S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

i
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

NGUYỄN VIỆT DŨNG

ẢO HÓA MÁY CHỦ VÀ ỨNG DỤNG TẠI
TRƢỜNG CAO ĐẲNG SƢ PHẠM THÁI NGUYÊN

Chuyên ngành: Khoa học máy tính
Mã số: 60.48.01
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Phạm Thế Quế



Tôi xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Phạm Thế Quế đã tận tình
hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Tôi xin cám ơn tập thể các thầy giáo, cô giáo của Đại học Công nghệ thông
tin & truyền thông - Đại học Thái Nguyễn và Viện Công nghệ thông tin- Truyền
thông đã trang bị cho tôi những kiến thức nền tảng cần thiết.
Tôi xin cám ơn gia đình và bạn bè đã hỗ trợ và động viên để tôi có thể hoàn
thành luận văn này.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình thực hiện, luận văn chắc chắn
vẫn còn nhiều thiếu sót. Tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của mọi
người về nội dung luận văn để có thể tiếp tục phát triển hướng nghiên cứu này
trong tương lai.

Thái Nguyên, ngày 15 tháng 9 năm 2013
Tác giả luận văn Nguyễn Việt Dũng

1.6.1. Ưu điểm 17
1.6.2. Nhược điểm 18
1.7. An toàn, bảo mật khi triển khai ảo hóa máy chủ 19
1.7.1. Giải quyết sự cố 19
1.7.2. Vấn đề bảo mật 19

S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

iv
CHƢƠNG 2. CÔNG NGHỆ ẢO HOÁ MÁY CHỦ VỚI VMWARE ESX SERVER . 20
2.1. Một số công nghệ ảo hoá máy chủ 20
2.1.1. Công nghệ ảo hoá Virtuozzo Containers của Parallels 20
2.1.2. Công nghệ ảo hoá XenServer của Citrix 22
2.1.3. Công nghệ ảo hoá Hyper - V của Microsoft 24
2.2. Cấu trúc Vmware Esx Server 27
2.2.1. Hệ điều hành điều khiển (Console Operating System) 29
2.2.2. Vmkernel (lõi điều khiển chính) 29
2.2.3. The ESX Boot Process (Qúa trình khởi động máy chủ ESX) 30
2.2.4. Phần cứng ảo (HardwareVirtualization) 31
2.2.5. Tính năng Của ESX Server 31
Chƣơng 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH ỨNG DỤNG ẢO HÓA MÁY CHỦ TẠI
TRƢỜNG CAO ĐẲNG SƢ PHẠM THÁI NGUYÊN 38
3.1. Giới thiệu về trường Cao đẳng Sư phạm Thái Nguyên 38
3.2. Nhu cầu sử dụng & hiện trạng hệ thống thông tin của trường Cao đẳng Sư
phạm Thái Nguyên 38
3.2.1. Nhu cầu sử dụng 38
3.2.2. Hiện trạng hệ thống thông tin trường Cao đẳng Sư phạm Thái Nguyên 40
3.3. Giải pháp triển khai ứng dụng ảo hóa máy chủ vào hệ thống thông tin trường
Cao đẳng Sư phạm Thái Nguyên 42

CPU (Control Proccessing Unit)
Distributed Power Manager
Full virtualization
Hardware-Assisted virtualization
HCL (Hardware Compatibility List)
Hypervisor
Hyper-V
Host
I/O
Intel - VT
ISA (Instruction Set Architecture)
Lilo
Live Migration
Migration
OS (Operating System)
Paravitualization
Para-virtualization
Single point of failure
The ESX Boot Process
Update Manager
Virtualization
Vmkernel
VM (Virtual Machine)

Hệ điều hành điều khiển
Bộ vi xử lý
Quản lý phân phối điện năng
Ảo hóa toàn phần
Ảo hóa có hỗ trợ của phần cứng
Danh sách phần cứng tương thích

Hình 1.5: Kiến trúc Monolithic Hypervisor 10
Hình 1.6: Kiến trúc Microkernelized Hypervisor 11
Hình 1.7: Kiến trúc ảo hóa Hybrid 12
Hình 1.8: Ảo Hóa Toàn Phần - Full Virtualization 13
Hình 1.9: Ảo hóa song song (Paravirtualization) 14
Hình 1.10: Mô hình Application Streaming của Citrix 16
Hình 2.1: Kiến trúc ảo hoá Virtuozzo Containers 20
Hình 2.2: Thống kê tình hình sử dụng tài nguyên của các máy ảo trên
cùng hệ thống (Cửa sổ Parallels Management Console) 22
Hình 2.3: Cửa sổ làm việc XenServer 23
Hình 2.4: Kiến trúc Hyper - V 26
Hình 2.5: Cấu trúc của ESX Server. 28
Hình 2.6: Sơ đồ tương tác trong ESX Server 28
Hình 2.7: Sơ đồ phân phối card mạng 31
Hình 2.8: Sơ đồ hoạt động của VMFS 32
Hình 2.9: Sơ đồ hoạt động của Vmware High Availability 33
Hình 2.10: Mô hình hoạt động của VMmonitor 34
Hình 2.11: Mô hình hoạt động của Vmware Consolidated Backup 35
Hình 2.12: Mô hình hoạt động của DRS 36
Hình 2.13: Mô hình hoạt động của Vmware vsphere data recovery 37
Hình 2.14: Mô hình VirtualCenter Manager 37
Hình 3.1: Sơ đồ khái quát hiện trạng hệ thống thông tin của Trường CĐSP
Thái Nguyên 40

S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

viii
Hình 3.2: Mô hình triển khai ứng dụng ảo hóa máy chủ vào hệ thống thông tin
trường Cao đẳng Sư phạm Thái Nguyên 43

ix
Hình 3.29: Thực hiện Restore Cơ sở dữ liệu vào Microsoft SQL Server 60
Hình 3.30: Cơ sở dữ liệu chạy phần mềm Eduman 60
Hình 3.31: Cửa sổ khởi động Eduman trên máy Client 62
Hình 3.32: Cửa sổ đăng nhập hệ thống 63
Hình 3.33: Cửa sổ làm việc của Eduman với User Admin 63
Hình 3.34: Đăng nhập phần mềm với user P.Daotao 64
Hình 3.35: Cài đặt các component cần thiết 64
Hình 3.36: Giao diện Mdeamon Mail Server 65
Hình 3.37 : Tạo người dùng trong máy chủ mail 65
Hình 3.38: Gởi mail từ user1 66
Hình 3.39: Kiểm tra thư tại user2 66
Hình 3.40: Cài đặt các component cần thiết 67
Hình 3.41: Chọn các component 67
Hình 3.42: Kiểm tra Web Server 68
S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

1
MỞ ĐẦU
Trong vài thập niên trở lại đây, nhân loại chứng kiến sự phát triển như vũ

S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

2
 Tạo lập được môi trường kiểm tra chạy thử ứng dụng mà không cần đầu tư
thêm hệ thống mới.
 Dễ dàng trong việc mở rộng hệ thống.
 Tạo lập sự tương thích đối với việc sử dụng các chương trình cũ.
Ngoài những lợi ích trên, ảo hóa máy chủ là công nghệ có thể cho phép tạo
lập các siêu máy tính (các máy tính với năng lực xử lý không lồ) bằng cách hợp
nhất các hệ thống máy chủ vào một máy logic.
Với những lợi ích cùng khả năng ứng dụng to lớn của công nghệ “Áo hóa
máy chủ”, tôi quyết định chọn đề tài “Ảo hóa máy chủ và ứng dụng tại trường Cao
Đẳng Sư Phạm Thái Nguyên” để làm luận văn cao học của mình, góp phần giúp
tôi học tập nâng cao trình độ chuyên môn, phục vụ cho bản thân và cơ quan nơi tôi
đang công tác. S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

3
Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ ẢO HOÁ MÁY CHỦ

hơn thế và nơi gặt hái được nhiều thành công và tạo nên thương hiệu của công nghệ
ảo hóa đó chính là trong môi trường hệ thống máy chủ ứng dụng và hệ thống mạng.
Ảo hóa máy chủ thực sự không được quan tâm cho đền những năm gần đây.
Do còn nhiều vấn đề về công nghệ và người dùng chưa thực sự quan tâm tới lợi ích
cũng như còn thiếu một đội ngũ am hiểu về công nghệ này nên việc áp dụng nó vào
hệ hệ thống là rất dè dặt. Nhưng khi đối mặt với thực trạng khủng hoảng của nền
kinh tế toàn cầu thì bất kì một cơ quan, tổ chức, doanh nghiệp nào cũng cần chú tâm
để tìm một giải pháp tiết kiệm hơn. Đây cũng là lúc công nghệ ảo hóa tìm được chỗ
đứng vững chắc cho mình trong lĩnh vực công nghệ thông tin trên thế giới.
Hiện nay có nhiều nhà cung cấp các sản phẩm máy chủ và phần mềm điều
khiển chú tâm đầu tư nghiên cứu và phát triển công nghệ này như là HP, IBM,
Microsoft và Vmware. Nhiều dạng ảo hóa được đưa ra và có thể chia thành hai dạng
chính là ảo hóa cứng và ảo hóa mềm. Từ hai dạng trên, sau này mới phát triển thành
nhiều loại ảo hóa có chức năng và cấu trúc khác nhau như VMM-Hypervisor,
VMM, Hybrid…
Ảo hóa cứng còn được gọi là phân thân máy chủ. Dạng ảo hóa này cho phép
tạo nhiều máy ảo trên môt máy chủ vật lý. Mỗi máy ảo chạy hệ điều hành riêng và
được cấp phát các tài nguyên phần cứng như số xung nhịp CPU, ổ cứng và bộ nhớ
Các tài nguyên của máy chủ có thể được cấp phát động một cách linh động tùy theo
nhu cầu của từng máy ảo. Giải pháp này cho phép hợp nhất các hệ thống máy chủ
cồng kềnh thành một máy chủ duy nhất và các máy chủ trước đây bây giờ đóng vai
trò là máy ảo ứng dụng chạy trên nó.
Ảo hóa mềm còn gọi là phân thân hệ điều hành. Nó thực ra chỉ là sao chép
bản sao của một hệ điều hành chính làm nhiều hệ điều hành con và cho phép các
máy ảo ứng dụng có thể chạy trên nó. Như vậy, nếu hệ điều hành chủ là Linux thì

S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

5

1.2.3. Máy ảo (virtual machine)
Thuật ngữ máy ảo được dùng chung khi miêu tả cả máy ảo (lớp 3) và hệ điều
hành ảo (lớp 4). Máy ảo thực chất là một phần cứng ảo, một môi trường hay một
phân vùng trên ổ đĩa. Trong môi trường này có đầy đủ thiết bị phần cứng như một
máy thật . Đây là một kiểu phần mềm ảo hóa dựa trên phần cứng vật lý. Các hệ
điều hành khách mà chúng ta cài trên các máy ảo này không biết phần cứng mà nó
nhìn thấy là phần cứng ảo.
1.2.4. Hệ điều hành khách(guest operating system)
Hệ điều hành khách được xem như một phần mềm (lớp 4) được cài đặt trên
một máy ảo (lớp 3) giúp ta có thể sử dụng dễ dàng và xử lý các sự cố trong môi
trường ảo hóa. Nó giúp người dùng có những thao tác giống như đang thao tác trên
một lớp phần cứng vật lý thực sự.
Khi có đủ các thành phần trên, người dùng có thể xây dựng cho mình một hệ
thống ứng dụng ảo hóa. Ngoài việc lựa chọn phần cứng cho thích hợp, người dùng
còn cần cân nhắc xem phải sử dụng phần mềm ảo hóa gì hoặc loại ảo hóa nào. Điều
này rất quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất làm việc cho hệ thống.
1.3. Giới thiệu các kiến trúc & các mức độ ảo hóa
Xét về kiến trúc hệ thống, các kiến trúc ảo hóa hệ thống máy chủ có thể chia
thành các dạng dạng chính sau:
 Host-based
 Hypervisor-based (còn gọi là bare-metal hypervisor, nó được chia nhỏ ra
làm hai loại là Monothic Hypervisor và Microkernel Hypervisor)
 Hybrid.
Ngoài ra, tùy theo từng sản phẩm ảo hóa được triển khai (như Vmware,
Microsoft HyperV, Citrix XEN Server) mà mức độ ảo hóa cụ thể sẽ khác nhau. Các
mức độ ảo hóa bao gồm:
 Ảo hóa toàn phần (Full-virtualization): Hệ điều hành khách (Các hệ điều
hành cài trên máy chủ ảo) không bị thay đổi, và chúng hoạt động như trên phần
cứng thật sự.



8
 Hệ thống virtual machine monitor (hypervisor) : Chạy trên nền tảng hệ
điều hành Host, các hệ thống này lấy tài nguyên và dịch vụ do hệ điều hành host
cung cấp, thực hiện việc quản lý, phân chia trên các tài nguyên này.
 Các ứng dụng máy ảo: Sử dụng tài nguyên do hypervisor quản lý.
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 :
 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,
 Khi hệ điều hành nhận được các yêu cầu này. Nó liên lạc với trình điều
khiển thiết bị phần cứng.
 Các trình điều khiển thiết bị phần cứng liên 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.
Một số hệ thống hypervisor dạng Hosted-base có thể kể đến như Vmware
Server,Microsoft Virtual PC, máy ảo Java
1.4.2. Kiến trúc ảo hóa Hypervisor-based
Còn gọi là kiến trúc bare-metal hypervisor. Trong mô hình này, lớp phần
mềm hypervisor chạy trực tiếp trên nền tảng phần cứng của máy chủ, không thông
qua bất kì một hệ điều hành hay một nền tảng nào khác. Qua đó, các hypervisor này
có khả năng điều khiển, kiểm soát 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
chạy trên một lớp nằm phía trên các hypervisor dạng bare-metal. Hình vẽ sau sẽ
minh họa cụ thể hơn cho vấn đề này:

ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

10
a. 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 quả cao, nhưng cũng giống như bất kì các giải
pháp khác, bên cạnh mặt ưu điểm thì nó cũng còn có những nhược điểm. Vì trong
quá trình hoạt động, 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 dạng, nhiều chủng 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 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 1.5: Kiến trúc Monolithic Hypervisor S

1.5. Các mức độ ảo hóa
1.5.1. 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 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 phần mềm đó như 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.
Trình điều khiển máy ảo phải cung cấp cho máy ảo một “ảnh” của toàn bộ hệ
thống, bao gồm BIOS ảo, không gian bộ nhớ ảo, và các thiết bị ảo. Trình điều khiển
máy ảo cũng phải tạo và duy trì cấu trúc dữ liệu cho các thành phần ảo(đặc biệt là
bộ nhớ), và cấu trúc này phải luôn được cập nhật cho mỗi một truy cập tương ứng
được thực hiện bởi máy ảo.

S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

13

Hình 1.8: Ảo Hóa Toàn Phần - Full Virtualization
1.5.2. Paravirtualization - Ảo hóa song song
Là một phương pháp ảo hóa máy chủ mà trong đó, thay vì mô phỏng một
môi trường phần cứng hoàn chỉnh, phần mềm 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 môt
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).
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 áo phải được chỉnh sửa. Điều này có nghĩa là không phải

các công ty tận dụng hiệu suất phần cứng các máy chủ, chứ không bị giới hạn
phần cứng mà các trình điều khiển phải sẵn có trong phần mềm ảo hóa này như
trong ảo hóa mô phỏng phần cứng.
Tuy nhiên, phương pháp ảo hóa này cũng có một nhược điểm lớn: Do ít quan
trọng và dồn truy cập vào một phần cứng cơ sở, ảo hóa song song yêu cầu các hệ
điều hành chủ phải được thay đổi để tương tác với giao diện của nó. Công việc này
chỉ có thể được thực hiện khi truy cập mã nguồn của hệ điều hành
Do đó, nhược điểm này sẽ được giảm thiểu khi sử dụng các máy chủ có các
con chip mới trong cơ sở hạ tầng sản xuất. Một ví dụ của ảo hóa song song là một S
ố hóa bởi Trung tâm Học liệu

15
sản phẩm nguồn mở mới có tên gọi Xen, được công ty thương mại XenSource bảo
trợ. Xen cũng xuất hiện trong các nguồn phân phối Linux gần đây từ Red Hat và
Novell, và có trong nhiều nguồn phân phối cộng đồng Linux như Debian và
Ubuntu. XenSource cũng tự bán các sản phẩm dựa trên Xen. Một phần mềm tiềm
năng khác là Virtual Iron, một giải pháp dựa trên Xen
1.5.3. Ảo hóa hệ điều hành
Một hệ điều hành được vận hành ngay trên một hệ điều hành chủ đã tồn tại
và có khả năng cung cấp một tập hợp các thư viện tương tác với các ứng dụng,
khiến cho mỗi ứng dụng truy xuất tài nguyên phần cứng cảm thấy như truy xuất
trực tiếp máy chủ vật lý. Từ phối cảnh của ứng dụng, nó được nhận thấy và tương
tác với các ứng dụng chạy trên hệ điều hành ảo, và tương tác với hệ điều hành ảo
mặc dù nó kiểm soát tài nguyên hệ điều hành ảo. Nói chung, không thể thấy các ứng
dụng này hoặc các tài nguyên hệ điều hành đặt trong hệ điều hành ảo khác.
Phương pháp ảo hóa này đặc biệt hữu dụng nếu nhà cung cấp muốn mang lại
cho cộng đồng người sử dụng khác nhau các chức năng khác nhau của hệ thống trên