành khác
nhau. Ngoài ra, chuyên gia phát triển cũng có thể kiểm tra các phiên bản phát triển
sớm của một ứng dụng trong một máy ảo mà không sợ làm mất đi tính ổn định của
hệ thống đối với những người dùng khác.
Re-hosting ứng dụng riêng. Các hệ điều hành và ứng dụng riêng có thể
chạy trên phần cứng mới cùng với những hệ điều hành và ứng dụng được đưa ra
gần đây hơn.

Đơn giản hóa kế hoạch đối phó và khôi phục thảm họa. Công nghệ máy ảo
có thể được sử dụng như một phần của kế hoạch phòng chống và khôi phục sau
thảm họa. Kế hoạch như vậy thường yêu cầu ứng dụng phải có khả năng di động,
linh hoạt trên khắp các nền tảng phần cứng.
Chuyển tới một trung tâm dữ liệu động. Giờ đây, Hyper- V, cùng với những
giải pháp quản lý hệ thống, giúp bạn tạo ra một môi trường CNTT năng động. Môi
trường này không chỉ cho phép bạn phản ứng lại các sự cố một cách hiệu quả hơn
mà còn xây dựng một giải pháp quản lý CNTT có khả năng tự quản lý và có tính
chất phòng trừ.
1.6. Kết luận chương
Công nghệ ảo hóa là một công nghệ được ra đời nhằm khai thác triệt để khả
năng làm việc của các phần cứng trong một hệ thống máy chủ. Tuy nhiên nó cũng
có những ưu và nhược điểm nhất định do vậy tùy vào từng hệ thống máy chủ mà
thiết kế hệ thống ảo hóa phù hợp như VMM-Hypervisor, Hybrid, Monolithic
Hypervisor, Microkernelized Hypervisor. Công nghệ ảo hóa phục vụ cho nhiều mục
đích phong phú như: hợp nhất máy chủ, hợp nhất cho các môi trường triển khai và
thử nghiệm, đơn giản hóa kế hoạch đối phó và khôi phục thảm họa, chuyển tới một
trung tâm dữ liệu động.
17
18
CHƯƠNG 2 - CÁC CÔNG NGHỆ NỀN TẢNG CỦA ẢO HÓA
2.1. 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 2.1 Các thành phần của một hệ thống ảo hóa [9].
2.1.1. Tài nguyên ảo hóa

Các tài nguyên vật lý trong môi trường ảo hóa cung cấp tài nguyên mà các
máy ảo sẻ sử dụng tới. 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.
2.1.2. Phần mềm ảo hóa
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 tản của một môi trường ảo hóa. Nó
18
19
cho phép tạo ra các máy ảo cho người sử dụng, quản lý các tài nguyên và cung cấp
các tài 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. Ngoài ra phần mềm ảo hóa còn cung cấp giao diện quản lý và
cấu hình cho các máy ảo.
2.1.3. Máy Ảo
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 môi 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 không biết phần cứng mà nó nhìn
thấy là phần cứng ảo.
2.1.4. 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 dùng 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. Ngoài 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.

2.2. Các kiểu Ảo hóa cơ bản
2.2.1. Ảo hóa Hệ thống mạng
Ảo hóa hệ thống mạng là một tiến trình hợp nhất tài nguyên, thiết bị mạng
cả phần cứng lẫn phần mềm thành một hệ thống mạng ảo. Sau đó, các tài nguyên
này sẽ được phân chia thành các channel và gắn với một máy chủ hoặc một thiết
bị nào đó.
Có nhiều phương pháp đề thực hiện việc ảo hóa hệ thống mạng. Các phương
19
20
pháp này tùy thuộc vào thiết bị hỗ trợ, tức là các nhà sản xuất thiết bị đó, ngoài ra
còn phụ thuộc vào hạ tầng mạng sẵn có, cũng như nhà cung cấp dịch vụ mạng(ISP).
Sau đây chúng tôi sẽ giới thiệu một vài mô hình ảo hóa hệ thống mạng:
Ảo hóa lớp mạng(Virtualized overlay network): Trong mô hình này, nhiều hệ
thống mạng ảo sẽ cùng tồn tại trên một lớp nền tài nguyên dùng chung. Các tài
nguyên đó bao gồm các thiết bị mạng như router, switch, các dây truyền dẫn,
NIC(network interface card). Việc thiết lập nhiều hệ thống mạng ảo này sẽ cho phép
sự trao đổi thống suốt giữa các hệ thống mạng khác nhau, sử dụng các giao thức và
phương tiện truyền tải khác nhau, ví dụ như mạng internet, hệ thống PSTN, hệ
thống Voip,
2.2.2. Ảo hóa hệ thống lưu trữ
Ảo hóa hệ thống lưu trữ về cơ bản là sự mô phỏng, giả lập việc lưu trữ từ các
thiết bị lưu trữ vật lý. Các thiết bị này có thể là băng từ, ổ cứng hay kết hợp cả 2
loại. Việc làm này mang lại các ích lợi như việc tăng tốc khả năng truy xuất dữ liệu,
do việc phân chia các tác vụ đọc, viết trong mạng lưu trữ. Ngoài ra, việc môt phỏng
các thiết bị lưu trữ vật lý cho phép tiết kiệm thời gian hơn thay vì phải định vị xem
máy chủ nào hoạt động trên ổ cứng nào để truy xuất.
Ảo hóa hệ thống lưu trữ có ba dạng mô hình sau đây:
Host-based: Trong mô hình này, ngăn cách giữa lớp ảo hóa và ổ đĩa vật lý là
driver điều khiển của các ổ đĩa. Phần mềm ảo hóa sẽ truy xuất tài nguyên( các ổ
cứng vật lý) thôn qua sự điều khiển và truy xuất của lớp Driver này.

Storage-device based: Trong dạng này, phần mềm ảo hóa giao tiếp trực tiếp
với ổ cứng. Ta có thể xem như đây là một dạng firmware đặc biệt, được cài trực tiếp
vào ổ cứng. Dạng này cho phép truy xuất nhanh nhất tới ổ cứng, nhưng cách thiết
lập thường khó khăn và phức tạp hơn các mô hình khác. Dịch vụ ảo hóa được cung
cấp cho các Server thông qua một thiết bị điều khiển gọi là Primary Storage
Controller.
Network-based: Trong mô hình này, việc ảo hóa sẽ được thực thi trên một
thiết bị mạng, ở đây có thể là một thiết bị switch hay một máy chủ. Các switch hay
20
21
máy chủ này kết nối với các trung tâm lưu trữ (SAN). Từ các switch hay Server này,
các ứng dụng kết nối vào được giao tiếp với trung tâm dữ liệu bằng các “ổ cứng”
mô phỏng do switch hay Server tạo ra dựa trên trung tâm dữ liệu thật. Đây cũng là
mô hình hay gặp nhất trên thực tế.
2.2.3. Ảo hóa ứng dụng
Ảo hóa ứng dụng là một dạng công nghệ ảo hóa khác cho phép chúng ta tách
rời mối liên kết giữa ứng dụng và hệ điều hành và cho phép phân phối lại ứng dụng
phù hợp với nhu cầu user. Môt ứng dụng được ảo hóa sẽ không được cài đặt lên
máy tính một cách thông thường, mặc dù ở góc độ người sử dụng, ứng dụng vẫn
hoạt động một cách bình thường. Việc quản lý việc cập nhật phần mềm trở nên dễ
dàng hơn, giải quyết sự đụng độ giữa các ứng dụng và việc thử nghiệm sự tương
thích của chúng cũng trở nên dễ dàng hơn. Hiện nay đã có khá nhiều chương trình
ảo hóa ứng dụng như Citrix XenApp, Microsoft Application Virtualization, Vmware
ThinApp…với hai loại công nghệ chủ yếu sau:
Application Streaming: ứng dụng được chia thành nhiều đoạn mã và được
truyền sang máy người sử dụng khi cần đến đoạn mã đó. Các đoạn mã này thường
được đóng gói và truyền đi dưới giao thức HTTP, CIFS hoặc RTSP.
Desktop Virtualization/Virtual Desktop Infrastructure(VDI): ứng dụng sẽ
được cài đặt và chạy trên một máy ảo. Một hạ tầng quản lý sẽ tự động tạo ra các
desktop ảo và cung cấp các desktop ảo này đến các đối tượng sử dụng.

2.2.4. Ảo hóa hệ thống máy chủ
Ảo hóa hệ thống máy chủ cho phép ta có thể chạy nhiều máy ảo trên một
máy chủ vật lý, đem lại nhiều lợi ích như tăng tính di động, dễ dàng thiết lập với các
máy chủ ảo, giúp việc quản lý, chia sẻ tài nguyên tốt hơn, quản lý luống làm việc
phù hợp với nhu cầu, tăng hiệu suất làm việc của một máy chủ vật lý.
Xét về kiến trúc hệ thống, các mô hình ảo hóa hệ thống máy chủ có thể ở
hai dạng sau:
Host-based: 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
21
22
tới các máy ảo. Ta xem hypervisor này là một lớp phần mềm riêng biệt, do đó các
hệ điều hành khách của máy ảo sẽ nằm trên lớp hypervisor rồi đến hệ điều hành của
máy chủ và cuối cùng là hệ thống phần cứng.Một số hệ thống hypervisor dạng
Hosted có thể kể đến như: Vmware Server, Vmware Workstation, Microsoft Virtual
Server,… [18].
Hypervisor-based:hay còn gọi là bare-metal hypervisor: Trong kiến trúc
này, lớp phần mềm, hypervisor chạy trực tiếp trên nền tảng phần cứng của máy
chủ, 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 nằm trên các hypervisor dạng bare-metal hypervisor như
là Oracle VM, Vmware ESX Server, IBM’s POWER hypervisor, Microsoft’s
Hyper-V, Citrix XenServer,…
2.3. Các công nghệ hỗ trợ Ảo hóa
2.3.1 Công nghệ RAID
2.3.1.1 Khái niệm RAID
RAID là chữ viết tắt của Redundant Array of Independent 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 [3].
Hệ thống RAID được dùng trong việc đảm bảo an toàn 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 toàn 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
đòi hỏi độ an toàn cho dữ liệu phải cao mới sử dụng.
22
23
2.3.1.2Các 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.
23
24
Các chuẩn RAID đang nghiên cứu và phát triển hiện nay:
a : 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 2.2 Sơ đồ hoạt động của chuẩn Striping [3].
b :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 2.3 Sơ đồ hoạt động của chuẩn Duplexing

24
25
c :Chuẩn Parity RAID :
Đây là phương pháp bảo vệ an toàn cho dữ liệu, nó sử dụng các thông tin
mang tính chẵn lẻ bằng cách lưu giữ một con số nhị phân 0 hoặc 1 cho biết tổng các
bit trong gói tin là chẵn hay lẻ. Nếu dùng chuẩn này thì lợi ích lớn nhất của nó là
không yêu cầu hệ thống RAID bớt đi một phần dung lượng để lưu trữ dữ liệu .
Nhưng khuyết điểm của nó là phải yêu cầu hệ thống có một phần cứng thật mạnh.
2.3.1.3. Các loại RAID
a: RAID level 0
Sử dụng chuẩn gi song hành để ghi dữ liệu lên ổ đĩa.Vì thế tốc độ của chuẩn
này thì nhanh và ít tốn kém vì chỉ dùng một thiết bị điều khiển RAID.Nhược điểm
của nó là không bảo đảm an toàn dữ liệu.Khi một ổ cứng bị lỗi thì dữ liệu trên các ổ
cứng còn lại sẽ không sử dụng được.Không thể thay nóng ổ cứng vì nếu mất một ổ
cứng thì toàn bộ dữ liệu sẽ không sử dụng được. RAID 0 đòi hỏi ít nhất hai ổ đĩa và
dung lượng là tổng dung lượng RAID của các ổ đĩa.Ví dụ có hai ổ đĩa 80GB thì
RAID 0 sẽ tạo thành một ổ đĩa 160GB.
Hình 2.4 Sơ đồ hoạt động của RAID level 0
b: RAID level 1 :
Sử dụng chuẩn ánh xạ hay ghép đôi để ghi dữ liệu lên các ổ đĩa.Tốc độ truy xuất
dữ liệu bình thường như đối với một ổ đĩa đơn.Ưu điểm của RAID 1 là tính an toàn
dữ liệu cao,vì dữ liệu được sao chép và lưu trữ trên hai ổ đĩa khác nhau.Khi một ổ
đĩa hỏng thì ổ đĩa thứ hai sẽ hoạt động và dữ liệu được đảm bảo an toàn.Có thể thay
nóng một ổ cứng bị hỏng.Công nghệ này cũng đòi hỏi ít nhất hai ổ cứng,và dung
25