Giải pháp ảo hóa máy chủ cho một doanh nghiệp phần mềm nhỏ và ứng dụng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGUYỄN HOÀNG MINH GIẢI PHÁP ẢO HÓA MÁY CHỦ CHO MỘT DOANH NGHIỆP PHẦN MỀM NHỎ VÀ ỨNG DỤNG Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Quản

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGUYỄN HOÀNG MINH

GIẢI PHÁP ẢO HÓA MÁY CHỦ CHO MỘT DOANH NGHIỆP PHẦN MỀM NHỎ

VÀ ỨNG DỤNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Hà Nội – 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGUYỄN HOÀNG MINH

GIẢI PHÁP ẢO HÓA MÁY CHỦ CHO MỘT DOANH NGHIỆP PHẦN MỀM NHỎ

VÀ ỨNG DỤNG

Ngành: Công nghệ thông tin

Chuyên ngành: Quản lý hệ thống thông tin

Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH HÓA

Hà Nội – 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết luận được đưa ra trong luận văn

là trung thực, có nguồn gốc rõ ràng

Tác giả luận văn

Nguyễn Hoàng Minh

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được hoàn thành được công trình nghiên cứu này, ngoài sự

nỗ lực của bản thân, tác giả còn nhận được sự giúp đỡ rất lớn từ PGS.TS Nguyễn Đình Hóa, người đã luôn quan tâm, trách nhiệm và nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên tác giả trong quá trình thực hiện nghiên cứu của mình Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Nguyễn Đình Hóa

Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô trong Viện Cộng nghệ thông tin – Đại học Quốc Gia Hà Nội, gia đình, lãnh đạo,các bạn đồng nghiệp và cán bộ nhân viên Công ty Cổ Phần Trò Chơi Emobi và các bạn lớp Cao học CIO-02 đã giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu luận văn của mình

Để đạt được những kết quả nghiên cứu tốt hơn trong tương lai, tác giả rất mong tiếp tục nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ của các nhà chuyên môn, của các thầy cô trong Viện Công nghệ thông tin – Đại học Quốc Gia Hà Nội về phương pháp luận, cách thức tiếp cận khoa học và hợp lý

Tác giả luận văn

Nguyễn Hoàng Minh

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 3

LỜI CẢM ƠN 4

MỤC LỤC 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 9

PHẦN MỞ ĐẦU 10

1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài 11

2 Mục tiêu nghiên cứu 11

3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu: 11

4 Phương pháp nghiên cứu: 11

5 Kết quả của đề tài 12

6 Kết cấu của đề tài 12

CHƯƠNG I: CÁC GIẢI PHÁP ẢO HÓA HỆ THỐNG MÁY CHỦ 13

1.1 Các xu hướng công nghệ ảo hóa hiện nay 13

1.1.1 Công nghệ ảo hóa OpenVZ 13

1.1.1.1 Giới thiệu chung 13

1.1.1.2 Tổng quan về công nghệ OpenVZ 13

1.1.2 Công nghệ ảo hóa Xen 15

1.1.2.1 Giới thiệu chung về Xen 15

1.1.2.2 Tổng quan về công nghệ Xen 16

1.1.3 Công nghệ ảo hóa KVM 17

1.1.3.1 Giới thiệu chung 17

1.1.3.2 Tổng quan về công nghệ KVM 17

1.1.4 Công nghệ ảo hóa Hyper-V 18

1.1.4.1 Giới thiệu chung 18

1.1.4.2 Tổng quan về công nghệ Hyper-V 18

1.1.5 Công nghệ ảo hóa VMWare 19

1.1.5.1 Giới thiệu chung 19

1.1.5.2 Tổng quan về công nghệ VMWare 20

1.2 Đánh giá các công nghệ và lựa chọn giải pháp công nghệ ảo hóa 21

1.2.1 Đánh giá công nghệ 21

1.2.1.1 Đánh giá về công nghệ OpenVZ 21

1.2.1.2 Đánh giá công nghệ Xen 21

1.2.1.3 Đánh giá công nghệ KVM 22

1.2.1.4 Đánh giá công nghệ Hyper-V 22

1.1.5.3 Đánh giá công nghệ VMWare 23

1.2.2 Lựa chọn giải pháp công nghệ ảo hóa 23

1.2.2.2 Không cần hệ điều hành 24

1.2.2.2 Sử dụng tiện lợi 24

1.2.2.3 Phù hợp với tiêu chuẩn công nghiệp phần mềm 24

1.2.2.4 Tính tùy biến của vSphere 24

1.3 Bộ phần mềm hỗ trợ của VMWare 25

1.3.1 VMware ESX và ESXi 25

1.3.2 VMware Virtual Symmetric Multi-Processing 26

1.3.3 VMware vCenter Server 26

1.3.4 VMware vCenter Update Manager 27

1.3.5 VMware vSphere Client 27

1.3.6 VMware VMotion và Storage VMotion 28

1.3.7 VMware Distributed Resource Scheduler 28

1.3.8 VMware High Availability 29

1.3.9 VMware Fault Tolerance 29

1.3.10 VMware Consolidated Backup 30

1.3.11 VMware vShield Zones 30

1.3.12 VMware vCenter Orchestrator 30

1.3.13 vNetwork 30

1.3.14 vStorage 31

1.4 Các công nghệ khác trong hệ thống ảo hóa 32

1.4.1 Công nghệ Raid 32

1.4.1.1 Khái niệm chung về Raid 32

1.4.1.2 Nguồn gốc và quá trình phát triển của Raid 32

1.4.1.3 Các chuẩn Raid 33

1.4.1.4 Các loại Raid 33

1.4.2 Công nghệ lưu trữ SAN 35

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MÔ HÌNH GIẢI PHÁP ẢO HÓA MÁY CHỦ CHO MỘT DOANH NGHIỆP PHẦN MỀM NHỎ VÀ ĐÁNH GIÁ 36

2.1 Thực trạng hệ thống thông tin tại doanh nghiệp phần mềm nhỏ 36

2.2 Nhu cầu thực tiễn tại các doanh nghiệp phần mềm nhỏ và giải pháp 36 2.1.1Nhu cầu chung 36

2.1.2 Phân tích nhu cầu cụ thể và lựa chọn giải pháp: 36

2.1.2.1 Nhu cầu cập nhật các bản vá lỗi 36

2.1.2.2 Nhu cầu hệ thống được quản lý liên tục 37

2.1.2.3 Nhu cầu di chuyển các máy ảo 37

2.1.2.4 Nhu cầu phân phối tài nguyên phần cứng 37

2.1.2.5 Nhu cầu về tính năng sẵn sàng cao 37

2.1.2.6 Nhu cầu loại bỏ thời gian chết 38

2.1.2.7 Nhu cầu sao lưu, back-up hệ thống 38

2.1.2.8 Nhu cầu bảo mật thông tin 38

2.1.2.9 Nhu cầu cài đặt qui trình làm việc 39

2.1.2.10 Nhu cầu ảo hóa hệ thống mạng 39

2.1.2.11Nhu cầu lưu trữ 39

2.4 Mô Hình 39

2.5 Yêu cầu trang thiết bị 40

2.5.1 Phần Cứng 40

2.5.1.1 Hệ thống máy chủ ESX server 40

2.5.1.2 Hệ thống lưu trữ tập trung SAN 41

2.5.2 Phần Mềm 41

2.6 Đánh giá và nhận xét giải pháp 41

2.6.1 Ưu điểm 41

2.6.2 Nhược điểm 42

2.7 Kết luận 42

CHƯƠNG III PHÂN TÍCH THIẾT KẾ VÀ TRIỂN KHAI ẢO HÓA HỆ THỐNG MÁY CHỦ CHO CÔNG TY CỔ PHẦN TRÒ CHƠI EMOBI 43

3.1Hiện trạng hệ thống thông tin và hạ tầng phần cứng của công ty Cổ Phần Trò Chơi Emobi 43

3.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển, thông tin sơ lược về công ty Cổ Phần Trò Chơi Emobi 43

3.1.2 Hiện trạng CNTT tại EMOBI GAMES JSC 43

3.1.2.1 Hiện trạng hệ thống thông tin 43

3.1.2.2 Hiện trạng nguồn nhân lực CNTT 43

3.1.2.3 Hiện trạng hạ tầngphần cứng 44

3.1.2.4 Công cụ và môi trường phát triển phần mềm 44

3.1.2.5 Những tồn tại 44

3.1.3 Kết luận 44

3.2 Phân tích thiết kế mô hình 44

3.2.1 Các hạng mục cần ảo hóa 44

3.2.2 Mô hình giải pháp 45

3.2.3Lựa chọn trang thiết bị 45

3.2.3.1 Phần Cứng 45

3.2.3.2 Phần Mềm 46

3.3 Triển khai ảo hóa 46

3.3.1 Cài đặt Vmware ESX server 46

3.3.2 Giao diện đăng nhập chính 46

3.3.3 Cài đặt các Server ảo và Quản lý bằng vSphere Client 47

KẾT LUẬN 51

4.1 Kết quả đạt được 51

4.2 Hướng phát triển 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Giải pháp Parallels OpenVZ 13

Hình 1.2: Kiến trúc ảo hoá Virtuozzo Containers 14

Hình 1.3: Giao diện Parallels Management Console 15

Hình 1.4: Kiến trúc công nghệ ảo hóa Xen 16

Hình 1.5: Quản lý XenServer 16

Hình 1.6: Kiến trúc của KVM 17

Hình 1.7: Kiến trúc Hyper - V 19

Hình 1.8: Cấu trúc của ESX Server 20

Hình 2.1: Mô hình giải pháp ảo hóa máy chủ 40

Hình 3.1: Cài đặt Esx Server 46

Hình 3.2: Giao diện đăng nhập chính 47

Hình 3.3: Màn hình đăng nhập Vsphere 48

Hình 3.4: Hoàn tất quá trình cấu hình Mail server 49

Hình 3.5: Cài đặt postfix thành công 49

PHẦN MỞ ĐẦU Các công ty làm phần mềm quy mô nhỏ thường bị hạn chế về nguồn lực: phần cứng, phần mềm (hệ thống nền, môi trường và công cụ phát triển ứng dụng), con người Nhu cầu cấp thiết của các công ty phần mềm nhỏ là tăng khả năng, hiệu quả của phần cứng và phần mềm công cụ đi kèm nhưng vẫn muốn giảm thiểu chi phí Cụ thể về hệ thống máy chủ thường lớn, cồng kềnh, tốn nhiều chi phí khi triển khai Khi cần triển khai, phát triển các dịch vụ và ứng dụng mới thì doanh nghiệp cần tăng thêm số lượng máy chủ để cài đặt và duy trì các dịch vụ và ứng dụng này Nhưng để đáp ứng những yêu cầu không ngừng về việc triển khai, phát triển các dịch vụ và ứng dụng mới, các công ty phần mềm cần phải tiếp tục tăng thêm số lượng máy chủ Tuy nhiên, khi càng nhiều máy chủ thì những vấn đề khó khăn lại càng rõ hơn:

- Chi phí tăng: việc mua thêm máy chủ mới sẽ bao gồm chi phí mua máy chủ và các loại chi phí khác: nguồn điện, cooling, không gian đặt máy chủ

- Hiệu quả đầu tư thấp: với mỗi một máy chủ dành riêng cho một ứng dụng x86 (tải thấp) sẽ làm năng suất hoạt động của CPU chỉ khoảng 5-15%

- Giảm khả năng quản lý: khó quản lý hơn khi ngày càng nhiều máy chủ và ứng dụng trong một môi trường phức tạp với nhiều loại hệ điều hành, những phần cứng, những loại máy chủ khác nhau

- Hiệu quả công việc giảm: nhân viên IT sẽ tập trung nhiều thời gian hơn cho việc triển khai máy chủ, cấu hình, giám sát và bảo trì Vì vậy không còn tập trung nhiều vào các hoạt động, các dự án giúp nâng cao cấp độ hạ tầng thông tin

Để giải quyết cho các vấn đề nêu trên, trên tinh thần của một người quản trị

hệ thống thông tin, tác giả đưa ra đề xuất giải pháp ảo hóa hệ thống máy chủ cho các doanh nghiệp phần mềm nhỏ

Xây dựng hệ thống ảo hóa hệ thống máy chủ nhằm:

- Tiết kiệm chí phí đầu tư mua nhiều server cùng lúc

- Tiết kiệm không gian đặt server trên tủ rack cũng như không gian phòng chứa

- Tiết kiệm điện năng, hệ thống làm mát và cable

- Quản lý đơn giản và tập trung trên một server vật lý duy nhất

- Dễ dàng triển khai, nâng cấp và backup hệ thống

Nhận thức được vấn đề trên, tác giả đã lựa chọn đề tài “GIẢI PHÁP ẢO HÓA MÁY CHỦ CHO MỘT DOANH NGHIỆP PHẦN MỀM NHỎ VÀ ỨNG DỤNG” làm đề tài nghiên cứu cho luận văn tốt nghiệp của mình

1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài

Trong phạm vi các doanh nghiệp trong ngành công nghiệp phần mềm, công nghệ thông tin (CNTT) là một trụ cột của chiến lược phát triển tổng thể ngành công nghiệp phần mềm CNTT hiện được xếp ngang hàng với kế hoạch cải cách thể chế, phát triển nguồn lực… Công nghệ chính là hạ tầng để các công ty phần mềm đổi mới dịch vụ, gia tăng tiện ích, mở rộng phạm vi hoạt động Trong bối cảnh nền kinh tế cạnh tranh khốc liệt hiện nay và xu hướng hội nhập quốc tế phát triển mạnh thì sự thua kém về công nghệ dẫn đến thua kém về cạnh tranh là điều tất yếu xảy ra Vì vậy sức ép tăng cường đầu tư và phát triển CNTT đang ngày càng lớn và cấp bách khiến tổ chức, doanh nghiệp trong ngành công nghiệp phần mềm ở Việt Nam không thể bỏ qua Các tổ chức, doanh nghiệp trong ngành công nghiệp phần mềm ở Việt Nam cũng nhận thức sâu sắc rằng để

có thể tăng khả năng cạnh tranh, quản trị tốt rủi ro, đảm bảo phát triển bền vững, nâng tầm khu vực và quốc tế, con đường phát triển CNTT là con đường tất yếu Đánh giá chân thực về hoạt động CNTT tại các doanh nghiệp phần mềm nhỏ trong giai đoạn vừa qua có thể nhận thấy rằngtiền thuê nhiều server quá đắt

đỏ làm ảnh hưởng mạnh đến doanh thu của công ty, quản lý khó khăn do phải hoạt động trên nhiều server vật lý khác nhau dẫn đến khó khăn trong việc triển khai, nâng cấp và back-up hệ thống

2 Mục tiêu nghiên cứu

Tìm hiểu các giải pháp ảo hóa hệ thống máy chủ hiện nay từ đó thiết kế giải pháp ảo hóa hệ thống máy chủ cho doanh nghiệp phần mềm nhỏ để loại bỏ các tồn tại vướng mắc hiện có, giúp doanh nghiệp cải thiện doanh thu và nâng cao sức cạnh tranh trên thị trường

3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu: các công nghệ ảo hóa máy chủ hiện nay, xây dựng giải pháp ảo hóa hệ thống máy chủ cho một doanh nghiệp phần mềm nhỏ và ứng dụng

- Phạm vi nghiên cứu: đề tài được nghiên cứu để tìm ra giải pháp ảo hóa hệ thống máy chủ cho các doanh nghiệp phần mềm nhỏ

4 Phương pháp nghiên cứu:

Để có thể phân tích khách quan và khoa học, đưa ra được những đề xuất xây dựng dự án đúng quy trình hợp lý và đúng đắn, các phương pháp được sử dụng:

-Thu thập và nghiên cứu tìm hiểu các văn bản, lý thuyết về công nghệ ảo hóa máy chủ hiện nay

-Thu thập, nghiên cứu các tài liệu, văn bản liên quan đến hệ thống máy chủ của các doanh nghiệp phần mềm nhỏ

-Trao đổi và thảo luận

-Phân tích và tổng hợp

-Đưa ra giải pháp xây dựng ảo hóa hệ thống máy chủ cho doanh nghiệp phần mềm nhỏ

- Ứng dụng thực tiễn

5 Kết quả của đề tài

Đề tài xây dựng sẽ đem lại những kết quả cụ thể sau:

- Nắm được các công nghệ ảo hóa hệ thống máy chủ hiện nay

- Nắm được cách thức hoạt động của hệ thống máy chủ của các doanh nghiệp phần mềm nhỏ

-Xây dựng giải pháp ảo hóa hệ thống máy chủ các doanh nghiệp phần mềm nhỏ

-Giúp các doanh nghiệp phần mềm nhỏ có thể tăng thêm doanh thu và tính cạnh tranh với các doanh nghiệp cùng ngành khác

6 Kết cấu của đề tài

Đề tài được kết cấu gồm 3 phần (chương) chính trong đó:

Chương I: Các giải pháp ảo hóa hệ thống máy chủ

Chương II: Thiết kế mô hình và đánh giá

Chương III.Phân tích thiết kể và triển khai ảo hóa hệ thống máy chủ cho Công ty Emobi Games JSC

Phần kết luận: Kết luận tổng thể về luận văn

CHƯƠNG I: CÁC GIẢI PHÁP ẢO HÓA HỆ THỐNG MÁY CHỦ

1.1 Các xu hướng công nghệ ảo hóa hiện nay

Hiện nay có rất nhiều công nghệ ảo hóa, để có thể đưa ra phân tích và lựa

chọn giải pháp cụ thể phù hợp với các doanh nghiệp phần mềm nhỏ, tác giả đã

tìm hiểu một số công nghệ nổi bật: OpenVZ của Parallels, Xen của Citrix,

VMWare của VMWare Inc, KVM của Red Hat, Hyper-V của Microsoft

1.1.1 Công nghệ ảo hóa OpenVZ

1.1.1.1 Giới thiệu chung

OpenVZ (Open Virtuozzo) của hãng Parallels là một giải pháp ảo hóa khai

thác đầy đủ năng lực của hạ tầng công nghệ thông tin bằng cách gia tăng việc

tận dụng tài nguyên dư thừa của các máy chủ hiện hữu gấp 2 – 3 lần so với các

công nghệ khác

1.1.1.2 Tổng quan về công nghệ OpenVZ

Hình1.1: Giải pháp Parallels OpenVZ OpenVZ là một giải pháp ảo hóa máy chủ ở cấp độ hệ điều hành Virtuozzo

tạo ra các phân vùng hoặc máy chủ ảo (VES) hoàn toàn độc lập trên một máy

chủ vật lý và hệ điều hành nhằm tận dụng phần cứng, phần mềm, trung tâm dữ

liệu và khả năng quản lý đạt hiệu quả tối đa

OpenVZ cung cấp công nghệ ảo hóa hoạt động dựa trên nhân

Linux.OpenVZ cung cấp một lớp ảo hóa chịu trách nhiệm phân bổ tài nguyên hệ

thống cho tất cả các máy ảo - được gọi là container, lớp ảo hóa này cho phép

một máy chủ vật lý để chạy nhiều hệ điều hành riêng biệt Lớp ảo hóa này chỉ

tiêu tốn khoảng 2% năng lực xử lý từ đó giúp tăng số lượng máy ảo trên mỗi máy chủ vật lý, hiệu năng máy chủ gần như không đổi so với khi chạy độc lập

Hình 1.2: Kiến trúc ảo hoá Virtuozzo Containers Một số đặc điểm của OpenVZ: phân vùng thông minh, hoàn toàn độc lập giữa các máy chủ, quản lý tài nguyên linh hoạt, quản lý tập trung, di chuyển linh hoạt các containers giữa các máy chủ vật lý, hiệu năng thực thi cao

Bộ công cụ quản lý toàn diện của Virtuozzo giúp người quản trị dễ dàng bảo trì, giám sát, và quản lý các máy chủ ảo: Parallels Virtuozzo Containers, Parallels Virtual Automation, Parallels Management Console [2]

Hình 1.3: Giao diện Parallels Management Console

1.1.2 Công nghệ ảo hóa Xen

1.1.2.1 Giới thiệu chung về Xen

Xen là một giám sát máy ảo (VMM) cung cấp dịch vụ cho phép nhiều hệ điều hành máy tính thực thi trên cùng phần cứng máy tính một cách đồng thời Bản đầu tiên phát triển bởi Viện nghiên cứu máy tính trường Đại học Cambridge Ban đầu được tài trợ bởi công ty XEN Source, sau đó được mua lại bởi Citrix vào 20/10/2007

1.1.2.2 Tổng quan về công nghệ Xen

Hình 1.4: Kiến trúc công nghệ ảo hóa Xen Citrix XenServer là môt nền tảng quản lý máy chủ ảo hóa hoàn chỉnh, được xây dựng trên trên nền tảng Xen Hypervisor mạnh mẽ XenDesktop được thiết

kế để quản lý các máy chủ ảo Windows và Linux một cách hiệu quả nhất và cung cấp giải pháp hợp nhất máy chủ với chi phí hợp lí và đảm bảo tính liên tục trong các hoạt động kinh doanh

Hình 1.5: Quản lý XenServer XEN là công nghệ ảo hóa thực sự cho phép chạy cùng lúc nhiều máy chủ

ảo VPS trên 1 máy chủ vật lý

Công nghệ ảo hóa XEN cho phép mỗi máy chủ ảo chạy nhân riêng của nó,

do đó VPS có thể cài được cả Linux hay Windows Operating system, mỗi VPS

có hệ thống File System riêng và hoạt động như 1 máy chủ vật lý độc lập

Tài nguyên cung cấp cho máy chủ VPS XEN cũng độc lập, nghĩa là mỗi máy chủ XEN được cấp 1 lượng RAM, CPU và Disk riêng, nó đảm bảo rằng máy chủ VPS của bạn sẽ được cung cấp đủ tài nguyên như lúc đăng ký với nhà cung cấp dịch vụ

Một số đặc điểm của Xen: Tạo ra một bản sao của máy chủ ảo hóa, giúp việc tạo ra các máy chủ ảo mới trở nên dễ dàng và thuận tiện hơn Có thể di chuyển tài nguyên phần cứng từ máy chủ này sang máy chủ khác mà không gây gián đoạn truy cập Công nghệ Xen giúp doanh nghiệp tự động hóa các trung tâm dữ liệu, tăng cường hiệu quả giám sát và quản lý, với độ tin cậy cao và đảm bảo tính liên tục trong kinh doanh

Bộ công cụ ảo hóa của Xen cung cấp đầy đủ các tính năng cần thiết giúp doanh nghiệp quản lý trung tâm dữ liệu ảo hóa: XenConvert, XenMotion và XenCenter [8]

1.1.3 Công nghệ ảo hóa KVM

1.1.3.1 Giới thiệu chung

KVM(Kernel-base Virtual Machine) là công nghệ ảo hóa cho phép ảo hóa thực sự trên nền tảng phần cứng KVM thực chất là một module trong kernel của linux KVM được thiết kế sau khi phần cứng hỗ trợ ảo hóa ra đời

1.1.3.2 Tổng quan về công nghệ KVM

Hình 1.6: Kiến trúc của KVM Trong kiến trúc KVM, máy ảo là một tiến trình Linux, được lập lịch bởi chuẩn Linux scheduler.Trong thực tế mỗi CPU ảo xuất hiện như là một tiến trình Linux.Điều này cho phép KVM sử dụng tất cả các tính năng của Linux kernel

Các thiết bị giả lập (emulator) được xử lý bằng QEMU (opensource giúp giả lập phần cứng) giúp giả lập các phần cứng như BIOS, PCI bus, USB Bus và các tiêu chuẩn điều khiển thiết bị ổ cứng như IDE, SCSI, network card,

Khi máy ảo là một tiến trình Linux, nó sẽ chịu ảnh hưởng của chuẩn mô hình security linux Linux kernel bao gồm SELinux, là một dự án được phát triển bởi cơ quan an ninh quốc gia Mĩ (US National Security Agency) để thêm vào các lệnh điều khiển truy cập đa tầng như là thực thi chính sách SELinux cung cấp chính xác tài nguyên cô lập và hạn chế cho các tiến trình chạy trên linux kernel Dự án sVirt build trên SELinux cung cấp cơ sở hạ tầng cho phép administrator định nghĩa chính sách để cô lập máy ảo sVirt đảm bảo rằng tài nguyên máy ảo không bị truy cập bởi các tiến trình khác và nó có thể mở rộng bằng cách phân quyền ví dụ như 1 nhóm máy ảo có thể share chung tài nguyên Một số đặc điểm của KVM: KVM hỗ trợ live migration cho phép di chuyển máy ảo đang chạy giữa các host vật lý khác nhau mà không bị gián đoạn dịch vụ.[6]

1.1.4 Công nghệ ảo hóa Hyper-V

1.1.4.1 Giới thiệu chung

Hyper-V là công nghệ ảo hóa Server thế hệ mới của Microsoft và là thành phần quan trọng trong hệ điều hành Windows Server 2008

Hyper-V chính là công nghệ ảo hóa thế hệ kế tiếp dựa trên hypervisor, khai thác phần cứng Server 64-bit thế hệ mới.Người dùng (chủ yếu là doanh nghiệp) không cần phải mua thêm phần mềm để khai thác các tính năng ảo hoá bới nó là một tính năng sẵn có trên Windows Server 2008

Hyper-V có 3 phiên bản Windows Server 2008 64 bit là:

Standard (một máy ảo), Enterprise (4 máy ảo) và DataCenter (không giới hạn số lượng máy ảo).Tuy nhiên nó hỗ trợ hệ điều hành khách trên cả 32-bit và 64-bit Đây là điểm nổi bật của Hyper-V

1.1.4.2 Tổng quan về công nghệ Hyper-V

Hyper-V gồm 3 thành phần chính: hypervisor, ngăn ảo hóa và mô hình I/O (nhập/xuất) ảo hóa mới Hypervisor là lớp phần mềm rất nhỏ hiện diện ngay trên

bộ xử lý (BXL) theo công nghệ Intel-V hay AMD-V, có vai trò tạo các

"partition" (phần vùng) mà thực thể ảo sẽ chạy trong đó

Một partition là một đơn vị cách ly và có thể chứa một hệ điều hành làm việc trong đó Luôn có ít nhất 1 partition gốc chứa Windows Server 2008 và ngăn ảo hóa, có quyền truy cập trực tiếp các thiết bị phần cứng Partition gốc tiếp theo có thể sinh các partition con (được gọi là máy ảo) để chạy các hệ điều

hành máy khách Một partition con cũng có thể sinh tiếp các partition con của mình

Máy ảo không có quyền truy cập đến bộ xử lý vật lý, mà chỉ “nhìn thấy” bộ

xử lý được hypervisor cấp cho.Máy ảo cũng chỉ sử dụng được thiết bị ảo, mọi yêu cầu đến thiết bị ảo sẽ được chuyển qua VMBus đến thiết bị ở partition cha Thông tin hồi đáp cũng được chuyển qua VMBus Nếu thiết bị ở partition cha cũng là thiết bị ảo, nó sẽ được chuyển tiếp cho đến khi gặp thiết bị thực ở partition gốc.Toàn bộ tiến trình trong suốt đối với HĐH khách.[8]

Hình 1.7: Kiến trúc Hyper - V

1.1.5 Công nghệ ảo hóa VMWare

1.1.5.1 Giới thiệu chung

VMWare là sản phẩm của VMWare Inc – một công ty phần mềm thuộc tập đoàn EMC.VMWare là công ty tiên phong và vẫn đang là một trong những công

ty phát triển nền tảng ảo hóa tốt nhất hiện nay Có nhiều phiên bản VMWare như: VMWare Workstation cho máy để bàn, VMWare ESX server, VMWare GSX server, VMWare vSphere, VMWare vCloud, VMWare Director cho máy chủ…

vSphere gồm 3 thành phần chính:

- VMWare ESX server: lớp ảo hóa chính chạy trên nền server vật lý (hay còn gọi là Hypervisor) có nhiệm vụ quản lý tài nguyên phần cứng và phân phát cho các máy ảo (Vitual Machines)

- VMWare vCenter Server: trung tâm quản lý chính của môi trường ảo hóa

- VMWare vSphere Client: Chương trình cho phép truy cập, quản lý từ xa vào vCenter hoặc ESX

1.1.5.2 Tổng quan về công nghệ VMWare

Máy chủ Esx sử dụng cấu trúc VMM– Hypervisor, nghĩa là máy chủ Esx sẽ tạo một lớp ảo hóa hypervisor để điều khiển quá trình chia sẻ và sử dụng tài nguyên của các máy ảo Nhờ cấu trúc xử lý linh hoạt nên các máy ảo có thể tận dụng tối đa hiệu suất phần cứng và quản lý dễ dàng hơn

Trong mô hình này các máy ảo không phải thông qua hệ điều hành chủ để truy cập phần cứng Mọi vấn đề liên lạc giữa máy ảo với phần cứng được thực hiện qua lớp ảo hóa Hypervisor do máy chủ Esx tạo ra Vì vậy tốc độ làm việc của các máy ảo nhanh hơn và đạt hiệu quả cao hơn

Hình 1.8: Cấu trúc của ESX Server VMware ESX bao gồm hai thành phần tương tác với nhau để cung cấp một môi trường ảo hóa năng động và mạnh mẽ: Service Console và VMkernel Service Console là hệ điều hành được sử dụng để tương tác với VMware ESX

và các máy ảo chạy trên máy chủ Service Console bao gồm các dịch vụ có thể tìm thấy trong các hệ điều hành truyền thống chẳng hạn như tường lửa, Simple Management Protocol (SNMP) hay web server Tuy nhiên Service Console cũng thiếu nhiều tính năng và lợi ích mà hệ một điều hành truyền thống cung cấp, đây không phải là sự thiếu hụt mà vì chúng đã được loại bỏ để Service Console chỉ bao gồm những dịch vụ cần thiết cho việc hỗ trợ ảo hóa Thành phần thứ hai là VMkernel, VMkernel là nền tảng thực sự của quá trình ảo hóa.Các VMkernel quản lý truy cập của máy ảo đến các phần cứng vật lý bên dưới bằng cách cung cấp quá trình sử dụng của CPU, quản lý bộ nhớ, và quá trình chuyển đổi dữ liệu ảo [5-10]

VMWare cung cấp một bộ phần mềm đồ sộ có hầu như đầy đủ các tính năng về ảo hóa mà người quản trị quan tâm, mong muốn:

- VMware ESX and ESXi

- VMware Virtual Symmetric Multi-Processing

- VMware vCenter Server

- VMware vCenter Update Manager

- VMware vSphere Client

- VMware vMotion and Storage vMotion

- VMware Distributed Resource Scheduler

- VMware High Availability

- VMware Fault Tolerance

- VMware Consolidated Backup

- VMware vShield Zones

- VMware vCenter Orchestrator

1.2 Đánh giá các công nghệ và lựa chọn giải pháp công nghệ ảo hóa

1.2.1 Đánh giá công nghệ

1.2.1.1 Đánh giá về công nghệ OpenVZ

OpenVZ không thực sự ảo hóa, nó sử dụng chung 1 nhân Linux đã được sửa đổi và do đó chỉ có thể chạy duy nhất hệ điều hành Linux, như vậy tất cả các máy chủ ảo VPS cũng chỉ có thể chạy được Linux với chung 1 công nghệ và phiên bản Kenel Tuy nhiên, do không có nhân riêng nên nó rất nhanh và hiệu quả, nhưng đó cũng chính là nhược điểm của nó khi tất cả các máy chủ phải sử dụng chungmột nhân duy nhất

Nhược điểm nữa của OpenVZ là việc cấp phát bộ nhớ không được tách biệt, nghĩa là bộ nhớ được cấp phát cho một máy chủ VPS này lại có thể bị sử dụng bởi VPS khác trong trường hợp VPS kia yêu cầu Nó cũng sử dụng hệ thống file dùng chung, vì thế mỗi VPS thực chất chỉ là một Thư mục được change root Phiên bản mới của OpenVZ cho phép mỗi VPS có thể có hệ thống file system riêng của chính nó Với việc “ảo hóa” thư mục thành VPS như vậy,

có thể sao chép một VPS bằng cách sao chép thư mục, rồi thay đổi cấu hình phù hợp và start nó lên như một VPS mới

1.2.1.2 Đánh giá công nghệ Xen

Quản lý tập trung và chuyển đổi máy chủ ảo trực tiếp giúp doanh nghiệp quản lý môi trường một cách dễ dàng trong khi tối ưu hóa các nguồn lực và giảm thời gian chết ngoài kế hoạch

Bất lợi là do công nghệ XEN yêu cầu tài nguyên vật lý đầy đủ cho mỗi VPS, do đó nhà cung cấp dịch vụ cũng phải tăng cường tài nguyên vật lý trên

máy chủ thật, dẫn đến máy chủ VPS sử dụng công nghệ XEN thường có giá đắt hơn công nghệ OpenVZ

1.2.1.3 Đánh giá công nghệ KVM

Để chạy được KVM bắt buộc các dòng chíp phải mở tính năng hỗ trợ ảo hóa trong bios (như Intel VT-X, AMD-V) Điều đó giúp cho KVM tối ưu giải pháp hypervisor của mình mà không phải chỉnh sửa lại guest OS

Có nhiều thành phần mà hypervisor cần có ngoài khả năng chính là ảo hóa CPU và RAM Ví dụ như: quản lý bộ nhớ (memory manager), lập lịch tiến trình (process scheduler), ngăn xếp vào/ra (I/O stack), trình điều khiển thiết bị (device drivers), quản lý bảo mật (security manager) Thực tế, hypervisor là một hệ điều hành đặc biệt chỉ khác các hệ điều hành thông thường là nó dùng để chạy các máy ảo thay vì chạy các ứng dụng

Do đó máy chủ KVM giống như XEN được cung cấp riêng tài nguyên để

sử dụng, tránh việc tranh chấp tài nguyên với máy chủ khác trên cùng node Máy chủ gốc được cài đặt Linux, nhưng KVM hỗ trợ tạo máy chủ ảo có thể chạy cả Linux, Windows Nó cũng hỗ trợ cả x86 và x86-64 system

1.2.1.4 Đánh giá công nghệ Hyper-V

Với Hyper-V, Microsoft cung cấp một nền tảng ảo hóa mạnh và linh hoạt,

có thể đáp ứng nhu cầu ảo hóa mọi cấp độ cho môi trường doanh nghiệp

Hyper-V được tích hợp sẵn trong HĐH Windows Server, và hypervisor nối trực tiếp đến các luồng xử lý của BXL, nhờ vậy việc vận hành máy ảo hiệu quả hơn so với kiến trúc ảo hoá khác

Hyper-V cung cấp độ tin cậy tốt hơn và khả năng mở rộng lớn hơn cho ảo hóa cơ sở hạ tầng Hypervisor không phụ thuộc vào bất kì trình điều khiển thiết

bị nào của hãng thứ ba Nó thúc đẩy phần lớn các trình điều khiển thiết bị đã được xây dựng cho Windows Hyper-V cũng có sẵn trên Server Core Điểm nổi bật là bạn có thể quản lý các dịch vụ trên Server Core bằng giao diện dòng lệnh (CLI) hoặc quản lý từ xa bằng công cụ MMC và công cụ Remote Server Administration Tools được tích hợp sẵn trong Windows Vista và Windows Server 2008

Ảo hóa cho phép khả năng sử dụng, quản lý các tài nguyên, các ứng dụng hiệu quả trên một máy chủ.Các máy chủ ảo hóa có khả năng làm công việc của mình với sự linh hoạt cao, tận dụng khả năng phần cứng tối đa, mà không có xung đột với các máy chủ ảo hóa khác.Hyper-V kiểm soát chặt chẽ các nguồn tài nguyên phần cứng có sẵn cho mỗi máy ảo Ví dụ: Máy ảo được cô lập hoặc tiếp xúc rất giới hạn với máy ảo khác trên mạng hoặc trên cùng một máy tính

An ninh bảo mật là một thách thức chính trong mọi giải pháp máy chủ Các máy chủ ảo hóa ít tiếp xúc với các chức năng máy chủ khác trên cùng một hệ thống chính Ví dụ khi triển khai nhiều chức năng máy chủ trên một máy tính, mỗi máy chủ ảo hóa đảm nhận một chức năng, khi đó nếu một máy chủ ảo hóa

bị mất quyền kiểm soát, thì vẫn đảm bao kẻ tấn công khó có thể thể tiếp xúc với các máy ảo hóa khác trên cùng một máy chủ vật lý Ảo hóa cung cấp cơ hội để tăng cường an ninh cho tất cả các nền tảng máy chủ

Hyper-V có thể giải quyết khối lượng công việc đòi hỏi nhiều hơn các giải pháp ảo hóa trước đây và cung cấp khả năng phát triển trong hệ thống:

- Tốc độ cải tiến thông qua kiến trúc ảo hóa cốt lõi hypervisor

- Hỗ trợ đa luồng tăng đến bốn bộ vi xử lý trên mảy chủ ảo hóa

- Tăng cường hỗ trợ 64-bit, cho phép máy chủ ảo hóa chạy các hệ điều hành bit-64 và truy cập số lượng lớn bộ nhớ (lên đến 64 GB mỗi VM), cho phép

sử lý khối lượng công việc chuyên sâu cao hơn Hyper-V chỉ chạy trên nền HĐH server 64-bit và CPU 64-bit có tính năng ảo hoá mà thôi

- Kiến trúc hypervisor cho phép chia cắt ra các lớp thực thi và các trình điều khiển, làm việc chặt chẽ hơn với ảo hóa kiến trúc phần cứng

- Nâng cao hiệu suất phần cứng Chia sẻ, tối ưu hóa truyền dữ liệu giữa các phần cứng vật lý và máy ảo

1.1.5.3 Đánh giá công nghệ VMWare

- Tính tương thích cao: tương thích với hầu hết các hệ điều hành (Windows, Linux các phiên bản)

- Nhiều chức năng dễ dàng sử dụng để quản trị hệ thống, nâng cấp,

back-up, bảo vệ dữ liệu

-Tính bảo mật cao và cũng rất dễ dàng cho việc nâng cấp, mở rộng hệ thống sau này

- Có cấu hình dựng sẵn, một ưu điểm rất lớn của VMWare

- Có khả năng xử lý và độ tin cậy cao

- Có thể chạy độc lập với hệ điều hành (VMWare có thể chạy trên server

mà không cần cài thêm OS)

1.2.2 Lựa chọn giải pháp công nghệ ảo hóa

Sau khi tìm hiểu, nắm bắt và đánh giá các giải pháp công nghệ ảo hóa hiện nay, căn cứ vào tình hình thực tiễn nhân lực, trang thiết bị cụ thể ở doanh nghiệp phần mềm nhỏ, người viết đã đề xuất sử dụng công nghệ ảo hóa của VMWare

để triển khai ảo hóa hệ thống máy chủ

Có thể với các công nghệ khác thiếu đi một số tính năng, nhưng với VMWare thì không có tính năng nào mà các công nghệ khác có mà VMWare

không có Với một số chuyên gia về công nghệ ảo hóa, VMWare là phần mềm duy nhất thực sự có thể được sử dụng kết hợp với thuật ngữ "ảo hóa".Các đặc tính cho thấy sự vượt trội về tính năng và hoàn toàn phù hợp với doanh nghiệp phần mềm nhỏ của VMWare

1.2.2.2 Không cần hệ điều hành

Với các công nghệ khác thì chúng ta phải cài một hệ điều hành trước rồi mới ảo hóa, còn với VMWare thì không.VMWare hỗ trợ cài đặt trực tiếp trên server mà không cần cài đặt một hệ điều hành nào cả.Điều này tiết kiệm một phần chi phí mua hệ điều hành cho server, tiết kiệm tài nguyên phần cứng trên server không phải chạy và xử lý bất kỳ một hệ điều hành nào cả Điều này cũng làm tăng tốc độ của VMWare lên khá nhiều

1.2.2.2 Sử dụng tiện lợi

Giao diện của VMWare thân thiện, cách cài đặt và sử dụng đơn giản, nhiều tính năng cao cấp, hỗ trợ nhiều hệ điều hành, các phiên bản đa dạng cho phép người dùng lựa chọn tính năng với chi phí tốt nhất.Tùy vào từng doanh nghiệp

mà ta có thể lựa chọn và mua những tính năng cần thiết và phù hợp mà không phải mua trọn gói như những công nghệ ảo hóa khác

1.2.2.3 Phù hợp với tiêu chuẩn công nghiệp phần mềm

ESX như một lõi hệ điều hành được cài đặt trực tiếp trên server vật lý.Nó tương tác trực tiếp với các thiết bị phần cứng, quản lý và cho phép chia sẻ toàn

bộ tài nguyên của server vật lý đó.Điều này làm cho ESX hết sức uyển chuyển trong quản lý tài nguyên, từ đó tạo ra các tính năng đặc biệt thích hợp cho môi trường quản lý với các tiêu chuẩn công nghiệp phần mềm

1.2.2.4 Tính tùy biến của vSphere

vSphere mang đến giải pháp ảo hóa với những đặc điểm về quản lý tích hợp và đảm bảo tính liên tục của hoạt động kinh doanh Có nhiều phiên bản để tùy chọn theo nhu cầu của doanh nghiệp, với mỗi doanh nghiệp phần mềm cụ thể ta có thể chọn một phiên bản phù hợp nhất, đáp ứng đầy đủ nhu cầu sử dụng với chi phí thấp nhất

- Vsphere Standard Edition: Giải pháp cơ bản với chi phí phần cứng tiết kiệm

- Vsphere Enterprise Edition: giải pháp mạnh mẽ cho phép người sử dụng

có thể tùy biến để tối ưu hóa hạ tầng

- Vsphere Enterprise Plus Edition: giải pháp hoàn hảo, đầy đủ tính năng, cho phép ảo hóa toàn bộ datacenter thành hạ tầng điện toán đám mây

1.3 Bộ phần mềm hỗ trợ của VMWare

Với VMware người quản trị có rất nhiều các công cụ để sử dụng cho mọi môi trường kiến trúc khác nhau từ vài máy chủ đến hàng ngàn máy chủ bởi sự năng động trong việc điều khiển các nguồn tài nguyên, cũng như tính sẵn sàng cao, tính năng chịu lỗi ưu việt của sản phẩm

Bộ sản phẩm VMware vSphere bao gồm các sản phẩm với nhiều chức năng cho phép cung cấp đầy đủ các tính năng ảo hóa:

- VMware ESX and ESXi

- VMware Virtual Symmetric Multi-Processing

- VMware vCenter Server

- VMware vCenter Update Manager

- VMware vSphere Client

- VMware vMotion and Storage vMotion

- VMware Distributed Resource Scheduler

- VMware High Availability

- VMware Fault Tolerance

- VMware Consolidated Backup

- VMware vShield Zones

- VMware vCenter Orchestrator

1.3.1 VMware ESX và ESXi

VMWare ESXi Server : lớp ảo hóa chính chạy trên nền server vật lý ( hay còn gọi là Hypervisor )

Cốt lõi của bộ sản phẩm vSphere là hypervisor, là lớp ảo hóa nền tảng cho phần còn lại của dòng sản phẩm Trong vSphere, hypervisor bao gồm hai hình thức khác nhau: VMware ESX và VMware ESXi Cả hai sản phẩm này đều có thể hỗ trợ cùng một tập hợp các tính năng ảo hóa, và cả hai được cài đặt và chạy trên hệ thống phần cứng.VMware ESX và ESXi chỉ khác nhau về cách thức đóng gói

VMware ESX bao gồm hai thành phần tương tác với nhau để cung cấp một môi trường ảo hóa năng động và mạnh mẽ: Service Console và VMkernel Service Console là hệ điều hành được sử dụng để tương tác với VMware ESX

và các máy ảo chạy trên máy chủ Service Console bao gồm các dịch vụ có thể tìm thấy trong các hệ điều hành truyền thống chẳng hạn như tường lửa, Simple Management Protocol (SNMP) hay web server Tuy nhiên Service Console cũng thiếu nhiều tính năng và lợi ích mà hệ một điều hành truyền thống cung cấp, đây không phải là sự thiếu hụt mà vì chúng đã được loại bỏ để Service Console chỉ bao gồm những dịch vụ cần thiết cho việc hỗ trợ ảo hóa Thành

phần thứ hai là VMkernel, VMkernel là nền tảng thực sự của quá trình ảo hóa.Các VMkernel quản lý truy cập của máy ảo đến các phần cứng vật lý bên dưới bằng cách cung cấp quá trình sử dụng của CPU, quản lý bộ nhớ, và quá trình chuyển đổi dữ liệu ảo

VMware ESXi là thế hệ kế tiếp của nền tảng ảo hóa VMware.Không giống như VMware ESX, ESXi cài đặt và chạy mà không cần Service Console, điều này làm cho ESXi nhẹ hơn hẳn.ESXi chia sẻ cùng một VMkernel như VMware ESX và hỗ trợ cùng một tập hợp các tính năng ảo

1.3.2 VMware Virtual Symmetric Multi-Processing

VMware Virtual Symmetric Multi-Processing (VSMP, hay SMP ảo) cho phép nhà quản trị cơ sở hạ tầng có thể xây dựng các máy ảo với nhiều bộ xử lý ảo.VMware Virtual SMP không phải là một sản phẩm bản quyền cho phép ESX/ESXi được cài đặt trên máy chủ với nhiều bộ xử lý, mà nó là công nghệ có phép sử dụng nhiều bộ xử lý bên trong một máy chủ ảo hóa Với VMware Virtual SMP, những ứng dụng cần sử dụng nhiều CPU sẽ có thể chạy trên các máy ảo đã đượccấu hình với nhiều CPU ảo Điều này cho phép các tổ chức ảo hóa nhiều ứng dụng hơn mà không xảy ra xung đột cũng như khả năng không đáp ứng được các yêu cầu về mức độ dịch vụ (SLA) [9]

1.3.3 VMware vCenter Server

VMware vCenter Server cũng giống như Active Directory.Nó cung cấp một tiện ích quản lý tập trung cho tất cả máy chủ ESX/ESXi và máy ảo tương ứng của nó

Vmware vCenter Server là một ứng dụng về cơ sở dữ liệu dựa trên nền Window cho phép quản trị viên triển khai, quản lý, giám sát, tự động hoá, và bảo mật cho cơ sở hạ tầng ảo một cách dễ dàng Các cơ sở dữ liệu back-end được vCenter Server sử dụng để lưu trữ tất cả các dữ liệu về máy chủ và các máy ảo.Bên cạnh việc cấu hình và quản lý hệ thống, vCenter còn có các tính năng như cung cấp và triển khai các máy ảo một cách nhanh chóng, điều khiển việc phân phối tài nguyên tốt hơn.vCenter Server cung cấp các công cụ phục vụ cho các tính năng nâng cao của VMware VMotion, Vmware Distributed Resource Scheduler, VMware High Availability, và VMware Fault Tolerance Ngoài VMware VMotion, VMware Distributed Resource Scheduler, VMware High Availability, và VMware Fault Tolerance, việc sử dụng vCenter Server để quản lý máy chủ ESX/ESXi cũng mở ra một số tính năng khác:

- Enhanced VMotion Compatibility (EVC) có chức năng thúc đẩy phần cứng từ Intel và AMD để có được khả năng tương thích CPU tốt hơn giữa các máy chủ trong VMware DRS cluster