Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ ảo hóa máy chủ (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ ảo hóa máy chủ (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ ảo hóa máy chủ (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ ảo hóa máy chủ (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ ảo hóa máy chủ (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ ảo hóa máy chủ (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ ảo hóa máy chủ (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ ảo hóa máy chủ (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ ảo hóa máy chủ (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ ảo hóa máy chủ (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ ảo hóa máy chủ (Luận văn thạc sĩ)
Trang 1HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
-
Phạm Thanh Duy
NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ẢO HÓA MÁY CHỦ
Chuyên ngành: Hệ thống thông tin
Mã số: 8480104
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
HÀ NỘI - 2018
Trang 2Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIÊN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Tam
Phản biện 1: PGS.TS Đặng Văn Chuyết
Phản biện 2: PGS.TS Đỗ Trung Tuấn
Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Vào lúc: …… giờ…….ngày …… tháng…… năm ……
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Trang 3MỞ ĐẦU
1 Lý do chọn đề tài
Ngày nay, nhiều nền tảng ảo hoá mới xuất hiện, trong đó có cả giải pháp phần mềm và phần cứng Ảo hoá từ chip xử lý cho đến hạ tầng công nghệ thông tin (IT) đang được phát triển mạnh mẽ với kỳ vọng vào những lợi ích công nghệ này sẽ mang lại
- Ảo hóa cho phép giúp nhiều tổ chức có thể chia sẻ các tài nguyên IT theo cách tốn ít chi phí, làm cho cơ sở hạ tầng IT trở nên linh động và bảo đảm cung cấp tự động với những nhu cầu thiết yếu
- Tăng hiệu quả sử dụng các máy chủ là một lý do chủ yếu để giải thích tại sao công nghệ ảo hóa có được sức hấp dẫn trong môi trường doanh nghiệp Giảm chi phí song vẫn đảm bảo có được một trung tâm dữ liệu hiệu quả, linh hoạt, tiết kiệm năng lượng và những nhu cầu về không gian là một yếu tố tích cực khác mà công nghệ ảo hóa mang lại
- Công nghệ ảo hoá không trực tiếp tăng cường vấn đề an toàn của các hệ thống IT, nhưng nó có thể cho phép tổ chức quản lý các hệ thống một cách hiệu quả hơn Nó tạo nhiều thuận lợi trong việc cấu hình và quản lý hành vi người dùng bằng cách tăng hiệu suất máy chủ, quản lý hệ thống và xử lý tải trọng công việc một cách hợp lý
- Một lý do quan trọng nữa mà công nghệ ảo hóa thu hút được các tổ chức, đặc biệt là các doanh nghiệp là khả năng giảm nhu cầu
về tài nguyên cho những ứng dụng và tăng sự tận dụng tài nguyên Trong các lĩnh vực phân phối ứng dụng và máy khách, các chuyên gia IT sẽ tiết kiệm được chi phí quản trị khi việc bảo trì - hỗ trợ cho các ứng dụng và môi trường máy khách được tập trung và dễ dàng quản lý
- Công nghệ ảo hoá được tính đến khi có nhu cầu hợp nhất phần cứng Tình trạng phần cứng lỗi thời, tràn trung tâm dữ liệu quá
Trang 4tải, tốn điện năng… là một số vấn đề điển hình tồn tại trong các thiết
bị vật lý
- Hệ thống các máy chủ luôn làm việc ở trạng thái rỗi nên hiệu quả sử dụng tài nguyên (bộ xử lý và bộ nhớ) thường rất thấp, gây lãng phí rất lớn Để tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên tức là khai thác tối đa năng lực máy chủ, tạo ra môi trường làm việc cho nhiều người cùng chia sẻ máy chủ, ý tưởng này có từ thời mainframe nay gọi là
“ảo hóa” Trên cơ sở phân tích trên, học viên chọn đề tài “Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ ảo hóa máy chủ “ để tìm hiểu, nghiên
cứu
2 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Việc ra đời của công nghệ ảo hóa đã dẫn đến những động lực phát triển và các mục tiêu mới cho các nhà cung cấp sản phẩm ảo hóa cho phù hợp với nhu cầu thị trường và yêu cầu thực tiễn
Nhưng không ngừng lại ở đó, những khả năng và lợi ích của
ảo hoá còn hơn thế, nơi gặt hái được nhiều thành công và tạo nên thương hiệu của công nghệ ảo hóa đó chính là trong môi trường hệ thống máy chủ ứng dụng và hệ thống mạng
- Nghiên cứu nhằm trang bị kiến thức cơ bản về ảo hóa để có thể tiếp cận các đề tài nghiên cứu khoa học đang được nhiều nhà khoa học quan tâm như ảo hóa mạng máy tính, ảo hóa trên điện toán đám mây, ảo hóa máy chủ, SDN …
- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Xây dựng mô hình, giải pháp triển khai ứng dụng máy chủ ảo cho cơ quan, doanh nghiệp
- Luận văn sẽ là tài liệu tham khảo về công nghệ ảo hóa và ứng dụng
Trang 53 Nhiệm vụ nghiên cứu
Tìm hiểu và nắm được các công nghệ, phương pháp, các kỹ thuật của công nghệ ảo hóa Nhiệm vụ chính của luận văn là nghiên cứu về công nghệ ảo hóa nhằm áp dụng vào ảo hóa máy chủ và ứng dụng tại trường Cao Đẳng Y Tế Hà Đông
4 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
- Lý thuyết về Công nghệ ảo hóa
- Các mô hình, kiến trúc ảo hóa
5 Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp tài liệu: nghiên cứu các tài liệu liên quan đến công nghệ ảo hóa, cung cấp tài nguyên trong nền tảng máy chủ chia sẻ,các công nghệ nền tẳng của ảo hóa, Ảo hóa dựa trên Vmware vsphere, Hyper – V
- Phương pháp thực nghiệm: Cài đặt, cấu hình Vmware ESX,
Cài đặt ứng dụng trên máy chủ ESX Server tại trường Cao Đẳng Y
Tế Hà Đông
6 Nội dung của luận văn
Bao gồm 3 chương
Chương 1: Trình bầy tổng quan, các khái niệm về ảo hóa, một
số loại ảo hóa và ứng dụng
Chương 2: Các công nghệ ảo hóa máy chủ, trình bày và nắm
bắt các công nghệ ảo hóa máy chủ hiện hành các phương pháp ảo hóa
Chương 3: Áp dụng mô hình ảo hóa VNWare, ảo hóa máy chủ
và một số thử nghiệm thực tế tại trường Cao đẳng Y tế Hà Đông Phần kết luận tóm tắt lại các nội dung đã trình bầy, kết quả và huớng phát triển của luận văn
Trang 6Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ẢO HÓA
1.1 Giới thiệu về công nghệ ảo hóa
1.1.1 Khái niệm Định nghĩa
- Ảo hóa có tên tiếng Anh là "Virtualization" - Là một thuật ngữ trong ngành công nghiệp máy tính ra đời từ những năm 60 Ảo hóa là một công nghệ được thiết kế để tạo ra một tầng trung gian giữa
hệ thống phần cứng máy tính và phần mềm chạy trên nó Bằng cách đưa ra một khái niệm logic về tài nguyên máy tính hơn là một khái niệm vật lí, các giải pháp ảo hóa có thể thực hiện rất nhiều việc có ích
1.1.2 Quá trình phát triển
- Thuật ngữ “Ảo Hóa” ra đời năm 0 trên những máy tính có khả năng xử lý lớn, ban đầu nó ch là những phương pháp phân chia tài chuyên cách hợp lý để chạy các ứng dụng khác nhau, từ đó thuật ngữ “Ảo Hóa” phát triển cho đến nay
1.2 Các thành phần của một hệ thống ảo hóa
Lớp phần mềm ảo hóa này cung cấp sự truy cập cho mỗi máy
ảo đến tài nguyên hệ thống Nó cũng chịu trách nhiệm lập kế hoạch
và phân chia tài nguyên vật lý cho các máy ảo Phần mềm ảo hóa là nền tảng của một môi trường ảo hóa Nó cho phép tạo ra các máy ảo cho người sử dụng, quản lý các tài nguyên và cung cấp các tài
Trang 7nguyên này đến các máy ảo Ngoài ra phần mềm ảo hóa còn cung
cấp giao diện quản lý và cấu hình cho các máy ảo
1.2.3 Máy ảo
Ý tưởng chính phía sau công nghệ ảo hóa máy chủ là từ một máy thực đơn lẻ có thể tạo ra nhiều máy ảo độc lập Mỗi máy ảo như vậy đều có một thiết lập thành các hệ thống riêng lẻ: hệ điều hành riêng và các ứng dụng riêng
1.3 Phân loại công nghệ ảo hóa
1.3.1 Phân loại theo kiến trúc
a) Kiến trúc ảo hóa Hosted-based
Còn gọi là kiến trúc hosted hypervisor, kiến trúc này sử dụng một lớp hypervisor chạy trên nền tảng hệ điều hành, sử dụng các dịch
vụ được hệ điều hành cung cấp để phân chia tài nguyên tới các máy
ảo Nếu ta xem hypervisor này là một lớp phần mềm riêng biệt, thì các hệ điều hành khách của máy ảo sẽ nằm trên lớp thứ 3 so với phần cứng máy chủ
b) Kiến trúc ảo hóa Hypervisor-based
Còn gọi là kiến trúc bare-metal hypervisor Trong mô hình này, lớp phần mềm hypervisor chạy trực tiếp trên nền tảng phần cứng của máy chủ, không thông qua bất kì một hệ điều hành hay một nền tảng nào khác Qua đó, các hypervisor này có khả năng điều khiển, kiểm soát phần cứng của máy chủ Đồng thời, nó cũng có khả năng quản lý các hệ điều hành chạy trên nó Nói cách khác, các hệ điều hành sẽ chạy trên một lớp nằm phía trên các hypervisor dạng bare-metal
c) Kiến trúc ảo hóa Hybrid
Hybrid là một kiểu ảo hóa mới hơn và có nhiều ưu điểm Trong đó lớp ảo hóa hypervisor chạy song song với hệ điều hành
Trang 8máy chủ Tuy nhiên trong cấu trúc ảo hóa này, các máy chủ ảo vẫn phải đi qua hệ điều hành máy chủ để truy cập phần cứng nhưng khác biệt ở chỗ cả hệ điều hành máy chủ và các máy chủ ảo đều chạy trong chế độ hạt nhân
1.3.2 Phân loại theo mức
a) Ảo hóa toàn phần - Full Virtualization
Đây là loại ảo hóa mà ta không cần ch nh sửa hệ điều hành khách (guest OS) cũng như các phần mềm đã được cài đặt trên nó để chạy trong môi trường hệ điều hành chủ (host OS) Khi một phần mềm chạy trên guest OS, các đoạn code của nó không bị biến đổi mà chạy trực tiếp trên host OS và phần mềm đó như đang được chạy trên một hệ thống thực sự Bên cạnh đó, ảo hóa toàn phần có thể gặp một
số vấn đề về hiệu năng và hiệu quả trong sử dụng tài nguyên hệ thống
b) Paravirtualization - Ảo hóa cận toàn phần
Là một phương pháp ảo hóa máy chủ mà trong đó, thay vì mô phỏng một môi trường phần cứng hoàn ch nh, phần mềm ảo hóa này
là một lớp mỏng dồn các truy cập các hệ điều hành máy chủ vào tài nguyên máy vật lý cơ sở, sử dụng môt kernel đơn để quản lý các Server ảo và cho phép chúng chạy cùng một lúc (có thể ngầm hiểu, một Server chính là giao diện người dùng được sử dụng để tương tác với hệ điều hành)
1.3.3 Phân loại theo đối tượng ảo hóa
a) Ảo hóa hệ điều hành
Một hệ điều hành được vận hành ngay trên một hệ điều hành chủ đã tồn tại và có khả năng cung cấp một tập hợp các thư viện tương tác với các ứng dụng, khiến cho mỗi ứng dụng truy xuất tài nguyên phần cứng cảm thấy như truy xuất trực tiếp máy chủ vật lý
Từ phối cảnh của ứng dụng, nó được nhận thấy và tương tác với các
Trang 9ứng dụng chạy trên hệ điều hành ảo, và tương tác với hệ điều hành ảo mặc dù nó kiểm soát tài nguyên hệ điều hành ảo Nói chung, không thể thấy các ứng dụng này hoặc các tài nguyên hệ điều hành đặt trong
hệ điều hành ảo khác
b) Ảo hóa ứng dụng
Thông thường, khi muốn sử dụng một phần mềm nào đó như office, design, người dùng hay có suy nghĩ rằng cần phải tốn thời gian cài đặt phần mềm đó lên trên máy tính, cụ thể hơn là lên hệ điều hành đang sử dụng Điều này tốn khá nhiều thời gian, nhất là nếu áp dụng trên những doanh nghiệp lớn, có cả ngàn máy tính, và đồng thời vấn đề quản lý các phần mềm này như ai truy xuất, thời gian truy xuất cho phép ra sao trở thành một thách thức thật sự
c) Ảo hóa hệ thống lưu trữ
Ảo hóa hệ thống lưu trữ về cơ bản là sự mô phỏng, giả lập việc lưu trữ từ các thiết bị lưu trữ vật lý Các thiết bị này có thể là băng từ,
ổ cứng hay kết hợp cả 2 loại Việc làm này mang lại các ích lợi như việc tăng tốc khả năng truy xuất dữ liệu, do việc phân chia các tác vụ đọc, viết trong mạng lưu trữ Ngoài ra, việc mô phỏng các thiết bị lưu trữ vật lý cho phép tiết kiệm thời gian hơn thay vì phải định vị xem máy chủ nào hoạt động trên ổ cứng nào để truy xuất
d) Ảo hóa hệ thống mạng
Ảo hóa hệ thống mạng là một tiến trình hợp nhất tài nguyên, thiết bị mạng cả phần cứng lẫn phần mềm thành một hệ thống mạng ảo Sau đó, các tài nguyên này sẽ được phân chia thành các channel và gắn với một máy chủ hoặc một thiết bị nào đó
e) Ảo hóa hệ thống máy chủ
Ảo hóa hệ thống máy chủ cho phép ta có thể chạy nhiều máy
ảo trên một máy chủ vật lý, đem lại nhiều lợi ích như tăng tính di động, dễ dàng thiết lập với các máy chủ ảo, giúp việc quản lý, chia
Trang 10sẻ tài nguyên tốt hơn, quản lý luồng làm việc phù hợp với nhu cầu, tăng hiệu suất làm việc của một máy chủ vật lý
1.4 Lợi ích, tính đa dạng của việc ảo hóa
- Giúp tận dụng tối đa tài nguyên phần cứng của máy chủ vật
lí, tiết kiệm chi phí đầu tư hệ thống.Tài nguyên (RAM, vi xử lý,…) của server ảo được sử dụng nhiều hơn (so với server cài một hệ điều hành/ứng dụng) với nhiều hệ điều hành và ứng dụng chia sẻ trên một tài nguyên server vật lý
- Ảo hóa là một khái niệm quan trọng trong xây dựng nền tảng bảo mật máy tính
- Máy ảo có thể được sử dụng để tạo ra hệ điều hành, hay môi trường thực thi với tài nguyên giới hạn, mang lại một lịch trình đúng, bảo đảm tài nguyên
- Máy ảo có thể cung cấp ảnh ảo của phần cứng, hay cấu hình phần cứng mà bạn không có (chẳng hạn như thiết bị SCSI, đa xử lý, ) Ảo hóa cũng có thể được sử dụng để mô phỏng mạng hay các máy tính độc lập
1.5 Ứng dụng của Ảo hóa
Việc ứng dụng công nghệ ảo hóa vào hạ tầng công nghệ là yếu
tố quan trọng giúp thúc đẩy sự phát tiển ứng dụng công nghệ thông tin trong các cơ quan, sử dụng công nghệ để tăng năng suất lao động Ứng dụng trong máy chủ Nếu nhiều máy chủ vận hành ứng dụng mà ch tiêu thụ một phần nhỏ tài nguyên sẵn có, thì công nghệ máy ảo có thể được sử dụng để cho phép nhiều ứng dụng chạy song song trên một máy chủ duy nhất, ngay cả
Trang 11Kết luận chương 1:
Công nghệ ảo hóa xâm nhập vào nhiều lĩnh vực và có nhiều ứng dụng to lớn cho sự phát triển của ngành công nghệ thông tin trong những năm qua Việc ứng dụng ảo hóa đang là một xu thế tất yếu Hiện nay công nghệ ảo hóa tồn tại ở khắp mọi nơi, từ những công ty nhỏ đến các trung tâm dữ liệu với hàng nghìn máy tính truy cập Ảo hóa, hiểu theo cách đơn giản là công nghệ giúp tạo ra các máy tính ảo dựa trên phần cứng máy tính thật Thay vì mỗi phần ứng
ch tạo ra một máy tính, thì giờ đây bạn có thể tạo ra nhiều máy ảo,
có chức năng hoàn toàn giống máy thật
Trang 12Chương 2 - CÔNG NGHỆ ẢO HOÁ MÁY CHỦ
2.1 Một số công nghệ ảo hoá máy chủ
2.1.1 Công nghệ ảo hoá Virtuozzo Containers của Parallels.
Virtuozzo Containers 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
Tổng quan về Parallels Virtuozzo Containers
Một số đặc tính:
Phân vùng thông minh: Mỗi máy ảo chứa liên kết ánh xạ
đến phiên bản hệ điều hành
Quản lý tài nguyên linh hoạt: việc phân bổ tài nguyên hệ
thống được thực thi tự động hoặc bởi quản trị viên
Quản lý tập trung: tiến trình vận hành, bảo trì, nâng cấp đều
được thực hiện một cách tập trung thông qua công cụ quản lý
Di trú trực tiếp (Linux Only): di chuyển linh hoạt các
containers giữa các máy chủ vật lý
Công cụ quản lý:
Parallels Virtuozzo Containers: Cung cấp các công cụ quản
lý hướng tới 3 yếu tố là dễ sử dụng, quản lý tập trung và đa chức năng
Parallels Virtual Automation: Tiền thân là Parallels
Infrastructure Manager cho phép quản trị viên quản lý hầu hết các ứng dụng ảo hóa bao gồm Parallels Virtuozzo Containers (Windows and Linux), Parallels Server Bare Metal (standard and advanced editions), Parallels Server for Mac and Parallels Server for Mac Bare Metal Edition thông qua giao diện web
Trang 13Parallels Management Console là một thành phần được tự
động cài đặt chung với Parallels Virtuozzo Containers Với PMC, quản trị viên có thể thực hiện các tác vụ:
2.1.2 Công nghệ ảo hoá XenServer của Citrix
Citrix XenServer là môt nền tảng quản lý máy chủ ảo hóa hoàn
ch nh, được xây dựng trên trên nền tảng Xen Hypervisor mạnh mẽ Công nghệ Xen được các chuyên gia trong ngành thừa nhận rộng rãi
là một phần mềm ảo hóa nhanh nhất và an toàn nhất 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
• Vận hành và Quản lý
Thực thi các tác vụ của trung tâm dữ liệu một cách tự động bằng các sử dụng các tính năng của phiên bản miễn phí của XenServer trong môi trường vận hành trực tiếp
• Lợi ích:
Là một giải pháo ảo hóa máy chủ thực thụ, XenServer giúp doanh nghiệp đạt được lợi ích kinh tế từ đám mây thông qua việc 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, khả năng tân dụng điện toán đám mây như một giải pháp mở rộng cơ
sở hạ tầng của doanh nghiệp
2.1.3 Công nghệ ảo hoá Hyper – V của Microsoft