Nghiên cứu công nghệ ảo hóa và dịch vụ cho thuê hạ tầng

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những gì mà tôi viết ra trong luận văn này là do sự tìm hiểu và
nghiên cứu của bản thân. Mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý tưởng của các tác giả
khác nếu có đều được trích dẫn đầy đủ.
Luận văn này cho đến nay vẫn chưa hề được bảo vệ tại bất kỳ một hội đồng bảo
vệ luận văn thạc sĩ nào trên toàn quốc cũng như nước ngoài và cho đến nay chưa hề
được công bố trên bất kỳ phương tiện thông tin nào.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những gì mà tôi đã cam đoan trên đây.

Hà Nội, ngày 30 tháng 8 năm 2012
Tác giả

Nguyễn Ánh Việt

i


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin phép bày tỏ sự biết ơn chân thành đến TS Nguyễn Hữu
Đức đã tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô ở viện Công nghệ Thông tin và
Truyền thông Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho tôi
những kiến thức quí báu trong suốt thời gian của khóa Thạc sĩ 2010.
Xin cảm ơn các đồng nghiệp ở Đại học Nha Trang và Bộ tổng tham mưu –
Cục công nghệ thông tin đã tạo điều kiện, động viên tôi trong thời gian thực hiện
luận văn.
Xin cảm ơn ban giám hiệu Trường sỹ quan thông tin đã giúp tôi trang thiết bị
và điều kiện thử nghiệm và triển khai hệ thống, trong thời gian tôi còn là trợ lý của
Phòng KHCN & MT.
Hà Nội, ngày 30 tháng 8 năm 2012

Nguyễn Ánh Việt

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ii
MỤC LỤC.............................................................................................................iii
DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT ............................................................................... v
DANH MỤC NHỮNG HÌNH VẼ ........................................................................ vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ........................................................................ vii
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
1. Cơ sở luận văn ................................................................................................... 2
1.1 Ảo hóa đến với thị trường Việt Nam ......................................................... 2
1.2 Công nghệ tiên tiến ................................................................................... 2
1.3 Về mặt kĩ thuật .......................................................................................... 2
1.4 Ƣu điểm lớn nhất của ảo hóa .......................................................................... 3
3. Mục tiêu luận văn .............................................................................................. 4
4. Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu .......................................................................... 4
PHẦN 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ ............................................ 5
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY VÀ
CÔNG NGHỆ ẢO HÓA ....................................................................................... 5
1.1 Giới thiệu về điện toán đám mây .................................................................... 5
1.2 Ảo hóa trong điện toán đám mây .................................................................... 7
1.3 Công nghệ ảo hóa ............................................................................................. 9
1.4. Ảo hóa hoạt động nhƣ thế nào ....................................................................... 9
1.5 Tại sao lại thực hiện ảo hóa ........................................................................... 10
CHƢƠNG 2. MÃ NGUỒN MỞ ẢO HÓA VÀ ỨNG DỤNG ............................. 12
2.1 Ảo hóa với Orcle VM VirtualBox ................................................................. 12

2.1.1 Giới thiệu ............................................................................................. 12
2.1.2 Vì sao phải dùng VirtualBox ................................................................ 13
2.1.3 Tính năng hưu ích của VirtualBox ........................................................ 14
2.1.4 VirtualBox cung cấp nhiều tính năng độc đáo....................................... 17
2.5. Các hệ điều hành đƣợc hỗ trợ trên VirtualBox ........................................... 17
2.2. Ảo hóa với Xen .............................................................................................. 18

iii


2.2.1 Xen hypervisor ..................................................................................... 19
2.2.2 Kiến trúc ảo hóa Xen ............................................................................ 21
CHƢƠNG 3. PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG ....................................................... 26
3.1. Giới thiệu chung ........................................................................................... 26
3.2. Thực trạng và nhu cầu ứng dụng công nghệ thông tin ............................... 27
3.3. Mô hình tổng thể hệ thống mạng CNTT...................................................... 28
3.4. Mục tiêu của giải pháp triển khai công nghệ ảo hóa ................................... 37
CHƢƠNG 4. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ẢO HÓA GIẢI QUYẾT ............... 38
4.1. Xây dựng mô hình và giải pháp tổng thể phần mềm và CSDL .................. 38
4.2. Lựa chọn giải pháp công nghệ ................................................................ 38
4.2.1. Lựa chọn hệ điều hành......................................................................... 38
4.2.2. Lựa chọn hệ quản trị CSDL ................................................................. 38
4.2.3. Mô hình ứng dụng và CSDL................................................................ 42
4.2.4. Mô hình triển khai ứng dụng máy chủ ảo............................................. 45
4.3. Cụ thể cài đặt từ kiến trúc chung................................................................. 47
4.3.1 Triển khai một dịch vụ cho thuê máy chủ ảo từ máy trạm .................... 48
4.3.2. Kiểm soát trên máy chủ vật lý ............................................................ 52
CHƢƠNG 5. THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY
CHỦ ẢO............................................................................................................... 54
5.1. Danh sách các phần mềm ứng dụng ............................................................ 54

5.2. Các phân hệ đƣợc cung cấp dịch vụ cho thuê hạ tầng trên nền máy chủ ảo
.............................................................................................................................. 57
5.2.1. Cổng thông tin điện tử Trường Sỹ quan CH-KT Thông tin. ................. 57
5.2.2. Hệ phần mềm phục vụ chỉ huy, quản lý, điều hành .............................. 60
5.2.3. Hệ phần mềm phục vụ quản lý, điều hành huấn luyện ......................... 63
5.2.4. Hệ phần mềm quản lý công tác nghiên cứu khoa học........................... 65
5.2.5. Hệ phần mềm phục vụ công tác khảo thí ............................................ 67
5.2.6. Hệ chương trình giao ban truyền hình trên mạng nội bộ ...................... 69
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 73

iv


DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT
STT
01

Từ viết tắt
ACPI

02

AHCI

03

API

04

APIC

05

ATA

06
07

BIOS
COM

08

DHCP

09

DKMS

10
11
12

GUI
IDE
SCSI

13

14
15
16

OS
VM
VMM
VRDE

Từ đầy đủ
Advanced Configuration and
Power Interface
Advanced Host Controller
Interface
Application Programming
Interface
Advanced Programmable
Interrupt Controller
Advanced Technology
Attachment
Basic Input/Output System
Microsoft Component Object
Model
Dynamic Host Configuration
Protocol
Dynamic Kernel Module
Support
Graphical User Interface
Integrated Drive Electronics
Small Computer System

Interface
Operating System
Virtual Machine
Virtual Machine Manager
VirtualBox Remote Desktop
Extension

v

Giải nghĩa tiếng Việt


DANH MỤC NHỮNG HÌNH VẼ
Hình 1.1. Các tầng cơ sở......................................................................................... 9
Hình 1.2. Trung tâm dữ liệu trên nền kiến trúc linh động ....................................... 10
Hình 2.1. Tìm hiểu về VirtualBox ......................................................................... 12
Hình 2.2 Windows 7 đang chạy trên cửa sổ ảo...................................................... 13
Hình 2.3. Ảo hóa máy tính với Xen ....................................................................... 19
Hình 2.4. Các Domain máy trên Xen Hypervisor ................................................... 20
Hình 2.5. Kiến trúc ảo hóa trên Xen ..................................................................... 22
Hình 3.1 Sơ đồ tổ chức các đơn vị đầu mối của Trường Sỹ Quan thông tin ........... 27
Hình 3.2. Sơ đồ tổ chức các hệ thống VLAN chính ............................................... 31
Hình 4.1. Mô hình ứng dụng client/server.............................................................. 43
Hình 4.2. Mô hình ứng dụng web .......................................................................... 44
Hình 4.3. Tổ chức cơ sở dữ liệu tại Trung tâm mạng chính và dự phòng ............... 45
Hình 4.4. Mô hình triển khai phần mềm ................................................................ 47
Hình 4.5. Hộp thoại YaST Control Center ............................................................. 48
Hình 4.6. Giao diện màn hình đầu tiên của phần mềm tạo máy ảo từ xa ................ 49
Hình 4.7. Lựa chọn Hệ Điều Hành để cài đặt ......................................................... 50
Hình 4.8. Cấu hình phần cứng ảo cho máy ............................................................ 51

Hình 4.9. Lựa chọn đường dẫn trên máy chủ vật lý để chứa máy chủ ảo ................ 52
Hình 4.10. Quá trình cài đặt máy ảo Windows 7 .................................................... 52
Hình 4.11. Hộp hoại Virtual Machine Manager ..................................................... 53

vi


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Tham số hệ thống máy chủ ................................................................... 32
Bảng 3.2. Nhu cầu phần mềm có sẵn chưa sử dụng vì thiếu máy chủ.................... 34
Bảng 5.1. Các phần mềm ứng dụng xây dựng tại trường........................................ 54

vii


MỞ ĐẦU
Ngày nay vấn đề về ảo hóa đang thực sự “nóng” và ngày càng có nhiều hãng
nhảy vào thị trưởng này. Hiện nay đã có trên 10 hãng đang cung cấp sản phẩm ảo
hóa ứng dụng trên thế giới. Theo như được biết thì năm 2005, ảo hóa bắt đầu được
triển khai với tốc độ nhanh hơn cả những gì các chuyên gia công nghệ dự đoán. Từ
"gã khổng lồ" ảo hóa VMWare đến các công ty cung cấp phần cứng và phần mềm
lớn là IBM, Intel, Microsoft, HP... đều đầu tư các khoản tiền lớn cho công nghệ này.
Không dừng lại ở quy mô máy tính, các "đại gia" còn đưa ảo hóa cả vào điện thoại
di động, các thiết bị cầm tay, thiết bị lưu trữ...
Theo khảo sát gần đây của Enterprise Strategy Group, tại thị trường Mỹ,
28% Doanh Nghiệp có kế hoạch sử dụng môi trường ảo hóa sẽ thực hiện ảo hóa
máy chủ trong vòng 6 tháng tới và 42% có kế hoạch khai thác ảo hóa trong năm
sau. Các ban ngành IT tại Mỹ đang sử dụng ảo hóa và đã ảo hóa 24% số máy chủ và
dự kiến con số này sẽ tăng lên 45% vào năm 2009. Ở những quốc gia phát triển như
Singapore đã có khoảng 40% Doanh Nghiệp trang bị kỹ thuật này.

Ngoài các gã khổng lồ ảo hóa lớn như VMware ESX Server. Tiếp theo là đến
Windows Server 2008 tích hợp Windows Virtualization thì Xen và KVM trong
Linux là sự lựa chọn ảo hóa hàng đầu trong các Doanh Nghiệp vừa và nhỏ.
Trong bối cảnh ngày nay khi mà ảo hóa thâm nhập vào VN được hơn hai
năm và hiện đã có những khách hàng sử dụng. Song, theo đánh giá chung của các
tập đoàn IT trên thị trường ảo hóa thì tại Việt Nam vẫn đang ở mức độ sơ khai.
Xuất phát về những vấn đề trên nên tác giả đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu
công nghệ ảo hoá và dịch vụ cho thuê hạ tầng trên nền máy”. Mục tiêu của đề
tài là tìm hiểu về công nghệ ảo hóa và các ứng dụng hỗ trợ và xây dựng thử nghiệm
một hệ thống ảo hóa dựa trên nền tảng của XEN trong Linux áp dụng tại Trường Sỹ
Quan Thông Tin – Binh Chủng Thông Tin Liên Lạc.
Nội dung của đề tài sẽ giúp tìm hiểu rõ hơn vì sao khi triển khai công nghệ
ảo hóa thì tận dụng được hết hiệu quả sức mạnh phần cứng và làm giảm chi phí mua
sắm thiết bị, tiết kiệm điện năng và không gian lưu trữ

1


GIỚI THIỆU CHUNG
1. Cơ sở luận văn
1.1 Ảo hóa đến với thị trƣờng Việt Nam
Vừa qua, các hãng công nghệ lớn như Microsoft, IBM, HP, Intel … đua nhau
quảng cáo rầm rộ các sản phẩm, dịch vụ, giải pháp sử dụng công nghệ ảo hóa với
những cam kết rằng ảo hóa là sự phát triển cho tương lai, giúp các doanh nghiệp
nâng cao hiệu quả với chi phí thấp nhất…. trong bối cảnh phần lớn doanh nghiệp
Việt Nam vẫn đang còn bước đầu triển khai về khái niệm này.

1.2 Công nghệ tiên tiến
Ảo hoá là công nghệ tiên tiến nhất trong một loạt các cuộc cách mạng công
nghệ nhằm tăng mức độ ảo hóa hệ thống cho phép tăng hiệu suất làm việc của máy

tính lên một cấp độ chưa từng có.
Ở mức đơn giản nhất, ảo hóa cho phép bạn sử dụng ít nhất một máy tính hoạt
động trong nhiều môi trường khác nhau trên một phần cứng duy nhất. Ví dụ, với ảo
hóa,bạn có thể đồng thời sử dụng một máy Linux và một máy Windows cùng trên
một hệ thống. Hay có thể dùng một máy bàn Windows 95 và một máy bàn
Windows XP trên một máy trạm.

1.3 Về mặt kĩ thuật
Ảo hóa tách biệt người sử dụng và ứng dụng về những đặc tính phần cứng
chuyên biệt của các hệ thống mà họ sử dụng để thực hiện các công việc của máy
tính. Công nghệ này hứa hẹn mở ra một làn sóng cách mạng phần cứng và phần
mềm hoàn toàn mới.
Ví dụ về một ích lợi của ảo hóa là đơn giản hóa quá trình nâng cấp các hệ
thống (trong một số trường hợp, không cần nâng cấp hệ thống), bằng việc cho phép
người sử dụng nắm bắt được trạng thái của máy ảo, và sau đó chuyển trạng thái đó
trong tình trạng nguyên vẹn từ hệ thống cũ sang một hệ thống mới.
Ngoài ra, ảo hóa cũng hứa hẹn tạo ra khả năng điện toán với hiệu quả cao

2


hơn. Số lượng thực các bộ xử lý, bộ nhớ, và các nguồn lưu trữ … cần có cho hệ
thống ngày nay sẽ được điều chỉnh và quyết định bởi các khả năng tính toán của ảo
hóa

1.4 Ƣu điểm lớn nhất của ảo hóa
- Tối ƣu hóa công suất sử dụng phần cứng: Ngày nay, hệ thống máy chủ ở
các trung tâm dữ liệu thường hoạt động với 15 hoặc 20% tổng hiệu suất. Nói cách
khác, 80% hoặc 85% công suất của máy không được dùng đến. Tuy nhiên, một máy
chủ dùng chưa hết công suất vẫn chiếm diện tích sử dụng và hao tổn điện năng, vì

vậy chi phí hoạt động của một máy không được sử dụng đúng mức có thể gần bằng
với chi phí khi chạy hết công suất.
- Nhu cầu lƣu trữ dữ liệu: Các trung tâm dữ liệu đang dùng hết dung lượng
của mình. Trong vài thập kỷ qua, các tài liệu kinh doanh đã và đang được chuyển từ
dạng giấy tờ sang dạng điện tử. Đây là quá trình số hóa tài liệu.
Với khả năng host cùng lúc các hệ thống khách trên một máy chủ vật lý duy
nhất, ảo hóa cho phép các công ty nâng cấp trung tâm dữ liệu, do đó cắt giảm chi
phí mở rộng dung lượng trung tâm dữ liệu. Đây là lợi ích lớn nhất của ảo hóa, vì chi
phí xây dựng các trung tâm dữ liệu có thể lên tới hàng chục triệu đôla.
- Ứng dụng công nghệ xanh để đạt hiệu quả sử dụng năng lƣợng tốt hơn:
Tác động của cuộc cách mạng xanh khiến các công ty đang tìm cách giảm lượng
năng lượng tiêu thụ và một trong số những nơi họ nhận thấy có thể làm được điều
đó đầu tiên là các trung tâm dữ liệu. Hơn nữa, các nhà khoa học cũng dự đoán tới
cuối thập niên này, lượng năng lượng tiêu thụ sẽ tăng 50%. Lượng năng lượng các
máy chủ ở trung tâm dữ liệu tiêu thụ và để làm mát chiếm khoảng 2,2% tổng năng
lượng tiêu thụ ở Mỹ.
- Chi phí quản lý hệ thống rất lớn và ngày càng tăng: Các máy không
hoàn toàn tự hoạt động. Như bạn có thể tưởng tượng, những công việc này đòi hỏi
rất nhiều nhân lực. Để thuê những nhân viên quản trị hệ thống, người giữ cho các
máy có thể hoạt động tốt thì không hề rẻ chút nào. Và không giống như các lập trình
viên, các nhân viên quản trị hệ thống thường làm việc bên cạnh máy chủ, do họ cần

3


xử lý phần cứng vật lý.
Để kiểm soát sự gia tăng chi phí điều hành, ảo hóa mang lại cơ hội cắt giảm
chi phí quản lý hệ thống bằng việc giảm số lượng máy tính cần được quản trị. Mặc
dù, nhiều công việc liên quan đến quản lý hệ thống (hệ điều hành và ứng dụng, sao
lưu dự phòng) không thể thay đổi trong một môi trường được ảo hóa, rất nhiều tác

vụ không cần phải thực hiện nếu các máy chủ vật lý chuyển sang ảo hóa. Nói
chung, ảo hóa có thể giảm thiểu phần lớn các yêu cầu quản lý. Do đó, ảo hóa trở
thành sự lựa chọn tuyệt vời để giải quyết vấn đề tăng chi phí thuê nhân viên điều
hành.

3. Mục tiêu luận văn
Nghiên cứu, thử nghiệm và phát triển công nghệ ảo hoá và dịch vụ cho thuê hạ
tầng trên nền máy chủ, các giải pháp phát triển các ứng dụng dựa trên nền mã nguồn
mở XEN. Đồng thời triển khai thử nghiệm trên hệ thống DATA CENTER của
Trường sỹ quan thông tin - Binh Chủng Thông Tin Liên Lạc.

4. Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu
 Tìm hiểu công nghệ ảo hóa
 Cơ sở lý thuyết và công nghệ ảo hóa
 Triển khai ứng dụng công nghệ ảo hóa
 Triển khai công nghệ ảo hóa trên Xen
 Thử nghiệm trên trung tâm dữ liệu của Trường sỹ quan Thông Tin –
Binh chủng thông tin liên lạc.

4


PHẦN 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM
MÂY VÀ CÔNG NGHỆ ẢO HÓA
1.1 Giới thiệu về điện toán đám mây
“Cloud Computing” có lẽ là thuật ngữ “thời sự” nhất trong giới công nghệ
thông tin trên thế giới hiện nay và được xếp đầu bảng trong các công nghệ chiến
lược từ năm 2010. Dẫu vậy, điện toán đám mây vẫn là một mô hình đang tiến tới
hoàn chỉnh, các hãng công nghệ cũng như các tổ chức tiêu chuẩn trên thế giới đều

đưa ra các định nghĩa và cách nhìn của riêng mình.
Thuật ngữ điện toán đám mây chỉ mới xuất hiện gần đây. Giữa năm 2007,
Amazon đẩy mạnh nghiên cứu và triển khai điện toán đám mây. Ngay sau đó, với
sự tham gia của các công ty lớn như Microsoft, Google, IBM… thúc đẩy Cloud
Computing phát triển ngày càng mạnh mẽ.
Sự phát triển mạnh mẽ của điện toán đám mây đã thu hút rất nhiều nhà khoa
học, các trường đại học và cả các công ty công nghệ thông tin (IT) đầu tư nghiên
cứu. Rất nhiều chuyên gia đã đưa ra định nghĩa của mình về điện toán đám mây.
Theo thống kê của tạp chí “Cloud Magazine” thì hiện tại có hơn 200 định nghĩa
khác nhau về điện toán đám mây. Mỗi nhóm nghiên cứu đưa ra định nghĩa theo
cách hiểu, cách tiếp cận của riêng mình nên rất khó tìm một định nghĩa tổng quát
nhất của điện toán đám mây. Dưới đây là ví dụ một số định nghĩa về điện toán đám
mây:
- Cloud Computing là dịch vụ IT được cung cấp không phụ thuộc vào vị trí
(“The cloud is IT as a Service, delivered by IT resources that are independent of
location” ).
- Cloud Computing cung cấp các tài nguyên IT có khả năng mở rộng và co
giãn, các tài nguyên này được cung cấp dạng dịch vụ cho người dùng thông qua
mạng Internet (“Cloud computing is a style of computing where massively scalable

5


IT-related capabilities are provided ‘as a service’ across the Internet to multiple
external customers”[11] – Gartner).
Những định nghĩa trên có một điểm chung là cố gắng định nghĩa Cloud
Computing theo hướng thương mại, từ góc nhìn của người dùng đầu cuối. Theo đó,
tính năng chủ yếu của Cloud Computing là cung cấp cơ sở hạ tầng và các ứng dụng
về IT dưới dạng dịch vụ có khả năng mở rộng được. Tuy nhiên, các công ty như
Gartner, IDC, Merrill Lynch không phải là các công ty chuyên về IT cho nên

những định nghĩa này tập trung vào giải thích Cloud Computing là “như thế nào” và
chủ yếu dựa trên kinh nghiệm của các công ty này.
Nhưng dù sao với điện toán đám mây đã đem lại sự thay đổi lớn cho chúng
ta trong cách lưu trữ và chạy các ứng dụng. Thay vì chạy chương trình và lưu dữ
liệu trên máy tính cá nhân thì tất cả mọi thứ đều được chứa đựng trong đám mây
(cloud) – bao gồm một tập hợp các máy tính và các máy chủ được truy cập thông
qua Internet. Điện toán đám mây cho phép truy nhập tới các ứng dụng, các văn bản
từ bất cứ nơi đâu trong thế giới, giải phóng người sử dụng khỏi sự ràng buộc của
máy tính để bàn và tạo ra một cách dễ dàng các nhóm cộng tác ở các địa điểm khác
nhau.
Điện toán đám mây là điện toán dựa trên Internet, mà ở đó các máy chủ được
chia sẻ cung cấp các tài nguyên, phần mềm và dữ liệu cho các máy tính và các thiết
bị theo yêu cầu. Điện toán đám mây là sự phát triển tự nhiên của sự chấp nhận rộng
rãi của công nghệ ảo hóa (visualization), kiến trúc hướng dịch vụ (service-oriented
architecture) và điện toán tiện ích (utility computing).
Theo viện tiêu chuẩn và công nghệ quốc gia Hoa Kỳ (NIST), khái niệm điện
toán đám mây là một mô hình cho phép truy cập thuận tiện, truy cập mạng theo yêu
cầu tới tập hợp các tài nguyên máy tính được chia sẻ (ví dụ, mạng, máy chủ, lưu trữ,
ứng dụng và dịch vụ), các dịch vụ có thể được nhanh chóng cung cấp và phát hành
với chi phí quản lý tối thiểu hoặc nhà cung cấp dịch vụ tương tác. Điều này thúc đẩy
mô hình đám mây bao gồm năm đặc điểm thiết yếu, ba mô hình dịch vụ, và bốn mô
hình triển khai.

6


1.2 Ảo hóa trong điện toán đám mây
Trong điện toán đám mây, một trong những vấn đề nền tảng và cơ bản nhất
là tính ảo hóa (virtualization) của hạ tầng bên dưới (bên cạnh tính chất chuẩn hóa
(standard), tự trị (autonomous) và mềm dẻo – khả mở (Elastic and Scalability) –

theo các tài liệu của IBM. Ảo hóa là một framework hoặc phương pháp chia tài
nguyên (RAM/CPU/HDD) của một máy vật lý (host) thành nhiều máy logic (guest).
Các máy đó được gọi là máy ảo (Virtual Machines) hoặc môi trường ảo (Virtual
Environments). Trên Linux, các gói phần mềm nguồn mở cung cấp các giải pháp
xây dựng các tầng IaaS (đôi khi là cả PaaS) đều đã được đóng gói kèm theo một
công nghệ ảo hóa riêng biệt, VD: Nimbus với Xen (và cả KVM), OpenStack với
KVM/QEMU, VMWare với VMWare Hypervisor, OpenVZ Linux Container với
công nghệ OpenVZ...
Do các giải pháp IaaS hầu hết đã đóng gói công nghệ ảo hóa nên việc hiểu
tường tận bản chất của các công nghệ ảo hóa đôi khi chưa tới nơi tới chốn do người
quản trị chỉ cần cài đặt và quản lý thông qua các phương tiện cài đặt của các gói
IaaS đó. Các công nghệ ảo hóa hiện nay được áp dụng trên Linux:
Full Virtualization (đây là tên gọi trong Xen, trong OpenVZ gọi là Emulation
hoặc Virtual Machines): cho phép khởi tạo các máy ảo non-modified, không bị bó
buộc hay nói một cách đơn giản, các máy guest (hay các hệ điều hành cài trên
guest) sẽ không nhận ra răng chúng đang được chạy trên một cấu hình phần cứng
“ảo”. Phương pháp này được sử dụng trên rất rất nhiều các công nghệ ảo hóa hiện
nay vì ưu điểm cho phép cài đặt và khởi tạo các máy guest không phức tạp. Điểm
yếu của phương pháp này là hiệu năng không cao. Lý do ở đây là vì một vài chỉ
lệnh CPU (CPU instruction) yêu cầu thêm các quyền hạn truy nhập đối với một vài
tác vụ xử lý và do đó đôi khi sẽ không thể chạy được trong máy ảo. Bởi vậy sẽ phải
thông qua bộ quản lý máy ảo (virtual machine monitor hay hypervisor) để phân tích
chỉ lệnh và bảo đảm an toàn khi thực hiện; một số guest OS yêu cầu phần cứng để
có thể cài đặt và khởi chạy (VD: khi sử dụng Full Virtualization cài các máy ảo 64
bit trên nền tảng phần cứng không hỗ trợ ảo hóa hoặc trên HĐH 32 bit sẽ gặp lỗi).

7


Full

Virtualization

được

sử

dụng

bởi Xen, VMWare, Virtual

Box, QEMU/KVM và Microsoft Virtual Server.
Paravirtualization: Phương pháp này cũng yêu cầu Hypervisor nhưng toàn bộ
các chỉ lệnh được thực hiện ngay trong nền tảng HĐH của guest. Nói cách khác,
guest OS đã được tùy chỉnh để hỗ trợ hypervisor (modified OS) và tránh không phải
thông qua quá trình kiểm duyệt quyền hạn khi thực hiện lệnh. Các guest OS khi đó
sẽ thực hiện công việc với điều kiện là chúng phải “biết” là chúng đang chạy trên
nền tảng phần cứng ảo và bị quản lý bởi hypervisor. Phương pháp này nhanh hơn
Full Paravirtualization, tuy nhiên quá trình chuẩn bị và cài đặt không đơn giản. Hiện
có Xen và UML hỗ trợ Paravirtualization.
Containers Virtualization (operating system-level virtualization - ảo hóa ở
mức HĐH): đây là phương pháp mới xuất hiện, cho phép tạo và chạy các máy ảo
được cách ly (isolated) và bảo mật (secured) từ một HĐH được chỉ định. Với 2
phương pháp ảo hóa trước đó, nếu có 30 máy ảo thì người quản trị sẽ phải bảo trì 30
máy 30 lần tách biệt. Với container virtualization, 30 máy được tạo từ một HĐH (sử
dụng chung HĐH) nên việc bảo trì chỉ là bảo trì 1 lần. Container Virtualization hỗ
trợ live-migrate (chức năng chuyển máy ảo từ host này sang host khác) rất nhanh.
Hiện nay, phương pháp container virtualization được ứng dụng nhiều ở các máy chủ
VPS hosting hoặc application hostings. Có một số gương mặt nổi lên
như OpenVZ, Virtuozzo, Linux-Vserver, Solaris Zones và FreeBSD Jails.

8


1.3 Công nghệ ảo hóa

Hình 1.1. Các tầng cơ sở

Ảo hóa là công nghệ được thiết kế để tạo ra tầng trung gian giữa hệ thống
phần cứng máy tính và phần mềm chạy trên nó. Ảo hóa thay đổi nhanh chóng toàn
cảnh của lĩnh vực Công nghệ Thông tin (CNTT) và cách tính toán của con người.
Máy chủ trong các hệ thống CNTT ngày nay thường được thiết kế để chạy một hệ
điều hành và một ứng dụng. Điều này không khai thác triệt để hiệu năng của hầu hết
các máy chủ rất lớn. Ảo hóa cho phép bạn vận hành nhiều máy chủ ảo trên cùng
một máy chủ vật lý, dùng chung các tài nguyên của một máy chủ vật lý qua nhiều
môi trường khác nhau. Các máy chủ ảo khác nhau có thể vận hành nhiều hệ điều
hành và ứng dụng khác nhau trên cùng một máy chủ vật lý.

1.4. Ảo hóa hoạt động nhƣ thế nào
Nền tảng ảo hóa của Vmware được xây dựng trên kiến trúc sẵn sàng cho
doanh nghiệp (business-ready). Sử dụng các phần mềm như Vmware Infrastructure
và Vmware ESX Server để biến đổi hay “ảo hóa” các tài nguyên phần cứng của một
máy chủ x86 – bao gồm bộ vi xử lý, bộ nhớ, ổ đĩa cứng và bộ điều khiển mạng để
tạo ra các máy chủ ảo có đầy đủ các chức năng để có thể vận hành hệ điều hành và
các ứng dụng giống như một máy chủ “thật”. Mỗi máy chủ ảo là một hệ thống đầy

9


đủ, loại bỏ các xung đột tiềm tàng. Ảo hóa của Vmware hoạt động bằng cách chèn

một “lớp mỏng” (thin layer) phần mềm trực tiếp lên trên phần cứng máy chủ vật lý
hay lên trên hệ điều hành chủ (host OS). Còn được gọi là bộ phận giám sát các máy
chủ ảo hay “hypervisor” để cấp phát động và trong suốt các tài nguyên phần cứng.
Nhiều hệ điều hành chạy đồng thời trên một máy chủ vật lý và dùng chung các tài
nguyên.
Xây dựng Trung tâm Dữ liệu trên nền kiến trúc linh động

Hình 1.2. Trung tâm dữ liệu trên nền kiến trúc linh động

Ảo hóa một máy tính vật lý chỉ là sự khởi đầu. Vmware vSphere dàn trãi qua
hàng trăm các máy tính và hệ thống lưu trữ vật lý được liên kết với nhau để tạo
thành một hạ tầng ảo hóa toàn bộ. Bạn không cần gán cố định các máy chủ, hệ
thống lưu trữ, hay băng thông mạng cho mỗi ứng dụng. Thay vào đó, các tài nguyên
phần cứng của bạn được cấp phát động khi nào chúng được cần. Điều này có nghĩa
là các ứng dụng có mức độ ưu tiên cao nhất của bạn sẽ luôn luôn có các tài nguyên
mà chúng cần và không cần lãng phí chi phí cho phần cứng phát sinh chỉ được cần
cho các lần cao điểm.

1.5 Tại sao lại thực hiện ảo hóa

10


Ngày nay xu hướng ảo hóa máy chủ đã trở thành xu hướng chung của hầu
hết các doanh nghiệp trên toàn thế giới. Những khó khăn trong thời kỳ khủng hoảng
khiến cho các doanh nghiệp phải tìm mọi cách để giảm thiểu chi phí. Ảo hóa được
coi là một công nghệ giúp các doanh nghiệp cắt giảm chi tiêu hiệu quả với khả năng
tận dụng tối đa năng suất của các thiết bị phần cứng. Việc áp dụng công nghệ ảo
hóa máy chủ nhằm tiết kiệm không gian sử dụng, nguồn điện và giải pháp tỏa nhiệt
trong trung tâm dữ liệu.

5 lý do hàng đầu để chọn phần mềm ảo hóa
 Khai thác triệt để các tài nguyên hiện hữu: Tập hợp các tài nguyên hạ tầng
chung và phá vỡ mơ hình “một ứng dụng trên một máy chủ “ với sự hợp nhất
máy chủ.
 Giảm thiểu các chi phí cho trung tâm dữ liệu bằng cách giảm hạ tầng vật lý và
cải thiện máy chủ: Các máy chủ và phần cứng CNTT ít hơn có nghĩa là không
gian phòng máy chủ được giảm và các yêu cầu về nguồn và làm mát được giảm.
Các công cụ quản lý tốt cho phép bạn cải thiện máy chủ để quản lý tốt hơn cũng
như giảm các yêu cầu về nhân sự.
 Tăng cường tính sẵn sàng của phần cứng và ứng dụng để cải thiện tính liên tục
kinh doanh: Sao lưu dự phòng và di trú toàn bộ môi trường ảo hóa an toàn mà
không cần ngưng phục vụ. Hạn chế thời gian chết (downtime) và khôi phục
ngay lập tức khi phát sinh sự cố.
 Đạt được tính linh động trong quá trình vận hành: Đáp ứng các thay đổi kinh
doanh với sự quản lý tài nguyên động, cung cấp máy chủ nhanh hơn và cải thiện
triển khai desktop và ứng dụng.
 Cải thiện khả năng quản lý và bảo mật desktop: Triển khai, quản lý và giám sát
các môi trường desktop an toàn mà các người dùng có thể truy cập cục bộ hay từ
xa, có hoặc không có kết nối mạng, trên hầu hết bất kỳ chuẩn desktop, laptop
hay tablet PC nào.

11


CHƢƠNG 2. MÃ NGUỒN MỞ ẢO HÓA VÀ ỨNG DỤNG
2.1 Ảo hóa với Orcle VM VirtualBox
2.1.1 Giới thiệu

Hình 2.1. Tìm hiểu về VirtualBox

VirualBox là một nền tảng ảo hóa ứng dụng mã nguồn mở và hoàn toàn miễn
phí.
Thứ nhất, nó có thể cài đặt trên nền Intel hiện có hoặc máy tính dựa trên
AMD, cho dù đang chạy trên hệ điều hành Windows, Mac, Linux hoặc hệ điều hành
Solaris .
Thứ hai, nó mở rộng khả năng hiện có của máy tính để nó có thể chạy nhiều
hệ điều hành (bên trong nhiều máy ảo) cùng một lúc. Vì vậy có thể chạy windows
và Linux trên Mac hay chạy windows server 2008 trên máy chủ Linux hoặc là chạy
Linux trên máy tính windows đều có thể được. Nó có thể cài đặt và chạy nhiều máy
ảo như mình mong muốn “chỉ giới hạn thực tế là không gian đĩa và bộ nhớ”
VirtualBox có vẻ đơn giản nhưng cũng rất mạnh mẽ. Nó có thể làm việc ở
mọi nơi từ các hệ thống đến các máy tính để bàn tất cả các cách để triển khai trung
tâm dữ liệu và thậm chí cả các môi trường điện toán đám mây (cloud computing).
Ảnh chụp màn hình sau đây cho thấy làm thế nào VirtualBox cài đặt trên

12


máy Linux và đang chạy windows 7

Hình 2.2 Windows 7 đang chạy trên cửa sổ ảo

VirtualBox dễ dàng sử dụng với giao diện đồ họa người dùng và nhiều tính
năng với công cụ mạnh mẽ.

2.1.2 Vì sao phải dùng VirtualBox
Các tính năng và kỹ thuật mà VirtualBox cung cấp là hữu ích cho các cơ sở sau
 Chạy đồng thời nhiều hệ điều hành . VirtualBox cho phép bạn chạy nhiều
hơn một hệ điều hành cùng một lúc. Bằng cách này, bạn có thể chạy được
phần mềm trên một hệ điều hành khác (ví dụ như phần mềm Windows trên

Linux hay Mac) mà không cần phải khởi động lại để sử dụng nó. Vì vậy có
thể cấu hình những loại “phần cứng ảo” cần được trình bày cho mỗi hệ điều
hành, như vậy bạn có thể cài đặt một hệ điều hành cũ như DOS hoặc OS / 2
ngay cả khi phần cứng máy tính thực sự không còn được hỗ trợ bởi hệ điều
hành.
 Dễ dàng cài đặt phần mềm. VirtualBox đều chạy được trên hầu hết các hệ

13


điều hành dù là windows, Mac hay Linux đều được, việc cài đặt chỉ bằng
vài cú click chuột là đã hoàn tất với tính năng và giao diện khiến cho người
dùng cảm thấy thân thiện và dễ sử dụng
 Kiểm tra và khắc phục thảm họa. Sau khi cài đặt, một máy ảo và ổ đĩa
cứng ảo của nó có thể được coi là một “container” có thể tùy tiện đóng
băng, khởi động, sao chép, sao lưu, và vận chuyển giữa các máy. Việc sử
dụng một tính năng VirtualBox được gọi là “snapshots”, một việc là có thể
“save” một trạng thái cụ thể của một máy ảo và quay trở lại trạng thái đó,
nếu cần thiết. Bằng cách này, người ta có thể tự do thử nghiệm với một môi
trường máy tính.Nếu có gì đó sai (ví dụ như sau khi cài đặt phần mềm bị lỗi
hoặc lây nhiễm với virus), có thể dễ dàng chuyển về một snapshot trước và
tránh được nhu cầu thường xuyên sao lưu và phục hồi.( Bất kỳ số lượng các
snapshot được tạo ra, cho phép bạn sử dụng và chuyển tiếp trong máy
ảo. Bạn có thể xóa snapshots, trong khi một máy ảo đang chạy để lấy lại
không gian đĩa)
 Cơ sở hạ tầng hợp nhất. ảo hóa có thể làm giảm đáng kể phần cứng và chi
phí điện. Hầu hết thời gian, máy tính ngày nay chỉ sử dụng một phần nhỏ
của năng lượng tiềm năng của chúng và chạy với hệ thống tải trung bình
thấp. Rất nhiều tài nguyên phần cứng cũng như điện do đó lãng phí. Vì vậy,
thay vì chạy nhiều máy tính vật lý thì ta chỉ cần đóng gói nhiều máy ảo trên

một máy chủ mạnh và cân bằng giữa chúng.

2.1.3 Tính năng hƣu ích của VirtualBox
 Portability (di động). VirtualBox có thể chạy trên một số hệ thống các máy
chủ 32-bit hay 64-bit. Chức năng của Virtualbox đều giống hệt nhau trên tất
cả các nền tảng máy chủ và cùng một tập tin và định dạng hình ảnh được sử
dụng. Điều này cho phép bạn chạy các máy ảo được tạo ra trên máy chủ này
và chạy nó trên một máy chủ khác. Ví dụ, bạn có thể tạo máy ảo trên
Windows và sau đó chạy nó trên Linux.Ngoài ra bạn có thể dễ dàng xuất và

14


nhập các máy ảo bằng tính năng Open Virtualization Format (OVF), một
chuẩn công nghệ được tạo ra cho mục đích này, thậm chí bạn có thể nhập
OVFs đã được tạo ra với một phần mềm ảo hóa khác nhau.
 Không có công nghệ ảo hóa phần cứng cần thiết. Đối với nhiều phiên bản,
VirtualBox không yêu cầu xử lý các tính năng xây đựng vào phần cứng mới
hơn như Intel VT-X hoặc AMD-V. Trái ngược với các giải pháp ảo hóa khác
bạn có thể sử dụng VirtualBox ngay cả trên phần cứng cũ hơn, nơi mà các
tính năng này không hỗ trợ.
 Guest Additions: shared folders, seamless windows, 3D virtualization.
Các Guest Additions của VirtualBox là các gói phần mềm được cài đặt bên
trong hệ thống máy được hổ trợ để cải thiện hiệu suất của nó và để cung cấp
thêm một số tính năng khác để giao tiếp với hệ thống máy chủ. Sau khi cài
đặt Guest Additions, một máy ảo sẽ được hỗ trợ để tự động điều chỉnh độ
phân giải của Video, seamless windows, tăng tốc đồ họa 3D và nhiều hơn thế
nữa. Đặc biệt, Guest Additions cung cấp cho các “shared folders”, cho phép
bạn truy cập từ các máy trạm bên ngoài vào trong các tập tin từ hệ thống máy
chủ

 Hỗ trợ tối ƣu phần cứng. Trong số những phần mềm khác, VirtualBox hỗ
trợ:
-

Guest multiprocessing (SMP). Virtual có thể hiện lên đến 32 CPU ảo
trong mỗi máy ảo

-

Hỗ trợ thiết bị USB. VirtualBox thực hiện một bộ điều khiển USB ảo và
cho phép bạn kết nối bất kỳ thiết bị USB nào vào máy ảo của bạn mà
không cần phải cài đặt cụ thể điều khiển thiết bị trên máy chủ. Hỗ trợ
USB và không giới hạn loại thiết bị nhất định.

-

Tƣơng thích phần cứng. VirtualBox ảo hóa một loạt các thiết bị ảo,
trong đó có nhiều thiết bị thường được cung cấp bởi các nền tảng ảo hóa
khác. Điều đó bao gồm IDE, SCSI và đĩa cứng SATA, một số card mạng
và card âm thanh ảo, các nối tiếp ảo và Input/Output Advanced

15


Programmable Interrupt Controller (I/O APIC), được tìm thấy trong máy
tính của nhiều hệ thống hiện đại. Điều này giúp giảm bớt nhân bản của
các hình ảnh từ các máy PC thực và nhập vào bên máy ảo của
VirtualBox.
-

Hỗ trợ toàn diện ACPI. The Advanced Configuration and Power
Interface (ACPI) là hoàn toàn được hỗ trợ bởi VirtualBox. Điều này giúp
giảm bớt nhân bản của các hình ảnh từ các máy PC thật hoặc bên máy ảo
vào VirtualBox. Thậm chí VirtualBox còn có thể báo cáo cho biết hệ
thống ACPI và tình trạng sức mạnh của máy chủ. Cũng giống như điện
thoại di động chạy bằng pin, người sử dụng có thể cho phép tiết kiệm
năng lượng và thông báo cho người sử dụng nguồn năng lượng còn lại (ví
dụ như trong chế độ toàn màn hình).

-

Multiscreen resolutions. VirtualBox có thể chạy nhiều máy ảo trên
nhiều độ phân giải màn hình khác nhau trên cùng một màn hình máy tính
vật lý, cho phép các máy ảo được lan truyền trên một số lượng lớn các
màn hình gắn liền với hệ thống máy chủ.

 Multigeneration branched snapshots. VirtualBox có thể lưu trữ các
snapshots của máy ảo. Bạn có thể đi ngược thời gian và phục hồi các máy ảo
vào bất kỳ các snapshots nào và bắt đầu thay thế một cấu hình máy ảo từ đó.
Bạn có thể tạo và xóa các snapshots trong khi các máy ảo đang chạy.
 Kiến trúc đƣợc lắp ráp chƣa từng có. VirtualBox có một mô-đun thiết kế
đặc biệt với các giao diện lập trình rõ ràng, chính xác của một máy trạm và
mã máy chủ. Điều này làm cho nó dễ dàng kiểm soát từ giao diện cùng một
lúc: ví dụ, bạn có thể bắt đầu một máy ảo chỉ đơn giản bằng cách bấm vào
một nút trên giao diện đồ họa người dùng VirtualBox và sau đó điều khiển
máy tính từ dòng lệnh, hoặc thậm chí từ xa.
 Do kiến trúc mô-đun của nó, VirtualBox cũng có thể phơi bày đầy đủ chức
năng và cấu hình thông qua một cách toàn diện software development kit
(SDK), cho phép tích hợp mọi khía cạnh của VirtualBox với các hệ thống

16


phần mềm khác.
 Remote machine display. Các VirtualBox Remote Desktop Extension
(VRDE) cho phép một hiệu suất cao truy cập từ xa vào bất kỳ một máy ảo
nào đang chạy. Phần mở rộng này hỗ trợ Remote Desktop Protocol (RDP)
ban đầu chỉ xây dựng trên Microsoft Windows.
 Các VRDE không dựa trên máy chủ RDP mà được xây dựng vào Microsoft
Windows, thay vào đó nó đã được cắm trực tiếp vào lớp ảo hóa, Kết quả là,
nó làm việc với các hệ thống máy trạm khác với Windows và không cần hỗ
trợ ứng dụng trong các máy ảo.

2.1.4 VirtualBox cung cấp nhiều tính năng độc đáo
 Extensible RDP authentication. VirtualBox Winlogon đã được hỗ trợ
trên Windows và PAM trên Linux cho RDP chứng thực. Ngoài ra, nó bao
gồm sử dụng SDK dễ dàng cho phép bạn tạo ra các giao diện tùy ý cho
các phương pháp xác thực khác.
 USB over RDP. Qua RDP hỗ trợ kênh ảo, VirtualBox cũng cho phép bạn
kết nối bất kỳ thiết bị USB tại chỗ với một máy ảo đang chạy từ xa trên
một máy chủ VirtualBox RDP.

2.5. Các hệ điều hành đƣợc hỗ trợ trên VirtualBox
Hiện nay, VirtualBox hoạt động hoàn hảo trên các hệ thống máy chủ sau:
 Windows hosts:
o Windows XP, all service packs (32-bit)
o Windows Server 2003 (32-bit)
o Windows Vista (32-bit và 64-bit)
o Windows Vista (32-bit và 64-bit )
o Windows Server 2008 (32-bit và 64-bit)

o Windows 7 (32-bit và 64-bit)

17


 Mac OS X hosts:
o 10.5 (Leopard, 32-bit)
o 10,6 (Snow Leopard, 32-bit và 64-bit)
 Linux hosts (32-bit và 64-bit)
o Ubuntu 6.06 (“Dapper Drake”), 6.10 (“Edgy Eft”), 7.04 (“Feisty Fawn”),
7.10 (“GutsyGibbon”), 8.04 (“Hardy Heron”), 8.10 (“Intrepid Ibex”), 9.04
(“Jaunty Jackalope”),9.10 (“Karmic Koala”), 10.04 (“Lucid Lynx”), 10.10
(“Maverick Meerkat).
o Debian GNU/Linux 3.1 (“sarge”), 4.0 (“etch”), 5.0 (“lenny”) and 6.0
(“squeeze”)
o Oracle Enterprise Linux 4 and 5
o Redhat Enterprise Linux 4, 5 and 6
o Fedora Core 4 to 14
o Gentoo Linux
o SUSE Linux 9, 10 and 11, openSUSE 10.3, 11.0, 11.1, 11.2, 11.3
o Mandriva 2007.1, 2008.0, 2009.1, 2010.0 and 2010.1
 Solaris hosts (32-bit và 64-bit)
o Solaris 11 Express (Nevada build 86 và cao hơn, OpenSolaris 2008.05 và cao
hơn)
o Solaris 10 (u8 và cao hơn)

2.2. Ảo hóa với Xen
Xen là một mã nguồn mở para-vitualization theo dõi máy ảo (VMM), hoặc là
một “Hypervisor”, cho một loạt các bộ xử lý kiến trúc bao gồm cả x86. Xen có thể
thực hiện an toàn nhiều máy ảo trên một hệ thống vật lý với hiệu năng tự nhiên. Xen

tạo điều kiện chức năng cho doanh nghiệp, bao gồm :
 Các máy ảo hoạt động với hiệu suất của phần cứng máy tính.

18