ảo hóa với vmware esx server và xây dựng mô hình ứng dụng ảo hóa cho doanh nghiệp nhỏ

Hình 2.3 : cấu trúc của kiểu ảo hóa Vmm Hypervisor

Trong mô hình này trình điều khiển phần cứng liên lạc trực tiếp với các thiết bị phần cứng mà không phải qua bất kì trung gian nào nên nó mang lại một hiệu suất cao nhất về sử dụng tài nguyên phần cứng. Một vài sản phẩm đang sử dụng dạng này là Microsoft HyperV, Citrix Xenserver, Vmware ESX server.

2.2.2: Virtual Machine Monitor(VMM)

VMM là một loại ảo hóa hoạt động như một phần mềm chạy trên một hệ điều hành chủ khác. Nghĩa là để tương tác với tài nguyên phần cứng nó phải liên lạc thông qua hệ điều hành chủ.các sản phẩm điển hình cho kiểu ảo hóa này là VMware Server,Microsoft Virtual PC, máy ảo Java .

Mối liên lạc giữa phần cứng và trình điều khiển thiết bị trên hệ điều hành trong kiểu ảo hóa VMM được mô tả như sau như sau:

 Bước đầu tiên mô phỏng phần cứng. Lớp

ảo hóa hypervisor sẽ

tạo ra

một phân vùng trên ổ đĩa cho các máy ảo. Phân vùng này bao gồm các phần cứng ảo như ổ đĩa, bộ nhớ….

 Hypervisor Xây dựng mối liên lạc giữa lớp ảo hóa với hệ điều hành. Khi một máy ảo truy xuất tài nguyên thì lớp hypervisor sẽ thay thế máy ảo đó gởi các yêu cầu tới hệ điều hành máy chủ để yêu cầu thực hiện,

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 52 trang tài liệu này.

 Khi Hệ điều hành nhận được các yêu cầu này. Nó liện lạc với trình điều khiển thiết bị phần cứng.

 Các trình điều khiển thiết bị phần cứng liện lạc đến các phần cứng trên máy thực.

 Quá trình này sẽ xảy ra ngược lại khi có các trả lời từ các phần cứng đến hệ điều hành chủ.

Hình 2.4 : Cấu trúc của kiểu ảo hóa Vmm

2.2.3 : 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 máy 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. Khi một trong hệ điều hành máy chủ hoặc một máy chủ ảo cần xử lý tác vụ thì CPU sẽ phục vụ nhu cầu cho hệ điều hành máy chủ hoặc máy chủ ảo tương ứng. Lý do khiến Hyrbird nhanh hơn là lớp ảo hóa chạy trong trong chế độ hạt nhân (chạy song song với hệ điều hành) trái với Virtual Machine Monitor với lớp ảo hóa chạy trong trong chế độ người dùng (chạy như một ứng dụng cài trên hệ điều hành).

Phương pháp ảo hóa Hybird được sử

dụng trong hai sản phẩm

ảo hóa

phổ biến của là Microsoft Virtual PC 2007 và Microsoft Virtual Server 2005 R2 .

Hình 2.5 : kiến trúc ảo hóa Hybrid

2.2.4 : Monolithic Hypervisor

Monolithic Hypervisor là một hệ điều hành máy chủ.Nó chứa những trình điều khiển (Driver) hoạt động phần cứng trong lớp Hypervisor để truy cập tài nguyên phần cứng bên dưới.khi Các hệ điều hành chạy trên các máy ảo truy cập phần cứng thì sẽ thông qua lớp trình điều khiển thiết bị của lớp hypervisor.

Mô hình này mang lại hiệu cao, nhưng cũng giống như bất kì các giải pháp khác bên mặt ưu điểm thì nó cũng còn có nhiều điểm yếu .Vì nếu lớp trình điều khiển thiết bị phần cứng của nó bị hư hỏng hay xuất hiện lỗi thì các máy ảo cài trên nó đều bị ảnh hưởng và nguy hại. Thêm vào đó là thị trường phần cứng ngày nay rất đa dạn,nhiều loại và do nhiều nhà cung cấp khác nhau nên trình điều khiển của Hypervisor trong loại ảo hóa này có thể sẽ không thể hỗ trợ điều khiển hoạt động của phần cứng này một cách đúng đắn và hiệu suất chắc chắn cũng sẽ không được như mong đợi. Một trình điều khiển không thể nào có thể điều khiển tốt hoạt động của tất cả các thiết bị nên nó cũng có những thiết bị phần cứng không hỗ trợ. Những điều này cho thấy rằng việc phụ thuộc quá nhiều vào các loại thiết bị dẫn tới sự hạn chế việc phát triển công nghệ này.

Hình 2.6 : Kiến trúc Monolithic Hypervisor

2.2.5 : Microkernelized Hypervisor

Microkernelized Hypervisor là một kiểu

ảo hóa giống như

Monolithic

Hyperviso. Điểm khác biệt giữa hai loại này là trong Microkernelized trình điều khiển thiết bị phần cứng bên dưới được cài trên một máy ảo và được gọi là trình điều khiển chính,trình điều khiển chính này tạo và quản lý các trình điều khiển con cho các máy ảo. Khi máy ảo có nhu cầu liên lạc với phần cứng thì trình điều khiển con sẽ liên lạc với trình điều khiển chính và trình điều khiển chính này sẽ chuyển yêu cầu xuốn lớp Hypervisor để liên lạc với phần cứng. Tiêu biểu cho ứng dụng loại ảo hóa này là Windows Server 2008 HyperV.

Hình 2.7 : Kiến trúc Microkernelized Hypervisor

2.3. Các lợi ích của ảo hóa .

Thông thường việc đầu tư cho một trung tâm công nghệ thông tin là rất tốn kém .Chi phí đầu tư mua các máy chủ cấu hình mạnh và các phần mềm bản quyền là rất đắt đỏ.Trong thời buổi kinh tế khó khăn hiện nay doanh nghiệp nào cũng muốn cắt giảm và hạn chế tối đa các chi phí không cần thiết mà vẫn đáp ứng được năng suất và tính ổn định của hệ thống.thế nên việc ứng dụng ảo hóa trở thành nhu cầu cần thiết của bất kì doanh nghiệp lớn hay nhỏ.Vì thay vì mua mười máy chủ cho mười ứng dụng thì chỉ cần mua một hoặc hai máy chủ có hỗ trợ ảo hóa thì vẫn có thể chạy tốt mười ứng dụng trên.Điều này cho ta thấy sự khác biệt giữa hệ thống ảo hóa và không ảo hóa.Bên cạnh đó việc ứng dụng ảo hóa còn đem lại những lợi ích sau đây .

Quản lý đơn giản : khi triển khai hệ thống ảo hoá thì số lượng máy chủ

vật lý giảm đi đáng kể và khi đó việc theo dõi và giám sát hệ thống rất dễ dàng

và hầu như được thực hiện bởi công cụ phần mềm quản trị tập trung từ xa do nhà cung cấp phần mềm ảo hoá hỗ trợ. Nhà quản trị dễ dàng theo dõi tình trạng của các máy ảo và của cả hệ thống.Nếu máy chủ bị trục trặc thì có thể chuyển máy ảo từ máy chủ này sang máy chủ khác ,có thể nâng cấp phần cứng bằng cách gắn thêm Ram,ổ cứng một cách nhanh chóng và đơn giản.

Triển khai nhanh : khi triển khai hệ thống thì không cần nhất thiết phải cài đặt toàn bộ máy ảo trên hệ thống .vì mỗi máy ảo chỉ là một tập tin được cài

trên một phân vùng trên ổ cứng nên chúng ta có thể tận dụng điều này để giảm

thiểu thời gian cài đặt bằng cách sao chép các tập tin này và cấu hình lại cho đúng với yêu cầu của máy ảo đang sử dụng .Với cách làm này sẽ giảm thời gian cài đặt từng máy ảo và tận dụng tối đa tài nguyên nhàn rỗi của tất cả các máy chủ vật lý. Vì thực tế hiện nay tại trung tâm dữ liệu có nhiều máy chủ không khai thác thác hết tài nguyên phần cứng của hệ thống.

Phục hồi và lưu trữ hệ thống nhanh: Vì máy ảo chỉ là một tập tin trên ổ đĩa nên việc sao lưu rất đơn giản là sao chép lại các tập tin này .Và Khi một máy ảo gặp sự cố và hỏng hóc do mộ lỗi hệ điều hành nào đó thì việc phục hồi đon giản là chép đè tập tin đã được sao chép lên tập tin cũ và hệ thống có thể hoạt động bình thường lại ngay như lúc chưa bị lỗi.Thời gian để phục hồi hệ thống là rất ít. Nếu được đầu tư thêm một số máy chủ khác thì ta có thể cấu hình tính năng High Availibility cho các máy chủ ảo hóa này.Khi đó một máy ảo hay một máy chủ bị sự cố thì tất cả các máy ảo sẽ được di chuyển nóng đến máy chủ khác và có thể hoạt động lại ngay tức thì.

Cân bằng tải và phân phối tài nguyên linh hoạt : Với các công cụ quản lý từ xa các máy chủ và máy ảo ta sẽ thấy được tình trạng của toàn bộ hệ thống từ đó có chình sách năng cấp Cpu, Ram, ổ cứng cho máy chủ hoặc máy ảo đó hoặc di chuyển máy ảo đang quá tải đó sang máy chủ vật lý có cấu hình mạnh hơn, có nhiều tài nguyên còn trống hơn để hoạt động.

Tiết kiệm : công nghệ ảo hóa giúp các doanh nghiệp có thể tiết kiệm

được một chi phí lớn đó là điện năng chiếu sang và hệ thống làm mát.Ảo hóa cho phép gom nhiều máy chủ vào một máy chủ vật lý nên chỉ tốn kém chi phí điện tiêu thụ,làm mát và chiếu sang cho một vài máy chủ thôi.bên cạnh đó thì diện tích sử dụng để đặt máy chủ cũng được thu hẹp lại.Và hệ thống dây cáp nối cũng ít đi :

Chương 3 : Các Công Nghệ Giúp Ảo Hóa Hệ Thống

3.1 :Công Nghệ Máy ảo (Virtual Machine)

Máy ảo là một máy tính được cài trên một hệ điều hành khác hay một máy tính khác. Một máy ảo cũng bao gồm phần cứng, các ứng dụng phần mềm và hệ điều hành.điều khác biệt ở đây là lớp phần cứng của máy ảo không phải là các thiết bị thường mà chỉ là một môi trường hay phân vùng mà ở đó nó được cấp phát một số tài nguyên như là chu kì cpu,bộ nhớ,ỗ đĩa….Công nghệ máy ảo cho phép cài và chạy nhiều máy ảo trên một máy tính vật lý. Mỗi máy ảo có một hệ điều hành máy khách riêng lẻ và được phân bố tài nguyên, ổ cứng, card mạng và các tài nguyên phần cứng khác một cách hợp lý. Việc phân bố tài nguyên này

phụ

thuộc vào nhu cầu của từng máy

ảo ứng dụng và cũng tùy thuộc vào

phương pháp ảo hóa được dùng. Đặc biệt khi máy ảo cần truy xuất tài nguyên phần cứng thì nó hoạt động giống như một máy thật hoàn chỉnh. Vì chỉ là một tập tin được phân vùng trên ổ đĩa nên việc di chuyển các máy ảo từ máy chủ này

sang máy chủ khác là rất dễ

dàng và không cần quan tâm đến vấn đề

tương

thích phần cứng hay ảnh hưởng tới máy chủ.

Hình 3.1 : sơ đồ truy cập tài nguyên phần cứng của các máy ảo.

Trong kiến trúc của một bộ xử lý ảo hóa được chia thành 4 lớp . Lớp 0 là lớp có quyền cao nhất có thể truy cập và can thiệp sâu nhất đến tài nguyên phần cứng. Lớp 0 thường là các hệ điều hành chủ được cài trên chính máy chủ. Lớp 1 là lớp ảo hóa Hypervisor. Lớp này dùng đề quản lý và phân phối tài nguyên đến các máy ảo. Lớp 2 là các hệ điều hành khách chạy trên các máy ảo. Để truy cập tài nguyên phần cứng nó phải liên lạc với lớp ảo hóa và phải qua hệ điều hành máy chủ . Lớp có quyền can thiệp thấp nhất đến tài nguyên là lớp 3. Đây là các ứng dụng hoạt động trên các máy ảo.

Trong các hệ thống máy tính lớn dùng để xử lý các ứng dụng thương mại và khoa học( mainframe), hệ điều hành chạy trên phần cứng máy thực ở chế độ ưu tiên vì chỉ có hệ điều hành chủ mới được phép sửa đổi và can thiệp vào phần cứng bên dưới nó. Còn máy ảo làm việc ở chế độ giới hạn vì phần cứng mà nó nhìn thấy chỉ là các thiết bị ảo . Khi máy ảo yêu cầu các lệnh hoặc tiến trình

thông thường thì hệ điều hành chủ sẽ chuyển tiếp chúng đến bô xử lý để thực

thi trực tiếp, còn đối với các lệnh hoặc các tiến trình đặc biệt nhạy cảm can

thiệp sâu đến phần cứng bên dưới sẽ bị chặn lại vì có thể làm ảnh hưởng tới hệ

thống và máy ảo còn lại. Hệ điều hành chủ sẽ thực thi lệnh với bộ xử lý trên

máy thực rồi sau đó mô phỏng kết quả rồi trả về cho máy ảo. Đây là cơ chế nhằm cách ly máy ảo với máy thực để đảm bảo an toàn hệ thống.

3.2 : Công nghệ Raid

3.2.1 : khái niệm Raid

RAID là chữ viết tắt của Redundant Array of Independent 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. RAID chính là sự kết hợp giữa các đĩa cứng vật lý bẳng cách sử dụng một trình điều khiển đặc biệt RAID có thể sử dụng như là một phần cứng lẫn phần mềm.

Hệ thống RAID được dùng trong việc đảm bảo an toàn dữ liệu khi có ổ đĩa bị lỗi và phục hồi lại các dữ liệu , có thể thay nóng ổ đĩa đối với một số loại RAID và cũng còn tùy thuộc vào máy chủ. RAID ngày càng trở nên cần thiết cho các hệ thống máy tính

Vì RAID mang tính toàn vẹn dữ liệu cao , phục hồi nhanh chóng nên

RAID chủ yếu được ứng dụng vào các máy máy chủ, không phải là các máy bàn không thể dùng Raid được mà là do chi phí đầu tư khá tốn kém nên chỉ ở các hệ thống lớn đòi hỏi độ an toàn cho dữ liệu phải cao mới sử dụng.

3.2.2 Lịch sử ra đời và phát triển Raid

Công nghệ Raid bắt nguồn từ những ý tưởng gom những dung lượng nhỏ còn trống ở nhiều ổ cứng để tạo một ổ cứng có dung lượng lớn hơn.Ngày 305 1978 Norman Ken Ouchi tại IBM đã nhận được giải thưởng bằng sáng chế với chủ đề “System for recovering data stored in failed memory unit” .Chủ đề này nói

về cách hoạt động ghi song song,ánh xạ và ghép đôi mà ngày nay được ứng dụng trong các loại Raid.Sau nhiều năm nghiên cứu thì tại viện nghiên cứu Berkeley , David A Patterson , Garth A Gibson và Randy Katz đã đưa ra định nghĩa vể Raid và các ứng dụng của nó. Vào tháng 6/1988 , trong một hội nghị SIGMOD , RAID

chính thức được công bố

là từ

viết tắt của “Redundant Arrays of inexpensive

Disks” và cũng từ ngày này trở đi , khái niệm về RAID được xuất hiện

3.2.3 : Các chuẩn Raid

 Các chuẩn RAID là các công nghệ lưu trữ , phân tách dữ liệu được sử dụng trong RAID

 Các loại RAID hay còn gọi là cấp độ RAID là những chế độ RAID được

ứng dụng dựa trên các công nghệ của những chuẩn RAID

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

3.2.3.1 : 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 .

Kỹ thuật này sẽ chia các tập tin dữ liệu ra và ghi đồng thời lên ổ đĩa cứng trong

cùng một thời gian . Và khi đọc thì cũng đọc cùng lúc trên tất cả các ổ đĩa làm cho tốc độ đọc cao , mang lại hiệu suất cao.

Hình 3.2 : Sơ đồ hoạt động của chuẩn Striping

3.2.3.2 :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 . Chi phí cho kĩ thuật này tốn kém hơn vì phải sử dụng hai bộ điều khiển và dung lượng lưu trữ thật sự chỉ bằng một nửa dung lượng của các ổ đĩa.

Hình 3.3 : Sơ đồ hoạt động của chuẩn Duplexing

3.2.3.3 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 . Nếu dùng chuẩn này thì lợi ích lớn nhất của nó là không yêu cầu hệ thống RAID bớt đi một phần dung lượng để lưu trữ dữ liệu . Nhưng khuyết điểm của nó là phải yêu cầu hệ thống có một phần cứng thật mạnh

3.2.4 :Các loại Raid.

3.2.4.1 : RAID level 0

Sử dụng chuẩn gi song hành để ghi dữ liệu lên ổ đĩa.Vì thế tốc độ của

chuẩn này thì nhanh và ít tốn kém vì chỉ

dùng một thiết bị

điều khiển

Raid.Nhược điểm của nó là không bảo đảm an toàn dữ liệu.Khi một ổ

cứng bị

lỗi thì dữ

liệu trên các

ổ cứng còn lại sẽ

không sử

dụng

được.Không thể thay nóng ổ cứng vì nếu mất một ổ cứng thì toàn bộ dữ

liệu sẽ

không sử

dụng được.Raid 0 đòi hỏi ít nhất hai ổ

đĩa và dung

lượng là tổng dung lượng Raid của các ổ đĩa.Ví dụ có hai ổ đĩa 80GB thì Raid 0 sẽ tạo thành một ổ đĩa 160GB.

Hình 3.4 : sơ đồ hoạt động của Raid level 0

3.2.4.2 : RAID level 1 :

Sử dụng chuẩn ánh xạ hay ghép đôi để ghi dữ liệu lên các ổ đĩa.Tốc độ truy xuất dữ liệu bình thường như đối với một ổ đĩa đơn.Ưu điểm của Raid 1 là tính an toàn dữ liệu cao,vì dữ liệu được sao chép và lưu trữ trên hai ổ đĩa khác nhau.Khi một ổ đĩa hỏng thì ổ đĩa thứ hai sẽ hoạt động và

dữ liệu được đảm bảo an toàn.Có thể

thay nóng một

ổ cứng bị

hỏng.Công nghệ này cũng đòi hỏi ít nhất hai ổ cứng,và dung lượng sau

khi Raid 1 là một nửa tổng dung lượng Raid của các ổ đĩa.Ví dụ có hai ổ

đĩa 80GB sau khi Raid 1 sẽ tạo thành 1 ổ đĩa 80GB và một ổ dự phòng.

Hình 3.5 : sơ đồ hoạt động của Raid 1

3.2.4.5 :RAID level 5 :

Đây là loại Raid phổ biến nhất hiện nay vì tốc độ nhanh và độ an toàn dữ liệu cao vì sử dụng kết hợp chuẩn ghi song hành và kiểm tra tính chẳn lẽ (parity) của dữ liệu để ghi lên ổ đĩa.

Quá trình ghi và kiểm tra chẵn lẻ là khá phức tạp nên có thể hình dung theo hai quy luật là Nếu tổng số bits nhiều nhất là số lẻ thì parity là bit 1 .Nếu tổng số bits nhiều nhất là số chẳn thì parity là bit 0.Theo ví dụ hình 3.6 bên dưới nếu dữ liệu ghi vào đĩa 1 và đĩa 2 lần lượt là 10.Tổng

số bit là 1 nên parity sẽ

là 1.Vậy dữ

liệu ghi trên 3 đĩa lúc này là 10

1.Nếu đĩa 1 bị hư hỏng thì dữ liệu lúc này sẽ là 01 và dựa vào quy luật trên ta có thể suy ra dữ liệu trên ổ đĩa 1 là bit 1.Tương tự nếu ổ đĩa thứ hai bị hư thì dữ liệu sẽ là 1 1 và dựa vào quy luật trên ta có thể suy ra bit trong ổ đĩa thứ hai là bit 0.

Ta có thể thấy dữ liệu có thể được lấy lại một cách nhanh chóng.Tuy nhiên để đầu tư cho phương pháp này thì khá tốn kém.Nó yêu cầu ít nhất

ba ổ đĩa và dung lượng ổ đĩa tạo thành là tổng dung lượng Raid trừ đi một đĩa.

Hình 3.6 : Sơ đồ hoạt động của Raid 5

3.2.4.6 : RAID level 1+0

Đây cũng là phương pháp được dùng phổ biến hiện nay vì tính năng chạy nhanh hơn và độ an toàn cao do sử dụng kết hợp cả chuẩn song

hành và chuẩn ánh xạ.Nó yêu cầu ít nhất 4 ổ cứng và chia thành 2

cặp.Mỗi cặp sẽ được cấu hình Raid 0 để tăng tốc đọc ghi dữ liệu .Và 2 ồ đĩa sau khi thực hiện Raid 0 sẽ được cấu hình Raid 1 với nhau đề

đảm bảo an toàn dữ liệu.Điều này cho thấy là chi phí cho loại này

cũng rất cao.Tổng dung lượng của ổ đĩa sau khi Raid 10 sẽ là một

nửa tổng dung lượng Raid của các ổ cứng.

Hình 3.7 : sơ đồ hoạt động của Raid 10

3.3 : Công nghệ lưu trữ mạng SAN

Công nghệ lưu trữ mạng cục bộ SAN (Storage Area Network ) là một hệ

thống được được thiết kế

cho việc thêm các các ổ

đĩa lưu trữ

cho một hệ

thống máy chủ một cách dễ dàng như ổ đĩa cứng,hoặc băng từ .Công nghệ nảy cho phép người dùng kết nối từ xa đến các thiết bị lưu trữ trên mạng vì thế nên nó dễ dàng chia sẻ lưu trữ và quản lý thông tin, mở rộng lưu trữ dễ dàng thông qua quá trình thêm các thiết bị lưu trữ vào mạng không cần phải thay đổi các thiết bị như máy chủ hay các thiết bị lưu trữ hiện có.Trong ảo hóa công nghệ lưu trữ mạng được dùng làm trung tâm của dữ liệu và cũng có thể làm nơi chứa các máy ảo khi cần thiết.Nó hỗ trợ các máy chủ có thể lấy dữ liệu từ nó để khởi động.

SAN cũng có thể được thiết kế tích hợp các tính năng lưu trữ và cho phép

nhiều máy chủ cùng lưu trữ trên nó.Ngoài ra một ưu điểm nổi trội của nó là

phục hồi dữ liệu một cách nhanh chóng bằng cách thay nóng một thiết bị bị

lỗi.Từ đó cho thấy SAN là một thành phần không thể thiếu trong một hệ thống lớn.