Ảo hóa hệ điều hành và quá trình Streaming

Ngày nay,dưới sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghệ thông tin nói chung và ngành Mạng máy tính nói riêng, con người đã tạo ra nhiều công nghệ mạng mới tiến bộ hơn với mục đích tiết kiệm,nhanh chóng và tiện lợi. Đề tài chúng ta cần nói đến đây chính là giới thiệu,nghiên cứu và xây dựng mô hình mạng BootRom , mô hình mạng máy tính trong đó,các máy conclient không cần ổ cứng để cài

Giới thiệu chung-Mô hình

Ngày nay,dưới sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghệ thông tin nói chung và

ngành Mạng máy tính nói riêng, con người đã tạo ra nhiều công nghệ mạng mới tiến bộ hơn với

mục đích tiết kiệm,nhanh chóng và tiện lợi

Đề tài chúng ta cần nói đến đây chính là giới thiệu,nghiên cứu và xây dựng mô hình

mạng BootRom , mô hình mạng máy tính trong đó,các máy con-client không cần ổ cứng

BootRom là gì ? Ảo hóa hệ điều hành là gì ?

Với một hệ điều hành ảo hóa thì không có gì được cài đặt trước hoặc được load vĩnh viễn

trên một thiết bị cục bộ và cũng không cần đến ổ đĩa cứng Mọi thứ đều được chạy từ mạng bằng một đĩa ảo Với những cung cấp hiện nay, đĩa ảo này quả thực là một file image được lưu trữ trên máy chủ từ xa, SAN hoặc NAS Máy khách sẽ được kết nối

thông qua mạng vào đĩa ảo và sẽ khởi động với hệ điều hành đã được cài đặt trên ổ đĩa ảo

1 Private Virtual Disk

Private virtual disk chỉ được sử dụng bởi một máy khách, cũng giống như một ổ đĩa cứng nội bộ Phụ thuộc vào các quyền đã được gán, người dùng có thể lưu các thông tin trên

đĩa ảo Chính vì vậy khi máy khách được khởi động lại, các thiết lập sẽ được duy trì cũng

giống như làm việc với ổ đĩa cứng vật lý

2 Shared/Common Virtual Disk

Một đĩa ảo chia sẻ được sử dụng bởi nhiều máy khách cùng một lúc Trong quá trình sử

dụng, những thay đổi được lưu lại trong các cache riêng, tuy nhiên khi máy khách shut

down hoặc khởi động lại hì cache sẽ bị xóa sạch Nói theo cách khác, khi máy khách khởi

động nó sẽ sử dụng cấu hình mặc định hiện hữu trên đĩa ảo Các ổ đĩa này sẽ sắp xếp hoặc bảo đảm mỗi một máy khách đều có một bộ nhận dạng duy nhất trong cơ sở hạ tầng (như một miền của Windows)

Virtual Disk được tạo bằng cách sử dụng công nghệ ảnh hóa (imaging) Bạn sẽ cài đặt một hệ thống như bạn thấy trên một hệ điều hành khác bằng cách sử dụng đĩa ảo (điều

này có thể gộp nhóm cả các ứng dụng, chính vì vậy nó không bị hạn chế chỉ về hệ điều hành) Bằng cách cài đặt phần mềm máy khách trên hệ thống chủ (hệ thống từ đó bạn sẽ

lấy image), khi đó bạn có thể thiết lập một kết nối với thành phần back-end và tạo một

image của hệ thống đến file image của ổ đĩa ảo.

Ảo hóa hệ điều hành làm việc như thế nào?

Trước hết chúng ta hãy xem xét sơ qua các thành phần cần đến để sử dụng hệ điều hành ảo trong một cơ sở hạ tầng

Thành phần đầu tiên đó chính là máy chủ ảo hóa hệ điều hành Máy chủ này là một tiêu điểm trong cơ sở hạ tầng ảo hóa hệ điều hành Nó sắp xếp việc streaming các thông tin

trên các đĩa ảo đến máy khách và cũng phân định máy khách nào sẽ được kết nối với ổ đĩa

ảo nào (bằng cách sử dụng cơ sở dữ liệu với những thông tin được lưu) Máy chủ này

cũng có thể tổ chức để lưu trữ các ổ đĩa ảo một cách nội bộ hoặc có thể được kết nối đến các ổ đĩa ảo thông qua SAN hoặc File Share Trong các môi trường khả năng có sẵn cần

phải cao càng cần phải có máy chủ ảo hóa để tạ sự dự phòng cũng như cân bằng tải Máy chủ này cũng bảo đảm rằng máy khách sẽ là duy nhất bên trong cơ sở hạ tầng

Thứ hai, cần có một máy khách có thể liên lạc với máy chủ để kết nối đến các ổ đĩa ảo và yêu cầu các thành phần được lưu trên đĩa ảo nhằm chạy hệ điều hành

Thành phần hỗ trợ ở đây là một cơ sở dữ liệu dùng để lưu trữ cấu hình và các thiết lập cho máy chủ, một dịch vụ streaming để xử lý nội dung bên trong của ổ đĩa ảo, một dịch vụ TFTP (mang tính tùy chọn) và một dịch vụ khởi động PXE (cũng mang tính tùy chọn)

cho việc kết nối máy khách với các máy chủ

Hình 1: Ảo hóa hệ điều hành và quá trình Streaming

Ưu điểm của mạng BootRom

rất hữu dụng cho các môi trường Terminal Server khi sử dụng

nguyên lý silo (hay cũng

được gọi là Application Load Managed Groups), một silo có thể được mở rộng dung

lượng một cách dễ dàng Cũng theo đó, các máy trạm hoặc các máy chủ có thể được gán

một role cụ thể khi cần thiết bằng cách gán một đĩa ảo khác.

Hỗ trợ đa image (ảnh ảo ) trên hệ thống, gồm có cả menu khởi động

Việc dự phòng linh động mở rộng có thể tạo lên một bước đi dài hơn trong việc gán nhiều image đồng thời cho một client Khi bắt đầu, một menu khởi động cũng có thể được hiện

diện cho máy khách, chính vì vậy người dùng có thể chọn hệ điều hành nào (với một role

khác) sẽ được khởi động Trong trường hợp này, một hệ thống có thể được sử dụng cho một số mục đích bên trong khoảng thời gian tính theo giây

Triển khai phần mềm (OS/App) nhanh

Việc bổ sung thêm máy chủ mới hoặc máy trạm vào cơ sở hạ tầng chỉ mất một vài phút thay vì phải cài đặt và cấu hình hệ thống một cách thủ công hoặc thông qua công cụ triển

khai, mất tối thiểu cũng một vài giờ, chỉ cần một số bước, máy khách sẽ được gán cho một đĩa ảo và có thể được sử dụng trong sản xuất

Hệ thống giống nhau 100%

Thông thường, việc khắc phục sự cố các vấn đề thường tập trung vào một máy vì ở đó

có sự khác nhau trên máy tính đó Đặc biệt là trong Terminal Servers, đây là một thành phần

quan trọng mà tất cả các máy chủ đang cấu hình cùng một role (silo) giống nhau Vấn đề này chỉ áp dụng cho các ổ đĩa chia sẻ vì trong đĩa private, các thay đổi sẽ được lưu lại

Cải thiện dễ dàng cho các nâng cấp và các hotfix ( lỗi nguy hiểm ) của các

ứng dụng và hệ điều hành

Với sự ảo hóa hệ điều hành, một nâng cấp hoặc một hotfix chỉ nên được bổ sung cho image Virtual Disk thay vì tất cả các máy chủ Mặc dù vậy, bạn có thể tạo một đĩa ảo mới gồm có nâng cấp hoặc hotfix sau đó kiểm tra thử nó một cách dễ dàng bằng cách gán ổ đĩa ảo này cho một máy tính nào đó Nếu các lần kiểm tra diễn ra thành công thì đĩa ảo này có thể được gán cho tất cả các máy khách khác Về phía các bạn, chỉ cần tạo thủ tục/

các hệ thống để quản lý các nâng cấp và các phiên bản ổ đĩa ảo khác

Dễ dàng rollback ( quay trở lại ) các kịch bản ban đầu

Mặc dù nâng cấp hoặc hotfix đã được test qua nhưng trong suốt quá trình sản xuất, hành

vi của nâng cấp hay hotfix này vẫn không diễn ra như mong đợi Khi đó bằng cách gán đĩa ảo cho các máy khách đó và khởi động lại chúng, bạn có thể chuyển đổi về trạng thái

trước đó một cách dễ dàng và nhanh chóng

Sau khi khởi động lại, hệ thống sẽ trở về trạng thái sạch trơn

Ưu điểm này chỉ áp dụng cho các image chia sẻ Nếu hệ thống của bạn có hành vi nào

đó lạ thường, thường một cài đặt lại hoàn tất là một giải pháp cho trường hợp này, tuy nhiên

với sự ảo hóa hệ điều hành (kết hợp với ổ đĩa chia sẻ), mỗi một máy chủ chỉ cần khởi động lại và load các cấu hình mặc định lại

Nhược điểm

Ảo hóa hệ điều hành không phải là "kỳ quan của thế giới", chính vì vậy cũng có những điểm yếu trong công nghệ này

Không có khả năng làm việc offline

Vào thời điểm này, các sản phẩm ảo hóa hệ điều hành phải được kết nối với máy chủ ảo hóa để sử dụng hệ điều hành trên đĩa ảo Chính vì vậy khi kết nối mạng không có sẵn thì khi đó hệ thống sẽ không thể hiện hữu

Cần LAN tốc độ cao (>100Mb)

Vì ổ đĩa ảo được kết nối từ máy chủ ảo hóa thông qua card giao diện mạng (thường là LAN) Tuy nhiên trên một kết nối WAN thì vấn đề xảy ra có thể sẽ không đủ băng tần có sẵn hoặc không có đủ sự tin cậy để sử dụng hệ thống một cách êm ả

Không hỗ trợ tất cả các hệ điều hành

Mặc dù hỗ trợ nhiều hệ điều hành tuy nhiên vẫn có một số phân phối của Linux không thể chạy thông qua công nghệ ảo hóa hệ điều hành

Các giải pháp đa PXE/BootP trong đoạn mạng sẽ gây ra các vấn đề

Khi sử dụng ảo hóa hệ điều hành như một công nghệ bổ sung bên trong cơ sở hạ tầng hiện hành của bạn, chúng ta nên xem xét đến tùy chọn PXE/Bootp Connection Nhiều máy chủ PXE trong một subnet sẽ làm cho hệ thống không hoạt động như mong muốn

Môi trường ứng dụng và phát triển với

hệ thống mạng BootRom

Citrix XenApp / Terminal Servers

Ảo hóa hệ điều hành là một giải pháp khá tốt cho cơ sở hạ tầng Citrix XenApp/Terminal Server Một trong những thách thức lớn nhất trong các cơ sở hạ tầng đó là giữ được sự giống nhau 100% đối với cảm nhận người dùng Bằng cách sử dụng các ổ đĩa ảo chia sẻ sau mỗi lần khởi động lại, Terminal Server có thể quay trở về trạng thái mặc định ban đầu và các thay đổi được áp dụng cho tất cả các máy chủ

Các giải pháp VDI / DDI solutions

Các giải pháp cơ sở dữ liệu desktop ảo cũng đang trở lên phổ biến Một trong những bất thuận lợi lớn nhất của hầu hết các sản phẩm VDI (Virtual Desktop Infrastructure) là nhu

cầu lưu trữ SAN (Storage Area Network) đắt đỏ để cấu hình các máy ảo Với cơ chế chia

sẻ

đĩa của ảo hóa hệ điều hành, các máy ảo có thể sử dụng cùng một đĩa ảo và không mất không gian đắt đỏ cần thiết cho SAN (Storage Area Network)

Web Server

Hầu hết các Web Server khá tĩnh và không lưu dữ liệu cục bộ Bên cạnh đó nhu cầu về tài

nguyên web có thể rất khác nhau trong ngày Với sự dự phòng linh động thì các tài

nguyên cần thiết có thể được gán suốt cả ngày, cho ví dụ việc chia sẻ phần cứng với một role khác

Môi trường phát triển và test

Khi sử dụng nguyên lý DTAP (Defense Technology Area Plan), sự ảo hóa hệ điều hành có thể cung cấp cho bạn các máy tính có khả năng chạy các triển khai và test các nhiệm vụ trên đó, ở đây phần cũng cũng được sử dụng hiệu quả với khả năng dự phòng linh

động

Môi trường Lab

Một thuộc tính của môi trường Lab là nhu cầu cần khôi phục trạng thái của môi trường

về

trạng thái mặc định một cách nhanh chóng để các sinh viên có thể chạy thành công các bài tập của mình Hệ điều hành ảo hóa có thể cung cấp điều đó với tùy chọn đĩa chia sẻ

và nó cũng là một hệ thống dự phòng linh động cho môi trường Lab

Môi trường giáo dục

Trong các môi trường giáo dục, luôn luôn có một khó khăn cung cấp đầy đủ chức năng học tập,thực hành,ứng dụng cho tất cả các sinh viên Cũng vậy, phụ thuộc vào việc đào tạo phát sinh ra nhu cầu về hệ điều hành Sử dụng ảo hóa hệ điều hành với nhiều đĩa ảo được gán, các sinh viên có thể sử dụng menu khởi động để khởi động môi trường

Máy trạm công cộng -Phòng Internet Game

Cũng giống như các môi trường giáo dục, các máy trạm công cộng cũng thường cung cấp chức năng và các thông tin không mang tính cá nhân nên được lưu trữ

Môi trường an toàn

Ảo hóa hệ điều hành cũng là một công nghệ có thể được sử dụng cho các môi trường

an

toàn Cho ví dụ, nếu một máy nào bị đánh cắp (máy tính sử dụng ảo hóa hệ điều hành) thì sẽ không có dữ liệu nào có sẵn trên máy tính đó

Kết nối đến máy chủ OS Virtualization

Đầu tiên chúng ta khởi động máy và thiết lập kết nối đến máy chủ OS

Virtualization Hầu hết các sản phẩm hiện nay đều cung cấp một số phương pháp

để kết nối đến máy chủ Một trong các phương pháp được sử dụng nhiều nhất đó là

sử dụng dịch vụ PXE Các phương pháp này đa phần đều sử khởi tạo card giao diện mạng, nhận địa chỉ IP (DHCP) và một kết nối đến máy chủ

Kết nối đến ổ đĩa ảo

Khi một kết nối được thiết lập giữa máy khách và máy chủ, máy chủ sẽ quan sát

trong cơ sở dữ liệu của nó để kiểm tra xem máy khách này có quen thuộc hay

không và các ổ đĩa ảo nào được gán cho máy khách đó Khi có thêm nhiều ổ đĩa ảo được kết nối thì khi đó sẽ có một menu khởi động được hiển thị trên máy khách

Nếu chỉ có một đĩa được gán thì đĩa này sẽ được kết nối đến máy khách trong bước 3

Vdisk đã kết nối đến máy khách

Sau khi ổ đĩa ảo mong muốn được chọn hoặc một ổ đĩa ảo được gán cho máy

khách đã được xác định thì đĩa ảo sẽ được kết nối xuyên suốt máy chủ OS

Virtualization đến máy khách Trên back-end, máy chủ OS Virtualization phải đảm bảo rằng máy khách là duy nhất (tên máy tính và bộ nhận dạng) bên trong cơ sở hạ tầng

Hệ điều hành được "streamed" đến máy khách

Ngay khi đĩa được kết nối, máy chủ sẽ bắt đầu công việc streaming nội dung bên trong ổ đĩa ảo Phần mềm sẽ "biết" các phần nào cần thiết để khởi động hệ điều hành một cách êm ái, chính vì vậy các phần này cần phải được "stream" trước Các thông tin đã được stream đến hệ thống sẽ được lưu ở một vị trí nào đó Hầu hết các sản phẩm hiện nay đều cung cấp nhiều cách lưu trữ các thông tin này

Streaming bổ sung

Sau đó phần đầu tiên sẽ được stream cho hệ điều hành để chạy như mong đợi Dữ liệu

ổ đĩa ảo bổ sung sẽ được stream khi cần thiết để chạy hoặc khởi động chức năng được gọi bởi người dùng (cho ví dụ khởi động ứng dụng có sẵn bên trong ổ đĩa ảo)