ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY VÀ CÔNG NGHỆ ẢO HÓA

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là tìm hiểu và nghiên cứu của riêng tôi .
Các số liệu nêu trong luận văn là trung thực và có cơ sở lý thuyết tham khảo.

Kết quả đạt được trong luận văn là chưa từng nơi nào công bố.

Tác giả

Nguyễn Hữu Tú

1


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................ 7
1.1 Sự cần thiết của đề tài .............................................................................. 7
1.2 Mục tiêu ý nghĩa nghiên cứu: .................................................................. 8
1.3 Phạm vi nghiên cứu .................................................................................. 8
1.4 Cấu trúc luận văn ..................................................................................... 9
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY VÀ CÔNG
NGHỆ ẢO HÓA .................................................................................................. 10
2.1 ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY ...................................................................... 10
2.1.1

Khái niệm ....................................................................................... 10

2.1.2

Các thành phần của điện toán đám mây .................................... 10

2.1.3

Cơ sở hạ tầng ................................................................................. 11

2.1.4

Những lợi ích của điện toán đám mây ........................................ 12

2.1.5

Các mô hình điện toán đám mây ................................................. 14

2.2 CÔNG NGHỆ ẢO HÓA ........................................................................ 20
2.2.1

Khái niệm ....................................................................................... 21

2.2.2

Lịch sử ảo hóa ................................................................................ 23

2.2.3

Tại sao phải ảo hóa?...................................................................... 24

2.2.4

Ảo hóa hoạt động như thế nào? ................................................... 28

2.2.5

Phân loại ảo hóa ............................................................................ 29

CHƯƠNG 3: CÁC GIẢI PHÁP ẢO HÓA ....................................................... 40
3.1 Giải pháp IBM VMware ........................................................................ 40
2


3.1.1

Tính năng đa xử lý ( Symmetric multi-Processing- SMP) ........ 45

3.1.2

Tính năng di chuyển máy ảo ( VMware Vmotion) : .................. 45

3.1.3

Tính năng chuyển dổi tài nguyên ( Distributed resource

scheduler- DRS) ........................................................................................... 46
3.1.4

Tính năng cân bằng tải ( High Availability -HA) ..................... 47

3.1.5

Tính năng chuyển đổi máy thật thành máy ảo (VMware

convert): ....................................................................................................... 48

3.2 Giải pháp ảo hóa mà nguồn mở KVM ................................................. 49
3.2.1

Các tầng siêu giám sát (Hypervisor) ........................................... 49

3.2.2

Mô phỏng thiết bị ( Quick emulator –QEMU) ........................... 50

3.2.3

Ảo hóa mạng (Virtual networking) ............................................. 51

3.2.4

Công cụ và công nghệ ảo hóa ( VM tools and Technologies) .... 52

3.2.5

Quán lý máy ảo ( Local management) ........................................ 52

3.3 Giải pháp ảo hóa của Citrix XEN ......................................................... 52
3.3.1

Giới thiệu Citrix ............................................................................ 52

3.3.2

Công nghệ ảo hóa Citrix ............................................................... 53

3.4 Giải pháp ảo hóa của Microsoft Hyper V ............................................ 55
3.4.1

Lợi ích của ảo hoá Hyper-V ......................................................... 55

3.4.2

Kiến trúc của Hyper-V ................................................................. 57

CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH ẢO HÓA HẠ TẦNG TÍNH TOÁN TRƯỜNG ĐẠI
HỌC ...................................................................................................................... 61
4.1 Hạ tầng công nghệ thông tin trong trường đại học Quốc Gia Hà Nội
61
4.2 Đề xuất mô hình ảo hóa trong trường Đại học Quốc gia Hà Nội....... 65
3


KẾT LUẬN .......................................................................................................... 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 74

4


Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt (nếu có)
STT Phần viết tắt

Phần viết đầy đủ

1

Clients

Máy trạm

2

Cluster

Cụm máy chủ

3

Server

Máy chủ

4

Information Technology(IT)

Công nghệ thông tin

5

Datacenter

Trung tâm dữ liệu

6

Direct Attached Storage(DAS)

Lưu trữ qua thiết bị gắn trực tiếp

7

Distributed server

Máy chủ phân tán

8

Fullvirtualization

Ảo hóa hoàn toàn

9

Infrastrucure as a Service (IaaS)

Giải pháp hạ tầng như là một dịch vụ

10

Paravirtualization

Ảo hóa một phần

11

Platform as a Service(PaaS)

Giải pháp nền tảng như là một dịch
vụ

12

Network Attached Storage(NAS)

Lưu trữ qua mạng ip

13

Infrastrucure as a Service (IaaS)

Giải pháp hạ tầng như là một dịch vụ

14

Service Level Agreement(SLA)

Thảo thuận mức độ dịch vụ

15

Software as a Service(SaaS)

Giải pháp dịch vụ như là dịch vụ

16

Storage

Lưu trữ

17

Storage Area Network (SAN)

Lưu trữ qua mạng chuyên dụng

18

Virtualization

Ảo hóa

5


Danh mục các hình ảnh, đồ thị.
nh

nh C c mô h nh điện to n đ m mây ................................................... 15

nh

iải pháp hạ tầng như một dịch vụ ........................................................ 20

nh

h i niệm ảo hóa máy chủ trong doanh nghiệp –Theo [3] ................... 22

nh

iểu đồ khảo sát mục đích ảo hóa? Theo [3] ......................................... 26

nh

ết quả khảo sát 300 CIO về động lực sử dụng ảo hóa ......................... 27

nh

hảo s t động lực để áp dụng ảo hóa ................................................... 28

nh

Ảo hóa hoạt động như thế nào. .............................................................. 28

nh

iải ph p lưu trữ truyền thống - DAS ................................................... 31

nh

Ảo hóa mạng ........................................................................................ 37

nh

Ảo hóa ứng dụng .................................................................................. 38

nh

Kiến trúc cơ sở hạ tầng của trung tâm dữ liệu ....................................... 40

nh

ết nối hệ thống cơ sở dư liệu .............................................................. 41

nh

iến trúc mạng trong hệ thống VMware ............................................. 42

nh

M y chủ quản lý tập trung ................................................................... 43

nh

iến trúc ảo hóa trung tâm dữ liệu......................................................... 44

nh

M ar

motion .................................................................................. 46

nh

M ar

......................................................................................... 47

nh 8 VMware Hight Availability ................................................................... 48
nh

iến trúc của KVM .............................................................................. 49

nh

C c phần lõi của thiết bị...................................................................... 50

nh

: Ảo hóa mạng trong KVM ................................................................... 51

nh

Cấu trúc ảo hóa Hypervisor ................................................................ 58

nh

ảng giá của các phiên bản Windows Server 2008 ............................. 59

nh

o s nh c c giải pháp ảo hóa ............................................................... 60

nh

Mô h nh ảo hóa và giải pháp ảo hóa ..................................................... 66

6


CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1

Sự cần thiết của đề tài

Từ nhiều năm trở lại đây môi trường phát triển các ứng dụng CNTT đã
chuyển từ d sktop sang môi trường Client – Server hoặc Web based Client
Server. Vì vậy mỗi nghiên cứu, mỗi ứng dụng CNTT phát sinh lại đòi hỏi phải có
những

rv r tương ứng.
Trong công tác nghiên cứu của mình mỗi nhóm nghiên cứu hoặc mỗi cán

bộ sinh viên luôn có nhu cầu về những server – thiết bị tính toán xử lý thông tin
mạnh, chúng có thể được đòi hỏi kết nối trực tuyến vào Internet / VinaREN hoặc
không. Trong thời gian nghiên cứu thử nghiệm và đào tạo cán bộ, sinh viên cũng
cần có những s rv r riêng để thực hiện những đề tài của mình.
Trong công tác quản lý, tiến tới xây dựng một đại học theo mô hình số hóa,
việc tin học hóa toàn diện các nghiệp vụ quản lý của nhà trường và cung cấp các
biểu bảng thống kê tổng hợp cũng đòi hỏi phải xây dựng hàng loạt các ứng dụng
và c c s rv r để chạy các ứng dụng cũng như cơ sở dữ liệu liên quan. Nhu cầu về
việc đầu tư mua sắm các server cho các nhóm nghiên cứu, c c s rv r đ p ứng nhu
cầu phát sinh từ công t c đào tạo và các server chạy các ứng dụng quản lý là rõ
ràng và rất lớn. Thực tế trong những năm qua, dù gặp khó khăn về kinh phí khiến

nhà trường không thể đầu tư mua sắm bổ sung thay thế các server của hệ thống
mạng nhưng vẫn phải đầu tư rải rác mua sắm các server trang bị cho c c đơn vị
nghiên cứu đào tạo (c c trường và Trung tâm nghiên cứu).
Tuy nhiên, vì những yêu cầu về cấu hình, tài nguyên tính toán xử lý thông
tin của mỗi nhóm nghiên cứu hay cá nhân là rất khác nhau và thời gian sử dụng
c c tài nguyên này cũng kh c nhau và không phải luôn luôn sử dụng các tài
nguyên này ở mức tối đa nên về tổng thể, c c s rv r này không được tổ chức sử
dụng một cách tối ưu

iệc tổ chức khai thác tối ưu tài nguyên trong hệ thống

thiết bị phân tán, rải rác trong nhiều đơn vị khác nhau theo hướng chia sẻ tài
7


nguyên đòi hỏi những giải pháp công nghệ phức tạp và đối mặt với nhiều khó
khăn trong quản lý, cấu h nh cũng như gây tốn kém về năng lượng vận hành duy
trì (nguồn điện cấp cho server, thiết bị liên quan và hệ thống làm mát).
Hiện tại, khi hệ thống truyền thông đến người dùng cuối đã được đảm bảo
liên tục với băng thông tốc độ cao, giải ph p đang có tính thời sự và được tất cả
các nhà cung cấp dành nhiều công sức phát triển và phổ cập là xây dựng các hệ
thống tích hợp tính toán xử lý dữ liệu tập trung, tiến hành ảo hóa toàn bộ tài
nguyên và tổ chức chia sẻ tài nguyên cho người dùng (các server ảo với số lượng
CPU, AM, dung lượng lưu trữ ngoài x c định theo từng nhu cầu cụ thể của từng
người dùng ở từng giai đoạn khác nhau). Thậm chí, nắm bắt nhu cầu thị trường và
dựa trên nền tảng của giải ph p này, đã xuất hiện những dịch vụ cung cấp các tài
nguyên ảo về tính toán xử lý thông tin, th o đó những đơn vị không có đặc thù
riêng nào đó có thể thuê bao các tài nguyên ảo và trả phí định kỳ.
Chính vì vậy tôi đã quyết định thực hiện đề tài “Mô hình ảo hóa và giải
pháp ảo hóa hạ tầng tính toán trong các trường Đại học”

1.2

Mục tiêu ý nghĩa nghiên cứu:

Nghiên cứu này đề xuất xây dựng hệ thống tính toán xử lý thông tin của
nhà trường th o định hướng đầu tư tập trung các server, tích hợp chúng trong một
môi trường ảo hóa và tổ chức chia sẻ một cách tối ưu cho người dùng theo nhu
cầu ở từng giai đoạn cụ thể.
1.3 Phạm vi nghiên cứu
Công nghệ ảo hóa, các giải pháp ảo hóa mã nguồn mở, giải pháp ảo hóa
phải trả phí.
Không gian: Khảo sát cụ thể hạ tầng công nghệ thông tin trong trường Đại
học Quốc gia Hà Nội. Từ đó đề xuất mô hình ảo hóa và giải pháp ảo hóa hạ tầng
tính toán.
Thời gian: Trong thời gian từ th ng năm
8

đến bây giờ


1.4 Cấu trúc luận văn
Cấu trúc luận văn bao gồm Chương
Chương 1: Đặt vấn đề
Chương này tập trung xây dựng tính cấp thiết của việc thực hiện nghiêncứu
cũng như phạm vi và thời gian nghiên cứu và những kết quả mong muốn đạt được
của đề tài.
Chương 2: Tổng quan về điện toán đám mây và công nghệ ảo hóa
Trong chương này giới thiệu lý thuyết về điện to n đ m mây và công nghệ ảo
hóa. Tại sao phải ảo hóa?
Chương 3: Các giải pháp ảo hóa

Tìm hiểu các giải pháp của các hãng lớn và c c đặc điểm ưu thế của từng loại giải
pháp từ đó ta sẽ lựa chọn giải pháp áp dụng.
Chương 4: Đề xuất mô hình ảo hóa hạ tầng tính toán
Dựa vào những nghiên cứu, tìm hiểu về các giải pháp và khảo sát hạ tầng tính
to n trong trường Đại học Quốc gia Hà Nội để đưa ra mô h nh ảo hóa, và áp
dụng công nghệ ảo hóa nhằm tối ưu hóa tài nguyên hệ thống,

9


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY VÀ CÔNG
NGHỆ ẢO HÓA

2.1 ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY
2.1.1

Khái niệm

Theo [1] “Điện toán đám mây là một dạng hệ thống song song phân tán bao
gồm tập hợp các máy chủ ảo kết nối với nhau, các máy chủ ảo này được
cấp phát tự động và thể hiện như một hay nhiều tài nguyên tính toán độc lập
dựa trên sự đồng thuận ở mức dịch vụ được thiết lập thông qua quá trình đàm
phán giữa người sử dụng và nhà cung cấp.”
Th o [ ] “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 và
được cung cấp như một dịch vụ trên mạng Internet”.
2.1.2

Các thành phần của điện toán đám mây

Một c ch đơn giản, giải ph p điện to n đ m mây được cấu tạo từ nhiều
thành phần bao gồm: những máy client, trung tâm dữ liệu (datacenter) và các máy
chủ phân tán (distributed servers). Các thành phần này tạo nên ba phần của giải
ph p điện to n đ m mây Mỗi phần có mục đích và vai trò cụ thể trong việc cung
cấp ứng dụng chức năng đ m mây
Máy trạm (Clients): Thông thường, Clients là những m y tính để bàn, nhưng
Cli nts cũng có thể là những laptop, tablet, hay các thiết bị di dộng.
Trung tâm dữ liệu (Datacenter): Trung tâm dữ liệu là tập hợp các máy chủ nơi
mà các ứng dụng của khách hàng đăng kí được lưu trữ Xu hướng phát triển của
công nghệ hiện nay là ảo hóa máy chủ Nghĩa là, phần mềm cho phép cài đặt
nhiều thể hiện máy chủ ảo để sử dụng. Theo cách này, ta có thể có hàng chục máy
chủ ảo trên một máy chủ thực.

10


Máy chủ phân tán (Distributed Servers): Các máy chủ không đặt cùng một
vị trí mà các máy chủ này được đặt ở nhiều vị trí kh c nhau Phương ph p này sẽ
cũng cấp các dịch vụ một cách linh hoạt hơn trong việc lựa chọn và bảo mật
2.1.3

Cơ sở hạ tầng

Cơ sở hạ tầng được triển khải theo nhiều cách và sẽ phụ thuộc vào các ứng
dụng và cách lựa chọn để xây dựng giải ph p đ m mây Đây chính là một trong
những ưu điểm chính khi sử dụng đ m mây Nhu cầu của bạn là cần một số lượng
lớn máy chủ vượt xa sự mong muốn hoặc chi phí cho việc chạy chúng. Ngoài ra,
ta rất có thể chỉ cần một bộ xử lí mạnh, do đó ta không muốn mua và chạy một
server chuyên dụng. Giải phải đ m mây đ p ứng cả 2 nhu cầu đó
- Điện to n lưới (Grid Computing ) Điện to n lưới thường bị nhầm lần với

điện to n đ m mây, nhưng chúng kh kh c nhau Điện to n lưới ghép tài nguyên
của nhiều m y tính để giải quyết một vấn đề trong cùng một thời gian.
Ưu điểm :
 Đây là phương ph p hiệu quả về phí tổn để sử dụng một số lượng tài
nguyên máy tính.
 Là c c để giải quyết các vấn đề khi cần một số lượng lớn toán phức tạp.
 Tài nguyên nhiều máy tính có thể hợp tác chia sẻ, mà không có một máy
tính nào quản lí.
- Ảo hóa hoàn toàn ( Fullvirtualization) là một kĩ thuật mà trong đó cài đặt
đầy đủ một máy chạy trên một máy khác. Kết quả là một hệ thống sẽ có tất cả
phần mềm đang chạy trên s rv r đều chạy trong một máy ảo.
Mục đích :
 Chia sẻ một hệ thống máy tính giữa nhiều người dùng.


Cô lập những người sử dụng với nhau và cô lập những người sử

dụng với chương tr nh điều khiển.
 Mô phỏng phần cứng trên thiết bị khác

11


- Ảo hóa một phần (Paravirtualization) Ảo hóa một phần cho phép nhiều hệ
điều hành chạy trên một thiết bị phần cứng tại cùng một thời điểm và hiệu quả
hơn cho việc sử dụng tài nguyên hệ thống, như vi xử lý và bộ nhớ. Ảo hóa một
phần làm việc tốt nhất với các dạng triển khai như


Khôi phục sự cố (Disaster recovery) trong trường hợp một sự cố xảy ra,

đối tượng khách hàng có thể chuyển tới phần cứng kh c cho đến khi thiết bị có
thể được sử chữa.


Khả năng dịch chuyển (Magration) : Chuyển tới một hệ thống mới dễ hơn

và nhanh hơn bởi đối tượng khách hàng có thể được gỡ bỏ từ phần cứng cơ bản.


Quản lý dung lượng lưu trữ (Capacity management) : bởi vì magration dễ

dàng, quản lý dung lượng lưu trữ đơn giản hơn cho việc thực thi. Dễ dàng thêm
nhiều khả năng xử lí hoặc dung lượng ổ cứng trong môi trường ảo.
2.1.4

Những lợi ích của điện toán đám mây

Một định nghĩa cho điện to n đ m mây có thể được đưa ra như là một mô
hình máy tính mới mà ở đó dữ liệu và các dịch vụ được đặt tại các trung tâm dữ
liệu có thể mở rộng trong c c đ m mây và có thể được truy cập từ bất kỳ thiết bị
nào qua internet.
Cung cấp các dịch vụ khác nhau trên các máy ảo được cấp phát trong một
tập hợp các máy tính vật lý lớn nằm trong đám mây Điện to n đ m mây trở nên
tập trung chỉ khi chúng ta suy nghĩ về c i mà CNTT đã luôn luôn mong muốn một c ch để tăng năng lực hoặc thêm các khả năng kh c nhau vào thiết lập hiện
tại mà không cần đầu tư vào cơ sở hạ tầng mới, đào tạo nhân viên mới hoặc cấp
giấy phép mới phần mềm

à đ m mây điện to n đã cung cấp một giải pháp tốt

hơn
Khả năng tính toán lớn và khả năng lưu trữ ở trong môi trường phân tán
của đám mây Điện to n đ m mây phải làm thế nào để khai thác khả năng của các
tài nguyên và làm cho các tài nguyên sẵn sẵn sàng như một thực thể duy nhất mà
12


có thể được thay đổi để đ p ứng các nhu cầu hiện tại của người dùng Cơ sở của
Điện to n đ m mây là tạo ra một tập các máy chủ ảo rộng lớn và khách hàng sẽ
truy cập chúng. Bất thiết bị truy cập

b nào cũng có thể được sử dụng để truy

cập vào các nguồn tài nguyên thông qua các máy chủ ảo Căn cứ vào tính toán
nhu cầu của khách hàng, cơ sở hạ tầng được phân bổ cho khách hàng có thể được
tăng lên hoặc hạ xuống.
Từ quan điểm kinh doanh điện toán đám mây là một phương pháp để giải
quyết khả năng mở rộng và những mối quan tâm cho các ứng dụng quy mô lớn,
trong đó bao gồm việc chi phí ít hơn. Bởi v tài nguyên được phân bổ cho khách
hàng có thể dựa trên nhu cầu khác nhau của khách hàng và có thể được thực hiện
mà không phiền phức nào, các nguyên cần thiết là rất ít.
Những đặc trưng của điện toán đám mây
Tự Sửa Chữa: Bất kỳ ứng dụng hoặc dịch vụ nào đang chạy trong một môi
trường điện to n đ m mây có một tính chất tự sửa chữa. Trong trường hợp ứng
dụng thất bại, luôn luôn có một dự phòng tức thời của ứng dụng sẵn sàng để cho
công việc không bị gi n đoạn. Có nhiều bản sao của cùng một ứng dụng - mỗi
bản cập nhật chính nó thường xuyên vì vậy ở những lần thất bại, có ít nhất một
bản sao của ứng dụng có thể lấy lên hoạt động mà thậm chí không cần thay đổi
nhỏ nào trong trạng thái chạy của nó.
Nhiều người sử dụng: Với điện to n đ m mây, bất kỳ ứng dụng nào cũng hỗ

trợ đa người dùng - đó là khái niệm dùng để chỉ nhiều người sử dụng đ m mây
trong cùng thời gian. Hệ thống cho phép một số khách hàng chia sẻ cơ sở hạ tầng
được phân bổ cho họ mà không ai trong họ nhận biết về sự chia sẻ này Điều này
được thực hiện bởi việc ảo hóa các máy chủ trong một dải c c m y tính và sau đó
cấp phát các máy chủ đến nhiều người sử dụng Điều này được thực hiện theo
c ch mà trong đó sự riêng tư của người sử dụng và bảo mật của dữ liệu của họ
không bị tổn hại.
Khả năng mở rộng tuyến tính: Dịch vụ điện to n đ m mây có khả năng mở
13


rộng tuyến tính. Hệ thống có khả năng phân chia các luồng công việc thành phần
nhỏ và phục vụ nó qua cơ sở hạ tầng. Một ý tưởng chính xác của khả năng mở
rộng tuyến tính có thể được lấy từ thực tế là nếu một máy chủ có thể xử lý
1000 giao dịch trong một giây, thì hai máy chủ có thể xử lý 2.000 giao dịch trong
một giây.
Hướng dịch vụ: Hệ thống Điện to n đ m mây là tất cả các dịch vụ th o định
hướng – những dịch vụ như vậy được tạo ra từ những dịch vụ rời rạc khác. Rất
nhiều dịch vụ rời rạc như vậy là sự kết hợp của nhiều dịch vụ độc lập khác với
nhau để tạo dịch vụ này Điều này cho phép việc tái sử dụng các dịch vụ khác
nhau sẵn có và đang được tạo ra. Bằng việc sử dụng các dịch vụ đã được tạo ra
trước đó, những dịch vụ khác có thể được tạo ra từ đó
Thỏa thuận số lượng dịch vụ(Service level agreement-SLA): Thông thường
các doanh nghiệp có thỏa thuận về số lượng dịch vụ. Khả năng mở rộng và các
vấn đề có sẵn có thể làm cho các thỏa thuận này bị phá vỡ. Tuy nhiên, các dịch vụ
điện to n đ m mây là hướng LA, như việc khi hệ thống có kinh nghiệm đạt đỉnh
của tải, nó sẽ tự động điều chỉnh chính nó để tuân thủ các thỏa thuận ở cấp độ
dịch vụ. Các dịch vụ sẽ tạo ra thêm những thực thể của ứng dụng trên nhiều máy
chủ để cho việc tải có thể dễ dàng quản lý.
Khả năng ảo hóa: Các ứng dụng trong điện to n đ m mây hoàn toàn t ch rời

khỏi phần cứng nằm bên dưới Môi trường điện to n đ m mây là một môi trường
ảo hóa đầy đủ.
Linh hoạt: Một tính năng kh c của các dịch vụ điện to n đ m mây là chúng
linh hoạt. Chúng có thể được dùng để phục vụ rất nhiều loại công việc có khối
lượng khác nhau từ tải nhỏ của một ứng dụng nhỏ cho đến tải rất nặng của một
ứng dụng thương mại.
2.1.5

Các mô hình điện toán đám mây

ưới đây là mô h nh chung của điện to n đ m mây
- Hệ thống giao tiếp phần cứng ( Commodity Hardware)
14


 Hệ thống máy chủ
 Hệ thống lưu trữ
 Hệ thống mạng
- Nền tảng chạy dịch vụ ( Platform as a Service)
 Các hệ điệu hành chạy trên máy chủ
 Các nền tảng chạy ứng dụng trên hệ điều hành đó
- Ứng dụng ( Applications)
 Bao gồm các ứng dụng
 Các hệ thống quản lý

Hình .1 Hình Các mô hình điện toán đám mây

2.1.5.1

Giải pháp hạ tầng như một dịch vụ (Infrastrucure as a

Service -IaaS):
Giải pháp hạ tầng như một dịch vụ là một mô hình triển khai ứng dụng mà ở
đó người cung cấp cho phép người dùng sử dụng dịch vụ theo yêu cầu. Những
nhà cung cấp IaaS có thể lưu trữ ứng dụng trên máy chủ của họ hoặc tải ứng dụng
15


xuống thiết bị của khách hàng sẽ vô hiệu hóa sau khi kết thúc thời hạn. Một số
phần mềm được cung cấp như


Bùng nổ lên đ m mây (Cloudbursting)



Điện toán nhiều bên thuê (Multi-tenant computing).



Phân nhóm tài nguyên (Resource pooling).



Trình siêu giám sát (Hypervisor).

Một số lợi ích :
Đối với các doanh nghiệp, lợi ích lớn nhất của IaaS thể hiện qua một khái niệm
được gọi là cloudbursting — quá trình này giảm tải các tác vụ lên đ m mây nhiều
lần khi cần nhiều tài nguyên tính toán nhất. Tiềm năng để tiết kiệm vốn thông qua

việc bùng nổ lên đ m mây là rất lớn, vì các doanh nghiệp sẽ không cần phải đầu
tư thêm c c m y chủ thường chỉ chạy 70% công suất hai hoặc ba lần trong năm,
thời gian còn lại chỉ chạy 7-10% tải.
Tuy nhiên, đối với c c doanh nghiệp để lợi dụng Iaa th o khả năng này, c c bộ
phận CNTT phải có khả năng xây dựng và triển khai thực hiện phần mềm xử lý
có khả năng phân phối lại c c quy tr nh xử lý lên một đ m mây Iaa

Có bốn lý

do quan trọng để xây dựng và triển khai thực hiện phần mềm có thể quản lý c c
quy tr nh phân phối lại:


iệc ph t triển cho một Iaa độc quyền của một nhà cung cấp cụ thể có thể

chứng tỏ là một sai lầm đắt gi nếu nhà cung cấp ngừng kinh doanh


Phần mềm phân phối tài nguyên tốt rất phức tạp và thường đòi hỏi c c tài

nguyên nhà ph t triển hàng đầu mà gi không hề rẻ

ạn sẽ tiết kiệm cho m nh và

tổ chức của bạn rất nhiều thời gian và c c chi phí không dự tính trước được bằng
c ch dự kiến ngân s ch từ trước nhiều hơn để mua tài nguyên tốt nhất mà bạn có
thể t m thấy

16



ạn sẽ gửi đi những g để xử lý trong đ m mây?

iệc gửi c c dữ liệu như

là thông tin nhận dạng c nhân, thông tin tài chính, dữ liệu chăm sóc sức khỏ sẽ
đ dọa vi phạm tuân thủ quy định bảo vệ dữ liệu của Đạo luật arban s-Oxley
( OX), của Công nghiệp thẻ thanh to n (PCI), hoặc của Đạo luật di chuyển và
tr ch nhiệm về bảo hiểm y tế ( IPAA) của Mỹ


Cần phải hiểu rõ c c mối nguy hiểm của việc gửi đi c c qu tr nh xử lý

quyết định hoạt động hàng ngày của doanh nghiệp Một ý tưởng tốt là bắt đầu
bằng c ch vẽ một bảng và đặt c c qu tr nh xử lý liên quan đến dữ liệu thiết yếu
phải tuân thủ quy định vào một cột, c c t c vụ thiết yếu cho kinh doanh vào cột
thứ hai, và c c t c vụ không thiết yếu vào cột thứ ba

au đó, lập kế hoạch cho

phần mềm chỉ giảm tải c c mục trong cột thứ ba trong vòng lặp đầu tiên
2.1.5.2

Giải pháp nền tảng như là một dịch vụ (Platform as a serivce -

PaaS).
Tiếp bước SaaS, Giải pháp nền tảng như là một dịch vụ là một mô hình chuyển
giao ứng dụng khác. PaaS cung cấp tất c c tài nguyên được yêu cầu và dịch vụ

một c ch đầy đủ từ Internet, mà không phải tải xuống và cài đặt phần mềm.
Các đặc điểm :
 Dịch vụ PaaS bao gồm các dịch vụ thiết kế, phát triển, kiểm tra, tạo trang
web, và quản lý ứng dụng.Web dựa trên giao diện người dùng và thường dựa trên
HTML và JavaScript.
 Tích hợp ứng dụng

b và cơ sở dữ liệu.

 Hỗ trợ cho Simple Object Access Protocol (SOAP) và các giao diện
khác cho phép các dịch vụ PaaS tạo liên kết với dịch vụ web.
 Hỗ trợ các kiến trúc để giúp loại bỏ những gì ảnh hưởng đến quá trình phát
triển ứng dụng bởi nhiều người sử dụng đồng thời Paa thường bao gồm các dịch
vụ quản lý đồng thời, khả năng mở rộng, tránh lỗi đồng thời và bảo mật.
PaaS mạng lại cho nhà cung cấp tận dụng tài nguyên vô hạn của một cơ sở hạ
tầng đ m mây Tất nhiên cáci vô hạn của c c tài nguyên điện to n đ m mây chỉ là
một ảo ảnh, ở đây giới hạn dựa th o kích thước của cơ sở hạ tầng.
17


PaaS cho các nhà phát triển là điện to n đ m mây chỉ áp dụng cho các nhà
quản trị mạng Nhưng sự hiểu lầm này bỏ qua nhiều khả năng mà điện toán
đ m mây mang lại cho các nhóm phát triển và bảo đảm chất lượng.
- Tiếp nhận và triển khai máy chủ
- Cài đặt hệ điều hành, c c môi trường thời gian chạy, kho lưu trữ kiểm
soát mã nguồn, và bất kỳ phần mềm trung gian cần thiết nào khác
- Cấu hình hệ điều hành, c c môi trường thời gian chạy, kho lưu trữ và
phần mềm trung gian bổ sung
- Di chuyển hoặc sao chép mã hiện có
- Kiểm tra và chạy mã chắc chắn mọi thứ đang hoạt động

Để minh họa hai "thành phần" này, chúng ta hãy xem xét kỹ hơn vào c c
định nghĩa của chúng. Một nền tảng điện toán, dưới dạng đơn giản nhất, đề cập
đến một nơi mà phần mềm có thể được chạy một cách nhất quán miễn là mã đ p
ứng được các tiêu chuẩn của nền tảng đó Các ví dụ phổ biến của các nền tảng
gồm có Windo s™, Appl Mac O X, và Linux® cho c c hệ điều hành; Google
Android, Windo s Mobil ®, và Appl iO cho điện to n di động; và Adobe®
AI ™ hay Microsoft® NET Fram

ork cho c c khung phần mềm Điều quan

trọng cần nhớ là không phải bạn đang nói về chính phần mềm mà là về nền tảng
mà phần mềm được xây dựng để chạy trên đó.
Mối quan hệ giữa c c nhóm điện to n đ m mây và c c phần tử của PaaS

18


2.1.5.3

Giải pháp dịch vụ như là một dịch vụ (Software as a Service -

SaaS).
C c đối tượng khách hàng thay vì phải mua các máy chủ, phần mềm và phải
trả tiền cho khu vực đặt máy chủ tại các trung tâm dữ liệu, thì họ có thể thuê của
các nhà cung cấp dịch vụ điện to n đ m mây và có thể chạy những thứ họ muốn.
SaaS cho phép ta thuê c c tài nguyên như
o Không gian máy chủ
o Thiết bị mạng
o Bộ nhớ
o CPU

o

hông gian lưu trữ

SaaS khác với các công nghệ cũ, c c ứng dụng, dữ liệu, quy trình kinh doanh
sẽ được quản lý tập trung. Việc kết hợp của nhiều công nghệ và dịch vụ tốt nhất
sẽ được đưa đến người dùng.
Hiện nay nhiều công ty áp dụng mô hình triển khai SaaS. Ví dụ bạn hãy tưởng
tượng có một ứng dụng web bán ra ngoài thị trường, bạn thấy rõ những dấu hiệu
b o trước sự thua lỗ của ứng dụng đó, rất mất thời gian setup một web ứng dụng
cho một máy chủ đơn lẻ và nhận ra rằng mẫu hình Phần mềm là dịch vụ SaaS trên
một cơ sở hạ tầng đ m mây mà bạn đang hướng tới. Khi ứng dụng đã nằm trên hạ
tầng SaaS bạn rất dễ dàng cung cấp cho nhiều khách hàng.
Các yếu tố ảnh hướng đến việc chuyển đổi từ một ứng dụng web thành ứng
dụng SaaS bao gồm:
- Ứng dụng phải hỗ trợ nhiều bên thuê.
- Ứng dụng phải có một số mức tự đăng ký dịch vụ
- Phải có cơ chế thuê bao/ tính cước hiện hành
- Ứng dụng phải có khả năng mở rộng một cách hiệu quả

19


- Phải có các chức năng hiện hành để theo dõi, cấu hình và quản lý ứng
dụng và những bên thuê.
- Phải có cơ chế để hỗ trợ nhận dạng và xác thực người dùng duy nhất
Tương lai một doanh nghiệp có thể tất cả các dịch vụ quản lý ứng dụng sẽ
được tập trung vào nền tảng aa như E P,

M, Accounting,…

Hình .2 Giải pháp hạ tầng như một dịch vụ

2.2 CÔNG NGHỆ ẢO HÓA
Như chúng ta đã biết ảo hóa đang là lĩnh vực nóng ở Việt Nam cũng như
toàn thế giới. Nhiều nền tảng ảo hóa mới xuất hiện có cả giải pháp phần mềm và
phần cứng.
Kỹ thuật “ ảo hóa” đã không còn xa lạ với thực tế đời thường kể từ khi
VMware giới thiệu sản phẩm

M ar Workstaion đầu tiên vào năm

ản

phẩm này ban đầu được thiết kế để hỗ trợ việc phát triển và kiểm tra phần mềm
và đã trở nên phổ biến nhờ khả năng tạo những m y tính “ảo” chạy đồng thời
20


nhiều hệ điều hành ( Đ ) kh c nhau trên cùng một m y tính “thực” ( kh c với
chế độ ” khởi động kép” – m y tính được cài nhiều Đ và có thể chọn lúc khởi
động nhưng mỗi lúc chỉ làm việc được với

Đ )

M ar , được EMC ( hãng chuyên về lĩnh vực lưu trữ) mua lại vào tháng 12
năm

, đã mở rộng lĩnh vực ảo hóa từ m y tính để bàn đến máy chủ (server)

và hiện hãng vẫn đang giữ vai trò thống lĩnh thị trường ảo hóa, tuy nhiên
M ar không “ độc tôn” mà phải cạnh tranh với nhiều hãng ảo hóa kh c như
XEN, Virtualization Engine của IBM, Hyper-V của Microsoft, Virtual Kernel
Manag m nt,… Và “ảo hóa” cũng không bó hẹp trong một lĩnh vực và mở rộng
cho toàn bộ hạ tầng công nghệ thông tin (CNTT), từ phần cứng như chip xử lý
cho đến hệ thống máy chủ và hệ thống mạng.
2.2.1

Khái niệm

Trước khi tiếp tục phân tích sâu thêm về ảo hóa, chúng ta hãy cùng xây dựng
một c ch nh n chung để giải đ p câu hỏi ảo hóa là g ? Có nhiều c ch tiếp cận
kh c nhau để giải thích kh i niệm ảo hóa và nhiều khi nhận thức của chính bộ
phận IT trong c c

N về thế nào là ảo hóa cũng không hoàn toàn thống nhất

Trong cuộc thăm dò ý kiến do tổ chức trat gic Couns l thực hiện năm

,c c

ý kiến đưa ra cho câu hỏi về kh i niệm ảo hóa m y chủ được tổng hợp như trong
hình 1.2.1. % số câu trả lời coi ảo hóa m y chủ đồng nghĩa với ảo hóa phần
cứng hoặc hệ điều hành (hard ar /O virtualization),

% cho rằng ảo hóa là sự

phân chia t ch bạch m y chủ thành c c phần độc lập (hard partitioning),
rằng c c giải ph p clust r cũng được coi là ảo hóa

21

% cho


Hình .3 Khái niệm ảo hóa máy chủ trong doanh nghiệp –Theo [3]

Theo [3] Độc lập với những ý kiến cụ thể như trên, chúng ta có thể hiểu
một cách khái quát và đơn giản khái niệm ảo hóa. Ảo hóa (virtualization), theo
đúng nghĩa của từ này, là làm cho một sự vật có bản chất A dường như trở thành
một sự vật khác có bản chất B từ góc nhìn của người sử dụng (NSD) sự vật đó.
Nói cách khác, NSD chỉ biết đến và chỉ nhìn thấy bản chất B của sự vật, đối với
họ bản chất A được ảo hóa thành bản chất B.
Áp dụng c ch tiếp cận kh i niệm ảo hóa như trên, trong trường hợp ảo hóa
phần cứng/m y chủ, N

/c c ứng dụng nhận biết m y chủ ảo giống như một

m y vật lý độc lập có đủ c c tài nguyên cần thiết (bộ vi xử lý, bộ nhớ, kết nối
mạng…) Trong khi thực tế là c c m y chủ ảo không hề có những tài nguyên độc
lập như vậy M y ảo chỉ sử dụng c c tài nguyên đã được g n cho chúng từ m y
chủ vật lý gốc (thường được nhắc đến với thuật ngữ hosting s rv r hay hosting
machin ) Ở đây, bản chất A là m y ảo sử dụng c c tài nguyên của m y chủ gốc
ản chất

là m y ảo có thể hoạt động như một m y vật lý độc lập Trong trường
22


hợp c c giải ph p clust r, N

/c c ứng dụng nhận biết rằng ứng dụng dường như

đang chạy trên một m y chủ duy nhất

ản chất A là ứng dụng đang được phân

tải về nhiều m y chủ vật lý kh c nhau trong clust r Điều đó được ảo hóa thành
bản chất

là ứng dụng dường như chỉ chạy trên một nguồn tài nguyên vật lý duy

nhất
Ảo hóa là công nghệ được thiết kế để tạo ra tầng trung gian giữa hệ thống
phần cứng 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. Mỗi một máy ảo
đều có một thiết lập nguồn hệ thống riêng rẽ, hệ điều hành riêng và các ứng dụng
riêng.
2.2.2

Lịch sử ảo hóa

Giữa những năm

, I M’s Cambridg

ci ntific C nt r đã tiến hành

phát triển sản phẩm CP-40, sản phẩm đầu tiên của dòng CP/CM
thức đưa vào sản xuất vào tháng năm

Nó được chính

Ngay từ khi thiết kế CP-40 [3] được

đặt mục đích phải sử dụng được ảo hóa đầy đủ Để làm được yêu cầu này nó yêu
cầu phần cứng và c c đoạn mã của S/360-40 phải kết hợp hoàn chỉnh với nhau,
nó phải cung cấp cách truy cập xử lý c c địa chỉ vùng nhớ, tập lệnh CPU và các
tính năng ảo hóa.
CP/CMS bao gồm 2 thành phần: CP-Control program làm nhiệm vụ tạo
môi trường ảo hóa, thay v chia đều nguồn tài nguyên hệ thống ra cho mọi
người sử dụng như trong hệ thống mainfram trước đây, CP cung cấp cho mỗi
người dung một máy ảo System/360 với mỗi máy lại có khả năng chạy bất kỳ
phần mềm nào có trên máy chủ và hoạt động như một máy tính cá nhân.
CM

Cambridg Monitor yst m ( sau này đổi là Conversational Monitor

System) chạy như một Guest OS trong máy ảo được tạo ra bởi CP. Nó hoạt động
bằng cách tạo ra nhiều bản copy của CMS bên trong CP virtual machines thay vì
chạy nhiều bản virtual machin , điều này giúp giảm tiêu hao về tài nguyên tốt

23


hơn CP/CM virtual machin đã trở thành nền tảng quan trọng cho những hệ
thống ảo hóa sau này.
Năm

I M tung sản phẩm I M/

Nhưng điều khiến người dùng

thất vọng nhất về sản phẩm đó là nó không có tính năng virtual m mory
Năm

, I M thay đổi hướng phát triển sản phẩm /

có tính năng

virtual memory, và công bố một số hệ thống virtual storage operation systems
bao gồm VM/370.
Năm

,

M ar giới thiệu sản phẩm ảo hóa đầu tiên hoạt động trên

nền tảng x86, Vmware Virtual Platform.
Năm

Phiên bản Destop Virtualization miễn phí ra đời

Năm

Đây là năm ảo hóa có một bước tiến mới trong quá trình phát

triển , đó là sự ra đời của Application Virtualization và Application streaming.
Năm

M ar giới thiệu sản phẩm VMware Workstation 6.5, sản

phẩm đầu tiên cho phép c c chương tr nh của Windows và Linux
2.2.3

Tại sao phải ảo hóa?

Tại sao nên p dụng ảo hóa? Một c ch kh i qu t, lợi ích của việc p dụng
c c công nghệ ảo hóa có thể tóm gọn trong những điểm chính như sau
Ảo hóa mở ra khả năng tận dụng một cách tối ưu nguồn tài nguyên hệ thống,
hay nói cách khác là tăng hiệu suất sử dụng của hệ thống

iệc c c nguồn tài

nguyên vật lý riêng rẽ được hợp nhất thành một nguồn chung nhờ p dụng ảo hóa
cho phép sự phân bổ và chia sẻ linh hoạt tài nguyên cho c c đối tượng sử dụng
nguồn tài nguyên hợp nhất

ự bất hợp lý về hiệu suất sử dụng (tức là trường hợp

một nguồn tài nguyên vật lý có hiệu suất thấp, trong khi một nguồn tài nguyên vật
lý kh c lại có tải qu cao) sẽ được giảm thiểu
Ảo hóa giúp giảm chi phí đầu tư và vận hành.

ới việc p dụng công nghệ

ảo hóa, sẽ cần ít thiết bị phần cứng hơn, kéo th o giảm bớt diện tích sử dụng để
lưu chứa c c thiết bị phần cứng (phòng m y chủ, trung tâm dữ liệu), và như vậy
24

nhu cầu và chi phí năng lượng như nguồn điện, chi phí làm m t để bảo đảm điều
kiện hoạt động cho c c thiết bị phần cứng cũng sẽ giảm đi

ơn thế nữa, trong

nhiều trường hợp, sử dụng c c m y (m y chủ) ảo có thể làm giảm số bản quyền
phần mềm cần mua so với khi dùng m y vật lý, tạo ra sự tiết kiệm chi phí bản
quyền Ảo hóa mở ra khả năng linh hoạt cao của hệ thống Ảo hóa cung cấp c c
môi trường độc lập cho thử nghiệm, ph t triển và ứng dụng c c công nghệ mới
C c m y chủ ảo có thể dùng làm môi trường thử nghiệm Điều này cho phép tận
dụng nguồn tài nguyên của c c thiết bị vật lý có sẵn mà vẫn không làm ảnh
hưởng đến môi trường hoạt động chính, v c c m y ảo được hoạt động một c ch
hoàn toàn độc lập
Ảo hóa góp phần tăng cường tính liên tục trong hoạt động (business
continuity) và bảo mật của hệ thống các ứng dụng.

í dụ, việc sao lưu c c m y

ảo có thể thực hiện dễ dàng v thông thường m y chủ ảo là một tập tin (fil ) trên
m y chủ vật lý gốc, chỉ cần sao lưu tập tin này là đủ C c tính năng ưu việt của
c c phần mềm ảo hóa cũng cho phép thiết lập sự kết hợp c c m y ảo cài đặt trên
c c m y chủ vật lý kh c nhau Nếu một trong c c m y chủ vật lý gặp hỏng hóc,
m y chủ ảo trên m y vật lý còn tốt sẽ tự động bước vào hoạt động thay thế cho
máy chủ ảo nằm trên m y vật lý bị hỏng
Những lợi ích thu được khi p dụng ảo hóa đã thúc đẩy mạnh mẽ xu hướng
này trong c c hệ thống IT

ết quả khảo s t từ nhiều tổ chức kh c nhau đều đã

x c nhận vị thế của xu hướng ảo hóa Th o khảo s t của InformationW k ,
khoảng

% chuyên gia IT khẳng định rằng công ty của họ đã triển khai hoặc có

kế hoạch triển khai công nghệ ảo hóa

25