ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGUYỄN HỮU TÚ

TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ ẢO HÓA VÀ ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH
TRIỂN KHAI CHO CÁC ĐƠN VỊ VỪA VÀ NHỎ

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THỐNG THÔNG TIN

Hà Nội - Năm 2015 1


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGUYỄN HỮU TÚ

TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ ẢO HÓA VÀ ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH
TRIỂN KHAI CHO CÁC ĐƠN VỊ VỪA VÀ NHỎ

Ngành: Công nghệ thông tin
Chuyên ngành: Quản lý hệ thống thông tin
Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.NGUYỄN VĂN ĐOÀN

Hà Nội - Năm 2015
2


2.1.2

Các thành phần của điện toán đám mây .................................. 11

2.1.3

Cơ sở hạ tầng ............................................................................... 11

2.1.4

Những lợi ích của điện toán đám mây ...................................... 12

2.1.5

Các mô hình điện toán đám mây ............................................... 14

2.2 CÔNG NGHỆ ẢO HÓA ...................................................................... 19
2.2.1

Khái niệm..................................................................................... 20

2.2.2

Lịch sử ảo hóa.............................................................................. 21

2.2.3

Tại sao phải ảo hóa?.................................................................... 22

2.2.4

Tính năng chuyển đổi máy thật thành máy ảo (VMware
convert): ..................................................................................................... 42
3.2 Giải pháp ảo hóa mã nguồn mở KVM ............................................... 42
3.2.1

Các tầng siêu giám sát (Hypervisor) ......................................... 43

3.2.2

Mô phỏng thiết bị ( Quick emulator -QEMU)......................... 44

3.2.3

Ảo hóa mạng (Virtual networking) ........................................... 44

3.2.4

Công cụ và công nghệ ảo hóa ( VM tools and Technologies).. 45

3.2.5

Quán lý máy ảo ( Local management) ...................................... 45

3.3 Giải pháp ảo hóa của Citrix XEN ....................................................... 46
3.3.1

Giới thiệu Citrix .......................................................................... 46

3.3.2



Máy trạm

2

Cluster

Cụm máy chủ

3

Server

Máy chủ

4

Information Technology(IT)

Công nghệ thông tin

5

Datacenter

Trung tâm dữ liệu

6

Direct Attached Storage(DAS)


Giải pháp nền tảng như là một dịch
vụ

12

Network Attached Storage(NAS)

Lưu trữ qua mạng ip

13

Infrastrucure as a Service (IaaS)

Giải pháp hạ tầng như là một dịch vụ

14

Service Level Agreement(SLA)

Thảo thuận mức độ dịch vụ

15

Software as a Service(SaaS)

Giải pháp phần mềm như là dịch vụ

16


Hình 3.1 Kiến trúc cơ sở hạ tầng của trung tâm dữ liệu ..................................... 35
Hình 3.2 Kết nối hệ thống cơ sở dư liệu ............................................................ 36
Hình 3.3 : Kiến trúc mạng trong hệ thống VMware ........................................... 37
Hình 3.4 : Máy chủ quản lý tập trung ................................................................. 38
Hình 3.5 Kiến trúc ảo hóa trung tâm dữ liệu....................................................... 39
Hình 3.6 VMware Vmotion ................................................................................ 40
Hình 3.7 VMware DRS....................................................................................... 41
Hình 3.8 VMware Hight Availability ................................................................. 42
Hình 3.9 : Kiến trúc của KVM............................................................................ 43
Hình 3.10: Các phần lõi của thiết bị.................................................................... 44
Hình 3.11: Ảo hóa mạng trong KVM ................................................................. 45
Hình 3.12: Cấu trúc ảo hóa Hypervisor .............................................................. 50
Hình 3.13 Bảng giá của các phiên bản Windows Server 2008........................... 52
Hình 3.14 So sánh các giải pháp ảo hóa ............................................................. 53
Hình 4.1: Mô hình ảo hóa và giải pháp ảo hóa ................................................... 59

7


CHƢƠNG 1: ĐẶT VẤN
ĐỀ

1.1

Sự cần thiết của đề tài

Từ nhiều năm trở lại đây môi trường phát triển các ứng dụng CNTT đã
chuyển từ desktop sang môi trường Client - Server hoặc Web based Client
Server. Vì vậy mỗi nghiên cứu, mỗi ứng dụng CNTT phát sinh lại đòi hỏi phải
có những Server tương ứng.


nguyên và tổ chức chia sẻ tài nguyên cho người dùng (các server ảo với số
lượng CPU, RAM, dung lượng lưu trữ ngoài xác định theo từng nhu cầu cụ thể
của từng người dùng ở từng giai đoạn khác nhau). Thậm chí, nắm bắt nhu cầu
thị trường và dựa trên nền tảng của giải pháp này, đã xuất hiện những dịch vụ
cung cấp các tài nguyên ảo về tính toán xử lý thông tin, theo đó những đơn vị
không có đặc thù riêng nào đó có thể thuê bao các tài nguyên ảo và trả phí định kỳ.
Chính vì vậy tôi đã quyết định thực hiện đề tài ―Tìm hiểu công nghệ ảo
hóa và đề xuất mô hình triển khai cho các đơn vị vừa và nhỏ"
1.2

Mục tiêu ý nghĩa nghiên cứu:

Nghiên cứu này đề xuất xây dựng hệ thống tính toán xử lý thông tin của
nhà trường theo định hướng đầu tư tập trung các server, tích hợp chúng trong
một môi trường ảo hóa và tổ chức chia sẻ một cách tối ưu cho người dùng theo
nhu cầu ở từng giai đoạn cụ thể.
1.3 Phạm vi nghiên cứu
Công nghệ ảo hóa, các giải pháp ảo hóa mã nguồn mở, giải pháp ảo hóa
phải trả phí.
Không gian: Khảo sát cụ thể hạ tầng công nghệ thông tin trong Đại học
Quốc gia Hà Nội. Từ đó đề xuất mô hình ảo hóa và giải pháp ảo hóa hạ tầng tính
toán.
Thời gian: Trong thời gian từ tháng 1 năm 2012 đến tháng 01 năm 2015
1.4 Cấu trúc luận văn
Cấu trúc luận văn bao gồm 4 Chương:
Chƣơng 1: Đặt vấn đề
Chương này tập trung xây dựng tính cấp thiết của việc thực hiện
nghiêncứu cũng như phạm vi và thời gian nghiên cứu và những kết quả mong
muốn đạt được của đề tài.

lượng lớn máy chủ vượt xa sự mong muốn hoặc chi phí cho việc chạy chúng.
Ngoài ra, ta rất có thể chỉ cần một bộ xử lí mạnh, do đó ta không muốn mua và
chạy một server chuyên dụng. Giải phải đám mây đáp ứng cả 2 nhu cầu đó.
- Điện toán lưới (Grid Computing ): Điện toán lưới thường bị nhầm lần với
điện toán đám mây, nhưng chúng khá khác nhau. Điện toán lưới ghép tài nguyên
của nhiều máy tính để giải quyết một vấn đề trong cùng một thời gian.
Ưu điểm :
Đây là phương pháp hiệu quả về phí tổn để sử dụng một số lượng tài
nguyên máy tính.
 Là các để giải quyết các vấn đề khi cần một số lượng lớn toán phức tạp.
Tài nguyên nhiều máy tính có thể hợp tác chia sẻ, mà không có một máy
tính nào quản lí.
- Ảo hóa hoàn toàn ( Fullvirtualization) là một kĩ thuật mà trong đó cài đặt
đầy đủ một máy chạy trên một máy khác. Kết quả là một hệ thống sẽ có tất cả
phần mềm đang chạy trên server đều chạy trong một máy ảo.
Mục đích :
 Chia sẻ một hệ thống máy tính giữa nhiều người dùng.

Cô lập những người sử dụng với nhau và cô lập những người sử
dụng với chương trình điều khiển.
 Mô phỏng phần cứng trên thiết bị khác
- Ảo hóa một phần (Paravirtualization) Ảo hóa một phần cho phép nhiều hệ
điều hành chạy trên một thiết bị phần cứng tại cùng một thời điểm và hiệu quả
hơn cho việc sử dụng tài nguyên hệ thống, như vi xử lý và bộ nhớ. Ảo hóa
một phần làm việc tốt nhất với các dạng triển khai như :
Khôi phục sự cố (Disaster recovery) : Trong trường hợp một sự cố xảy ra,
đối tượng khách hàng có thể chuyển tới phần cứng khác cho đến khi thiết bị có
thể được sử chữa.



hàng sẽ truy cập chúng. Bất thiết bị truy cập web nào cũng có thể được sử dụng để
truy cập vào các nguồn tài nguyên thông qua các máy chủ ảo. Căn cứ vào tính
toán nhu cầu của khách hàng, cơ sở hạ tầng được phân bổ cho khách hàng có thể
được tăng lên hoặc hạ xuống.
Từ quan điểm kinh doanh điện toán đám mây là một phương pháp để giải
quyết khả năng mở rộng và những mối quan tâm cho các ứng dụng quy mô lớn,
trong đó bao gồm việc chi phí ít hơn. Bởi vì tài nguyên được phân bổ cho khách
hàng có thể dựa trên nhu cầu khác nhau của khách hàng và có thể được thực hiện
mà không phiền phức nào, các nguyên cần thiết là rất ít.
Những đặc trƣng của điện toán đám mây
Tự Sửa Chữa: Bất kỳ ứng dụng hoặc dịch vụ nào đang chạy trong một môi
trường điện toán đám mây có một tính chất tự sửa chữa. Trong trường hợp ứng
dụng thất bại, luôn luôn có một dự phòng tức thời của ứng dụng sẵn sàng để cho
công việc không bị gián đoạn. Có nhiều bản sao của cùng một ứng dụng - mỗi
bản cập nhật chính nó thường xuyên vì vậy ở những lần thất bại, có ít nhất một
bản sao của ứng dụng có thể lấy lên hoạt động mà thậm chí không cần thay đổi
nhỏ nào trong trạng thái chạy của nó.
Nhiều người sử dụng: Với điện toán đám mây, bất kỳ ứng dụng nào cũng
hỗ trợ đa người dùng - đó là khái niệm dùng để chỉ nhiều người sử dụng đám
mây trong cùng thời gian. Hệ thống cho phép một số khách hàng chia sẻ cơ sở
13


hạ tầng được phân bổ cho họ mà không ai trong họ nhận biết về sự chia sẻ này.
Điều này được thực hiện bởi việc ảo hóa các máy chủ trong một dải các máy
tính và sau đó cấp phát các máy chủ đến nhiều người sử dụng. Điều này được
thực hiện theo cách mà trong đó sự riêng tư của người sử dụng và bảo mật của dữ
liệu của họ không bị tổn hại.
Khả năng mở rộng tuyến tính: Dịch vụ điện toán đám mây có khả năng mở
rộng tuyến tính. Hệ thống có khả năng phân chia các luồng công việc thành phần nhỏ



 Hệ thống máy chủ
 Hệ thống lưu trữ
 Hệ thống mạng
- Dịch vụ các nền tảng ( Platform as a Service)
 Các hệ điệu hành chạy trên máy chủ
 Các nền tảng chạy ứng dụng trên hệ điều hành đó
- Ứng dụng ( Applications)
 Bao gồm các ứng dụng
 Các hệ thống quản lý

Hình 2.1 Hình Các mô hình điện toán đám mây

2.1.5.1
Dịch vụ các gói giải pháp hạ tầng (Infrastrucure as a
Service -IaaS):
Giải pháp hạ tầng như một dịch vụ là một mô hình triển khai ứng dụng mà ở
đó người cung cấp cho phép người dùng sử dụng dịch vụ theo yêu cầu. Những
nhà cung cấp IaaS có thể lưu trữ ứng dụng trên máy chủ của họ hoặc tải ứng
dụng xuống thiết bị của khách hàng sẽ vô hiệu hóa sau khi kết thúc thời hạn.
Một số phần mềm được cung cấp như :


Bùng nổ đám mây (Cloudbursting).



Điện toán nhiều bên thuê (Multi-tenant computing).


cách dự kiến ngân sách từ trước nhiều hơn để mua tài nguyên tốt nhất mà bạn có
thể tìm thấy.


Bạn sẽ gửi đi những gì để xử lý trong đám mây? Việc gửi các dữ liệu như
là thông tin nhận dạng cá nhân, thông tin tài chính, dữ liệu chăm sóc sức khỏe sẽ
đe dọa vi phạm tuân thủ quy định bảo vệ dữ liệu của Đạo luật Sarbanes-Oxley
(SOX), của Công nghiệp thẻ thanh toán (PCI), hoặc của Đạo luật di chuyển và
trách nhiệm về bảo hiểm y tế (HIPAA) của Mỹ.


Cần phải hiểu rõ các mối nguy hiểm của việc gửi đi các quá trình xử lý
quyết định hoạt động hàng ngày của doanh nghiệp. Một ý tưởng tốt là bắt đầu
bằng cách vẽ một bảng và đặt các quá trình xử lý liên quan đến dữ liệu thiết yếu
phải tuân thủ quy định vào một cột, các tác vụ thiết yếu cho kinh doanh vào cột thứ
hai, và các tác vụ không thiết yếu vào cột thứ ba. Sau đó, lập kế hoạch cho
phần mềm chỉ giảm tải các mục trong cột thứ ba trong vòng lặp đầu tiên


2.1.5.2 Giải pháp nền tảng nhƣ là một dịch vụ (Platform as a serivce PaaS).
Tiếp bước SaaS, Giải pháp nền tảng như là một dịch vụ là một mô hình
chuyển giao ứng dụng khác. PaaS cung cấp tất các tài nguyên được yêu cầu và

16


dịch vụ một cách đầy đủ từ Internet, mà không phải tải xuống và cài đặt phần
mềm.
Các đặc điểm :
 Dịch vụ PaaS bao gồm các dịch vụ thiết kế, phát triển, kiểm tra, tạo trang

17


Mối quan hệ giữa các nhóm điện toán đám mây và các phần tử của PaaS

2.1.5.3 Giải pháp dịch vụ nhƣ là một dịch vụ (Software as a Service SaaS).
Các đối tượng khách hàng thay vì phải mua các máy chủ, phần mềm và
phải trả tiền cho khu vực đặt máy chủ tại các trung tâm dữ liệu, thì họ có thể
thuê của các nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây và có thể chạy những thứ
họ muốn. SaaS cho phép ta thuê các tài nguyên như :
o Không gian máy chủ
o Thiết bị mạng
o Bộ nhớ
o CPU
o Không gian lưu trữ
SaaS khác với các công nghệ cũ, các ứng dụng, dữ liệu, quy trình kinh doanh
sẽ được quản lý tập trung. Việc kết hợp của nhiều công nghệ và dịch vụ tốt nhất sẽ
được đưa đến người dùng.
Hiện nay nhiều công ty áp dụng mô hình triển khai SaaS. Ví dụ bạn hãy
tưởng tượng có một ứng dụng web bán ra ngoài thị trường, bạn thấy rõ những
dấu hiệu báo trước sự thua lỗ của ứng dụng đó, rất mất thời gian setup một web
ứng dụng cho một máy chủ đơn lẻ và nhận ra rằng mẫu hình Phần mềm là dịch
vụ SaaS trên một cơ sở hạ tầng đám mây mà bạn đang hướng tới. Khi ứng dụng đã
nằm trên hạ tầng SaaS bạn rất dễ dàng cung cấp cho nhiều khách hàng.
Các yếu tố ảnh hướng đến việc chuyển đổi từ một ứng dụng web thành ứng
dụng SaaS bao gồm:
- Ứng dụng phải hỗ trợ nhiều bên thuê.
- Ứng dụng phải có một số mức tự đăng ký dịch vụ
18


Management,… Và ―ảo hóa‖ cũng không bó hẹp trong một lĩnh vực và mở rộng cho
toàn bộ hạ tầng công nghệ thông tin (CNTT), từ phần cứng như chip xử lý cho
đến hệ thống máy chủ và hệ thống mạng.
2.2.1

Khái niệm

Trước khi tiếp tục phân tích sâu thêm về ảo hóa, chúng ta hãy cùng xây
dựng một cách nhìn chung để giải đáp câu hỏi ảo hóa là gì? Có nhiều cách tiếp
cận khác nhau để giải thích khái niệm ảo hóa và nhiều khi nhận thức của chính
bộ phận IT trong các DN về thế nào là ảo hóa cũng không hoàn toàn thống nhất.
Trong cuộc thăm dò ý kiến do tổ chức Strategic Counsel thực hiện năm 2007, các
ý kiến đưa ra cho câu hỏi về khái niệm ảo hóa máy chủ được tổng hợp như trong
hình 1.2.1.80% số câu trả lời coi ảo hóa máy chủ đồng nghĩa với ảo hóa phần
cứng hoặc hệ điều hành (hardware/OS virtualization), 62% cho rằng ảo hóa là sự
phân chia tách bạch máy chủ thành các phần độc lập (hard partitioning), 59%
cho rằng các giải pháp cluster cũng được coi là ảo hóa.

Hình 2.3 Khái niệm ảo hóa máy chủ trong doanh nghiệp -Theo [3]

20


Theo [3] Độc lập với những ý kiến cụ thể như trên, chúng ta có thể hiểu
một cách khái quát và đơn giản khái niệm ảo hóa. Ảo hóa (virtualization), theo
đúng nghĩa của từ này, là làm cho một sự vật có bản chất A dường như trở
thành một sự vật khác có bản chất B từ góc nhìn của người sử dụng (NSD) sự
vật đó. Nói cách khác, NSD chỉ biết đến và chỉ nhìn thấy bản chất B của sự vật,
đối với họ bản chất A được ảo hóa thành bản chất B.
Áp dụng cách tiếp cận khái niệm ảo hóa như trên, trong trường hợp ảo

người sử dụng như trong hệ thống mainframe trước đây, CP cung cấp cho mỗi
21


người dung một máy ảo System/360 với mỗi máy lại có khả năng chạy bất kỳ
phần mềm nào có trên máy chủ và hoạt động như một máy tính cá nhân.
CMS: Cambridge Monitor System ( sau này đổi là Conversational
Monitor System) chạy như một Guest OS trong máy ảo được tạo ra bởi CP. Nó
hoạt động bằng cách tạo ra nhiều bản copy của CMS bên trong CP virtual
machines thay vì chạy nhiều bản virtual machine, điều này giúp giảm tiêu hao về
tài nguyên tốt hơn. CP/CMS virtual machine đã trở thành nền tảng quan trọng cho
những hệ thống ảo hóa sau này.
Năm 1970 IBM tung sản phẩm IBM/370. Nhưng điều khiến người dùng
thất vọng nhất về sản phẩm đó là nó không có tính năng virtual memory.
Năm 1972, IBM thay đổi hướng phát triển sản phẩm S/370 có tính năng
virtual memory, và công bố một số hệ thống virtual storage operation systems
bao gồm VM/370.
Năm 1999, VMware giới thiệu sản phẩm ảo hóa đầu tiên hoạt động trên
nền tảng x86, Vmware Virtual Platform.
Năm 2005 Phiên bản Destop Virtualization miễn phí ra đời
Năm 2006 Đây là năm ảo hóa có một bước tiến mới trong quá trình phát
triển , đó là sự ra đời của Application Virtualization và Application streaming.
Năm 2008 VMware giới thiệu sản phẩm VMware Workstation 6.5, sản
phẩm đầu tiên cho phép các chương trình của Windows và Linux
2.2.3

Tại sao phải ảo hóa?

Tại sao nên áp dụng ảo hóa? Một cách khái quát, lợi ích của việc áp dụng
các công nghệ ảo hóa có thể tóm gọn trong những điểm chính như sau.

chủ ảo nằm trên máy vật lý bị hỏng.
Những lợi ích thu được khi áp dụng ảo hóa đã thúc đẩy mạnh mẽ xu hướng
này trong các hệ thống IT. Kết quả khảo sát từ nhiều tổ chức khác nhau đều đã xác
nhận vị thế của xu hướng ảo hóa. Theo khảo sát của InformationWeek , khoảng
90% chuyên gia IT khẳng định rằng công ty của họ đã triển khai hoặc có kế hoạch
triển khai công nghệ ảo hóa.

11%

Phần trăm máy chủ đã ảo hóa

11%

Phần trăm máy chủ chưa ảo
hóa
Phần trăm máy chủ chuẩn bị ảo
hóa

13%
65
%

Phần trăm máy chủ ảo hóa
trong 12 tháng tới

Hình 2.4 Biểu đồ khảo sát mục đích ảo hóa?

23



20
%
10
%

Giảm

Khắc phục Kiểm thử

Quản lý

Khá
c

0
%
thiểu chi thảm họa
phí

phần
mềm

lưu trữ

Hình 2.5 Kết quả khảo sát 300 CIO về động lực sử dụng ảo hóa.

24