Virtualization Technology (Công Nghệ Ảo Hóa) Là Gì?
Trong môi trường đám mây, ảo hóa là yếu tố bắt buộc để tạo ra tầng trung gian giữa hệ thống phần cứng máy chủ và phần mềm chạy trên nó.
Virtual Machine đề cập đến quá trình tạo phiên bản ảo của hệ điều hành (Operating System - OS), máy chủ, tài nguyên mạng hay thiết bị lưu trữ,...
Tổng Quan Về Ảo Hóa
Trước khi có công nghệ ảo hóa, hệ điều hành và các ứng dụng chạy trên một máy tính quản lý. Một mối quan hệ 1:1 tồn tại giữa một máy tính vật lý và hệ điều hành. Sử dụng ít công suất, chỉ khoảng 5 - 10% công suất của máy chủ vật lý. Khi muốn triển khai nhiều hệ điều hành thì phải xây dựng nhiều máy chủ vật lý khác nhau. Cần rất nhiều thời gian để mua, lắp ráp và cài đặt.
Mô hình này khá không linh hoạt và tốn khá nhiều chi phí như phí đầu tư, không gian, điện năng tiêu thu và các vấn đề bảo trì và duy trì hoạt động…
Công nghệ Ảo hóa được ra đời nhằm khai thác triệt để khả năng làm việc của máy chủ vật lý. Cho phép vận hành nhiều máy ảo trên cùng một máy chủ vật lý, dùng chung các tài nguyên của một máy chủ vật lý như CPU, RAM,... và các tài nguyên khác. Các máy ảo khác nhau có thể vận hành hệ điều hành và ứng dụng trên cùng một máy chủ vật lý.
Công nghệ Ảo hóa cho phép hợp nhất và chạy nhiều khối lượng công việc như các máy ảo trên một máy chủ duy nhất. Một máy ảo là một máy tính được tạo ra bởi phần mềm, hoạt động giống như một máy tính vật lý, chạy một hệ điều hành và các ứng dụng. Mỗi máy ảo có phần cứng ảo riêng của nó, bao gồm môt CPU và các phần cứng ảo khác.
Lợi Ích Của Ảo Hóa
Ảo hóa hạ tầng công nghệ thông tin cho phép tiết giảm chi phí trong khi đó lại tăng hiệu quả, hiệu năng và tính linh động cho ha tầng hiện hữu có sẵn.
Giảm số lượng máy chủ vật lý, giảm lượng điện năng tiêu thụ trong quá trình hoạt động của các máy chủ, giảm diện tích đặt máy chủ, tiết kiệm được chi phí và thời gian cho việc bảo trì phần cứng, nâng cao hiệu quả công việc.
Dễ dàng mở rộng hệ thống, tốc độ triển khai hệ thống máy chủ ảo nhanh hơn rất nhiều so với triển khai máy chủ vật lý, tân dung được tài nguyên hiện có. Mỗi máy ảo đơn giản chỉ là một tập tin hoặc một thư mục, người dùng có thể tạo ra máy chủ ảo mới bằng cách sao chép từ một file của máy chủ ảo hiện tai và cấu hình lại, đưa máy chủ ảo mới lên một máy chủ vật lý còn dư tài nguyên.
Với công cụ quản lý tập trung, người dùng sẽ theo dõi được máy chủ nào đang quá tải, từ đó sẽ áp dụng chính sách tăng tài nguyên về CPU, RAM,... cho máy chủ ảo đó hoặc di chuyển máy ảo đang quá tải sang một máy chủ vật lý có cấu hình mạnh hơn, có nhiều tài nguyên hơn để chay. Toàn bộ quá trình có thể được thực hiện mà không cần phải tắt máy ảo đó.
Khai thác triệt để các tài nguyên của phần cứng vật lý bằng cách chạy nhiều hệ điều hành trên mạng một máy chủ vật lý.
Giảm thiểu được các chi phí đầu tư ban đầu bằng cách giảm hạ tầng vật lý và cải thiện máy chủ. Giảm được không gian phòng máy, yêu cầu về nguồn được, các chi phí bảo trì và duy trì hoạt động khác.
Các Kiểu Ảo Hóa Cơ Bản
Có 4 kiểu Ảo hóa cơ bản: Hệ thống lưu trữ, hệ thống mạng, ứng dụng và hệ thống máy chủ
Ảo hóa hệ thống lưu trữ: Về cơ bản là sư 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 loai. Giúp tăng khả năng truy xuất dữ liệu. Tiết kiệm thời gian hơn thay vì phải định vị xem máy chủ nào hoạt động trên ổ cứng nào để truy xuất. Có ba dạng mô hình:
Host-based: Ngăn cách giữa lopws ảo hóa và ổ đĩa vật lý là driver điều khiển của các ổ đĩa. Phần mềm Ảo hóa sẽ truy xuất tài nguyên thông qua sư điều khiển của lớp Driver này.
Storage-device based: Phần mềm Ảo hóa giao tiếp trực tiếp với ổ cứng. Có thể xem đây là một dạng firmware đặc biệt, được cài trực tiếp vào ổ cứng. Cho phép truy xuất nhanh nhất tới ổ cứng nhưng các thiết lập thường khó khăn và phức tạp hơn các mô hình khác. Dich vu Ảo hóa được cung cấp cho các Server thông qua một thiết bị điều khiển gọi là Primary Storage Controller.
Network-based: Việc Ảo hóa sẽ được thực thi trên một thiết bị mang, ở đây có thể là một thiết bị switch hay môt máy chủ kết nối với các trung tâm lưu trữ (SAN). Từ các switch hay server này, các ứng dụng kết nối vào được giao tiếp với các trung tâm dữ liệu bằng các “ổ cứng” mô phỏng được tạo ra dựa trên trung tâm dữ liệu thât. Đây cũng là mô hình hay gặp nhất trên thực tế.
Ảo hóa hệ thống mạng: Là một tiến trình hợp nhất tài nguyên, thiết bị mang cả phần cứng lẫn phần mềm thành một hệ thống mạng ảo. Sau đó các tài nguyên sẽ được phân chia thành các kênh và gắn với một máy chủ hay môt thiết bị ảo nào đó. Có nhiều phương pháp để thực hiện việc Ảo hóa hệ thống mạng. Các phương pháp này tùy thuộc vào các thiết bị hỗ trợ, hạ tầng mạng sẵn có cũng như nhà cung cấp dich vu mang. Có 2 mô hình Ảo hóa hệ thống mạng phổ biến:
Ảo hóa lớp mang (Virtualized overlay network): Nhiều hệ thống mạng ảo sẽ cùng tồn tại trên một lớp nền tài nguyên dùng chung. Bao gồm các thiết bị mạng như router, switch, các dây truyền dẫn, NIC (network interface card). Việc thiết lập hệ thống mạng ảo này sẽ cho phép sư trao đổi thông suốt giữa các hệ thống mạng khác nhau, sử dụng các giao thức và phương tiện truyền tải khác nhau.
Mô hình ảo hóa của Cisco: Là mô hình Ảo hóa được chia ra làm 3 khu vực, với các chức năng chuyên biệt. Các khu vực sẽ có các liên kết với nhau để cung cấp giải pháp đến tay người dùng một cách thông suốt.
Khu vực quản lý truy cập (Access Control): Có nhiệm vụ chứng thực người dùng đăng nhập để sử dụng tài nguyên hệ thống, qua đó ngăn chặn các truy xuất không hợp lê của người dùng, ngoài ra khu vực này còn kiểm tra, xác nhận và chứng thực việc truy xuất của người dùng trong vào các vùng hoạt động.
Khu vực đường dẫn (Path Isolation): Có nhiệm vụ duy trì liên lạc thông qua tầng Network, vận chuyển liên lạc giữa các vùng khác nhau trong hệ thống. Trong các vùng này sử dụng giao thức khác nhau như MPLs và VRF, do đó cần một cầu nối liên lạc giữa chúng. Ngoài ra khu vực này còn có nhiệm vụ liên kết các đường truyền dẫn với các vùng hoạt động ở hai khu vực canh nó là Access Control và Services Edge.
Khu vực liên kết với dịch vụ (Services Edge): Tại đây sẽ áp dụng những chính sách phân quyền, cũng như bảo mật ứng với từng vùng hoạt động cụ thể, đồng thời qua đó cung cấp quyền truy cập đến dịch vụ cho người dùng. Các dịch vụ có thể ở dạng chia sẻ hay phân tán, tùy thuộc vào môi trường phát triển ứng dụng và yêu cầu của người dùng.
Ảo hóa ứng dụng: Là một dạng ảo hóa khác cho phép người dùng tách rời mối liên kết giữa ứng dụng và hệ điều hành và cho phép phân phối lại ứng dụng phù hợp với người sử dụng. Ứng dụng ảo hóa sẽ không được cài lên máy tính một cách thông thường, mặc dù theo góc độ người sử dụng, ứng dụng hoạt động một cách bình thường.
Việc quản lý việc cập nhật các phần mềm trở nên dễ dàng hơn, giải quyết được sư đung đô giữa các ứng dụng và việc thử nghiệm sự tương thích của chúng sẽ trở nên dễ dàng hơn. Hiện nay có khá nhiều chương trình ảo hóa ứng dụng với 2 loại công nghệ chủ yếu:
Application Streaming: Ứng dụng được chia thành nhiều đoạn mã và được truyền sang máy người sử dụng khi nào cần đến đoạn mã đó. Các đoạn mã này được đóng gói và truyền đi dưới giao thức HTTP, CIFS hoăc RTSP.
Desktop Virtualization/Virtual Desktop Infrastructure (VDI): Ứng dụng sẽ được cài đặt và chạy trên một máy ảo. Môt hạ tầng quản lý sẽ tự động tạo ra các desktop ảo và cung cấp các desktop ảo này đến người dùng khi có nhu cầu.
Ảo hóa hệ thống máy chủ: Cho phép người dùng chạy nhiều máy chủ 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, việc quản lý và chia sẻ tài nguyên dễ dàng hơn. Có 2 kiểu Ảo hóa máy chủ cơ bản:
Virtualization Management Layer hay thường được gọi là “Hosted”: Là hình thức ảo hóa ban đầu của máy chủ. Chức năng Ảo hóa trong Hosted được xây dựng trên một hệ điều hành - OS thông dụng.
Kiến trúc này sử dụng một lớp hypervisor chay 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 này được xem là một lớp phần mềm riêng biệt, do đó các hệ điều hành khách của máy ảo sẽ nằm trên lớp hypervisor rồi đến hệ điều hành của máy chủ và cuối cùng là hệ thống phần cứng…
Hypervisor-based hay còn gọi là Bare-metal hypervisor: Là hình thức Ảo hóa được chạy trực tiếp trên phần cứng của máy chủ. Do vây, so với Hosted, nó có ưu điểm là tối ưu tài nguyên máy và tốc độ xử lý nhanh hơn.
Lớp phần mềm Hypervisor chạy trực tiếp trên hệ thống phần cứng máy chủ, không thông qua bất kỳ hệ điều hành hay nền tảng nào khác. Qua đó, các Hypervisor này có khả năng điều khiển và kiểm soát các hệ thống 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 nằm trên các Hypervisor đang Metal-Bare rồi đến các hệ thống phần cứng.
