Công Nghệ Ảo Hóa và Ứng Dụng Trong Hệ Thống Công Nghệ Thông Tin

Lời cảm ơn
Sau gần 3 tháng nỗ lực tìm hiều và thực hiện, đề tài “ Công Nghệ Ảo Hóa và
Ứng Dụng Trong Hệ Thống Công Nghệ Thông Tin” đã được hoàn thành,ngoài sự
cố gắng hết mình của bản thân ,em còn nhận được nhiều sự động viên,khích lệ từ
thầy cô và bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô của trường Đại Học Tài Nguyên và
Môi Trường Hà Nội đã truyền đạt nhiều kinh nghiệm và kiến thức quý báo cho em
trong suốt quá trình học tập. Đặc biệt em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy
Nguyễn Như Sơn và các thầy cô trong khoa công nghệ thông tin đã tận tình giúp đỡ
em trong suốt quá trình thực hiện đề tài thực tập.
Mặc dù đã cố gắng hết sức để hoàn thành đề tài này, nhưng chắc chắn sẽ
không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận được sự thông cảm và đóng
góp, chỉ bảo tận tình của quý thầy cô và bạn bè.
Hà Nội ,ngày…..tháng…..năm 2017
Sinh viên thực hiện
Đinh Đức Giang


MỤC LỤC

4.2.5.2: Virtual symmetric multi-processing (Virtual SMP)..............30
4.2.5.3: VMware High Availability (VMHA).......................................30
4.2.5.4: VMotion và Storage Vmotion..............................................32
4.2.5.5 : VMware Consolidated Backup (VCB).................................33
4.2.5.6 : Vcenter update Manager...................................................33
4.2.5.8 : Quản lý phân phối điện năng (Distributed Power Manager
(DPM)).............................................................................................34


LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, nền kinh tế đang trên đà tăng trưởng mạnh. Cùng với nó là sự tiến
bộ vượt bậc của nền khoa học công nghệ,đặc biệt là công nghệ thông tin. Máy tính
đã giúp con người rất nhiều từ tối ưu hóa công việc,giảm thời gian làm việc,tăng
hiệu suất và mang lại hiệu quả cao.
Với tình hình phát triển như hiện nay thì bất cứ một cơ quan,tổ chức nào
cũng cần một hệ thống máy chủ (Server) chứ không phải chỉ một vài máy tính con
đơn lẻ nữa.
Máy chủ thực ra cũng là một máy tính nhưng có cấu hình,tính năng và các
chức năng lớn hơn hẳn các máy tính thông thường. Nó dùng làm trung tâm liên kết
các máy tính và thiết bị mạng trong một cơ quan, tổ chức lại với nhau,là một trung
tâm dữ liệu nơi chia sẻ và lưu trữ dữ liệu.Và các dữ liệu này luôn sẵn sàng đối với
người dùng hợp lệ được phép truy cập vào nó. Nói chung máy chủ là một máy tính
mà nó cung cấp các dịch vụ đang chạy trên nó cho nhiều máy tính khác. Các dịch
vụ đó có thể như là :
Application service
File service
Database service
Mail service
Ftp service
Web service
Authentication Service…
Thế nhưng thực tế cho ta thấy rằng các máy chủ sử dụng rất ít tài nguyên
phần cứng của nó,chỉ từ 10% đến 30% cho một loại dịch vụ và phần tài nguyên còn
lại thì không dùng đến,do vậy sinh ra lãng phí. Vì vậy nhu cầu thực thực tế là làm
sao có thể tận dụng các phần tài nguyên còn lại đó một cách hiệu quả. Trong đề tài
này em sẽ trình bày về công nghệ ảo hóa để giải quyết vấn đề này.

Trang 1

Chương 1 :Tổng Quan
1.1 : Bối Cảnh.
Nền công nghệ thông tin trên thế giới đang phát triển với tốc độ nhanh
chóng.Ngày càng nhiều sản phẩm và nhiều tiện ích được phát triển và đưa đến tay
người dùng. Các công nghệ cũ dần dần đã thể hiện nhiều mặt hạn chế và không phù
hợp với nhu cầu thực tiễn nữa,đặc biệt trong thời buổi kinh tế phát triển không ổn
định như lúc này, các doanh nghiệp phải đối mặt với nhiều rủi ro . Do đó yêu cầu
nhất thiết được đặt ra là tìm mọi cách để giảm thiểu các chi phí có thể. Trong lĩnh
vực công nghệ thông tin thì công nghệ ảo hóa là giải pháp lý tưởng cho các doanh
nghiệp có thể giải quyết bài toán về các trung tâm dữ liệu của họ. Công nghệ này
giúp giảm thiểu chi phí đầu tư mua nhiều máy chủ,tiết kiệm điện năng ,hệ thống
làm mát …
Nhiệm vụ của công nghệ ảo hóa chính là tận dụng tối đa hiệu suất làm việc
của các máy chủ bằng cách cho phép cài đặt nhiều máy chủ ứng dụng trên một máy
chủ vật lý duy nhất. Và việc quản lý cũng trở nên dễ dàng hơn khi quản lý tập trung
nhiều máy trên một máy chủ duy nhất. Vấn đề khó khăn của công nghệ này chính
là sự an toàn dữ liệu khi lo lắng rằng nếu máy chủ này bị sự cố về ổ đĩa thì sẽ bị
mất dữ liệu. Tuy nhiên vấn đề đó đã được khắc phục bằng một loạt các công nghệ
đảm bảo an toàn dữ liệu và hoạt động ổn định của máy chủ như công nghệ High
Availability,Vmmonitor,raid ,công nghệ lưu trữ mạng SAN.
Hiện nay các nhà cung cấp các sản phẩm phần mềm máy chủ đều ra sức tập
trung để nghiên cứu và phát triển công nghệ này nổi bật là VMware và Microsoft.
Đây là hai nhà cung cấp đang nắm giữ phần lớn thị trường ảo hóa hiện nay.
Tại Việt Nam, ứng dụng công nghệ ảo hóa còn rất dè dặt do chưa có nhiều
doanh nghiệp thấy được nhu cầu cần thiết và nắm được công nghệ này. Bên cạnh
đó thì việc còn thiếu một đội ngũ lành nghề và lo ngại về tính an toàn của công
nghệ này cũng làm cho các doanh nghiệp lo ngại và ít chú tâm vào công nghệ này.

Trang 2

1.2 : Nhiệm vụ
Việc ra đời của công nghệ ảo hóa đã dẫn đến những động lực phát triển và
các mục tiêu mới cho các nhà cung cấp sản phẩm ảo hóa cho phù hợp với nhu cầu
thị trường và yêu cầu thực tiễn.
Nhiệm vụ chính của luận văn là nghiên cứu về công nghệ ảo hóa nhằm ứng
dụng xây dựng mô hình ứng dụng ảo hóa cho doanh nghiệp nhỏ.Từ đó có thể cho
thấy được các lợi ích mà công nghệ này đem lại và cũng để đánh giá để tìm ra giải
pháp xây dựng các giải pháp nhằm tối ưu hóa hệ thống công nghệ thông tin.

1.3 : Cầu trúc
Chương 1 : Tổng Quan.
Chương này sẽ nêu lên bối cảnh của nền khoa học công nghệ hiện nay
,những hạn và lãng phí khi vẫn áp dụng mô hình truyền thống vào các hệ thống
máy chủ và nhiệm vụ của đồ án để giải quyết vấn đề này.
Chương 2 : Công Nghệ Ảo Hóa.
Chương này sẽ giới thiệu về công nghệ mà chúng ta sẽ ứng dụng xây dựng
hệ thống, nêu cấu trúc ,các thành phần trong mô hình ảo hóa và các lợi ích mà nó
mang lại.
Chương 3 : Các Công Nghệ Giúp Ảo Hóa Hệ thống.
Chương này sẽ giới thiệu về các công nghệ hữu ích không kém phần quan
trọng trong môi trường ảo hóa giúp xây dựng hệ thống an toàn và ổn định.
Chương 4 : Ảo Hóa Với máy chủ ESX
Chương này sẽ trình bày về hệ thống ảo hóa của VMware đó là máy chủ
VMware ESX Qua đó sẽ thấy được các ưu điểm và tính năng vượt trội của sản
phẩm ảo hóa này
Chương 5 : Xây Dựng Mô Hình Ứng Dụng Ảo Hóa Trong Hệ Thống
Công Nghệ Thông Tin
Chương này sẽ trình bày triển khai xây dựng mô hình thực tế,từ đó sẽ thấy
được ưu nhược điểm của ứng dụng.

Chương 6: Kết Luận
Trình bày những kết quả đạt được,những hạn chế và hướng phát triển của
đề tài.

Trang 3


Chương 2 : Công Nghệ Ảo Hóa.
2.1 : Tổng quan ảo hóa
2.1.1 : Khái niệm 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. Khi chạy ứng dụng,
người sử dụng không nhận biết được ứng dụng đó chạy trên lớp phần cứng ảo.

Hình 2.1 : Một server vật lý trong hệ thống ảo hóa
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

Trang 4

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 sự tiện ích. Việc có
thể chạy nhiều hệ điều hành đồng thời trên cùng một máy tính thuận tiện cho việc
học tập nghiên 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.
Ảo hóa máy chủ thực sự không được quan tâm cho đền những năm gần đây.
Do còn nhiều vấn đề về công nghệ và người dùng chưa thực sự quan tâm tới lợi ích
và còn thiếu một đội ngũ am hiểu về công nghệ này nên việc áp dụng nó vào hệ
thống là rất dè dặt. Nhưng khi đối mặt với thực trạng khủng hoảng của nền kinh tế
toàn cầu thì bất kì một doanh nghiệp nào cũng chú tâm để tìm một giải pháp tiết
kiệm hơn. Đây cũng là lúc công nghệ ảo hóa tìm được chỗ đứng vững chắc cho
mình trong lĩnh vực công nghệ thông tin trên thế giới.
Hiện nay có nhiều nhà cung cấp các sản phẩm máy chủ và phần mềm điều
chú tâm đầu tư nghiên cứu và phát triển công nghệ này như là HP,IBM,Microsoft
và VMware.Nhiều dạng ảo hóa được đưa ra và có thể chia thành hai dạng chính là
ảo hóa cứng và ảo hóa mềm. Từ hai dạng nay sau này mới phát triển thành nhiều
loại ảo hóa có chức năng và cấu trúc khác nhau như VMM-Hypervisor,VMM ,
Hybrid…
Ảo hóa cứng còn được gọi là phân thân máy chủ. Dạng ảo hóa này cho phép
tạo nhiều máy ảo trên môt máy chủ vật lý. Mỗi máy ảo chạy hệ điều hành riêng và
được cấp phát các tài nguyên phần cứng như số xung nhịp CPU, ổ cứng và bộ
nhớ... Các tài nguyên của máy chủ có thể được cấp phát động một cách linh động
tùy theo nhu cầu của từng máy ảo. Giải pháp này cho phép hợp nhất các hệ thống
máy chủ cồng kềnh thành một máy chủ duy nhất và các máy chủ trước đây bây giờ
đóng vai trò là máy ảo ứng dụng chạy trên nó.
Ảo hóa mềm còn gọi là phân thân hệ điều hành. Nó thực ra chỉ là sao chép
bản sao của một hệ điều hành chính làm nhiều hệ điều hành con và cho phép các

máy ảo ứng dụng có thể chạy trên nó. Như vậy, nếu hệ điều hành chủ là Linux thì
cách ảo hoá này sẽ cho phép tạo thêm nhiều bản Linux làm việc trên cùng máy.
Trang 5


Cách này có ưu điểm là chỉ cần một bản quyền cho một hệ điều hành và có thể sử
dụng cho các máy ảo còn lại. Nhược điểm của nó là không thể sử dụng nhiều hệ
điều hành khác nhau trên cùng một máy chủ.
2.1.2 : Lịch sử ra đời :
Ảo hóa có nguồn gốc từ việc phân chia ổ đĩa, chúng phân chia một máy
chủ thực thành nhiều máy chủ con. Một khi máy chủ thực được chia, mỗi máy chủ
con có thể chạy một hệ điều hành và các ứng dụng độc lập.
Tiên phong cho công nghệ ảo hóa này là từ hãng IBM với hệ thống máy ảo
VM/370 nổi tiếng được công bố vào năm 1972.Đến năm 1999 Vmware giới thiệu
sản phẩm vmware workstation. 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 khác nhau trên cùng một máy tính
thực. Khác với chế độ khởi động kép là những máy tính được cài nhiều hệ điều
hành và có thể chọn lúc khởi động nhưng mỗi lúc chỉ làm việc được với 1 hệ điều
hành.
VMware, được EMC (hãng chuyên về lĩnh vực lưu trữ) mua lại vào tháng
12 năm 2003, đã mở rộng tầm hoạt động từ máy tính để bàn (desktop) đến máy chủ
(server) và hiện hãng vẫn giữ vai trò thống lĩnh thị trường ảo hoá.
2.1.3 .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.

Trang 6


Hình 2.2 : Các thành phần của một hệ thống ảo hóa.
2.1.3.1: Tài nguyên vật lý (host machine / host hadware)
Các tài nguyên vật lý trong môi trường ảo hóa cung cấp tài nguyên mà các
máy ảo sẻ sử dụng tới một môi trường tài nguyên lớn có thể cung cấp được cho
nhiều máy ảo chạy trên nó và hiệu quả làm việc của các máy ảo cao hơn.Các tài
nguyên vật lý thông thường như là ổ đĩa cứng, ram, card mạng….
2.1.3.2: Các phần mềm ảo hóa (virtual software)
Lớp phần mềm ảo hóa này cung cấp sự truy cập cho mỗi máy ảo đến tài
nguyên hệ thống. Nó cũng chịu trách nhiệm lập kế hoạch và phân chia tài nguyên
vật lý cho các máy ảo. Phần mềm ảo hóa là nền tảng của một môi trường ảo hóa.
Nó cho phép tạo ra các máy ảo cho người sử dụng, quản lý các tài nguyên và cung
cấp các tài 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.
2.1.3.3 : Máy ảo (virtual machine) :
Thuật ngữ máy ảo được dùng chung khi miêu tả cả máy ảo (lớp 3) và hệ
điều hành ảo (lớp 4). Máy ảo thực chất là một phần cứng ảo một môi trường hay
một phân vùng trên ổ đĩa. Trong 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

Trang 7


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.

2.1.3.4 : 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 dung có những thao tác giống như là đang thao tác
trên một lớp phần cứng vật lý thực sự.
Khi có đủ các thành phần trên thì bạn có thể xây dựng cho mình một hệ
thống ứng dụng ảo hóa. 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 loại ảo hóa
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
(VMM) sau này được biết goi 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.
2.2.1 : 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
Khi một hệ điều hành thực hiện truy xuất hoặc tương tác tài nguyên phần

cứng trên hệ điều hành chủ thì công việc của một Hypervisor sẽ là:
Trang 8


Hypervisor mô phỏng phần cứng. nó làm cho các hệ điều hành tưởng rằng
mình đang sử dụng tài nguyên vật lý của hệ thống thật.
Hypervisor liên lạc với các trình điều khiển thiết bị
Các trình điều khiển thiết bị phần cứng liên lạc trực tiếp đến phần cứng vật
lý.

Hình 2.3 : cấu trúc của kiểu ảo hóa Vmm Hypervisor
Trong mô hình này trình điều khiển phần cứng liên lạc trực tiếp với các thiết
bị phần cứng mà không phải qua bất kì trung gian nào nên nó mang lại một hiệu
suất cao nhất về sử dụng tài nguyên phần cứng. Một vài sản phẩm đang sử dụng
dạng này là Microsoft Hyper-V, Citrix Xenserver, Vmware ESX server.
2.2.2: Virtual Machine Monitor(VMM)
VMM là một loại ảo hóa hoạt động như một phần mềm chạy trên một hệ
điều hành chủ khác. Nghĩa là để tương tác với tài nguyên phần cứng nó phải liên
lạc thông qua hệ điều hành chủ.các sản phẩm điển hình cho kiểu ảo hóa này là
VMware Server,Microsoft Virtual PC, máy ảo Java .
Mối liên lạc giữa phần cứng và trình điều khiển thiết bị trên hệ điều hành
trong kiểu ảo hóa VMM được mô tả như sau như sau:
Bước đầu tiên mô phỏng phần cứng. Lớp ảo hóa hypervisor sẽ tạo ra một
phân vùng trên ổ đĩa cho các máy ảo. Phân vùng này bao gồm các phần cứng ảo
như ổ đĩa, bộ nhớ….

Trang 9


Hypervisor Xây dựng mối liên lạc giữa lớp ảo hóa với hệ điều hành. Khi

một máy ảo truy xuất tài nguyên thì lớp hypervisor sẽ thay thế máy ảo đó gởi các
yêu cầu tới hệ điều hành máy chủ để yêu cầu thực hiện,
Khi Hệ điều hành nhận được các yêu cầu này. Nó liện lạc với trình điều
khiển thiết bị phần cứng.
Các trình điều khiển thiết bị phần cứng liện lạc đến các phần cứng trên máy
thực.
Quá trình này sẽ xảy ra ngược lại khi có các trả lời từ các phần cứng đến hệ
điều hành chủ.

Hình 2.4 : Cấu trúc của kiểu ảo hóa Vmm
2.2.3 : Hybrid
Hybrid là một kiểu ảo hóa mới hơn và có nhiều ưu điểm. Trong đó lớp ảo
hóa hypervisor chạy song song với hệ điều hành máy chủ. Tuy nhiên trong cấu trúc
ảo hóa này các máy chủ ảo vẫn phải đi qua hệ điều hành máy chủ để truy cập phần
cứng nhưng khác biệt ở chỗ cả hệ điều hành máy chủ và các máy chủ ảo đều chạy
trong chế độ hạt nhân. Khi một trong hệ điều hành máy chủ hoặc một máy chủ ảo
cần xử lý tác vụ thì CPU sẽ phục vụ nhu cầu cho hệ điều hành máy chủ hoặc máy
chủ ảo tương ứng. Lý do khiến 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
Trang 10


Monitor với lớp ảo hóa chạy trong trong chế độ người dùng (chạy như một ứng
dụng cài trên hệ điều hành).
Phương pháp ảo hóa Hybird được sử dụng trong hai sản phẩm ảo hóa phổ
biến của là Microsoft Virtual PC 2007 và Microsoft Virtual Server 2005 R2 .

Hình 2.5 : kiến trúc ảo hóa Hybrid
2.2.4 : Monolithic Hypervisor
Monolithic Hypervisor là một hệ điều hành máy chủ.Nó chứa những trình

điều khiển (Driver) hoạt động phần cứng trong lớp Hypervisor để truy cập tài
nguyên phần cứng bên dưới.khi Các hệ điều hành chạy trên các máy ảo truy cập
phần cứng thì sẽ thông qua lớp trình điều khiển thiết bị của lớp hypervisor.
Mô hình này mang lại hiệu 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.

Trang 11


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 2.6 : Kiến trúc Monolithic Hypervisor
2.2.5 : 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. Tiêu biểu cho ứng dụng
loại ảo hóa này là Windows Server 2008 Hyper-V.

Hình 2.7 : Kiến trúc Microkernelized Hypervisor

2.3. Các lợi ích của ảo hóa .
Thông thường việc đầu tư cho một trung tâm công nghệ thông tin là rất tốn
kém .Chi phí đầu tư mua các máy chủ cấu hình mạnh và các phần mềm bản quyền
là rất đắt đỏ.Trong thời buổi kinh tế khó khăn hiện nay doanh nghiệp nào cũng
muốn cắt giảm và hạn chế tối đa các chi phí không cần thiết mà vẫn đáp ứng được
năng suất và tính ổn định của hệ thống, thế nên việc ứng dụng ảo hóa trở thành nhu

Trang 12


cầu cần thiết của bất kì doanh nghiệp lớn hay nhỏ.Vì 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 mộ lỗi hệ điều hành nào đó thì việc phục hồi đon giản là
chép đè tập tin đã được sao chép lên tập tin cũ và hệ thống có thể hoạt động bình
thường lại ngay như lúc chưa bị lỗi. Thời gian để phục hồi hệ thống là rất ít. Nếu
được đầu tư thêm một số máy chủ khác thì ta có thể cấu hình tính năng High
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 năng cấp Cpu, Ram, ổ cứng cho máy chủ hoặc máy ảo đó hoặc di
Trang 13


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 sang 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 sang 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 :

Trang 14


Chương 3 : Các Công Nghệ Giúp Ảo Hóa Hệ Thống
3.1 :Công nghệ máy ảo (Virtual Machine)

Máy ảo là một máy tính được cài trên một hệ điều hành khác hay một máy
tính khác. Một máy ảo cũng bao gồm phần cứng, các ứng dụng phần mềm và hệ
điều hành điều khác biệt ở đây là lớp phần cứng của máy ảo không phải là các thiết
bị thường mà chỉ là một môi trường hay phân vùng mà ở đó nó được cấp phát một
số tài nguyên như là chu kì cpu, bộ nhớ,ỗ đĩa….Công nghệ máy ảo cho phép cài và
chạy nhiều máy ảo trên một máy tính vật lý. Mỗi máy ảo có một hệ điều hành máy
khách riêng lẻ và được phân bố tài nguyên, ổ cứng, card mạng và các tài nguyên
phần cứng khác một cách hợp lý. Việc phân bố tài nguyên này phụ thuộc vào nhu
cầu của từng máy ảo ứng dụng và cũng tùy thuộc vào phương pháp ảo hóa được
dùng. Đặc biệt khi máy ảo cần truy xuất tài nguyên phần cứng thì nó hoạt động
giống như một máy thật hoàn chỉnh. Vì chỉ là một tập tin được phân vùng trên ổ đĩa
nên việc di chuyển các máy ảo từ máy chủ này sang máy chủ khác là rất dễ dàng và
không cần quan tâm đến vấn đề tương thích phần cứng hay ảnh hưởng tới máy chủ.

.
Hình 3.1 : sơ đồ truy cập tài nguyên phần cứng của các máy ảo.
Trong kiến trúc của một bộ xử lý ảo hóa được chia thành 4 lớp. Lớp 0 là lớp
có quyền cao nhất có thể truy cập và can thiệp sâu nhất đến tài nguyên phần cứng.

Trang 15


Lớp 0 thường là các hệ điều hành chủ được cài trên chính máy chủ. Lớp 1 là lớp ảo
hóa Hypervisor. Lớp này dùng đề quản lý và phân phối tài nguyên đến các máy ảo.
Lớp 2 là các hệ điều hành khách chạy trên các máy ảo. Để truy cập tài nguyên phần
cứng nó phải liên lạc với lớp ảo hóa và phải qua hệ điều hành máy chủ. Lớp có
quyền can thiệp thấp nhất đến tài nguyên là lớp 3. Đây là các ứng dụng hoạt động
trên các máy ảo.
Trong các hệ thống máy tính lớn dùng để xử lý các ứng dụng thương mại và
khoa học (mainframe), hệ điều hành chạy trên phần cứng máy thực ở chế độ ưu tiên

vì chỉ có hệ điều hành chủ mới được phép sửa đổi và can thiệp vào phần cứng bên
dưới nó. Còn máy ảo làm việc ở chế độ giới hạn vì phần cứng mà nó nhìn thấy chỉ
là các thiết bị ảo. Khi máy ảo yêu cầu các lệnh hoặc tiến trình thông thường thì hệ
điều hành chủ sẽ chuyển tiếp chúng đến bô xử lý để thực thi trực tiếp, còn đối với
các lệnh hoặc các tiến trình đặc biệt nhạy cảm can thiệp sâu đến phần cứng bên
dưới sẽ bị chặn lại vì có thể làm ảnh hưởng tới hệ thống và máy ảo còn lại. Hệ điều
hành chủ sẽ thực thi lệnh với bộ xử lý trên máy thực rồi sau đó mô phỏng kết quả
rồi trả về cho máy ảo. Đây là cơ chế nhằm cách ly máy ảo với máy thực để đảm
bảo an toàn hệ thống.

3.2 :Công nghệ Raid
3.2.1 :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.
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.
Trang 16


3.2.2 Lịch sử ra đời và phát triển Raid
Công nghệ Raid bắt nguồn từ những ý tưởng gom những dung lượng nhỏ

còn trống ở nhiều ổ cứng để tạo một ổ cứng có dung lượng lớn hơn.Ngày 30-51978 Norman Ken Ouchi tại IBM đã nhận được giải thưởng bằng sáng chế với chủ
đề “System for recovering data stored in failed memory unit” .Chủ đề này nói về
cách hoạt động ghi song song,ánh xạ và ghép đôi mà ngày nay được ứng dụng
trong các loại Raid.Sau nhiều năm nghiên cứu thì tại viện nghiên cứu Berkeley ,
David A Patterson , Garth A Gibson và Randy Katz đã đưa ra định nghĩa vể Raid và
các ứng dụng của nó. Vào tháng 6/1988, trong một hội nghị SIGMOD, RAID chính
thức được công bố là từ viết tắt của “Redundant Arrays of inexpensive Disks” và
cũng từ ngày này trở đi , khái niệm về RAID được xuất hiện
3.2.3 :Các chuẩn Raid
Các chuẩn RAID là các công nghệ lưu trữ, phân tách dữ liệu được sử dụng
trong RAID
Các loại RAID hay còn gọi là cấp độ RAID là những chế độ RAID được
ứng dụng dựa trên các công nghệ của những chuẩn RAID
Các chuẩn RAID đang nghiên cứu và phát triển hiện nay :
3.2.3.1 : 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 3.2 : Sơ đồ hoạt động của chuẩn Striping
Trang 17


3.2.3.2 :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 3.3 : Sơ đồ hoạt động của chuẩn Duplexing
3.2.3.3 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

Trang 18


3.2.4 :Các loại Raid.
3.2.4.1 : 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 3.4 : sơ đồ hoạt động của Raid level 0
3.2.4.2 : 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 lượng sau khi Raid 1 là một nửa tổng dung lượng Raid của các ổ đĩa.Ví dụ có

hai ổ đĩa 80GB sau khi Raid 1 sẽ tạo thành 1 ổ đĩa 80GB và một ổ dự phòng.

Hình 3.5 : sơ đồ hoạt động của Raid 1
3.2.4.5 :RAID level 5 :

Trang 19


Đây là loại Raid phổ biến nhất hiện nay vì tốc độ nhanh và độ an toàn dữ
liệu cao vì sử dụng kết hợp chuẩn ghi song hành và kiểm tra tính chẳn lẽ (parity)
của dữ liệu để ghi lên ổ đĩa.
Quá trình ghi và kiểm tra chẵn lẻ là khá phức tạp nên có thể hình dung theo
hai quy luật là Nếu tổng số bits nhiều nhất là số lẻ thì parity là bit 1 .Nếu tổng số
bits nhiều nhất là số chẳn thì parity là bit 0.Theo ví dụ hình 3.6 bên dưới nếu dữ
liệu ghi vào đĩa 1 và đĩa 2 lần lượt là 1-0.Tổng số bit là 1 nên parity sẽ là 1.Vậy dữ
liệu ghi trên 3 đĩa lúc này là 1-0-1.Nếu đĩa 1 bị hư hỏng thì dữ liệu lúc này sẽ là -01 và dựa vào quy luật trên ta có thể suy ra dữ liệu trên ổ đĩa 1 là bit 1.Tương tự nếu
ổ đĩa thứ hai bị hư thì dữ liệu sẽ là 1- -1 và dựa vào quy luật trên ta có thể suy ra bit
trong ổ đĩa thứ hai là bit 0.
Ta có thể thấy dữ liệu có thể được lấy lại một cách nhanh chóng.Tuy nhiên
để đầu tư cho phương pháp này thì khá tốn kém.Nó yêu cầu ít nhất ba ổ đĩa và dung
lượng ổ đĩa tạo thành là tổng dung lượng Raid trừ đi một đĩa.

Hình 3.6 : Sơ đồ hoạt động của Raid 5
3.2.4.6 : RAID level 1+0
Đây cũng là phương pháp được dùng phổ biến hiện nay vì tính năng chạy
nhanh hơn và độ an toàn cao do sử dụng kết hợp cả chuẩn song hành và chuẩn ánh
xạ.Nó yêu cầu ít nhất 4 ổ cứng và chia thành 2 cặp.Mỗi cặp sẽ được cấu hình Raid
0 để tăng tốc đọc ghi dữ liệu .Và 2 ồ đĩa sau khi thực hiện Raid 0 sẽ được cấu hình
Raid 1 với nhau đề đảm bảo an toàn dữ liệu.Điều này cho thấy là chi phí cho loại
này cũng rất cao.Tổng dung lượng của ổ đĩa sau khi Raid 1-0 sẽ là một nửa tổng

dung lượng Raid của các ổ cứng.

Trang 20


Hình 3.7 : sơ đồ hoạt động của Raid 1-0

3.3 : Công nghệ lưu trữ mạng SAN
Công nghệ lưu trữ mạng cục bộ SAN (Storage Area Network ) là một hệ
thống được được thiết kế cho việc thêm các các ổ đĩa lưu trữ cho một hệ thống
máy chủ một cách dễ dàng như ổ đĩa cứng,hoặc băng từ .Công nghệ nảy cho phép
người dùng kết nối từ xa đến các thiết bị lưu trữ trên mạng vì thế nên nó dễ dàng
chia sẻ lưu trữ và quản lý thông tin, mở rộng lưu trữ dễ dàng thông qua quá trình
thêm các thiết bị lưu trữ vào mạng không cần phải thay đổi các thiết bị như máy
chủ hay các thiết bị lưu trữ hiện có.Trong ảo hóa công nghệ lưu trữ mạng được
dùng làm trung tâm của dữ liệu và cũng có thể làm nơi chứa các máy ảo khi cần
thiết.Nó hỗ trợ các máy chủ có thể lấy dữ liệu từ nó để khởi động.
SAN cũng có thể được thiết kế tích hợp các tính năng lưu trữ và cho phép
nhiều máy chủ cùng lưu trữ trên nó.Ngoài ra một ưu điểm nổi trội của nó là phục
hồi dữ liệu một cách nhanh chóng bằng cách thay nóng một thiết bị bị lỗi.Từ đó
cho thấy SAN là một thành phần không thể thiếu trong một hệ thống lớn.

Hình 3.8 :Sơ đồ lưu trữ mạng San.

3.4 : Công nghệ High Availability
Trang 21


High Availability được cung cấp bởi nhà sản suất VMware . Đây là một tiện
ích hoàn hảo được thiết kế cho hệ thống máy chủ ESX

và VMware

Infrastructure .Mục đích của công nghệ này là di chuyển các máy ảo từ máy chủ
này sang một máy chủ khác khi sảy ra sự cố về hỏng hóc máy chủ vật lý hay mất
kết nối mạng.Công nghệ này giúp các máy ảo ứng dụng có thể được phục hồi và
hoạt động ngay khi chuyển sang máy chủ mới mà không có lo lằng gì về vấn đề
tương thích với máy chủ vật lý.
Đây là một tính năng rất mạnh vì bất cứ hệ thống hoặc thiết bị phần cứng
nào cũng đều có thể bị rủi ro và hư hỏng, và các vấn đề trục trặc này khó có thể
đoán trước được .Vì vậy để đảm bảo an toàn dữ liệu và các máy chủ ứng dụng có
thể hoạt động trực tuyến ngay lập tức khi bị sự cố thì giải pháp chính là cấu hình
cho hệ thống hoạt động tính năng High Availability.

Hình 3.11 : Sơ đồ hoạt động của VMware High Availability
3.4.1 : Yêu cầu của VMware High Availability

Trang 22


Công nghệ High Availability chỉ hỗ trợ cho một số phần Phần mềm ảo hóa
do VMware cung cấp như là VMware Infrastructure hoặc VMware ESX Server.
Để cấu hình tính năng này phải có ít nhất là hai hệ thống máy chủ sử dụng
ảo hóa.
Phải có ít nhất một thiết bị lưu trữ mạng SAN để kết nối hai hệ thống.
Yêu cầu phải có tương thích về hoạt động của các hệ thống máy chủ.
3.4.2 : Ưu điểm của High Availability
Cung cấp độ an toàn cao cho các máy ảo, nhờ đó các máy ảo có thể hoạt
động được ngay khi đươc di chuyển sang hệ thống máy chủ mới.
Không phân loại hệ điều hành High Availability có thể di chuyển bất cứ hệ

điều hành nào được cài trên máy ảo.
Cấu hình dễ dàng và triển khai nhanh chóng.
Có thể kết hợp với các công nghệ khác như bộ phân phối tài nguyên
nguyên (Distributed Resource Scheduler) và VMonitor để các máy ảo di chuyển
sang hệ thống khác mà không gây mất kết nối đối với người dùng.
3.4.3: Hạn chế
Bên cạnh những ưu điểm đó thì High Availability còn có những nhược
điềm chưa khắc phục được như là:
 Các CPU trên mỗi máy chủ phải tương thích với nhau.
 Các máy ảo nằm trên hệ thống máy chủ gặp trục trặc cần phải khởi động

lại.
Không đảm bảo an toàn cho các ứng dụng khi máy tự động khởi động lại
sau khi chuyển qua máy chủ mới.

Chương 4 : Ảo Hóa Với Vmware esx Server

Trang 23