Luận văn thạc sĩ tìm hiểu công nghệ ảo hóa và đề xuất mô hình triển khai cho các đơn vị vừa và nhỏ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGUYỄN HỮU TÚ

TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ ẢO HÓA VÀ ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH
TRIỂN KHAI CHO CÁC ĐƠN VỊ VỪA VÀ NHỎ

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THỐNG THÔNG TIN

Hà Nội - Năm 2015 1


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGUYỄN HỮU TÚ

TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ ẢO HÓA VÀ ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH
TRIỂN KHAI CHO CÁC ĐƠN VỊ VỪA VÀ NHỎ

Ngành: Công nghệ thông tin
Chuyên ngành: Quản lý hệ thống thông tin
Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.NGUYỄN VĂN ĐOÀN

Hà Nội - Năm 2015
2

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

3


MỤC LỤC
CHƢƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ ..............................................................................
8
1.1 Sự cần thiết của đề tài ............................................................................ 8
1.2 Mục tiêu ý nghĩa nghiên cứu: ................................................................ 9
1.3 Phạm vi nghiên cứu ................................................................................ 9
1.4 Cấu trúc luận văn ................................................................................... 9
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY VÀ
CÔNG
NGHỆ ẢO HÓA ................................................................................................ 11
2.1 ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY .................................................................... 11
2.1.1

Khái niệm..................................................................................... 11

2.1.2

Các thành phần của điện toán đám mây .................................. 11

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 ...................................................................... 19
2.2.1

Khái niệm..................................................................................... 20

2.2.2

Lịch sử ảo hóa.............................................................................. 21

2.2.3

Tại sao phải ảo hóa?.................................................................... 22

2.2.4

Ảo hóa hoạt động nhƣ thế nào? ................................................. 25

2.2.5

Phân loại ảo hóa .......................................................................... 26

CHƢƠNG 3: CÁC GIẢI PHÁP ẢO HÓA .....................................................
35
3.1 Giải pháp IBM VMware ...................................................................... 35
3.1.1

Tính năng đa xử lý ( Symmetric multi-Processing- SMP) ...... 39

3.1.2

Tính năng di chuyển máy ảo ( VMware Vmotion) :................ 40

3.1.3
Tính năng chuyển dổi tài nguyên ( Distributed resource
scheduler- DRS)......................................................................................... 40
3.1.4

Tính năng sẵn sàng cao ( High Availability -HA) .................... 41


4


3.1.5

Tính năng chuyển đổi máy thật thành máy ảo (VMware
convert): ..................................................................................................... 42
3.2 Giải pháp ảo hóa mã nguồn mở KVM ............................................... 42
3.2.1

Các tầng siêu giám sát (Hypervisor) ......................................... 43

3.2.2

Mô phỏng thiết bị ( Quick emulator -QEMU)......................... 44

3.2.3

Ảo hóa mạng (Virtual networking) ........................................... 44

3.2.4

Công cụ và công nghệ ảo hóa ( VM tools and Technologies).. 45

3.2.5

Quán lý máy ảo ( Local management) ...................................... 45

3.3 Giải pháp ảo hóa của Citrix XEN ....................................................... 46
3.3.1

Giới thiệu Citrix .......................................................................... 46

3.3.2

Công nghệ ảo hóa Citrix............................................................. 46

3.4 Giải pháp ảo hóa của Microsoft Hyper V .......................................... 48
3.4.1

Lợi ích của ảo hoá Hyper-V ....................................................... 48

3.4.2

Kiến trúc của Hyper-V ............................................................... 50

CHƢƠNG 4: MÔ HÌNH ẢO HÓA HẠ TẦNG TÍNH TOÁN
TRƢỜNG
ĐẠI HỌC............................................................................................................ 54
4.1 Hạ tầng công nghệ thông tin trong Đại học Quốc Gia Hà Nội........ 54
4.2 Đề xuất mô hình ảo hóa trong Đại học Quốc gia Hà Nội................. 58
KẾT LUẬN ........................................................................................................ 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 65

5


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 phần mềm như là dịch vụ

16

Storage

Lưu trữ

17

Storage Area Network (SAN)

Lưu trữ qua mạng chuyên dụng

18

Virtualization

Ảo hóa

6


Danh mục các hình ảnh, đồ thị.
Hình 2.1 Hình Các mô hình điện toán đám mây................................................. 15
Hình 2.2 Giải pháp hạ tầng như một dịch vụ ...................................................... 19
Hình 2.3 Khái niệm ảo hóa máy chủ trong doanh nghiệp ................................. 20
Hình 2.4 Biểu đồ khảo sát mục đích ảo hóa?...................................................... 23
Hình 2.5 Kết quả khảo sát 300 CIO về động lực sử dụng ảo hóa....................... 24
Hình 2.6: Khảo sát động lực để áp dụng ảo hóa ................................................. 25
Hình 2.7 Ảo hóa hoạt động như thế nào. ............................................................ 25
Hình 2.8 Giải pháp lưu trữ truyền thống - DAS ................................................. 27
Hình 2.9 : Ảo hóa mạng ...................................................................................... 33
Hình 2.10 Ảo hóa ứng dụng ................................................................................ 33

Hình 3.1 Kiến trúc cơ sở hạ tầng của trung tâm dữ liệu ..................................... 35
Hình 3.2 Kết nối hệ thống cơ sở dư liệu ............................................................ 36
Hình 3.3 : Kiến trúc mạng trong hệ thống VMware ........................................... 37
Hình 3.4 : Máy chủ quản lý tập trung ................................................................. 38
Hình 3.5 Kiến trúc ảo hóa trung tâm dữ liệu....................................................... 39
Hình 3.6 VMware Vmotion ................................................................................ 40
Hình 3.7 VMware DRS....................................................................................... 41
Hình 3.8 VMware Hight Availability ................................................................. 42
Hình 3.9 : Kiến trúc của KVM............................................................................ 43
Hình 3.10: Các phần lõi của thiết bị.................................................................... 44
Hình 3.11: Ảo hóa mạng trong KVM ................................................................. 45
Hình 3.12: Cấu trúc ảo hóa Hypervisor .............................................................. 50
Hình 3.13 Bảng giá của các phiên bản Windows Server 2008........................... 52
Hình 3.14 So sánh các giải pháp ảo hóa ............................................................. 53
Hình 4.1: Mô hình ảo hóa và giải pháp ảo hóa ................................................... 59

7


CHƢƠNG 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 desktop 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 Server 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 server 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 các server 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, các server đáp
ứng nhu cầu phát sinh từ công tác 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 các
đơn vị nghiên cứu đào tạo (các 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
các tài nguyên này cũng khác nhau và không phải luôn luôn sử dụng các tài
nguyên này ở mức tối đa nên về tổng thể, các server này không được tổ chức sử
dụng một cách tối ưu. Việc 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
nguyên đòi hỏi những giải pháp công nghệ phức tạp và đối mặt với nhiều khó
khăn trong quản lý, cấu hình 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 pháp 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
8

nguyên và tổ chức chia sẻ tài nguyên cho người dùng (các server ảo với số
lượng CPU, RAM, dung lượng lưu trữ ngoài xác 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 pháp này, đã xuất hiện những dịch vụ
cung cấp các tài nguyên ảo về tính toán xử lý thông tin, theo 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 ―Tìm hiểu công nghệ ảo
hóa và đề xuất mô hình triển khai cho các đơn vị vừa và nhỏ"
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 theo 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 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 tháng 1 năm 2012 đến tháng 01 năm 2015
1.4 Cấu trúc luận văn
Cấu trúc luận văn bao gồm 4 Chương:
Chƣơng 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.

Chƣơng 2: Tổng quan về điện toán đám mây và công nghệ ảo hóa
Trong chương này giới thiệu lý thuyết về điện toán đám mây và công nghệ ảo
hóa.
Chƣơng 3: Các giải pháp ảo hóa

9


Tìm hiểu các giải pháp của các hãng lớn và các đặc điểm ưu thế của từng loại
giải pháp từ đó ta sẽ lựa chọn giải pháp áp dụng.
Chƣơng 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
toán trong Đại học Quốc gia Hà Nội để đưa ra mô hình ảo hóa, và áp dụng công
nghệ ảo hóa nhằm tối ưu hóa tài nguyên hệ thống,

10


CHƢƠNG 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."
Theo [3] ―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 cách đơn giản, giải pháp điện toán đám 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 pháp điện toán đám mây. Mỗi phần có mục đích và vai trò cụ thể trong việc
cung cấp ứng dụng chức năng đám mây.
Máy trạm (Clients): Thông thường, Clients là những máy tính để bàn, nhưng
Clients 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.
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 khác nhau. Phương pháp 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 khai theo nhiều cách và sẽ phụ thuộc vào các ứng
dụng và cách lựa chọn để xây dựng giải pháp đám mây. Đây chính là một trong
những ưu điểm chính khi sử dụng đám mây. Nhu cầu của bạn là cần một số
11

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 đám mây đáp ứng cả 2 nhu cầu đó.
- Điện toán lưới (Grid Computing ): Điện toán lưới thường bị nhầm lần với
điện toán đám mây, nhưng chúng khá khác nhau. Điện toán lưới ghép tài nguyên
của nhiều máy tính để giải quyết một vấn đề trong cùng một thời gian.
Ưu điểm :
Đây là phương pháp hiệu quả về phí tổn để sử dụng một số lượng tài
nguyên máy tính.
 Là các 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 server 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 trình điều khiển.
 Mô phỏng phần cứng trên thiết bị khác
- 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 khác 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 toán đám mây có thể được đưa ra như là một mô
12


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 các đám 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 toán đám mây trở nên
tập trung chỉ khi chúng ta suy nghĩ về cái mà CNTT đã luôn luôn mong muốn một cách để tăng năng lực hoặc thêm các khả năng khác 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. Và đám mây điện toán 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 toán đám 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 có thể được thay đổi để đáp ứng các nhu cầu hiện tại của người dùng. Cơ
sở của Điện toán đám mây là tạo ra một tập các máy chủ ảo rộng lớn và khách

hàng sẽ truy cập chúng. Bất thiết bị truy cập web 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 vì 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 trƣng của điện toán đám mây
Tự Sửa Chữa: Bất kỳ ứng dụng hoặc dịch vụ nào đang chạy trong một môi
trường điện toán đám 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 gián 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 toán đám mây, bất kỳ ứng dụng nào cũng
hỗ trợ đa người dùng - đó là khái niệm dùng để chỉ nhiều người sử dụng đám
mây trong cùng thời gian. Hệ thống cho phép một số khách hàng chia sẻ cơ sở
13


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 các máy
tính và sau đó cấp phát các máy chủ đến nhiều người sử dụng. Điều này được
thực hiện theo cách 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 toán đám mây có khả năng mở
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 toán đám mây là tất cả các dịch vụ theo 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 mức độ 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 toán đám mây là hướng SLA, 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 toán đám mây hoàn toàn tách rời
khỏi phần cứng nằm bên dưới. Môi trường điện toán đám mây là một môi
trường ảo hóa đầy đủ.
Linh hoạt: Một tính năng khác của các dịch vụ điện toán đám 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

Dưới đây là mô hình chung của điện toán đám mây
- Hệ thống giao tiếp phần cứng ( Commodity Hardware)
14

 Hệ thống máy chủ
 Hệ thống lưu trữ
 Hệ thống mạng
- Dịch vụ các nền tảng ( 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 2.1 Hình Các mô hình điện toán đám mây

2.1.5.1
Dịch vụ các gói giải pháp hạ tầng (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 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 đám 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 :
15


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 đám
mây nhiều lần khi cần nhiều tài nguyên tính toán nhất. Tiềm năng để tiết kiệm
vốn thông qua việc bùng nổ lên đám mây là rất lớn, vì các doanh nghiệp sẽ
không cần phải đầu tư thêm các máy 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 các doanh nghiệp để lợi dụng IaaS theo khả năng này, các bộ
phận CNTT phải có khả năng xây dựng và triển khai thực hiện phần mềm xử lý có
khả năng phân phối lại các quy trình xử lý lên một đám mây IaaS. Có bốn lý do
quan trọng để xây dựng và triển khai thực hiện phần mềm có thể quản lý các
quy trình phân phối lại:
Việc phát triển cho một IaaS độc quyền của một nhà cung cấp cụ thể có
thể chứng tỏ là một sai lầm đắt giá nếu nhà cung cấp ngừng kinh doanh.


Phần mềm phân phối tài nguyên tốt rất phức tạp và thường đòi hỏi các tài
nguyên nhà phát triển hàng đầu mà giá không hề rẻ. Bạn sẽ tiết kiệm cho mình và
tổ chức của bạn rất nhiều thời gian và các chi phí không dự tính trước được bằng

cách dự kiến ngân sách từ trước nhiều hơn để mua tài nguyên tốt nhất mà bạn có
thể tìm thấy.


Bạn sẽ gửi đi những gì để xử lý trong đám mây? Việc gửi các dữ liệu như
là thông tin nhận dạng cá nhân, thông tin tài chính, dữ liệu chăm sóc sức khỏe sẽ
đe dọa vi phạm tuân thủ quy định bảo vệ dữ liệu của Đạo luật Sarbanes-Oxley
(SOX), của Công nghiệp thẻ thanh toán (PCI), hoặc của Đạo luật di chuyển và
trách nhiệm về bảo hiểm y tế (HIPAA) của Mỹ.


Cần phải hiểu rõ các mối nguy hiểm của việc gửi đi các quá trình xử lý
quyết định hoạt động hàng ngày của doanh nghiệp. Một ý tưởng tốt là bắt đầu
bằng cách vẽ một bảng và đặt các quá trình xử lý liên quan đến dữ liệu thiết yếu
phải tuân thủ quy định vào một cột, các tác vụ thiết yếu cho kinh doanh vào cột thứ
hai, và các tác vụ không thiết yếu vào cột thứ ba. Sau đó, lập kế hoạch cho
phần mềm chỉ giảm tải các mục trong cột thứ ba trong vòng lặp đầu tiên


2.1.5.2 Giải pháp nền tảng nhƣ 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 các tài nguyên được yêu cầu và

16


dịch vụ một cách 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 web 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. PaaS 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 đám mây. Tất nhiên các vô hạn của các tài nguyên điện toán đám mây chỉ là
một ảo ảnh, ở đây giới hạn dựa theo kích thước của cơ sở hạ tầng.
PaaS cho các nhà phát triển là điện toán đám mây chỉ áp dụng cho các nhà
quản trị mạng. Nhưng sự hiểu lầm này bỏ qua nhiều khả năng mà điện toán
đám 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, các 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, các 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 các
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 đáp
ứng được các tiêu chuẩn của nền tảng đó. Các ví dụ phổ biến của các nền tảng
gồm có Windows™, Apple Mac OS X, và Linux® cho các hệ điều hành;
Google Android, Windows Mobile®, và Apple iOS cho điện toán di động; và
Adobe® AIR™ hay Microsoft® .NET Framework cho các 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.

17


Mối quan hệ giữa các nhóm điện toán đám mây và các phần tử của PaaS

2.1.5.3 Giải pháp dịch vụ nhƣ là một dịch vụ (Software as a Service SaaS).
Các 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 toán đám mây và có thể chạy những thứ
họ muốn. SaaS cho phép ta thuê các tài nguyên như :
o Không gian máy chủ
o Thiết bị mạng
o Bộ nhớ
o CPU
o Không gian lưu trữ
SaaS khác với các công nghệ cũ, các 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 báo 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 đám 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
18

- Phải có cơ chế thuê bao/ tính cước hiện hành
- Ứng dụng phải có khả năng mở rộng một cách hiệu quả
- 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 SaaS như ERP, HRM, Accounting,…

Hình 2.2 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 VMware Workstaion đầu tiên vào năm 1999. Sản
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 máy tính ―ảo‖ chạy đồng thời
nhiều hệ điều hành (HĐH) khác nhau trên cùng một máy tính ―thực‖ ( khác với
chế độ ‖ khởi động kép‖ - máy tính được cài nhiều HĐH và có thể chọn lúc khởi
động nhưng mỗi lúc chỉ làm việc được với 1 HĐH).
19


VMware, được EMC ( hãng chuyên về lĩnh vực lưu trữ) mua lại vào tháng 12
năm 2003, đã mở rộng lĩnh vực ảo hóa từ máy tính để bàn đến máy chủ (server) và
hiện hãng vẫn đang giữ vai trò thống lĩnh thị trường ảo hóa, tuy nhiên VMware
không ― độc tôn‖ mà phải cạnh tranh với nhiều hãng ảo hóa khác như XEN,
Virtualization Engine của IBM, Hyper-V của Microsoft, Virtual Kernel

Management,… 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 cách nhìn chung để giải đáp câu hỏi ảo hóa là gì? Có nhiều cách tiếp
cận khác nhau để giải thích khái niệm ảo hóa và nhiều khi nhận thức của chính
bộ phận IT trong các DN về thế nào là ảo hóa cũng không hoàn toàn thống nhất.
Trong cuộc thăm dò ý kiến do tổ chức Strategic Counsel thực hiện năm 2007, các
ý kiến đưa ra cho câu hỏi về khái niệm ảo hóa máy chủ được tổng hợp như trong
hình 1.2.1.80% số câu trả lời coi ảo hóa máy chủ đồng nghĩa với ảo hóa phần
cứng hoặc hệ điều hành (hardware/OS virtualization), 62% cho rằng ảo hóa là sự
phân chia tách bạch máy chủ thành các phần độc lập (hard partitioning), 59%
cho rằng các giải pháp cluster cũng được coi là ảo hóa.

Hình 2.3 Khái niệm ảo hóa máy chủ trong doanh nghiệp -Theo [3]

20


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 cách tiếp cận khái niệm ảo hóa như trên, trong trường hợp ảo

hóa phần cứng/máy chủ, NSD/các ứng dụng nhận biết máy chủ ảo giống như
một máy vật lý độc lập có đủ các tài nguyên cần thiết (bộ vi xử lý, bộ nhớ, kết
nối mạng…). Trong khi thực tế là các máy chủ ảo không hề có những tài nguyên độc lập
như vậy. Máy ảo chỉ sử dụng các tài nguyên đã được gán cho chúng từ máy chủ
vật lý gốc (thường được nhắc đến với thuật ngữ hosting server hay hosting
machine). Ở đây, bản chất A là máy ảo sử dụng các tài nguyên của máy chủ gốc.
Bản chất B là máy ảo có thể hoạt động như một máy vật lý độc lập. Trong
trường hợp các giải pháp cluster, NSD/các ứng dụng nhận biết rằng ứng dụng
dường như đang chạy trên một máy chủ duy nhất. Bản chất A là ứng dụng đang
được phân tải về nhiều máy chủ vật lý khác nhau trong cluster. Điều đó được ảo
hóa thành bản chất B 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 1960, IBM's Cambridge Scientific Center đã tiến hành
phát triển sản phẩm CP-40, sản phẩm đầu tiên của dòng CP/CMS. Nó được
chính thức đưa vào sản xuất vào tháng 1 năm 1967. 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 các đoạn mã của S/360-40 phải kết hợp hoàn chỉnh
với nhau, nó phải cung cấp cách truy cập xử lý các 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 vì chia đều nguồn tài nguyên hệ thống ra cho mọi

người sử dụng như trong hệ thống mainframe trước đây, CP cung cấp cho mỗi
21


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.
CMS: Cambridge Monitor System ( 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 machine, điều này giúp giảm tiêu hao về
tài nguyên tốt hơn. CP/CMS virtual machine đã trở thành nền tảng quan trọng cho
những hệ thống ảo hóa sau này.
Năm 1970 IBM tung sản phẩm IBM/370. Nhưng điều khiến người dùng
thất vọng nhất về sản phẩm đó là nó không có tính năng virtual memory.
Năm 1972, IBM thay đổi hướng phát triển sản phẩm S/370 có tính năng
virtual memory, và công bố một số hệ thống virtual storage operation systems
bao gồm VM/370.
Năm 1999, VMware giới thiệu sản phẩm ảo hóa đầu tiên hoạt động trên
nền tảng x86, Vmware Virtual Platform.
Năm 2005 Phiên bản Destop Virtualization miễn phí ra đời
Năm 2006 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 2008 VMware giới thiệu sản phẩm VMware Workstation 6.5, sản
phẩm đầu tiên cho phép các chương trình của Windows và Linux
2.2.3

Tại sao phải ảo hóa?

Tại sao nên áp dụng ảo hóa? Một cách khái quát, lợi ích của việc áp dụng
các 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. Việc các
nguồn tài nguyên vật lý riêng rẽ được hợp nhất thành một nguồn chung nhờ áp
dụng ảo hóa cho phép sự phân bổ và chia sẻ linh hoạt tài nguyên cho các đối
tượng sử dụng nguồn tài nguyên hợp nhất. Sự 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 khác lại có tải quá cao) sẽ được giảm thiểu.
Ảo hóa giúp giảm chi phí đầu tư và vận hành. Với việc áp dụng công nghệ
ảo hóa, sẽ cần ít thiết bị phần cứng hơn, kéo theo giảm bớt diện tích sử dụng để
lưu chứa các thiết bị phần cứng (phòng máy chủ, trung tâm dữ liệu), và như vậy
nhu cầu và chi phí năng lượng như nguồn điện, chi phí làm mát để bảo đảm điều
22


kiện hoạt động cho các thiết bị phần cứng cũng sẽ giảm đi. Hơn thế nữa, trong
nhiều trường hợp, sử dụng các máy (máy chủ) ảo có thể làm giảm số bản quyền
phần mềm cần mua so với khi dùng máy 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 các môi
trường độc lập cho thử nghiệm, phát triển và ứng dụng các công nghệ mới. Các
máy chủ ảo có thể dùng làm môi trường thử nghiệm. Điều này cho phép tận dụng
nguồn tài nguyên của các thiết bị vật lý có sẵn mà vẫn không làm ảnh hưởng đến
môi trường hoạt động chính, vì các máy ảo được hoạt động một cách 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. 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.

11%

Phần trăm máy chủ đã ảo hóa

11%

Phần trăm máy chủ chưa ảo
hóa
Phần trăm máy chủ chuẩn bị ảo
hóa

13%
65
%

Phần trăm máy chủ ảo hóa
trong 12 tháng tới

Hình 2.4 Biểu đồ khảo sát mục đích ảo hóa?

23

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 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.
Các nhà doanh nghiệp vừa và nhỏ đang hướng tới việc ảo hóa tất cả dịch
vụ. Tương lai sẽ là điện toán đám mây. Những con số thông kê về ảo hóa sẽ
ngày càng có xu hướng tăng dần theo thời gian. Những lợi ích ảo hóa mang lại thì
qua thực tế đã chứng minh rồi. Vấn đề còn lại là thời gian và kinh phí của từng
doanh nghiệp đầu tư cho hạ tầng công nghệ thông tin như thế nào. Và lúc này là
thời điểm nên áp dụng công nghệ ảo hóa.
Ta tìm hiểu thêm một số lý do làm động lực ảo hóa được đẩy mạnh.
-Về công nghệ thông tin với một doanh nghiệp áp dụng công nghệ thông
tin mới nhất bao giờ cũng có hiệu quả cao. Giảm bớt được thời gian trao đổi
thông tin, cung cấp sản phẩm cho người dùng một cách nhanh nhất.
- Chi phí bỏ ra ban đầu có thể lớn nhưng bù lại theo thời gian thì chi phí
vận hành sẽ giảm, tiết kiệm về nhân công về điện năng,…
- Ảo hóa giúp giảm rủi ro mất mát dữ liệu.
-Tăng cường bảo mật và an toàn thông tin .
90%
80%
70%
60%
50%
40
%

Series1

30
%

20
%
10
%

Giảm

Khắc phục Kiểm thử

Quản lý

Khá
c

0
%
thiểu chi thảm họa
phí

phần
mềm

lưu trữ

Hình 2.5 Kết quả khảo sát 300 CIO về động lực sử dụng ảo hóa.

24