Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ ảo hóa VSPHERE

Xuất phát từ nhu cầu thực tế đề ra của trường kết hợp với hiện trạng hạ tầng hệ thống thông tin trường Đại học Ngoại ngữ, tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ ảo hóa VSPHER

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Đà Nẵng – Năm 2017

Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Trần Quốc Vinh

Phản biện 1 : PGS.TS Nguyễn Tấn Khôi

Phản biện 2 : TS Trần Thiên Thành

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ ngành Khoa học máy tính họp tại Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 13 tháng 08 năm 2017

Có thể tìm hiểu luận văn tại :

- Trung tâm học liệu, Đại học Đà Nẵng tại trường Đại học Bách Khoa

- Thư viện khoa Khoa học máy tính, trường Đại học Bách Khoa – ĐHĐN

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hệ thống mạng Nhà trường chưa triển khai công nghệ Virtual Private Network (VPN) nên gây khó khăn cho người quản trị mạng trong việc truy cập xử lý sự cố mạng từ xa, mặt khác, khi một người

có quyền (Hiệu trưởng, phó hiệu trưởng, trưởng phòng…) có nhu cầu truy cập mạng nội bộ từ xa để lấy dữ liệu của mình sẽ không thể thực hiện được

Máy chủ hiện tại của trường được sử dụng trong việc lưu trữ

và chia sẻ tài nguyên nội bộ Điều này khiến cho lượng tài nguyên và hiệu năng sử dụng của máy chủ chưa được tận dụng tối đa trong khi nhu cầu sử dụng máy chủ để chuyên trách đảm nhiệm thêm các nhu cầu thực tiễn khác trong Nhà trường là một bài toán đang cần có ngay lời giải

Xuất phát từ nhu cầu thực tế đề ra của trường kết hợp với hiện trạng hạ tầng hệ thống thông tin trường Đại học Ngoại ngữ, tôi chọn

đề tài: “Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ ảo hóa VSPHERE phục vụ triển khai đám mây riêng” để làm luận văn thạc sỹ Đồng

thời giới thiệu được cái nhìn tổng quan về công nghệ ảo hóa VMWare vSphere, và đưa ra giải pháp cơ bản cho một mô hình ảo hóa với quy mô nhỏ Bên cạnh đó việc ứng dụng ảo hóa còn đem lại những lợi ích sau đây

- Tiết kiệm chi 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 làm mát

- Quản lý đơn giản và tập trung một hoặc nhiều Server vật lý duy nhất

- Dễ dàng triển khai, nâng cấp hệ thống

- Dễ dàng sao lưu (Backup) và phục hồi (Restore) nếu gặp các

sự cố

- Giải quyết các nhu cầu thực tế đề ra của nhà trường

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của luận văn là nghiên cứu về điện toán đám mây, các ưu nhược điểm khi sử dụng đám mây công nghệ ảo hóa nói chung và công nghệ ảo hóa VMWARE VSPHERE nói riêng để hiểu

và ứng dụng vào trong thực tế với các mô hình khác nhau Từ đó có thể cho thấy được các lợi ích và hiệu quả mà công nghệ này đem lại, góp phần tìm ra giải pháp nhằm tối ưu hóa các hệ thống CNTT trong các mô hình hoạt động của cơ quan doanh nghiệp Ngoài ra, kết quả

có thể làm tài liệu tham khảo cho các quản trị mạng, quản trị dịch vụ, các cá nhân, đơn vị có triển khai hệ thống máy ảo, hoặc các học viên, sinh viên trong việc nghiên cứu công nghệ ảo hóa

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Trong khuôn khổ của luận văn thuộc loại nghiên cứu và ứng

dụng, nên giới hạn nghiên cứu các vấn đề sau:

- Tổng quan về công nghệ ảo hóa

- Công nghệ ảo hóa vSphere

- Giới thiệu VMWare vSphere

- Ưu và nhược điểm của công nghệ ảo hóa VMWare vSphere so với các công nghệ ảo hóa khác

3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Mô hình kiến trúc của nền tảng vSphere

- Triển khai đám mây riêng trên nền tảng ảo hóa vSphere ứng dụng cho trường Đại học Ngoại ngữ

4 Phương pháp nghiên cứu

4.1 Phương pháp tài liệu

- Nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến đề tài

- Nghiên cứu lý thuyết và kỹ thuật trong công nghệ ảo hóa

- Nghiên cứu công nghệ ảo hóa và các mô hình ảo hóa

- Nghiên cứu công nghệ ảo hóa VMWare vSphere

4.2 Phương pháp thực nghiệm

Nghiên cứu và khai thác công nghệ vSphere

- Triển khai VMWare ESXi node

- Cài đặt VMWare vCenter Appliance để dễ dàng quản lý các node ESXi

- Triển khai các dịch vụ có sẵn trong vCenter để tối ưu hóa hệ thống

- Ứng dụng công nghệ vSphere của VMWare để triển khai

đám mây riêng phục vụ cho trường Đại học Ngoại ngữ

5 Mục đích và ý nghĩa của đề tài

Mục đích: Triển khai mô hình đám mây riêng trên nền tảng ảo

hóa vSphere

Về khoa học: Nắm vững các vấn đề liên quan đến mô hình,

nghiên cứu ứng dụng các công nghệ ảo hóa và các công cụ ảo hóa của các nhà phát triển

Về thực tiễn: triển khai mô hình đám mây riêng trên nền tảng

ảo hóa vSphere cho trường Đại học Ngoại ngữ, để giải quyết bài toán cấp phát tài nguyên cho người sử dụng nhằm tiết kiệm tối đa chi phí, tính sẵn sàng và tính co dãn cao

6 Kết quả dự kiến

6.1 Về mặt lý thuyết

- Tìm hiểu về ảo hóa và các phương thức ảo hóa

- Tìm hiểu các ưu điểm và nhược điểm của ảo hóa

- Nghiên cứu về nền tảng ảo hóa vSphere của VMWare

6.2 Về mặt thực tiễn

- Xây dựng triển khai mô hình đám mây riêng trên nền tảng ảo

hóa vSphere cho trường Đại học Ngoại ngữ

7 Nội dung luận văn

Bố cục của luận văn gồm có 3 chương, mở đầu và kết chương

Chương 1: Cơ sở lý thuyết

Chương 2: Công nghệ ảo hóa Vsphere

Chương 3: Ứng dụng công nghệ ảo hóa để xây dựng mô hình

đám mây riêng tại Trường Đại học Ngoại ngữ - ĐHĐN

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY VÀ CÔNG NGHỆ

ẢO HÓA

1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY

1.1.1 Giới thiệu điện toán đám mây

Theo [1] “Điện toán đám mây là một dạng hệ thống các máy chủ ảo song song phân tán kết nối với nhau nhầm mục đích cung cấp tài nguyên phần cứng dưới dạng phần mềm cho người sử dụng.”

Hình 1.1 Điện toán đám mây

1.1.2 Các dịch vụ điện toán đám mây

Các loại hình dịch vụ được công nhận của hệ sinh thái đám mây viễn thông

Cơ sở hạ tầng như một dịch vụ - Infrastructure as a Service (IAAS)

Nền tảng như một dịch vụ - Platfrom as a Service (PaaS) Phần mềm như một dịch vụ - Software as a Service (SaaS) Mạng lưới như một dịch vụ - Network as a Service (NaaS)

1.1.3 Các mô hình triển khai điện toán đám mây

A Các mô hình triển khai

Trong thực tế, các hệ thống đám mây được triển khai rất đa dạng để phù hợp với nhu cầu sử dụng của từng tổ chức cụ thể Nhìn chung, ta có thể chia hệ thống đám mây ra thành ba loại

Hệ thống đám mây công cộng (Public Cloud)

Hệ thống đám mây riêng (Private Cloud)

Hệ thống đám mây lai (Hybrid Cloud)

1.1.4 Ưu điểm và nhược điểm của điện toán đám mây

Ảo hóa là công nghệ được thiết kế tạo ra tầng trung gian giữa

hệ thống phần cứng máy tính và phần mềm chạy trên nó Từ một máy vật lý có thể tạo ra nhiều máy ảo độc lập

1.2.2 Tầm quan trọng

Ảo hóa là một bước tiến mạnh mẽ cho việc tối ưu hóa việc triển khai xây dựng một cách hiệu quả nguồn tài nguyên hệ thống bằng cách tách rời mối liên kết vốn có giữa các phần cứng, phần mềm, dữ liệu, đường truyền, lưu trữ thành từng phần riêng biệt

 Triển khai nhanh

 Phục hồi và lưu trữ hệ thống nhanh

 Cân bằng tải và phân phối tài nguyên linh hoạt

 Tiết kiệm

1.2.3 Ưu điểm và nhược điểm của ảo hóa

a Ưu điểm

b Nhược điểm

1.3 NỀN TẢNG CÔNG NGHỆ ẢO HÓA

1.3.1 Kiến trúc ảo hóa

Một hệ thống ảo hóa bao gồm những thành phần sau:

Hình 1.6 Thành phần của một hệ thống ảo hóa

a Tài nguyên ảo hóa

b Phần mềm ảo hóa

c Máy Ảo

d Hệ điều hành khách (Guest operating system)

1.3.2 Các kiểu ảo hóa cơ bản

a Ảo hóa Hệ thống mạng

b Ảo hóa hệ thống lưu trữ

c Ảo hóa ứng dụng

d Ảo hóa hệ thống máy chủ

Xét về kiến trúc hệ thống, các mô hình ảo hóa hệ thống máy chủ có thể ở hai dạng sau:

Host-based: 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

Hypervisor-based:hay còn gọi là bare-metal hypervisor:

Trong kiến trúc này, lớp phần mềm, hypervisor chạy trực tiếp trên nền tảng phần cứng của máy chủ, các hypervisor này có khả năng

điều khiển, kiểm soát phần cứng của máy chủ Các công nghệ hỗ trợ

ảo hóa

1.3.3.1 Công nghệ RAID

a Khái niệm RAID

RAID là chữ viết tắt của Redundant Array of Independent (RAID) [8] Disks có ngĩa là sự tận dụng các phần dư trong các ổ cứng độc lập Ban đầu, RAID được sử dụng như một giải pháp phòng

hộ vì nó cho phép ghi dữ liệu lên nhiều đĩa cứng cùng lúc

Các chuẩn RAID đang nghiên cứu và phát triển hiện nay:

 Striping (còn gọi là Song Hành):là một trong những chuẩn

RAID mang lại hiệu năng cao nhất , nó giúp ta tăng tốc độ truy cập lên tối đa bằng cách ghi song song dữ liệu lên các ổ đĩa này

 Duplexing

Còn gọi là chuẩn Ghép Đôi Đây là chuẩn mở rộng của ánh xạ

Dữ liệu cũng được ghi trên hai ổ cứng nhưng phải có hai bộ điều khiển RAID kết nối với hai đĩa cứng

 Chuẩn Parity RAID

Đây là phương pháp bảo vệ an toàn cho dữ liệu, nó sử dụng các thông tin mang tính chẵn lẻ bằng cách lưu giữ một con số nhị phân 0 hoặc 1 cho biết tổng các bit trong gói tin là chẵn hay lẻ

1.3.3.2 Công nghệ lưu trữ mạng SAN

SAN (tiếng Anh: Storage Area Network) [9] là một mạng

được thiết kế để kết nối các máy chủ tới hệ thống lưu trữ dữ liệu,

Hình 1.13 Sơ đồ lưu trữ mạng San

1.3.3.3 Giải pháp HA ( Hight Availability )

High Availability được cung cấp bởi nhà sản suất VMWare Đây là một tiện ích hoàn hảo được thiết kế cho hệ thống máy chủ ESX và VMWare Infrastructure

Hình 1.14 Sơ đồ hoạt động của VMWare High Availability

a Yêu cầu của VMWare High Availability

b Ưu điểm của High Availability

c Hạn chế

1.4 KẾT CHƯƠNG

Công nghệ ảo hóa là một công nghệ được ra đời nhằm khai thác triệt để hiệu suất làm việc của các phần cứng trong một hệ thống máy chủ Tuy nhiên nó cũng có những ưu và nhược điểm nhất định

do vậy tùy vào từng hệ thống máy chủ mà thiết kế hệ thống ảo hóa phù hợp như VMM-Hypervisor, Microkernelized Hypervisor, VMWare vSphere

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ ẢO HÓA VSPHERE

2.1 CÁC CÔNG NGHỆ ẢO HÓA HIỆN NAY

Nếu là người sử dụng máy tính nhiều hay làm việc trong lĩnh vực công nghệ thông tin, chắc bạn đã từng nghe đến máy ảo, cpu ảo,

ổ đĩa ảo…Tất cả những khái niệm đó được gọi chung là ảo hóa, chính là tạo ra một phiên bản phụ từ phiên bản chính Tương tự như vậy, trên môi trường máy chủ vật lý ta sẽ tạo ra được nhiều máy chủ

ảo khác nhờ công nghệ ảo hóa Các công nghệ ảo hóa hiện nay:

OpenVZ, Xen, VMWare và KVM

2.2 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ ẢO HÓA VSPHERE

2.2.1 Giới thiệu về công nghệ ảo hóa vSphere

VMWare vSphere [10] là bộ sản phẩm của VMWare, dùng

để phục vụ nhu cầu ảo hóa hệ thống

Hình 2.1 Nền tảng kiến trúc vSphere

2.2.2 Thành phần và tính năng của vSphere

vSphere gồm 3 thành phần chính :

- VMWare ESXi Server : lớp ảo hóa chính chạy trên nền

server vật lý, có nhiệm vụ quản lý tài nguyên phần ứng và phân phát cho các máy ảo ( Virtual 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 ESXi ) – chỉ chạy trên Windows OS VMware vSphere

 Thành phần VMWare ESX và ESXi:

Cốt lõi của bộ sản phẩm VMWare vSphere là hypervisor , là lớp ảo hóa nền tảng cho phần còn lại của dòng sản phẩm

2.2.3 Chức năng quản lý tập trung (VMWare vCenter Server)

2.2.4 Chức năng quản lý cập nhật (VMWare vCenter Update Manager)

2.2.5 Chức năng quản lý máy chủ từ xa (VMWare vSphere Client)

2.2.6 Các chức năng di chuyển máy ảo đang chạy (VMWare VMonitor và Storage VMotion)

VMWare Vmonitor là một tính năng của ESX/ESXi và vCenter Server [13] cho phép một máy ảo đang chạy có thể được di chuyển từ một máy chủ vật lý này đến một máy chủ vật lý khác mà không cần phải tắt nguồn máy ảo Sự di chuyển giữa hai máy vật lý xảy ra không có thời gian chết và không có mất kết nối mạng đến máy ảo

Hình 2.3 Di chuyển máy ảo

2.2.7 Chức năng phân phối tài nguyên máy ảo (VMWare Distributed Resource Scheduler)

2.2.8 Tính sẵn sàng cao (VMWare High Availability)

Chính vì vậy VMWare High Availability (HA) được biết đến như là giải pháp cho vấn đề này VMWare HA cung cấp một quá trình tự động cho việc khởi động lại máy ảo đang chạy trên một máy chủ ESX/ ESXi tại thời điểm mà server bị lỗi

2.2.9 Chức năng sao lưu (VMWare Consolidated Backup)

Một trong những khía cạnh quan trọng nhất đối hệ thống mạng không chỉ là một cơ sở hạ tầng được ảo hóa mà còn là một chiến lược

dự phòng vững chắc

2.2.10 Chức năng lưu trữ (vStorage)

Giống DRS nhưng Storage DRS làm việc với các thiết bị lưu trữ, giúp cân bằng tài nguyễn gữa các DataStore

Hình 2.4 Lưu trữ data

2.3 CÁC DỊCH VỤ ỨNG DỤNG VÀ CƠ SỞ HẠ TẦNG

A Dịch vụ ứng dụng

Hình 2.5 Các ứng dụng VMWare

 8-way Virtual SMP: ESX/ESXi 4.0 hỗ trợ đến 8 CPU ảo trên một máy ảo cho phép ta thực hiện một lượng công việc lớn hơn

 256 GB RAM: có thể gán đến 255GB cho các máy ảo ESX

 Hệ thống phần cứng ảo mới: ESX/ESXi 4.0 đã giới thiệu một thế hệ phần cứng ảo mới (phiên bản thứ 7) với các tính năng mới như sau:

 Thiết bị lưu trữ ảo mới: Serial Attached SCSI (SAS) và IDE

Hỗ trợ việc cắm nóng các thiết bị ảo cũng như CPU và bộ nhớ ảo

 VMDirectPath: giúp tăng hiệu quả công việc bằng cách cho phép các máy ảo có thể truy cập trực tiếp đến các thiết bị phần cứng vật lý

B Dịch vụ cơ sở hạ tầng

2.3.4 Máy tính ảo (vComputer)

- Bộ nhớ lên đến 1TB cho các máy chủ ESX/ESXi

- Hỗ trợ đến 64 CPU logic và 320 máy ảo cho mỗi máy chủ

- 64-bit Vmkernel, 64-bit Service Console

- Hỗ trợ các kĩ thuật tiết kiệm điện năng như Enhanced Intel SpeedStep® và Enhanced AMD PowerNow!

Hình 2.6 Bộ nhớ ảo

2.3.5 Mạng ảo (vNetwork)

VNetwork Distributed Switch (vDS): là một giải pháp cho việc quản lý mạng ảo của VMWare Giúp giảm thiểu các hoạt động bảo trì mạng và nhanh chóng mở rộng mạng khi cần

Hỗ trợ MSI/MSI-X, receive Side Scaling

IPv6 checksum và TCP Segmentation Offloading (TSO) trên IPv6, VLAN off-loading, TX/RX ring cỡ lớn

- vSphere 4.0 đã hỗ trợ IPv6 cho các máy ESX/ESXi và vCenter Server

2.3.6 Khả năng tương thích với sản phẩm của hãng thứ ba

75 máy

ảo

Hỗ trợ ảo hóa phần cứng

Doanh nghiệp, công ty

Doanh nghiệp vừa

Doanh nghiệp, công ty…

nguồn

mở

Ảo hóa HĐH

Doanh nghiệp, công ty

2.4.7 Ưu điểm của ảo hóa vSphere

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ẢO HÓA ĐỂ XÂY DỰNG

MÔ HÌNH ĐÁM MÂY RIÊNG TẠI TRƯỜNG

ĐẠI HỌC NGOẠI NGỮ - ĐHĐN

3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Để phục vụ công tác quản lý các tài nguyên từ các phòng ban

và các máy tính sinh viên thực hành Các máy tính của nhân viên tại các phòng ban đều được cài đặt chương trình dành cho máy trạm và kết nối mạng nội bộ đến cơ sở dữ liệu trên máy chủ Ngoài ra trường còn có thêm một số ứng dụng web để giới thiệu, quảng bá các hoạt động, quản lý tài sản củng như điểm số cho các sinh viên Các phầm mền hỗ trợ cho sinh viên nghiên cứu và học tập cũng kết nối đến cơ

sở dữ liệu trên máy chủ Hệ thống camera giám sát được lắp đặt phủ tất cả các tầng và phòng lap, dữ liệu giám sát hàng ngày đều được lưu trữ tập trung về một máy chủ Tất cả các máy chủ chứa các cơ sở dữ liệu cũng như cung cấp các tài nguyên cho các phòng ban được đặt lại phòng máy chủ của trường, được quản lý và giám sát bởi bộ phận

IT trong trường

Hình 3.1 Mô hình hệ thống của Trường Đại học Ngoại ngữ