HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Hà Quang Chiến

Ứng dụng công nghệ ảo hóa trong hệ thống công nghệ thông tin
Chuyênngành: Khoa học máy tính
Mãsố: 60.48.01
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI – 2012 Luậnvănđượchoànthànhtại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Ngườihướngdẫnkhoahọc.: PGS. TS Huỳnh Quyết Thắng Phảnbiện 1: …………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………


1.1.

Ảo hóa. 5
1.2.

Cơ sở hạ tầng ảo. 5
1.3.

Máy ảo. 5
1.4.

CPU ảo 6
1.5.

Cách thức làm việc của ảo hóa. 6
II. HỆ ĐIỀU HÀNH MÁY CHỦ DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ ẢO. 6

2.1.

Kiến trúc máy chủ ESX/ESXi. 7
III. ỨNG DỤNG CỦA VMWARE. 7

3.1.

Thành phần cơ sở hạ tầng của Vmware. 7
3.2.

Sử dụng hạ tầng Vmware trong trung tâm dữ liệu. 8
3.3.

2.2.

Kiến trúc VirtualCenter. 11
2.3.

Cơ sở dữ liệu của VirtualCenter.

12
2.4.

VirtualCenter Infrastructure (VI) Client. 12
2

III. XÂY D̣NG VIRTUALCENTER 12

3.1.

Tạo một máy ảo. 12
3.2.

Tạo nhiều máy ảo. 12
3.2.1.

Máy ảo mẫu 12
3.2.2.

Tạo một máy ảo mẫu 13

16

2.1.

Kỹ thuật Fibre Channal SAN 16
2.2.

Kỹ thuật iSCSI SAN 16
2.3.

Kho d̃ liệu VMFS 16
2.4.

Lu tr̃ NAS và kho d̃ liệu NFS 16
III. BẢO VỆ DỮ LIỆU VÀ KHẢ NĂNG SẴN SÀNG 17

3.1.

Các chiến lợc sao lu 17
3.2.

Các kỹ thuật xây dựng khả năng sẵn sàng cao của máy ảo 17
3.3.

Đánh giá th̉ nghiệm 19
3.3.1.

Môi trờng thử nghiệm. 19
3.3.2.


ĐẦUNhững năm gần đây công nghệ ảo hóa đang

đợc ứng dụng rộng

rãi trong
thực tế, trong các hệ thống công nghệ thông tin của nhiều doanh nghiệp, cơ quan, xí
nghiệp.

Kỹ

thuật

"ảo

hoá”

đã

không

còn

xa

lạ

với

tiên

vào

năm

1999.

Sản
phẩm này ban đầu đợc thiết kế để hỗ trợ việc phát triển và kiểm tra phần mềm và
đã trở nên phổ biến nhờ khả năng tạo những máy tính "ảo" chạy đồng thời nhiều hệ
điều hành khác nhau trên cùng

một

máy tính "thực" (khác với chế

độ "khởi động
kép" - máy tính đợc cài nhiều Hệ điều hành và có thể chọn lúc khởi động nhng
mỗi lúc chỉ làm việc đợc với 1 Hệ điều hành).

Và "ảo hoá” cũng không còn bó hẹp trong 1 lĩnh vực mà mở rộng cho toàn
bộ

hạ

tầng

Công


tin”. Luận văn của tôi gồm các phần sau:

Chơng 1: Tổng quan về cơ sở hạ tầng ảo.

Chơng 2: Triển khai hạ tầng ảo.

Chơng 3: Thử nghiệm hiệu năng của VirtualCenter.

Với

phơng

pháp

nghiên

cứu:

Tham

khảo

các

kỹ

thuật,

công


TẦNG

ẢOI.

KHÁI

NIỆM1.1.

Ảo

hóa.Ảo hóa là công nghệ

đợc thiết kế để tạo ra tầng trung gian giữa hệ thống
phần cứng máy tính và phần mềm chạy trên nó. Ý tởng của công nghệ ảo hóa máy
chủ là từ

một

máy vật

lý đơn lẻ có thể tạo thành nhiều


 Cơ sở hạ tầng dịch vụ ảo nh quản lý tài nguyên và sao lu hợp nhất các
tài nguyên có sẵn để tối u hóa trong máy ảo.

 Các giải pháp tự động hóa mà cung cấp khả năng đặc biệt để tối u hóa
quá trong hệ thống Công nghệ thông tin nh: dự phòng hoặc khắc phục
thảm họa.
1.3.

Máy

ảo.Một máy ảo (VM) là một môi trờng hay hệ điều hành hoạt động độc lập với
hệ điều hành máy chủ. Một máy ảo hoạt động giống hệt nh một máy tính vật lý và
bao gồm thiết bị ảo riêng (dựa trên phần mềm) CPU, RAM, đĩa cứng và cạc giao
tiếp mạng (NIC).
6

1.4.

CPU


chạy hai hệ điều hành khác nhau trên cùng một máy.

Các CPU, hoặc đơn vị xử lý trung tâm, đợc cho là thành phần quan trọng
nhất của máy tính. Đây là một phần của máy tính mà cơ thể thực hiện các hớng
dẫn của các

ứng

dụng

chạy trên

máy tính.

CPU này thờng

đợc

gọi đơn giản là
một con chip hoặc vi mạch.

1.5.

Cách

thức

làm

việc

mỏng

trực

tiếp

trên
phần cứng máy tính hoặc trên một hệ điều hành máy chủ. Điều này bao gồm một
màn hình máy ảo hay "hypervisor" mà phân bổ tài nguyên phần cứng một cách tự
động và minh bạch. Nhiều hệ điều hành chạy đồng thời trên một máy tính vật lý và
tài nguyên phần cứng chia sẻ với nhau. Bằng cách đóng gói toàn bộ một máy, bao
gồm CPU, bộ nhớ, hệ điều hành, và các thiết bị mạng.

II.

HỆ

ĐIỀU

HÀNH

MÁY

CHỦ

DỰA



khai

(n
h

VMWare,

Microsoft
HyperV, Citrix XEN Server) mà mức độ ảo hóa cụ thể sẽ khác nhau. Các mức độ ảo
hóa bao gồm:

o
Full

virtualization:
Hệ điều hành khách (Các hệ điều hành cài trên máy chủ
ảo) không bị thay đổi, và chúng hoạt động nh trên phần cứng thật sự.

o
Para

virtualization
: Các hệ điều hành khách sẽ bị thay đổi để hoạt động tốt
hơn với phần cứng. Tuy nhiên dạng này thờng có hạn chế là hỗ trợ khá ít
các loại hệ điều hành khách.
7

2.1.

Kiến

trúc

máy

chủ

ESX/ESXi. ESX

Server

là

lõi

của

bộ

phần

mềm

Vmware

ảo

chạy

trên
máy

chủ.

SC

bao

gồm

các

dịch

vụ

nh:

tờng

lửa,

SNMP

agent


hạ

tầng

của

Vmware.Để chạy môi trờng cơ sở hạ tầng VMware, cần ít nhất các thành phần sau đây:

 ESX Server: nền tảng ảo hóa đợc sử dụng để tạo ra các máy ảo nh là một
tập hợp các tập tin cấu hình và cùng thực hiện tất cả các chức năng của một
máy vật lý. Các máy chủ cung cấp quản lý, khởi động và các dịch vụ khác
quản lý các máy ảo.

 VI Client: Một giao diện đồ họa ngời dùng đợc sử dụng để truy cập hoặc
một máy chủ ESX hoặc VirtualCenter Server.

 Kho dữ liệu: nơi lu trữ cho các tập tin máy ảo đợc chỉ định khi tạo máy ảo.
Kho dữ liệu ẩn các đặc tính tùy chọn lu trữ khác nhau (chẳng hạn nh khối
VMFS trên ổ đĩa SCSI của máy chủ, hệ thống ổ đĩa Fibre Channel SAN, hệ
thống

ổ

đĩa

iSCSI


Sử

dụng

hạ

tầng

Vmware

trong

trung

tâm

dữ

liệu.Cơ sở hạ tầng VMware đợc sử dụng phổ biến nhất trong trung tâm dữ liệu.
Quản trị trung tâm dữ liệu sử dụng cơ sở hạ tầng VMware cho:

 Giải

quyết

các


 Cung cấp máy chủ mới trong các máy ảo, chỉ mất vài phút, với các máy chủ
vật lý có thể mất vài ngày hoặc vài tuần.

3.3.

Sử

dụng

VDI

với

hạ

tầng

Vmware.Virtual Desktop Infrastructure là mô hình kiến trúc hạ tầng cho việc kết nối sử
dụng các

máy tính cá

nhân ảo hóa, cung cấp đầy đủ khả năng và

môi trờng làm
việc cho ngời dùng nh trên máy tính thật. Những máy tính ảo hóa đợc lu trữ tại


cho

phép

chuyển

đổi

phần
cứng vào phần mềm.

 Các máy ảo dễ dàng quản lý, di chuyển và sao chép bởi chúng đợc gói gọn
trong một tập hợp các tập tin.
9

 VMware bao gồm cả hai công nghệ ảo hóa: Bare-Metal Hypervisor và Host-
Based Hypervisor.

CHƠNG

II

-


phần

cứng

cho

máy

chủ

ESX.Một số điều quan trọng cần lu ý trớc khi lập kế hoạch cài đặt ESX Server:

 Kết nối vật lý từ các máy chủ ESX đến mạng máy ảo.

 Kết nối vật lý từ máy chủ ESX đến vùng quản lý.

 Cài đặt các thành phần phần mềm trên ổ đĩa cục bộ hoặc ổ đĩa từ hệ thống
lu trữ (nh Fibre Channel hoặc iSCSI)

Ổ đĩa x86 có thể có tối đa bốn phân vùng chính. Để phá vỡ các giới hạn của
bốn phân vùng, phân vùng mở rộng có thể đợc tạo ra. Trong phân vùng mở rộng,
phân vùng logic đợc chia nhỏ không gian hơn nữa. Tạo phân vùng mở rộng đợc
thực hiện bằng cách cài đặt ESX.

1.2.



trong

hai

chế

độ,

đồ

họa

hoặc

văn

bản.

Nếu
không có phím nào đợc nhấn trong vòng 1 phút, việc cài đặt sẽ tiến hành trong
chế độ đồ họa. Chế độ đồ họa là chế độ điển hình để lựa chọn, tuy nhiên, cài đặt
trong

chế

độ

văn


Xây

dựng

phân

vùng

ổ

đĩa

cho

dịch

vụ

Console.Bộ cài đặt ESX cung cấp cách cài đặt cho các ổ đĩa gồm ổ đĩa cục bộ và ổ
đĩa lu trữ qua mạng.
10

2.2.



phục

s̣

cố

cho

máy

chủ

ESXXử lý sự cố là một quá trình có hệ thống. Nếu sử dụng logic và kiến thức sẽ
có thể để cô lập các vấn đề một cách có hệ thống. Hầu hết các vấn đề máy chủ ESX
đợc gây ra bởi:

 Các vấn đề phần cứng - Ví dụ, CPU bị lỗi hoặc bộ nhớ lỗi.

 Mất cấu hình - Ví dụ, chuyển đổi ảo của giao diện điều khiển dịch vụ không
ánh xạ đợc tới các NIC vật lý thích hợp, hoặc lu trữ

mạng LUNs không
nhìn thấy đợc do cấu hình quy hoạch không chính xác trên lu trữ mạng.

 Thiếu quy hoạch - Ví dụ, không đủ bộ nhớ, CPU, cạc mạng, hoặc không gian
đĩa.


ESX,

sử

dụng

để

kết

nối

với

VirtualCenter.

Khi

một

máy

chủ

ESX
đợc

quản



để kết nối trực tiếp vào máy chủ ESX trong trờng hợp bất thờng, ví dụ, máy chủ
VirtualCenter lỗi hoặc xử lý sự cố bằng dòng lệnh.

2.2.

Kiến

trúc

VirtualCenter.Các kiến trúc VirtualCenter bao gồm các dịch vụ và các giao diện sau đây:

 Dịch vụ lõi: Các chức năng cốt lõi của máy chủ VirtualCenter, chẳng hạn
nh anagement các nguồn lực và các máy ảo, công việc lên lịch, thống kê
khai thác gỗ, quản lý báo động và các sự kiện, cung cấp máy ảo và máy
chủ và cấu hình máy ảo.

 Dịch

vụ

phân

phối:

Các


sở

dữ

liệu:

Cung

cấp

truy

cập

vào

cơ

sở

dữ

liệu
VirtualCenter.

 Quản

lý

ESX


thêm

vào

kho

của

VirtualCenter.
VirtualCenter

Agent

giao

tiếp

với

các

agent

máy

chủ

chuyển


ngời
dùng trong miền

 VI API: Cùng với VI SDK cung cấp một giao diện cho phép ghi các ứng
dụng tùy chỉnh mà truy cập các chức năng của VirtualCenter.
12

2.3.

Cơ

sở

dữ

liệu

của

VirtualCenter.Trớc khi cài đặt VirtualCenter máy chủ chắc chắn rằng phải có hệ quản trị
cơ sở dữ liệu đã sẵn sàng. Danh sách các hệ cơ sở dữ liệu đợc hỗ trợ và yêu cầu:
Oracle 9iR2, 10gR1 (phiên bản 10.1.0.3 và cao hơn), 10gR2, Microsoft SQL Server
2000 (Bản SP4 Standard hoặc Enterprise)


tiếp

trực

tiếp

với

một

máy

chủ

ESX.
VirtualCenter Server vợt qua các lệnh vào quản lý máy chủ ESX.

III.

XÂY

D̣NG

VIRTUALCENTER3.1.

Tạo


mẫu.Máy ảo mẫu là một hình ảnh tổng thể của một máy ảo có thể đợc sử dụng
để tạo ra và cung cấp các máy ảo mới. Hình ảnh này thờng bao gồm một hệ điều
hành xác định, một bộ các ứng dụng, cấu hình và các thành phần phần cứng ảo. Một
template

có

thể

đợc

lu

trữ

trong

cả

hai

định

dạng

ổ



ảo

mẫu.Có hai cách để tạo ra một khuôn mẫu: Clone Template và Chuyển đổi sang
mẫu. Khi bạn sao chép một máy ảo mẫu, VM gốc đợc giữ lại.

3.3.

Triển

khai

máy

ảo

từ

mẫu.Để triển khai một máy ảo từ một mẫu, kết nối với VirtualCenter sử dụng VI
Client. Hiển thị các máy ảo và thống kê các mẫu. Kích chuột phải vào mẫu, sau đó
chọn Triển khai máy ảo từ mẫu này. Trình hớng dẫn mẫu Triển khai yêu cầu cho
thông tin triển khai máy ảo.

3.4.


ảo

giữa

các

máy

chủ

ESX:

Di

chuyển

lạnhDi chuyển lạnh đợc sử dụng để di chuyển một máy ảo từ một máy chủ ESX
khác trong khi máy ảo đó tắt. Với di chuyển lạnh, tất cả các file của máy ảo có thể
hoặc không thể di chuyển. Hãy nhớ rằng các file của máy ảo đợc đặt trong một th
mục con trên kho dữ liệu hoặc VMFS kho dữ liệu một NFS. Khi các máy chủ ESX
đích không thể để xem các tập tin của máy ảo (bởi vì, các file của máy ảo đợc đặt
trong kho dữ liệu cục bộ trên các máy chủ ESX nguồn), sau đó các tập tin phải đợc
di chuyển đến kho dữ liệu hiển thị cho các máy chủ ESX đích theo thứ tự đợc di
chuyển. Các tiện ích chuyển đổi cung cấp sự lựa chọn để di chuyển các máy ảo từ
một máy chủ khác, hoặc di chuyển các tập tin máy ảo từ một kho dữ liệu khác, hoặc
cả hai.


nguyên.Một vùng tài nguyên cho phép quản trị viên phân chia và phân bổ nguồn lực
cho các máy ảo và vùng tài nguyên khác. Một vùng tài nguyên cho phép kiểm soát
CPU và tài nguyên bộ nhớ của các tài nguyên tính toán, đó có thể là một máy chủ
độc

lập

hoặc

một

cụm

VMware

DRS.

Vùng

tài

nguyên

cũng

đợc


làm việc trong

một

máy ảo tiếp tục trong
suốt thời gian di trú. Toàn bộ trạng thái của máy ảo đợc chuyển vào máy chủ ESX
mới ngay cả trong khi lu trữ dữ liệu vẫn còn trong cùng một kho dữ liệu.

3.8.

VMware

DRS

(Kế

hoạch

phân

phối

tài

nguyên)Khi kích hoạt một cụm cho DRS, VirtualCenter liên tục giám sát việc phân
phối các nguồn tài nguyên CPU và bộ nhớ cho tất cả các máy chủ và máy ảo trong


o

Khái

niệm

về

phần

mềm,

kiến

trúc

của

Virtual

Center

và

triển

khai
máy chủ Virtual Center.



NỐI

MẠNGCác tính năng kết nối mạng của máy chủ ESX cho phép máy ảo giao tiếp với
các máy ảo khác trong cùng một máy chủ ESX và với các máy bên ngoài, cho phép
giao diện điều khiển dịch vụ để kết nối và cho phép VMkernel tận dụng lợi thế của
lu trữ dựa trên IP và VMotion.

1.1.

Tạo

chuyển

mạch

ảoChuyển mạch ảo là một cấu trúc phần mềm, thực hiện trong VMkernel, cung
cấp

kết

nối

mạng

1.2.

Thay

đổi

cấu

hình

chuyển

mạch

ảo1.2.1.

Các

thuộc

tính

chuyển

mạch

ảo:


ảo

và

chính

sách

kết

nối.
16

Có

ba

chính

sách

kết

nối:

Bảo


2.1.

Kỹ

thuật

Fibre

Channal

SANFibre Channel là

một

giao thức truyền tải tốc độ cao

sử

dụng

cho

khu vực
lu trữ mạng (SAN). Fibre Channel đóng gói lệnh SCSI, đợc truyền giữa các nút
Fibre Channel. Nói chung, một nút Fibre Channel là một máy chủ, hệ thống lu trữ
hoặc một băng đĩa từ. Một chuyển mạch Fibre Channel liên kết nối nhiều nút, tạo

là

một

chuẩn
công nghiệp phát triển để cho phép truyền tải các lệnh SCSI qua mạng IP hiện có
bằng cách sử dụng giao thức TCP/IP.

2.3.

Kho

d̃

liệu

VMFSVMFS của VMware chỉ đợc 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
đợc

gộp

vào

phiên

bản


NAS

và

kho

d̃

liệu

NFSNAS (network-attached storage) là

một thiết

bị lu trữ

chuyên dụng để kết
nối đến mạng và có thể cung cấp dịch vụ truy cập tập tin đến một máy chủ ESX.
17

Máy chủ ESX sử dụng giao thức NFS để giao tiếp với máy chủ NAS. Máy chủ ESX
chỉ hỗ trợ NFS phiên bản 3 trên công nghệ TCP.



luDữ liệu lu trữ trong ổ đĩa vật lý riêng biệt không chỉ làm cho sao lu linh
hoạt hơn, mà nó cũng cho phép triển khai linh hoạt hơn từ các mẫu máy ảo. Có thể
cấu hình các ứng dụng trong các mẫu để giữ cho dữ liệu trên ổ đĩa riêng biệt, và sau
đó cung cấp một ổ đĩa trống mới cho dữ liệu bất cứ khi nào máy ảo đợc triển khai.

Sao

lu

từ

bên

trong

máy

ảo,

bằng

cách

sử

dụng

năng

sẵn

sàng

cao

của

máy

ảo.Có ba phơng án thực hiện chính cho triển khai phân cụm các máy chủ ESX:

• Phân cụm trong 1 hộp: điều này cung cấp cách phân cụm đơn giản để đối
phó với lỗi phần mềm hoặc lỗi quản trị. Phân cụm bao gồm nhiều máy ảo trên một
máy chủ ESX.

• Phân

cụm

trên

nhiều

hộp:

18

ảo từ máy chủ đang ở trạng thái “off” đó sang một máy chủ khác đang hoạt động.
Theo cách đó, máy ảo có thể đợc thiết lập và chạy một cách kịp thời.

Đây là một tính năng rất mạnh vì nó có nghĩa rằng bất cứ hệ điều hành nào
hoặc thiết bị nào cũng đều mang tính hiện hữu cao bằng cách sử dụng kết hợp bên
trong sơ sở hạ tầng VMware Infrastructure.

Một số điều kiện để làm cho Vmware HA làm việc, bao gồm:

 VMware Infrastructure Suite Standard hoặc Enterprise (không thể thực hiện
với ESXi bản miễn phí hay thực hiện với bộ VMware Foundations Suite).

 Tối thiểu phải có hai hệ thống máy chủ ESX.

 Một SAN chia sẻ hoặc một NAS giữa các máy chủ ESX, ở đó các máy ảo sẽ
đợc

lu

trữ.

Cần

lu ý



của

CPU

giữa

các

máy

chủ.

Cách

dễ

dàng

nhất

để
kiểm tra vấn đề tơng thích này là sử dụng Vmotion của một máy ảo từ một
máy chủ này đến một máy chủ khác và xem xem điều gì xảy ra. Sự không
tơng thích CPU

Nếu không thể hoàn tất đợc khả năng tơng thích CPU giữa các máy chủ
trong

hệ

 Cung cấp khả năng sẵn có cao cho tất cả các máy ảo với mức chi phí thấp
nhất (đợc so sánh với việc mua một giải pháp HA).

 Các công việc cho bất cứ hệ điều hành nào chạy bên trong VMware ESX.

 VMware HA dễ dàng trong việc cấu hình. Nếu có thiết bị

phù hợp, đăng ký
và VMware Infrastructure đã đợc thiết lập thì bạn có thể cấu hình VMware
HA

một cách nhanh chóng.
19

 Các công việc với DRS (bộ phân phối tài nguyên) để khi các máy ảo sẽ đợc
mang đến các host khác trong hệ thống tài nguyên do một lỗi host nào đó thì
DRS sẽ đợc sử dụng để xác định nơi tải đó sẽ đợc thay thế và cân bằng tải
đó.

3.3.

Đánh

giá

th̉


o Các máy chủ được quản lý bởi 01 máy chủ VirtualCenter (máy ảo, cài trên
hệ điều hành Windows 2003 enterprise).

o Các

máy

ảo

được

quản

lý

và

giám

sát

trạng

thái

hoạt

động

cũng
b.

Trang lu trữ các phần mềm dùng chung (FTP Server)
c.


Kết

chơngo Các kỹ thuật thiết lập và cấu hình chuyển mạch ảo.

o Các kỹ thuật lu trữ, đảm bảo an toàn dữ liệu và các máy ảo.

o Kỹ thuật đảm bảo tính sẵn sàng cao của hệ thống.

o Triển khai thử nghiệm tại Trung tâm Giải pháp và Tích hợp Hệ thống – Công
ty Viễn thông Viettel.
22

KẾT

LUẬNNhững

kết

quả



-

Việc áp dụng công nghệ ảo hóa máy chủ nhằm tiết kiệm không gian sử dụng,
nguồn điện và giải pháp tỏa nhiệt trong trung tâm dữ liệu. Ngoài ra việc giảm
thời gian thiết lập máy chủ, kiểm tra phần mềm trớc khi đa vào hoạt động
cũng là một trong những mục đích chính khi ảo hóa máy chủ. Công nghệ mới
này sẽ tạo ra những điều mới mẻ trong
t
duy của các nhà quản lý công nghệ
thông tin về tài nguyên máy tính. Khi việc quản lí các máy riêng lẻ trở nên dễ
dàng hơn, trọng tâm của CNTT có thể chuyển từ công nghệ sang dịch vụ.

KIẾN

NGHỊ

VÀ

HỚNG

PHÁT

TRIỂN

TIẾP

THEO
hớng

phát

triển

tiếp

theo:

Nghiên

cứu

về

công

nghệ

Điện

toán

đám
mây (Cloud Computing) và Phần mềm nh một dịch vụ (SaaS).
23

Hardware

Support

for

Efficient

Processor
Virtualization",

Neiger, Gil; A. Santoni, F. Leung, D. Rodgers, R. Uhlig, 2008

[6] VMware and CPU Virtualization Technology, Jack Lo, 2005

[7] "Virtualize Your IT Infrastructure", VMWare , 2011.

[8]

[9]