Ứng Dụng Công Nghệ Xanh Để Đạt Được Hiệu Quả Sử Dụng Năng Lượng

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 xuống lớp Hypervisor để liên lạc phần cứng. Tiêu biểu cho ứng dụng loại ảo hóa này Windows Server 2008 Hyper-V.

Hình 2.5: Kiến trúc Microkernelized Hypervisor

2.1.3.3 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.

Hình 2.6: Cấu trúc ảo hóa Hybrid

2.1.4 Mức độ ảo hóa

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 93 trang tài liệu này.

2.1.4.1 Ảo hóa toàn phần - Full Virtualization

Đây là loại ảo hóa mà ta không cần chỉnh 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 máy 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 nó sẽ tưởng là mình 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.

2.1.4.2 Ảo hóa song song –Paravirtualization

Là một phương pháp ảo hóa máy chủ khác. Với phương pháp ảo hóa này, thay vì mô phỏng một môi trường phần cứng hoàn chỉnh, phần mềm máy 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 một 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 – hay nói cách khác: đây là cách để ta cảm nhận được hệ điều hành).

Ảo hóa song song đem lại tốc độ cao hơn so với ảo hóa toàn phần và hiệu quả sử dụng các nguồn tài nguyên cũng cao hơn. Nhưng nó yêu cầu các hệ điều hành khách chạy trên máy ảo phải được chỉnh sửa. Điều này có nghĩa là không phải bất cứ hệ điều hành nào cũng có thể chạy ảo hóa song song được (trái với ảo hóa toàn phần). XP mode của Windows 7 là một ví dụ điển hình về ảo hóa song song.

2.1.5 Lý do cần sử dụng ảo hóa

2.1.5.1 Tối ưu hóa công suất sử dụng phần cứng

Ngày nay, hệ thống máy chủ ở các trung tâm dữ liệu thường hoạt động với 10 hoặc 15% tổng hiệu suất. Nói cách khác, 85 đến 90% công suất của máy không được dùng đến. Tuy nhiên, một máy chủ không dùng hết công suất thì vẫn chiếm diện tích sử dụng và hao tổn điện năng. Vì vậy, chi phí hoạt động của một máy không được sử dụng đúng mức có thể gần bằng với chi phí khi chạy hết công suất.

Như vậy, quả thật chúng ta đang lãng phí tài nguyên của hệ thống. Hãy xem điều gì sẽ xảy ra? Với sự không ngừng cải tiến các đặc điểm hoạt động của phần cứng máy tính, máy tính trong vài năm tới sẽ có công suất gấp đôi máy tính của năm nay (đây là điều đã và đang xảy ra ). Hiển nhiên, phải có một cách nào đó hữu hiệu hơn để công

suất làm việc của máy tương ứng với tỷ lệ sử dụng và đó là những gì mà ảo hóa có thể làm được. Bằng việc dùng một phần cứng duy nhất để hỗ trợ cùng một lúc nhiều hệ thống. Ứng dụng ảo hóa, các công ty có thể nâng cao đáng kể hiệu suất sử dụng phần cứng và sử dụng vốn hiệu quả hơn. Vì vậy, đây chính là lý do tại sao ảo hóa giúp nâng cao công suất của máy tính lại khiến mọi người quan tâm đến vậy.

2.1.5.2 Nhu cầu ảo hóa dữ liệu

Các trung tâm dữ liệu đang dùng hết dung lượng của mình. Trong 20 năm qua, các tài liệu kinh doanh đã và đang được chuyển từ dạng giấy tờ sang dạng điện tử. Đây là quá trình số hóa tài liệu.

Sự xuất hiện của Internet đã thúc đẩy nhanh hơn nữa sự chuyển biến này. Các công ty muốn trao đổi trực tiếp với khách hàng và đối tác qua Internet. Đương nhiên, việc này thúc đẩy việc các tài liệu kinh doanh được vi tính hóa.

Trong một thập kỷ qua, ảnh hưởng của Internet khiến một số lượng lớn các máy chủ được đồng loạt đưa vào sử dụng tại các trung tâm dữ liệu để lưu trữ hệ thống tài liệu khổng lồ này và vấn đề của nó là khả năng lưu trữ của các trung tâm dữ liệu này đang cạn kiệt và sự gia tăng nhanh chóng dữ liệu đòi hỏi phương pháp lưu trữ dữ liệu mới. Những phương pháp này thường được gọi là ảo hóa lưu trữ, việc lưu trữ này có khả năng được xử lý bởi bất kỳ một phần cứng độc lập nào.

Với khả năng host cùng lúc các hệ thống khách trên một máy chủ vật lý duy nhất, ảo hóa cho phép các công ty nâng cấp trung tâm dữ liệu, do đó cắt giảm chi phí mở rộng dung lượng trung tâm dữ liệu. Đây là lợi ích lớn nhất của ảo hòa, vì chi phí xây dựng các trung tâm dữ liệu có thể lên tới hàng chục triệu đôla.

2.1.5.3 Ứng dụng công nghệ xanh để đạt được hiệu quả sử dụng năng lượng tốt hơn

Tác động của cuộc cách mạng xanh khiến các công ty đang tìm cách giảm lượng năng lượng tiêu thụ và một trong số những nơi họ nhận thấy có thể làm được điều đó đầu tiên là các trung tâm dữ liệu. Để thấy rõ sự quan tâm của mọi người đến năng lượng tiêu thụ trong các trung tâm dữ liệu, hãy xem một thực tế sau: “Một cuộc nghiên cứu do một nhà khoa học thực hiện chỉ ra rằng trong những năm 2000 đến năm 2005, lượng năng lượng các trung tâm dữ liệu ở Mỹ tiêu thụ đã tăng gấp đôi. Hơn nữa, nhà khoa học này cũng dự đoán tới cuối thập niên này, lượng năng lượng tiêu thụ sẽ tăng 40%. Lương năng lượng các máy chủ ở trung tâm dữ liệu tiêu thụ và để làm mát chiếm khoảng 1,2% tổng năng lượng tiêu thụ ở Mỹ”.

Dựa trên kết quả của cuộc nghiên cứu, cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (EPA) đã thành lập một nhóm làm việc để xây dựng các tiêu chuẩn cho các kế hoạch và việc tiêu thụ năng lượng của máy chủ và áp dụng các tiêu chí “Ngôi sao năng lượng” (ES) mới cho các máy chủ sự dụng năng lượng hiệu quả.

Do chi phí để vận hành các máy tính cùng với thực tế là nhiều máy tính choán hết trung tâm dữ liệu và đang hoạt động với hiệu suất thấp, khả năng giảm số lượng máy chủ vật lý có thể giúp cắt giảm rất đáng kể tổng chi phí năng lượng của công ty.

2.1.5.4 Chi phí quản lý hệ thống rất lớn và ngày càng tăng

Các máy không hoàn toàn tự động. Mỗi máy chủ đều cần đến sự giám sát và cung cấp điện của hệ thống quản lý. Các tác vụ quản lý phổ biến của hệ thống bao gồm: giám sát trạng thái phần cứng, thay thế các chi tiết phần cứng bị lỗi, cài đặt hệ điều hành và các phần mềm ứng dụng, bảo trì và sửa chữa nhanh ứng dụng, quản lý các tài nguyên máy chủ then chốt như bộ nhớ và đĩa, sao lưu dữ liệu máy chủ sang các phương tiện lưu trữ để bảo mật và dự phòng.

Những công việc này đòi hỏi rất nhiều nhân lực. Để thuê những nhân viên quản trị hệ thống, người giữ cho các máy có thể hoạt động tốt không hề rẻ chút nào. Và không giống như các lập trình viên, các nhân viên quản trị hệ thống thường làm việc bên cạnh máy chủ, do họ cần xử lý phần cứng vật lý.

Để kiểm soát sự gia tăng chi phí điều hành, ảo hóa mang lại cơ hội cắt giảm chi phí quản lý hệ thống bằng việc giảm số lượng máy tính cần được quản trị. Mặc dù, nhiều công việc liên quan đến quản lý hệ thống không thể thay đổi trong một môi trường ảo hóa, rất nhiều tác vụ không cần phải thực hiện nếu các máy chủ vật lý chuyển sang ảo hóa. Nói chung, ảo hóa có thể giảm thiểu phần lớn yêu cầu quản lý. Do đó, ảo hóa trở thành sự lựa chọn tuyệt vời để giải quyết vấn đề tăng chi phí thuê nhân viên điều hành.

2.2 Phân loại ảo hóa

2.2.1 Ảo hóa máy chủ

Một máy chủ riêng ảo (Virtual Private Server) hay máy chủ ảo hóa là một phương pháp phân vùng một máy chủ vật lý thành nhiều máy chủ ảo, mỗi máy chủ đã có khả năng riêng của mình chạy trên máy tính dành riêng. Mỗi máy chủ ảo riêng của nó có thể chạy full-fledged hệ điều hành, và mỗi máy chủ độc lập có thể được khởi động lại…

Lợi thế của ảo hóa máy chủ:

- Tiết kiệm được chi phí đầu tư máy chủ ban đầu

- Hoạt động hoàn toàn như một máy chủ riêng

- Có thể dùng máy chủ ảo hóa cài đặt các ứng dụng khác tùy theo nhu cầu của doanh nghiệp

- Bảo trì sửa chữa, nâng cấp nhanh chóng dễ dàng

- Có thể cài đặt nhanh lại hệ điều hành

- Không lãng phí tài nguyên

2.2.2 Ảo hóa lưu trữ

Hiện nay các nhà lưu trữ đã cung cấp giải pháp lưu trữ hiệu suất cao cho khách hàng của họ trong một thời gian tương đối. Trong hình thức cơ bản nhất của nó, ảo hóa lưu trữ tồn tại trong việc ta lắp ráp nhiều ổ cứng vật lý thành một thực thể duy nhất được để các máy chủ lưu trữ và chạy hệ điều hành chẳng hạn như RAID. Điều này có thể được là bởi vì tất cả các ổ đĩa được sử dụng và tương tác với nhau như là một ổ đĩa logic duy nhất, mặc dù bao gồm hai hoặc nhiều ổ đĩa trong.

Một công nghệ ảo hóa lưu trữ khá đình đám khác mà ta biết đến là SAN (Storeage Area Network).

2.2.2.1 Công nghệ RAID

Khái niệm

RAID là chữ viết tắt của Redundant Array Of Independent Disks. 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. Về sau, RAID có nhiều biến thể cho phép không chỉ đảm bảo an toàn dữ liệu mà còn giúp tăng đáng kể tốc độ truy xuất dữ liệu từ đĩa cứng.

Các chuẩn Raid

Sau đây là các chuẩn RAID đang được nghiên cứu và phát triển hiện nay:

- Striping

- Duplexing

- Chuẩn Parity RAID

Phân loại RAID

- RAID level 0: Đây là dạng RAID đang được người dùng ưa thích do khả năng nâng cao hiệu suất trao đổi dữ liệu từ đĩa cứng. Đòi hỏi tối thiểu 2 đĩa cứng, RAID 0 cho phép máy tính ghi dữ liệu lên chúng theo một phương thức đặc biệt được gọi là

Striping. Ví dụ có 8 đoạn dữ liệu được đánh số từ 1 đến 8, các đoạn đánh số lẻ (1,3,5,7) sẽ được ghi lên đĩa cứng đầu tiên và các đoạn đánh số chẵn (2,4,6,8) sẽ được ghi lên đĩa thứ hai. Để đơn giản hơn, có thể hình dung mình có 100 MB dữ liệu và thay vì dồn 100 MB dữ liệu này vào 1 đĩa cứng duy nhất, RAID 0 sẽ cho phép dồn 50 MB vào mỗi đĩa cứng riêng giúp giảm một nửa thời gian làm việc theo lý thuyết. Từ đó có thể dễ dàng suy ra nếu có 4, 8 hay nhiều đĩa cứng hơn nữa thì tốc độ sẽ càng cao hơn. Tuy nghe có vẻ hấp dẫn nhưng trên thực tế, RAID 0 vẫn ẩn chứa nguy cơ mất dữ liệu. Nguyên nhân chính lại nằm ở cách ghi thông tin xé lẻ vì như vậy dữ liệu không nằm hoàn toàn ở một đĩa cứng nào và mỗi khi cần truy xuất thông tin (ví dụ một file nào đó), máy tính sẽ phải tổng hợp từ các đĩa cứng. Nếu một đĩa cứng gặp trục trặc thì thông tin (file) đó coi như không thể đọc được và mất luôn. Thật may mắn là với công nghệ hiện đại, sản phẩm phần cứng khá bền nên những trường hợp mất dữ liệu như vậy xảy ra không nhiều. Có thể thấy RAID 0 thực sự thích hợp cho những người cần truy cập nhanh khối lượng dữ liệu lớn, ví dụ các game thủ hoặc những người chuyên làm đồ họa, video số.

- RAID level 1: Đây là dạng RAID cơ bản nhất có khả năng đảm bảo an toàn dữ liệu. Cũng giống như RAID 0, RAID 1 đòi hỏi ít nhất hai đĩa cứng để làm việc. Dữ liệu được ghi vào 2 ổ giống hệt nhau (Mirroring). Trong trường hợp một ổ bị trục trặc, ổ còn lại sẽ tiếp tục hoạt động bình thường. Chúng ta có thể thay thế ổ đĩa bị hỏng mà không cần phải lo lắng đến vấn đề thông tin thất lạc. Đối với RAID 1, hiệu năng không phải là yếu tố hàng đầu nên chẳng có gì ngạc nhiêu nếu nó không phải là lựa chọn số một cho những người say mê tốc độ. Tuy nhiên đối với những nhà quản trị mạng hoặc những ai phải quản lý nhiều thông tin quan trọng thì hệ thống RAID 1 là thứ không thể thiếu. Dung lượng cuối cùng của hệ thống RAID 1 bằng dung lượng của ổ đơn (hai ổ 80 GB chạy RAID 1 sẽ cho hệ thống nhìn thấy duy nhất một ổ RAID 80GB).

- RAID level 0+1: Người ta luôn ao ước một hệ thống nhanh nhẹn như RAID Level 0 và an toàn như RAID Level 1. Chính vì thế mà hệ thống RAID kết hợp 0+1 đã ra đời, tổng hợp ưu điểm của cả hai “đàn anh”. Tuy nhiên chi phí cho một hệ thống kiểu này khá đắt, bạn sẽ cần tối thiểu 4 đĩa cứng để chạy RAID 0+1. Dữ liệu sẽ được ghi đồng thời lên 4 đĩa cứng với 2 ổ dạng Striping tăng tốc và 2 ổ dạng Mirroring sao lưu. 4 ổ này phải giống hệt nhau và khi đưa vào hệ thống RAID 0+1, dung lượng cuối cùng sẽ

bằng ½ tổng dung lượng 4 ổ, ví dụ bạn chạy 4 ổ 80GB thì lượng dữ liệu “thấy được” là 160 GB.

- RAID Level 5: Đây có lẽ là dạng RAID mạnh mẽ nhất với 3 hoặc 5 đĩa cứng riêng biệt. Dữ liệu và bản sao lưu được chia lên tất cả các ổ cứng. Nguyên tắc này khá rối rắm. Chúng ta quay trở lại ví dụ về 8 đoạn dữ liệu (1-8) và giờ đây là 3 ổ cứng. Đoạn dữ liệu số 1 và số 2 sẽ được ghi vào ổ đĩa 1 và 2 riêng rẽ, đoạn sao lưu của chúng được ghi vào ổ cứng thứ 3. Đoạn số 3 và số 4 sẽ được ghi vào ổ 1 và 3 với đoạn sao lưu tương ứng được ghi vào ổ đĩa 2. Đoạn số 5, 6 được ghi vào hai ổ 2 và 3, còn đoạn sao lưu được ghi vào ổ đĩa 1 và sau đó trình tự này lặp lại, đoạn số 7, 8 được ghi vào ổ 1, 2 và đoạn sao lưu được ghi vào ổ 3 như ban đầu. Như vậy RAID 5 vừa đảm bảo tốc độ có cải thiện, vừa giữ được tính an toàn cao. Dung lượng đĩa cứng cuối cùng bằng tổng dung lượng đĩa sử dụng trừ đi 1 ổ đĩa. Tức là nếu bạn dùng 3 ổ 80 GB thì dung lượng cuối cùng sẽ là 160 GB.

2.2.2.2 Công nghệ lưu trữ mạng (SAN)

SAN là một mạng riêng được thiết kế cho việc mở rộng các thiết bị lưu trữ một cách dễ dàng và các máy chủ khi kết nối với SAN sẽ hiểu như là một khối HDD đang chạy trên cục bộ.

Việc truyền dữ liệu từ server đến hệ thống lưu trữ SAN được sử dụng dựa trên các cổng quang để truyền dữ liệu: 1 Gbps Fiber Channel, 2 Gbps Fiber Channel, 4 Gbps Fiber Channel, 8 Gbps Fiber Channel, 1 Gbps ISCSI, ...

Chi phí triển khai hệ thống SAN cực kỳ đắt, nó đòi hỏi phải dùng các thiết bị Fiber Channel Networking, Fiber Channel Switch,...

Các ổ đĩa chạy trong hệ thống lưu trữ SAN thường được dùng: FIBRE CHANNEL, SAS, SATA,...

Tính năng:

- Lưu trữ được truy cập theo Block qua SCSI

- Khả năng I/O với tốc độ cao

- Tách biệt thiết bị lưu trữ và Server.

Hình 2.7: Minh họa mô hình một hệ thống SAN

2.2.3 Ảo hóa mạng

Các thành phần mạng trong cơ sở hạ tầng mạng như Switch, Card mạng, được ảo hóa một cách linh động. Switch ảo cho phép các máy ảo trên cùng một máy chủ có thể giao tiếp với nhau bằng cách sử dụng các giao thức tương tự mà như trên thiết bị chuyển mạng vật lý mà không cần phần cứng bổ sung. Chúng cũng hỗ trợ VLAN tương thích với việc triển khai VLAN theo tiêu chuẩn từ nhà cung cấp khác, chẳng hạn Cisco.

Một máy ảo có thể có nhiều card mạng ảo, việc tạo các mạng ảo này rất đơn giản và không giới hạn số card mạng tạo ra. Ta có thể nối các máy ảo này lại với nhau bằng một Switch ảo. Điều đặc biệt quan trọng, tốc độ truyền giữa các máy ảo này với nhau thông qua các Switch ảo được truyền với tốc độ rất cao theo tiêu chuẩn Gigabite (1GB), dẫn đến việc đồng bộ giữa các máy ảo với nhau diễn ra rất nhanh.