Sử dụng các phần mềm như VMware Infrastructure và VMware ESX Server để biến đổi hay “ảo hóa” các tài nguyên phần cứng của một máy chủ x86 - bao gồm bộ vi xử lý, bộ nhớ, ổ đĩa cứng và bộ
Trang 1KHOA TOÁN TIN
BỘ MÔN TIN
NGUYỄN HUỲNH HOÀNG MẪN
TÌM HIỂU VỀ VMWARE ESX SERVER
TRẦN THANH HÙNG
TP HCM, 2010
Trang 2LỜI CÁM ƠN
Sau những ngày làm việc, cuối cùng em cũng đã hoàn thành được đồ án tốt nghiệp của mình Dù kiến thức sau khi em làm đồ án này không nhiều, nhưng lại là một đỉnh núi mà em vừa chinh phục được
Em xin chân thành cám ơn quí thầy cô Bộ Môn Tin Học đã nổ lực trong công tác giảng dạy và tạo mọi điều kiện giúp em hoàn thành khóa học và thực hiện đồ án tốt nghiệp
Em cũng xin chân thành cám ơn Trần Thanh Hùng đã hướng dẫn, giúp đỡ
em thực hiện đề tài này
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Huỳnh Hoàng Mẫn
Trang 3CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỒ ÁN
1.1 Cơ sở đồ án
Ảo hóa "chạm ngõ" thị trường Việt Nam
Vừa qua, các "đại gia" công nghệ như Microsoft, IBM, HP, Intel đua nhau quảng cáo rầm rộ các sản phẩm, dịch vụ, giải pháp sử dụng công nghệ ảo hóa với những cam kết rằng ảo hóa là sự phát triển cho tương lai, giúp các doanh nghiệp nâng cao hiệu quả với chi phí thấp nhất trong bối cảnh phần lớn doanh nghiệp Việt Nam "lơ mơ" về khái niệm này
Nhìn người
Năm 2005, ảo hóa bắt đầu được triển khai với tốc độ nhanh hơn cả những gì các chuyên gia công nghệ dự đoán Từ "gã khổng lồ" ảo hóa VMWare đến các công
ty cung cấp phần cứng và phần mềm lớn là IBM, Intel, Microsoft, HP đều đầu
tư các khoản tiền lớn cho công nghệ này Không dừng lại ở quy mô máy tính, các "đại gia" còn đưa ảo hóa cả vào điện thoại di động, các thiết bị cầm tay, thiết
bị lưu trữ
Theo khảo sát gần đây của Enterprise Strategy Group, tại thị trường Mỹ, 28%
DN có kế hoạch sử dụng môi trường ảo hóa sẽ thực hiện ảo hóa máy chủ trong vòng 6 tháng tới và 42% có kế hoạch khai thác ảo hóa trong năm sau Các ban ngành IT tại Mỹ đang sử dụng ảo hóa đã ảo hóa 24% số máy chủ và dự kiến con
số này sẽ tăng lên 45% vào năm 2009 Ở những quốc gia phát triển như Singapore đã có khoảng 40% DN trang bị kỹ thuật này
VMware ESX Server đã nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường ảo hóa với 60% máy chủ ảo hóa là sử dụng VMware ESX Server Tiếp theo là đến Windows Server
2008 tích hợp Windows Virtualization Ngó ta
Trang 4Tại VN, các "đại gia" Microsoft, IBM, HP, Intel đã ồ ạt đưa ảo hóa vào thị trường công nghệ ảo hóa
Ảo hóa thâm nhập vào VN được hơn một năm và hiện đã có những khách hàng
sử dụng Song, theo đánh giá chung của các tập đoàn IT trên, thị trường ảo hóa tại Việt Nam vẫn đang ở mức độ sơ khai
1.2 Mục tiêu đồ án
Nghiên cứu, tìm hiểu về công nghệ ảo hóa với VMware ESX Server
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Hệ điều hành ESX Server
Trang 5CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ VMWARE ESX SERVER
2.1 Giới thiệu
2.1.1 Ảo hóa là gì?
ẢO HÓA là một công nghệ phần mềm, nó thay đổi nhanh chóng toàn cảnh của lĩnh vực Công nghệ Thông tin (CNTT) và cách tính toán của con người Máy chủ trong các hệ thống CNTT ngày nay thường được thiết kế để chạy một
hệ điều hành và một ứng dụng Điều này không khai thác triệt để hiệu năng của hầu hết các máy chủ rất lớn Ảo hóa cho phép bạn vận hành nhiều máy chủ ảo trên cùng một máy chủ vật lý, dùng chung các tài nguyên của một máy chủ vật
lý qua nhiều môi trường khác nhau Các máy chủ ảo khác nhau có thể vận hành nhiều hệ điều hành và ứng dụng khác nhau trên cùng một máy chủ vật lý
2.1.2 Ảo hóa hoạt động như thế nào?
Nền tảng ảo hóa của VMware được xây dựng trên kiến trúc sẵn sàng cho doanh nghiệp (business-ready) Sử dụng các phần mềm như VMware Infrastructure và VMware ESX Server để biến đổi hay “ảo hóa” các tài nguyên phần cứng của một máy chủ x86 - bao gồm bộ vi xử lý, bộ nhớ, ổ đĩa cứng và
bộ điều khiển mạng – để tạo ra các máy chủ ảo có đầy đủ các chức năng để có thể vận hành hệ điều hành và các ứng dụng giống như một máy chủ “thật” Mỗi
Trang 6máy chủ ảo là một hệ thống đầy đủ, loại bỏ các xung đột tiềm tàng Ảo hóa của VMware hoạt động bằng cách chèn một “lớp mỏng” (thin layer) phần mềm trực tiếp lên trên phần cứng máy chủ vật lý hay lên trên hệ điều hành chủ (host OS) Còn được gọi là bộ phận giám sát các máy chủ ảo hay “hypervisor” để cấp phát động và trong suốt các tài nguyên phần cứng Nhiều hệ điều hành chạy đồng thời trên một máy chủ vật lý và dùng chung các tài nguyên
- Xây dựng Trung tâm Dữ liệu trên nền kiến trúc linh động
Ảo hóa một máy tính vật lý chỉ là sự khởi đầu VMware vSphere dàn trãi qua hàng trăm các máy tính và hệ thống lưu trữ vật lý được liên kết với nhau để tạo thành một hạ tầng ảo hóa toàn bộ Bạn không cần gán cố định các máy chủ,
hệ thống lưu trữ, hay băng thông mạng cho mỗi ứng dụng Thay vào đó, các tài nguyên phần cứng của bạn được cấp phát động khi nào chúng được cần Điều này có nghĩa là các ứng dụng có mức độ ưu tiên cao nhất của bạn sẽ luôn luôn
có các tài nguyên mà chúng cần và không cần lãng phí chi phí cho phần cứng phát sinh chỉ được cần cho các lần cao điểm
2.1.3 Tại sao lại thực hiện ảo hóa?
Ảo hóa hạ tầng CNTT cho phép bạn tiết giảm chi phí CNTT trong khi đó lại tăng hiệu quả, hiệu năng, và tính linh động cho hạ tầng hiện hữu của bạn
Trang 75 lý do hàng đầu để chọn phần mềm ảo hóa
o Khai thác triệt để các tài nguyên hiện hữu: Tập hợp các tài nguyên hạ tầng chung và phá vỡ mô hình “một ứng dụng trên một máy chủ” với sự hợp nhất máy chủ
o Giảm thiểu các chi phí cho trung tâm dữ liệu bằng cách giảm hạ tầng vật lý
và cải thiện máy chủ: Các máy chủ và phần cứng CNTT ít hơn có nghĩa là không gian phòng máy chủ được giảm và các yêu cầu về nguồn và làm mát được giảm Các công cụ quản lý tốt cho phép bạn cải thiện máy chủ để quản
lý tốt hơn cũng như giảm các yêu cầu về nhân sự
o Tăng cường tính sẵn sàng của phần cứng và ứng dụng để cải thiện tính liên tục kinh doanh: Sao lưu dự phòng và di trú toàn bộ môi trường ảo hóa an toàn mà không cần ngưng phục vụ Hạn chế thời gian chết (downtime) và khôi phục ngay lập tức khi phát sinh sự cố
o Đạt được tính linh động trong quá trình vận hành: Đáp ứng các thay đổi kinh doanh với sự quản lý tài nguyên động, cung cấp máy chủ nhanh hơn và cải thiện triển khai destop và ứng dụng
o Cải thiện khả năng quản lý và bảo mật desktop: Triển khai, quản lý và giám sát các môi trường desktop an toàn mà các người dùng có thể truy cập cục bộ hay từ xa, có hoặc không có kết nối mạng, trên hầu hết bất kỳ chuẩn desktop, laptop hay tablet PC nào
2.2 Tổng quan về VMware ESX Server
- ESX Server là lõi của bộ phần mềm Vmware Infrastructure Chúng hoạt động như hypervisor, hay lớp ảo hóa (virtualization layer)
- ESX Server bao gồm 2 thành phần: Server Console và Vmkernel
Trang 8o Server Control (SC): Quản lý ESX Server và các máy ảo chạy trên máy chủ SC bao gồm các dịch vụ như: tường lửa, SNMP agent và web
o Vmkerlel là nền tảng thật sự cho quá trình ảo hóa Vmkernel quản lý các phiên truy xuất phần cứng của các máy ảo
- VMware ESX Server được cài đặt trực tiếp trên máy chủ vật lý và phân vùng
nó vào nhiều máy tính ảo có thể chạy đồng thời, chia sẻ nguồn tài nguyên vật
lý của máy chủ Mỗi máy ảo đại diện cho một hệ thống hoàn chỉnh, với bộ vi
xử lý, bộ nhớ, hoạt động mạng,, lưu trữ và BIOS, và có thể chạy một hệ điều hành và các ứng dụng
- Đạt tiêu chuẩn công nghiệp cho độ tin cậy, hiệu suất và nền tảng hỗ trợ
- Khởi động đáng tin cậy nhiều hệ điều hành trên một máy chủ đơn Triển khai hoàn thiện công nghệ ảo mà đã được chứng minh trong hàng chục ngàn khách hàng của các môi trường Xây dựng các tính năng bảo vệ các máy ảo của bạn khỏi thất bại thành phần phần cứng, trong khi các tính năng bảo mật cao cấp đảm bảo một môi trường máy tính an toàn
- Cung cấp hiệu suất cao và các khả năng mở rộng
o VMware ESX và ESXi thiết lập kỷ lục về hiệu suất ảo, cung cấp lên tới 8.900 giao dịch cơ sở dữ liệu / giây, 200.000 hoạt động I / O mỗi giây,
và lên đến 16.000 hộp thư trên máy chủ Exchange
o Một trong những khả năng quan trọng trong VMware ESX và ESXi là hiệu suất cao, cụm tập tin hệ thống tối ưu hóa cho các môi trường ảo được gọi là VMware VMFS vStorage, cho phép truy cập đĩa hiệu quả
và tăng cường hiệu suất I/O
Trang 9o Cải tiến hiệu suất cho việc lưu trữ iSCSI (iSCSI là chuẩn ổ cứng trong mạng SAN)
o ra để tối ưu hóa hiệu suất lõi nhiều hạt nhân, VMware ESX và ESXi hỗ trợ công nghệ của bên thứ ba mà nhiều cải thiện hiệu suất ảo như Intel's
Indexing (RVI)
o VMware ESX ESXi và cho phép các máy ảo được cấu hình lên đến tám bộ vi xử lý ảo và 255 GB RAM để hỗ trợ các nguồn tài nguyên cho hầu hết các ứng dụng chuyên sâu
- Có thể chạy với hệ thống phần cứng lên đến 64 lõi CPU vật lý và 1TB RAM , và chạy lên đến 256 máy ảo trên một máy chủ duy nhất
- Với VMware ESX và ESXi, bạn có thể ảo hóa (virtualize) bất cứ môi trường,
từ trung tâm dữ liệu của công ty đến văn phòng chi nhánh, với một danh sách tương thích bao gồm hàng trăm x86, máy chủ và hệ thống lưu trữ, và phạm
vi rộng nhất của các ứng dụng và hỗ trợ hệ điều hành khách, bao gồm Windows , Linux, Netware, Solaris,…
- Xây dựng một dữ liệu tập trung động với VMware vSphere
- Bằng cách cho phép quản lý tập trung, tự động cân bằng tải, quản lý điện năng và khả năng di chuyển một máy ảo đang chạy trên máy vật lý sẽ giảm thiểu sự gián đoạn dịch vụ
- Ảo hóa mức phần cứng – không cần đến đăng ký hệ điều hành, ESXi vẫn có thể cài đặt trên phần cứng của bạn (cài đặt trên phần cứng mới nguyên)
- Hệ thống file VMFS – xem tính năng 2 bên dưới
- Hỗ trợ SAN – kết nối với iSCSI và kho lưu trữ Fibre Channel (FC) SAN, gồm các tính năng như khởi động từ SAN
- Hỗ trợ lưu trữ SATA nội bộ
- Hỗ trợ hệ điều hành khách 64bit
- Mạng ảo – switch ảo, NIC ảo, các chính sách cấu hình cổng QoS và VLAN
- Hiệu suất máy ảo nâng cao – trong một số trường hợp các máy ảo có thể thực hiện thậm chí còn tốt hơn so với máy chủ vật lý với một số tính năng như chia sẻ trang nhớ trong suốt và bảng trang xếp chồng
- Virtual SMP –xem tính năng 4 bên dưới
2.3 Kiến trúc
- Chạy trực tiếp trên phần cứng máy chủ, mà không cần đến một hệ điều hành máy chủ lưu trữ
- Các tập tin đĩa ảo Sử dụng tập tin đĩa máy ảo để cung cấp cho các máy ảo có quyền truy cập vào nơi lưu trữ riêng tư của các máy ảo, trong khi các quản trị viên IT có sự linh hoạt để tạo, quản lý và di chuyển nơi lưu trữ máy
Trang 10- VMware vStorage VMFS
o Quản trị hiệu quả bằng cách lưu trữ của nhà nước toàn bộ máy ảo tại một địa điểm trung tâm
o Hỗ trợ ảo hóa dựa trên khả năng độc đáo như di chuyển máy ảo đang chạy từ một máy chủ vật lý khác, tự động khởi động lại của một máy
ảo chạy không thành công trên một máy chủ vật lý riêng biệt, và clustering máy ảo trên máy chủ vật lý khác nhau
- Khởi động từ SAN San thực chất là mạng Lan nhưng với băng thông rất lớn
- Ảo mạng
o Các khả năng kết nối mạng ảo trong VMware ESX và ESXi cho phép khách hàng xây dựng mạng lưới phức tạp giữa các máy ảo cư trú trên một máy chủ lưu trữ
o Cấu hình mỗi máy ảo với một hoặc nhiều NIC ảo, địa chỉ IP và địa chỉ MAC, để làm cho máy ảo không thể phân biệt với các máy vật lý
o Sử dụng mạng LAN ảo (VLAN) để che phủ một mạng LAN logic để
cô lập một mạng lưới giao thông
o Sửa đổi các cấu hình mạng mà không cần phải thay đổi cáp và các thiết lập chuyển đổi thực tế
2.4 Khả năng quản lý tài nguyên
VMware ESX cung cấp khả năng quản lý tài nguyên tiên tiến
- Quản lý tài nguyên cho các máy ảo Xác định các chính sách phân bổ nguồn lực cao cấp cho máy ảo để cải thiện mức độ dịch vụ cho các ứng dụng phần
Trang 11mềm Thiết lập tối thiểu, tối đa và tỷ lệ sử dụng tài nguyên cho CPU, bộ nhớ, đĩa và băng thông mạng Sửa đổi phân bổ trong khi máy ảo đang chạy
- Ảo hóa thông minh CPU Quản lý thực hiện quy trình máy ảo với quá trình lập kế hoạch thông minh và cân bằng chạy trên tất cả các CPU có sẵn trên các máy chủ lưu trữ vật lý
- Tăng sử dụng bộ nhớ bằng cách cấu hình bộ nhớ máy ảo đó một cách an toàn chạy vượt quá bộ nhớ máy chủ vật lý, cho phép một số lượng lớn các máy ảo chạy trên một máy chủ lưu trữ VMware ESX
- Sử dụng bộ nhớ RAM vật lý hiệu quả hơn bằng cách lưu trữ các trang bộ nhớ giống hệt nhau qua nhiều máy ảo chỉ một lần
- Sử dụng bộ nhớ RAM động từ các máy ảo nhàn rỗi để xử lý luồng công việc khác
- Hình thành mạng lưới giao thông mạng
o Đảm bảo rằng các máy ảo quan trọng nhận được ưu tiên để truy cập băng thông mạng
o Mạng lưới giao thông mạng quản lý lưu lượng truy cập mạng máy ảo
để đáp ứng băng thông cao, băng thông trung bình
- Đảm bảo rằng các máy ảo quan trọng nhận được quyền truy cập ưu tiên cho các thiết bị lưu trữ
- Cải thiện năng lực quản trị
2.5 Hiệu suất và khả năng mở rộng
VMware ESX và VMware ESXi cung cấp hiệu suất cao và khả năng mở rộng
- Hiệu suất tối ưu cho luồng công việc ảo hóa VMware ESX đã tối ưu hóa hiệu suất cho doanh nghiệp, cụ thể ứng dụng quan trọng như cơ sở dữ liệu Oracle, Microsoft SQL Server, và Microsoft Exchange Có thể thực hiện lên đến 8.900 giao dịch cơ sở dữ liệu / giây, 200.000 hoạt động I / O mỗi giây,
và lên đến 16.000 hộp thư trên máy chủ Exchange
- Cải tiến hiệu suất cho việc lưu trữ iSCSI
- Hỗ trợ cho phần cứng máy chủ mạnh mẽ Hệ thống phần cứng lên đến 64 lõi CPU vật lý, 256 CPU ảo, 1TB RAM, và lên đến hàng trăm máy ảo trên một máy chủ duy nhất
- Hỗ trợ cho các máy ảo lớn hơn Cấu hình máy ảo có thể lên tới 255GB bộ nhớ RAM
- Tăng cường hiệu suất máy ảo bằng cách cho phép một máy ảo duy nhất để
sử dụng lên đến tám bộ xử lý vật lý đồng thời
- Cho phép lập bản đồ quản lý các máy ảo
- Hỗ trợ cho ảo hóa phần cứng VMware ESX cung cấp cho ngành công nghiệp hỗ trợ hàng đầu cho phần cứng thế hệ kế tiếp, hỗ trợ công nghệ ảo
Trang 12hóa như AMD’s Rapid Virtualization Indexing® hoặc Intel’s Extended Page Tables
- Hỗ trợ cho các trang bộ nhớ lớn VMware ESX chỉ là những trang có hỗ trợ
bộ nhớ lớn để nâng cao hiệu quả truy cập bộ nhớ cho hệ điều hành khách
- Tối ưu hóa hiệu suất mạng VMware ESX hỗ trợ một loạt các công nghệ offload hiệu suất bao để giảm overhead CPU gắn với xử lý mạng I / O
- Support for new high performance devices and protocols: VMware ESX and ESXi support 10Gb Ethernet network cards and storage arrays and Infiniband technology to improve virtual machine performance Hỗ trợ cho các thiết bị hiệu suất mới cao và các giao thức: VMware ESX 10Gb và hỗ trợ thẻ mạng Ethernet và các mảng lưu trữ và công nghệ InfiniBand để cải thiện hiệu suất máy ảo
- VMDirectPath I / O cho các máy ảo Nâng cao hiệu quả CPU cho các ứng dụng có yêu cầu truy cập thường xuyên để I / O cho các thiết bị bằng cách cho phép lựa chọn máy ảo để truy cập trực tiếp thiết bị phần cứng nằm bên dưới các tính năng ảo hóa khác như VMware VMotion , phần cứng độc lập
và chia sẻ
2.6 Tính sẵn sàng cao
- Xây dựng đa đường dẫn truy cập lưu trữ Đảm bảo tính sẵn sàng chia sẻ với lưu trữ SAN đa đường dẫn
- Nhóm card mạng NIC Chính sách nhóm card NIC cho phép người dùng cấu hình card đang hoạt động và card chưa hoạt động
- Hỗ trợ cho Microsoft Clustering Services Cluster máy ảo chạy hệ điều hành Microsoft Windows trên máy vật lý
2.7 Phần mềm đạt chuẩn quốc tế: VMware ESX đã được tối ưu hóa, đã kiểm nghiệm một cách nghiêm túc và đã được chứng minh trên các máy chủ 2.8 Tính năng của Vmware ESX Server
2.8.1 Virtual Machine File System (VMFS)
- VMFS của VMware chỉ được tạo dành cho ảo hóa VMware Vì vậy nó là hệ thống file hiệu suất cao nhất có sẵn để sử dụng trong việc ảo hóa doanh nghiệp Tuy được gộp vào phiên bản nào đó hoặc gói ESX Server hay VI bạn chọn nhưng VMFS vẫn được đưa ra như một sản phẩm riêng bởi Vmware Điều này là vì nó cũng khá độc nhất
- Đây là một hệ thống file cluster hiệu suất cao cho phép nhiều hệ thống có thể truy cập vào hệ thống file tại cùng một thời điểm VMFS là những gì mang đến cho bạn một nền tảng vững chắc để thực hiện VMotion và VMHA Với