Những nguyên tắc sáng tạo trong nền tảng ảo hóa trên Windows Server 2012

Nhờ vào sự phát triển của công nghệ phần cứng đã tạo ra những máy chủ với khả năng xử lý hết sức mạnh mẽ, công nghệ ảo hóa đã giúp các quản trị viên tích hợp lên các máy chủ đó những nền

BÀI THU HOẠCH:

Những nguyên tắc sáng tạo trong nền tảng ảo hóa trên Windows Server 2012

Giảng viên hướng dẫn: GS TSKH Hoàng Kiếm Sinh viên thực hiện: Đặng Minh Tâm

Mã số sinh viên: CH1201060

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 4

NỘI DUNG 5

I Giới thiệu công nghệ ảo hóa 5

II Những ưu điểm khi triển khai ảo hóa trên Windows Server 2012 9

III Các nguyên tắc sáng tạo trong ảo hóa trên Windows Server 2012 10

a Nguyên tắc kết hợp và phân nhỏ 10

b Nguyên tắc tách khỏi 11

c Nguyên tắc phẩm chất cục bộ 12

d Nguyên tắc vạn năng 12

e Nguyên tắc chứa trong 13

f Nguyên tắc dự phòng 13

g Nguyên tắc đảo nghịch 14

h Nguyên tắc năng động 14

i Nguyên tắc sao chép 15

j Nguyên tắc thay rẻ cho đắt 15

TÀI LIỆU THAM KHẢO 16LỜI MỞ ĐẦU

Mỗi doanh nghiệp hay tổ chức luôn mong muốn có một hế thống mạng hoạt động ổn định Tuy nhiên do nhu cầu chương trình ứng dụng của các ngành khác nhau ngày càng nhiều khiến cho việc xây dựng hệ thống trở nên phức tạp, chồng chéo với nhiều máy chủ vật lý Điều này dẫn đến việc gia tăng chi phí triển khai và khó khăn trong công việc bảo trì và quản lý hằng ngày Giữa lúc đó thì công nghệ ảo hóa ra đời Nhờ vào sự phát triển của công nghệ phần cứng đã tạo ra những máy chủ với khả năng xử lý hết sức mạnh

mẽ, công nghệ ảo hóa đã giúp các quản trị viên tích hợp lên các máy chủ đó những nền tảng hệ điều hành khác nhau, những ứng dụng khác nhau phục vụ cho nhiều ngừơi sử dụng đồng thời mà vẫn tạo được cho chúng môi trường hoạt động riêng lẻ để tránh sự xung đột Có nhiều chương trình khác nhau cho phép các quản trị viên triển khai ảo hóa nhưng hệ điều hành Windows và đặc biệt là Windows Server 2012 giúp cho việc triển khai dễ dàng hơn bao giờ hết bằng việc tích hợp sẵn trong nó các giải pháp cho việc triển khai và quản lý hệ thống ảo hóa

Trong giới hạn bài này em xin giới thiệu sơ lược về công nghệ ảo hóa

và những lợi ích khi triển khai công nghệ ấy trên Windows Server 2012 Do quá trình nghiên cứu cũng như kiến thức và tài liệu còn nhiều hạn chế nên bài viết còn nhiều thiếu sót, chưa được hoàn thiện nên em mong nhận được sự góp

Em xin cảm ơn GS TSKH Hoàng Kiếm đã truyền đạt cho em những

kiến thức quý báu để em có cơ sở nghiên cứu và tìm hiểu nhiều hơn, sâu

hơn.NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

…………

NỘI DUNG

I. Giới thiệu về công nghệ ảo hóa

Khái niệm ảo hóa là việc tách tài nguyên hoặc các yêu cầu của dịch vụ,

hệ điều hành ra khỏi hệ thống phần cứng mà dịch vụ, hệ điều hành đó được xây dựng trên đó Chúng ta có thể lấy ví dụ như bộ nhớ ảo trên máy tính Các chương trình ứng dụng của máy tính có thể sử dụng dung lượng RAM lớn hơn

số lượng RAM thực tế được gắn trên máy là nhờ vào việc chuyển một số dung lượng ổ cứng vật lý thành nơi lưu trữ tạm thời cho các dữ liệu trong RAM Công nghệ ảo hóa không chỉ giới hạn ở việc tạo ra RAM ảo mà còn có thể giả lập các thành phần khác trong hệ thống mạng như hệ thống phần cứng máy chủ, hệ điều hành, các chương trình ứng dụng…

Trong hệ thống máy tính, việc kết hợp ảo hóa nhiều thiết bị khác nhau hay còn được gọi là ảo hóa cơ sở hạ tầng mạng là tạo ra một hệ thống hạ tầng giả lập rồi sau đó triển khai hệ điều hành, các ứng dụng trên đó

Việc triển khai hạ tầng ảo hóa này không gây ra gián đoạn cho hoạt động của người dùng và cũng không gây ra thay đổi nào cho thao tác thường ngày của họ Tuy nhiên hệ thống ảo hóa lại đem tới rất nhiều lợi ích cho những quản trị viên: giúp họ quản lý tốt hơn hệ thống tài nguyên cúa các máy chủ, thiết kế những hệ thống năng động hơn, đáp ứng tốt hơn nhu cầu đa dạng của tổ chức

Một lợi ích quan trọng của ảo hóa là khả năng chạy nhiều hệ điều hành trên một hệ thống vật lý và chia sẻ các nguồn tài nguyên phần cứng cơ bản -

được gọi là phân vùng Ngày nay, ảo hóa có thể áp dụng cho một loạt các lớp

hệ thống: bao gồm ảo hóa phần cứng một máy chủ đơn, ảo hóa toàn hệ thống

hạ tầng hay ảo hóa các ngôn ngữ lập trình trên máy

Công nghệ ảo hóa phần cứng đầu tiên là trên máy mainframe của IBM trong những năm 1970, và gần đây nhất là nhà cung cấp hệ thống Unix/ RISC bắt đầu với việc ảo hóa các phần cứng trước khi chuyển sang ảo hóa các phần mềm Với những hệ thống Unix / RISC và các hệ thống x86 theo tiêu chuẩn

công nghiệp, hai kiến trúc ảo hóa được sử dụng là Host và Hypervisor.

Kiến trúc Host cần có một hệ điều hành làm nền và sẽ tương tác trực

tiếp với các phần cứng vật lý Các máy ảo sẽ đặt trên hệ điều hành nền đó Mọi yêu cầu tương tác với phần cứng của máy ảo sẽ phải thông qua hệ điều hành nền Kiến trúc này tạo áp lực lên hệ điều hành nền làm cho tốc độ tương tác của các máy ảo với phần cứng chậm Đây là kiến trúc được sử dụng trong chương trình Virtual Machine hay VMWare Workstation

Ngược lại, kiến trúc Hypervisor không cần hệ điều hành nền mà

chương trình ảo hóa sẽ triển khai một ứng dụng để che hệ thống phần cứng thật và khai báo một hệ thống phần cứng giả lập được gọi là bare-metal Các máy ảo tạo ra sẽ tương tác với phần cứng giả lập đó để có môi trường hoạt động đồng nhất trong kiến trúc này, do các máy ảo tương tác trực tiếp với lớp bare-metal nên hoạt động sẽ nhanh hơn, hiệu quả hơn, cho phép khả năng mở rộng lớn hơn Đây là kiến trúc dùng trong chương trình VMWare ESXi và Hyper-V

Hypervisor được thiết kế để kết hợp chặt chẽ với hệ điều hành, cung

cấp cho hệ điều hành hệ thống phần cứng tối ưu nhất Qua đó cung cấp phương pháp hợp lý để xây dựng các trung tâm dữ liệu, trung tâm điện toán đám mây

Khi thiết kế hoàn tất hệ thống ảo hóa, chúng ta dễ dàng xây dựng lên các hệ thống cân bằng tải khi triển khai một dịch vụ trên nhiều máy ảo khác nhau Từ đó khả năng mở rộng của các hệ hệ thống ảo hóa là vô cùng lớn Nó giúp chúng ta xây dựng những hệ thống năng động và hiệu quả Hai hình minh họa dưới đây cho thấy giới hạn của hệ thống cũ khi mỗi ứng dụng phải xây dựng trên một máy chủ vật lý và sự linh hoạt của hệ thống ảo hóa mới khi có thể xây dựng mỗi ứng dụng trên nhiều máy ảo khác nhau

II. Những ưu điểm khi triển khai ảo hóa trên Windows Server 2012

Windows Server 2012 là phiên bản quan trọng nhất từ trước đến giờ của Windows trên nền tảng máy chủ Cốt lõi của phiên bản này là sẽ tăng cường khả năng linh động, khả năng ảo hóa, khối lượng công việc có thể xử lý và các ứng dụng cho dịch vụ cho điện toán đám mây Trong Windows Server 2012 Microsoft tích hợp sẵn những giải pháp về xây dựng, quản lý và điều hành hệ thống ảo hóa dựa trên Windows Server từ cấp độ doanh nghiệp cho đến các trung tâm điện toán tập trung Hơn nữa, trong hệ điều hành này còn được tích hợp nhiều giải pháp dự phòng sự cố giúp cho thời gian gián đoạn của các dịch

vụ khi có sự cố xảy ra là ngắn nhất Ngoài ra, Windows Server 2012 cung cấp

cơ chế bảo mật và chứng thực truy cập dữ liệu ở thế hệ tiếp theo; giải pháp này nhằm hỗ trợ cho việc phát triển tối ưu hóa bảo mật cho môi trường ảo hóa, cốt lõi để xây dựng hệ thống điện toán đám mây

Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng là Windows Server 2012 cung cấp một giải pháp toàn diện về độ bảo mật, hiệu quả năng lượng, và khả năng tương tác để tích hợp vào các môi trường khác nhau mà không đòi hỏi nhiều thao tác triển khai phức tạp, không đòi hỏi cài thêm nhiều phần mềm do

đó giúp cho chi phí triển khai của các tổ chức được giảm xuống đáng kể

Mặc dù phiên bản trước của Windows Server đã bao gồm nhiều khả năng cần thiết cho việc triển khai các hệ thống ảo hóa nhưng Windows Server

2012 có một bước xa hơn bằng cách cung cấp một nền tảng cho việc xây dựng môi trường ảo hóa năng động, nhiều ứng dụng có thể triển khai trên đó và nhiều doanh nghiệp có thể tham gia vào cùng một hệ thống Hệ thống này có thể mở rộng để đáp ứng nhu cầu kinh doanh cao nhất trong khi giúp làm giảm chi phí cơ sở hạ tầng xuống thấp nhất

Trước đây, Hyper-V trong Windows Server 2008 R2 đã giúp nhiều doanh nghiệp giảm chi phí hoạt động thông qua hợp nhất máy chủ Phiên bản tiếp theo của Hyper-V, cùng với các tính năng quan trọng khác của Windows Server 2012 thậm chí còn đi xa hơn bằng cách cho phép bạn bảo vệ các dịch

vụ ảo hóa bằng cách tạo cho chúng môi trường hoạt động độc lập, đưa ra giải pháp di chuyển các máy ảo giữa những server vật lý mà không làm gián đoạn hoạt động của máy ảo, tạo ra bản sao của khối lượng công việc ảo hóa để tiện cho việc phục hồi ngoại Kết quả là cung cấp một nền tảng lý tưởng cho việc xây dựng đám mây riêng cho ngay cả những doanh nghiệp lớn hoặc nhỏ

Các giá trị mà Windows Server 2012 và công nghệ ảo hóa mang lại cho các doanh nghiệp là:

+ Xây dựng một hệ thống năng động, hiệu suất cao với mức chi phí thấp

+ Khả năng chịu lỗi cao, hệ thống luôn ở trạng thái sẵn sàng phục vụ cho người dùng, dễ dàng quản lý với các công cụ được tích hợp sẵn cho nhiều môi trường khác nhau

+ Hỗ trợ sẵn giao diện web, cho phép người dùng tương tác với các máy ảo từ internet thông qua giao diện website

III. Các nguyên tắc sáng tạo trong nền tảng ảo hóa trên

Trước đây, khi triển khai một hệ thống mạng, người quản trị viên cần xây dựng các dịch vụ như DNS, DHCP, File Service… trên các máy chủ vật lý riêng rẽ để tránh các dịch vụ hoạt động chung trên một máy chủ sẽ xảy ra xung đột Hơn nữa trong quá trình hoạt động, khi cần sao lưu dữ liệu của các dịch vụ thì sẽ gặp nhiều khó khăn khi chúng nằm chung với các dịch vụ khác Ngoài ra lúc dịch vụ đó gặp sự cố chúng ta cần phục hồi thì cũng xảy ra khả năng dữ liệu phục hồi chồng chéo lên dữ liệu của dịch vụ khác cùng nằm chung trên máy chủ Nhưng với hệ thống phần cứng hiện nay nếu triển khai mỗi dịch vụ trên một máy chủ vật lý thì sẽ không tận dụng hết công suất của máy chủ đó, gây lãng phí tài nguyên và làm tăng mức độ cồng kềnh của hệ thống

Hệ thống ảo hóa trên Windows Server 2012 giúp cho các quản trị viên giải quyết mâu thuẫn đó Dựa trên nền tảng ảo hóa Hypervisor, chúng ta có thể tạo ra nhiều máy ảo trong cùng máy chủ vật lý Sau đó, trên mỗi máy ảo chúng ta sẽ triển khai một dịch vụ khác nhau Vậy là mỗi dịch vụ sẽ có một môi trường độc lập để hoạt động và mỗi khi quản trị viên sao lưu và phục hồi

dữ liệu cũng không lo bị chồng chéo lên dữ liệu của các dịch vụ khác Hơn nữa các máy ảo đó vẫn là nằm chung trên một máy chủ vật lý giúp chúng ta tận dụng hết hiệu suất của máy chủ đó, tiết kiệm được chi phí mua máy chủ, tiết kiệm năng lượng vận hành, thu gọn hệ thống…

Nguyên tắc kết hợp thể hiện ở đây là việc chúng ta kết hợp những hệ điều hành, những ứng dụng thay vì phải triển khai trên nhiều máy chủ vật lý khác nhau thì cài đặt vào chung trên một máy chủ vật lý Nhưng đồng thời nó cũng có nguyên tắc phân nhỏ trong đó là thay vì cài đặt các ứng dụng trên cùng một máy chủ vật lý sẽ bị chồng chéo dữ liệu thì ta phân nhỏ chúng trên nhiều máy ảo của máy chủ sẽ giúp chúng có môi trường hoạt động độc lập, tránh xung đột Đây chính là sự kết hợp hết sức tuyệt diệu của hai nguyên tắc sáng tạo

b. Nguyên tắc tách khỏi

Khi triển khai một phần mềm cho người sử dụng trong hệ thống, trước đây các quản trị viên có hai giải pháp Một là cài phần mềm đó trên mỗi máy tính con mà người sử dụng thao tác Nhưng nếu phần mềm đòi hỏi cấu hình phần cứng quá cao như Photoshop hay Corel Draw, Autocad thì doanh nghiệp phải bỏ ra chi phí không nhỏ để nâng cấp toàn bộ hệ thống máy tính con Còn nếu các quản trị viên cài đặt những phần mềm đòi hỏi cấu hình cao lên một máy chủ mạnh, rồi chia sẻ cho những người dùng bên dưới thông qua dịch vụ Remote Desktop theo chế độ Application Mode thì sẽ đỡ chi phí nâng cấp toàn

bộ hệ thống máy con bên dưới nhưng có thể sẽ khiến cho máy chủ quá tải nếu nhiều người dùng truy cập đồng thời Mỗi giải pháp đều có những ưu và khuyết điểm khiến chúng không thật sự hoàn hảo

Để cởi bỏ nút thắt này thì trên Windows Server 2012 Microsoft đưa ra giải pháp Application Virtualization hay còn được gọi là App-V Công nghệ này cho phép chúng ta tách phần mềm ra làm hai phần Những phần thuộc về

dữ liệu người dùng, những thiết lập cá nhân, những phần chương trình phục

vụ riêng cho từng người sử dụng sẽ được gói riêng thành một chương trình và triển khai xuống máy con Còn những phần thuộc về nhân chính của chương trình sẽ được triển khai trên máy chủ Như vậy gánh nặng được san sẻ bớt cho

cả hai: máy con sẽ gánh bớt các hoạt động của từng người dùng các nhân trong chương trình cho máy chủ, còn máy chủ vẫn là thiết bị gánh vác hoạt động chính cho chương trình ứng dụng

Nguyên tắc tách khỏi ở đây thể hiện ở chỗ thay vì triển khai toàn bộ chương trình trên máy chủ vậy sẽ dẫn đến quá tải, công nghệ ảo hóa trên Windows Server 2012 đã tách phần thiết lập cá nhân của chương trình cho chạy trên các máy con để đỡ gánh nặng cho máy chủ Phần thiết lập cá nhân này cũng không đòi hỏi cấu hình cao do đó không cần tốn quá nhiều chi phí nâng cấp hệ thống các máy con

c. Nguyên tắc phẩm chất cục bộ

Nguyên tắc phẩm chất cục bộ là chuyển đối tượng (môi trường bên ngoài, hay tác động bên ngoài) có cấu trúc không đồng nhất thành đồng nhất Chúng ta có thể thấy nguyên tắc này ngay trên bản thân các máy ảo của Windows Server 2012 Trước khi có khái niệm ảo hóa nói chung và máy ảo nói riêng thì mỗi hệ điều hành máy tính đều phụ thuộc vào cấu trúc phần cứng

mà nó được thiết lập trên đó Điều này khiến cho chúng ta không thể đem ổ cứng chứa hệ điều hành của máy tính A lên chạy trên máy tính B

Nhưng chúng ta hoàn toàn không phải lo điều đó với máy ảo Khi các máy ảo được tạo ra, nó sẽ khai báo một hệ thống phần cứng giả lập cho các quản trị viên cài đặt hệ điều hành trên đó Vậy là các hệ điều hành sẽ chạy trên một hế thống phần cứng đồng nhất Chúng ta có thể di chuyển máy ảo giữa

đó Trên Windows Server 2012, Microsoft cung cấp cho các quản trị viên những công cụ quản lý tập trung có thể nói là vạn năng, chẳng hạn như công

cụ Server Manager hay Virtual Machine Manager hay được gọi tắt là VMM Công cụ Server Manager hỗ trợ quản trị viên có thể ngồi một chỗ kết nối đến nhiều máy chủ vật lý khác nhau để quản lý, hay anh ta có thể kết nối đến các dịch vụ khác nhau như DNS, DHCP, … để cấu hình, tinh chỉnh Thậm chí quản trị viên có thể dùng công cụ này quản lý các máy ảo triển khai trên nhiều máy chủ ở những khu vực khác nhau Trong trường hợp người quản trị muốn quản lý toàn bộ tất cả các chức năng của những máy ảo trong hệ thống thì anh

ta có thể dùng một chương trình mang tính chuyên nghiệp hóa cao như Virtual Machine Manager

Trong vấn đề quản lý các máy chủ, các dịch vụ và quản lý ảo hóa, Microsoft đã đưa vào Windows Server 2012 những công cụ quản lý gần như vạn năng để giúp cho người quản trị tiết kiệm thời gian và công sức di chuyển giữa các máy chủ, để anh ta có thể tập trung hiệu suất vào các công việc khác

e. Nguyên tắc chứa trong

Khi máy ảo ra đời đã phá vỡ quan niệm về mày tính Trước đây mọi người cứ hình dung một máy tính là phải có hệ điều hành cài đặt trên thùng máy có CPU, RAM, HDD … Mỗi một máy chủ chỉ chứa được một hệ điều hành Nhưng với máy ảo thì không Các quản trị viên có thể tạo ra các máy ảo

và chứa trong hệ điều hành của một máy thật vừa tiết kiệm được chi phí khi triển khai hệ thống máy chủ, lại tận dụng được hiệu suất máy tính một cách tối

ưu khi mà ngày nay sức mạnh phần cứng của các máy chủ đã vượt qua nhu cầu sử dụng của một hệ điều hành

Nguyên tắc chứa trong còn được thể hiện trong nền tảng ảo hóa ở chỗ các chương trình ứng dụng, các phần mềm được cài đặt bên trong các máy ảo Như vậy chúng sẽ có môi trường hoạt động độc lập, riêng lẻ, tạo sự thuận tiện cho các quản trị viên thao tác, vận hành và sau lưu phục hồi

f. Nguyên tắc dự phòng

Khi xây dựng một hệ thống các máy ảo, mặc dù các máy ảo không bị bó buộc trong một cấu trúc phần cứng cụ thể và cũng dễ dàng di chuyển qua các máy chủ khác khi máy chủ chứa nó bị hư nhưng các quản trị viên cũng phải lên kế hoạch dự phòng bản thân máy ảo bị hư Thử hình dung bạn đang quản trị hệ thống ảo hóa của một doanh nghiệp Trong doanh nghiệp bạn có phòng thiết kế vài chục người Hằng ngày, mỗi người sẽ kết nối lên máy ảo có triển khai nhiều chương trình đồ họa của họ để làm việc Nếu như máy ảo của