Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ ảo hóa Hyper-V phục vụ ảo hóa và sao lưu dự phòng
Với sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghệ thông tin (CNTT), các công nghệ cũ dần dần đã thể hiện nhiều mặt hạn chế nên không còn phù hợp với nhu cầu thực tiễn nữa, đặc biệt là đối với nhu cầu ngày càng cao và phức tạp của các doanh nghiệp như quản lý tập trung cơ sở dữ liệu, giảm thiểu chi phí về cơ sở hạ tầng công nghệ, hiệu năng sử dụng… Do đó sự ra đời của công nghệ ảo hóa là tất yếu và là giải pháp đặc biệt hữu ích trong lĩnh vực CNTT trên thế giới.
Công nghệ ảo hóa đang làm thay đổi bộ mặt của thế giới điện toán bằng các công cụ có khả năng được triển khai và quản lý đơn giản, hiệu quả. Bằng việc tối ưu sử dụng các nguồn tài nguyên hệ thống và chi phí triển khai ban đầu thấp, ảo hóa đem lại cho các doanh nghiệp nhiều khả năng và nguồn lợi to lớn.
Sức mạnh của công nghệ ảo hóa là tận dụng hiệu suất làm việc của các máy chủ bằng cách cho phép cài đặt nhiều máy ứng dụng trên một máy chủ vật lý. Vì thế việc quản lý cũng trở nên dễ dàng và tập trung hơn trên một máy chủ duy nhất.
Bên cạnh đó, vấn đề về dữ liệu trong máy tính, hệ thống CNTT của các cá nhân và doanh nghiệp cũng nắm vai trò đặc biệt quan trọng, ảnh hưởng đến các hoạt động lao động, sản xuất kinh doanh… nhưng lại tiềm ẩn nhiều rủi ro gây ra các sự cố mất dữ liệu, dẫn đến các thất thoát và thiệt hại đáng kể về thông tin, kinh tế, thời gian. Vì thế, việc sao lưu dự phòng sẽ giảm thiểu mất dữ liệu, hạn chế thiệt hại, nâng cao độ tin cậy và các hoạt động trong máy tính, hệ thống CNTT được đảm bảo hơn.
Nhận thức được sự cần thiết và khả năng phát triển mạnh mẽ của công nghệ ảo hóa trong tương lai, luận văn “Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ ảo hóa Hyper-V phục vụ ảo hóa và sao lưu dự phòng” đã phần nào giới thiệu được cái nhìn tổng quan về công nghệ Hyper-V, đồng thời cũng đưa ra giải pháp cơ bản cho một mô hình ảo hóa và sao lưu dự phòng với quy mô nhỏ.
Việc ra đời của công nghệ ảo hóa đã dẫn đến những động lực phát triển và các mục tiêu mới cho các nhà cung cấp sản phẩm ảo hóa phù hợp với nhu cầu thị trường và yêu cầu thực tiễn. Mục tiêu chính của luận văn là nghiên cứu về công nghệ ảo hóa nói chung và công nghệ ảo hóa Hyper-V nói riêng để hiểu và ứng dụng vào việc phục vụ ảo hóa và sao lưu dự phòng trong thực tế với các mô hình khác nhau. Từ đó có thể cho thấy được các lợi ích và hiệu quả mà công nghệ này đem lại, góp phần tìm ra giải pháp nhằm tối ưu hóa các hệ thống CNTT trong các mô hình hoạt động của các doanh nghiệp. Ngoài ra, kết quả có thể làm tài liệu tham khảo cho các quản trị mạng, quản trị dịch vụ, các cá nhân, đơn vị có triển khai hệ thống máy ảo, hoặc các học viên, sinh viên trong việc nghiên cứu công nghệ ảo hóa.
Trong khuôn khổ của luận văn thuộc loại nghiên cứu và ứng dụng, nên giới hạn nghiên cứu các vấn đề sau:
- Công nghệ ảo hóa.
- Công nghệ ảo hóa Hyper-V.
- Sao lưu dự phòng.
- Tiến hành thu thập và nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến đề tài.
- Nghiên cứu lý thuyết và kỹ thuật trong công nghệ ảo hóa.
- Nghiên cứu công nghệ ảo hóa và các mô hình ảo hóa.
- Nghiên cứu công nghệ ảo hóa Hyper-V.
- Nghiên cứu các kỹ thuật sao lưu dự phòng.
Nghiên cứu và khai thác công nghệ Hyper-V trên hệ điều hành (HĐH) Microsoft Windows:
Chương 1: Cơ sở lý thuyết
Chương 2: Công nghệ ảo hóa Hyper-V
Chương 3: Triển khai thực nghiệm
Kết luận và hướng phát triển
Nền CNTT trên thế giới đang phát triển với tốc độ nhanh chóng, ngày càng nhiều sản phẩm và tiện ích được phát triển và đưa đến tay người dùng. Các công nghệ cũ dần dần đã thể hiện nhiều mặt hạn chế và không còn phù hợp nhiều với nhu cầu thực tế nữa. Đặc biệt trong thời buổi kinh tế phát triển, các doanh nghiệp phải đối mặt với nhiều rủ ro, do đó yêu cầu nhất thiết được đặt ra là tìm mọi cách để tiết kiệm hơn, nâng cao hiệu quả và giảm thiểu các chi phí có thể. Trong lĩnh vực CNTT thì công nghệ ảo hóa là giải pháp lý tưởng cho các doanh nghiệp có thể giải quyết bài toán về các trung tâm dữ liệu của họ, công nghệ này giúp giảm thiểu nhiều chi phí đầu tư như mua nhiều máy chủ, tiết kiệm điện năng, giảm tải cho hệ thống làm mát…
Nhiệm vụ của công nghệ ảo hóa chính là tận dụng tối đa hiệu suất làm việc của các máy chủ bằng cách cho phép cài đặt nhiều máy ảo ứng dụng trên một máy chủ vật lý duy nhất. Việc quản lý cũng trở nên dễ dàng hơn khi quản lý tập trung nhiều máy ảo ứng dụng trên một máy chủ vật lý duy nhất.
Sử dụng công nghệ ảo đã hóa đem đến cho người dùng nhiều tiện ích, có thể chạy nhiều HĐH đồng thời trên cùng một máy tính thuận tiện cho việc học tập nghiên cứu và đánh giá một sản phẩm HĐH hay một phần mềm tiện ích nào đó. Nhưng không ngừng lại ở đó, những khả năng và lợi ích của ảo hóa còn hơn thế, 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 là một công nghệ được ra đời nhằm khai thác triệt để khả năng làm việc của các phần cứng trong một hệ thống máy chủ. Ảo hóa hoạt động như một tầng trung gian giữa hệ thống phần cứng máy tính và phần mềm chạy trên nó. Ý tưởng của công nghệ ảo hóa là từ một máy chủ vật lý đơn lẻ có thể tạo thành nhiều máy ảo độc lập với nhau. Ảo hóa cho phép tạo nhiều máy ảo trên một máy chủ vật lý, mỗi một máy ảo cũng được cấp phát tài nguyên phần cứng giống như máy vật lý, bao gồm vi xử lý CPU, bộ nhớ RAM, Card mạng, ổ cứng, các tài nguyên khác và HĐH riêng. Khi chạy ứng dụng trên các máy ảo, người sử dụng khó có thể nhận biết ứng dụng đó được chạy trên lớp phần cứng ảo hóa.
Máy ảo (Virtual Machine – VM) là một môi trường phần mềm cho phép một hoặc nhiều hơn một HĐH và các ứng dụng của chúng hoạt động song song chỉ trên một máy tính duy nhất. Có thể chuyển đổi qua lại giữa các HĐH đang chạy chỉ bằng một hoặc hai thao tác mà không phải khởi động lại máy tính. Đối với các HĐH, không có gì khác biệt giữa VM và máy tính thật (Real Computer). Nói một các ngắn gọn, VM chính là một bản sao của máy tính thực. Gần như, điều gì có thể làm được trên máy thật thì cũng có thể làm được trên VM. Công nghệ ảo hóa thỉnh thoảng được gọi là phần mềm máy ảo năng động.
Ảo hóa là một bước tiến mạnh mẽ cho việc tối ưu hóa việc triển khai xây dựng một cách hiệu quả nguồn tài nguyên hệ thống bằng cách tách rời mối liên kết vốn có giữa các phần cứng, phần mềm, dữ liệu, đường truyền, lưu trữ thành từng phần riêng biệt.
Việc sử dụng công nghệ ảo hóa làm giảm số lượng máy chủ vật lý, giảm lượng điện năng tiêu thụ, tiết kiệm được chi phí cho việc bảo trì phần cứng, nâng cao hiệu quả công việc:
- Triển khai nhanh
- Phục hồi và lưu trữ hệ thống nhanh
- Cân bằng tải và phân phối tài nguyên linh hoạt
- Tiết kiệm
Còn gọi là kiến trúc Hosted Hypervisor, kiến trúc này sử dụng một lớp Hypervisor chạy trên nền tảng HĐH, sử dụng các dịch vụ được HĐH cung cấp để phân chia tài nguyên tới các máy ảo. Nếu xem Hypervisor này là một lớp phần mềm riêng biệt, thì các HĐH khách của máy ảo sẽ nằm trên lớp thứ 3 so với phần cứng máy chủ.
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 HĐH 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 HĐH chạy trên nó. Nói cách khác, các HĐH sẽ chạy trên một lớp nằm phía trên các Hypervisor dạng Bare-Metal.
Hybrid là một kiểu ảo hóa mới hơn và có nhiều ưu điểm, trong đó lớp ảo hóa Hypervisor chạy song song với HĐH máy chủ. Tuy nhiên trong cấu trúc ảo hóa này, các máy chủ ảo vẫn phải đi qua HĐH máy chủ để truy cập phần cứng nhưng khác biệt ở chỗ cả HĐH máy chủ và các máy chủ ảo đều chạy trong chế độ hạt nhân. Khi một trong HĐH máy chủ hoặc một máy chủ ảo cần xử lý tác vụ thì vi xử lý sẽ phục vụ nhu cầu cho HĐH máy chủ hoặc máy chủ ảo tương ứng. Lý do khiến Hyrbird nhanh hơn là lớp ảo hóa chạy trong chế độ hạt nhân (chạy song song với HĐH), trái với VMM lớp ảo hóa chạy trong trong chế độ người dùng (chạy như một ứng dụng cài trên HĐH).
Ảo hóa được xây dựng dựa trên giải pháp chia một máy vật lý thành nhiều máy con. Giải pháp này được biết đến với cái tên là VMM sau này gọi là Hypervisor. Hypervisor cho phép tạo tách rời các máy ảo và điều phối truy cập của các máy ảo đến tài nguyên phần cứng.
Hypervisor hoạt động như là một lớp phần mềm nằm ngay trên phần cứng hoặc bên dưới một hoặc nhiều HĐH khách. Mục đích chính của nó là cung cấp các môi trường làm việc cho các máy ảo. Cho phép các máy ảo hoạt động trên một phần của phần cứng được gọi là phân vùng (Partition). Các HĐH của máy ảo được cài đặt trên phân vùng này, mỗi phân vùng sẽ được cung cấp tập hợp các tài nguyên phần cứng riêng của nó chẳng hạn như bộ nhớ, các chu kỳ CPU và thiết bị. Hypervisor có trách nhiệm điều khiển và phân phối các luồng truy cập đến các tài nguyên phần cứng.
Khi một HĐH thực hiện truy xuất hoặc tương tác tài nguyên phần cứng trên HĐH chủ thì công việc của một Hypervisor sẽ là:
- Hypervisor mô phỏng phần cứng, nó làm cho các HĐH tưởng rằng mình đang sử dụng tài nguyên vật lý của hệ thống thật.
- Hypervisor liên lạc với các trình điều khiển thiết bị.
- Các trình điều khiển thiết bị phần cứng liên lạc trực tiếp đến phần cứng vật lý.
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.
Ảo hóa phần cứng hay ảo hóa nền tảng hướng tới việc tạo ra một máy ảo có thể hoạt động như một máy tính thực với một HĐH. Phần mềm thực thi trên những máy này tách biệt với tài nguyên phần cứng bên dưới.
Ảo hóa máy khách là khái niệm phân chia một máy khách lôgic từ một máy vật lý. Đây là nhóm công nghệ với mục tiêu chính là tạo nên một môi trường cô lập hoàn toàn trên máy tính. Việc triển khai công nghệ này có thể giúp hỗ trợ các ứng dụng cũ chạy trên HĐH hiện tại và giải quyết được vấn đề tương thích đang gây khó khăn khi muốn nâng cấp hệ thống, cho phép các doanh nghiệp tiếp cận các HĐH mới nhất dễ dàng hơn và đạt đươc nhiều lợi ích hơn từ những tính năng mới.
Ảo hóa ứng dụng là một dạng công nghệ ảo hóa khác cho phép tách rời mối liên kết giữa ứng dụng và HĐH, nó cho phép phân phối lại ứng dụng phù hợp với nhu cầu người dùng.
Bằng cách chạy các ứng dụng một cách tập trung thay vì cài đặt lên mỗi máy trạm, quản lý việc cập nhật phần mềm trở nên dễ dàng hơn, giải quyết vấn đề tương thích giữa các ứng dụng và việc thử nghiệm sự tương thích của chúng cũng trở nên dễ dàng hơn.
Ảo hóa bộ nhớ, tập hợp tài nguyên RAM từ hệ thống mạng vào trong một vùng chứa bộ nhớ đơn. Trong điện toán, ảo hóa bộ nhớ tách biệt tài nguyên RAM khả biến với hệ thống riêng trong trung tâm dữ liệu, và sau đó tập hợp những tài nguyên đó vào trong một vùng chứa bộ nhớ ảo sẵn sàng cho bất cứ máy tính nào trong nhóm.
Ảo hóa lưu trữ là sự tổng hợp của những lưu trữ vật lý từ các thiết bị lưu trữ trên nhiều mạng vào một nơi như một thiết bị lưu trữ đơn được quản lý từ một giao diện điều khiển trung tâm.
Ảo hóa dữ liệu là quá trình trích xuất, biến đổi, liên kết và gửi dữ liệu được chứa trong vô số nguồn thông tin vì thế chúng có thể được truy cập bởi ứng dụng chi phối hay người dùng khi được yêu cầu mà không quan tâm đến lưu trữ vật lý hay cấu trúc phức tạp của chúng.
Ảo hóa hệ thống mạng là một tiến trình hợp nhất tài nguyên, thiết bị mạng cả phần cứng lẫn phần mềm thành một hệ thống mạng ảo. Sau đó, các tài nguyên này sẽ được phân chia thành các kênh và gắn với một máy chủ hoặc một thiết bị nào đó.
Ảo hóa máy chủ là mặt nạ của những tài nguyên máy chủ, bao gồm số lượng và tính đồng nhất của những máy chủ vật lý riêng biệt, bộ xử lý và HĐH từ người dùng máy chủ.
Được biết đến trước đây với cái tên Windows Server Virtualization, tên mã Viridian, Hyper-V là công nghệ ảo hóa máy chủ thế hệ mới của Microsoft và là thành phần quan trọng trong HĐH Windows Server 2008.
Hyper-V chính là công nghệ ảo hóa thế hệ kế tiếp dựa trên Hypervisor, khai thác phần cứng máy chủ 64-bit thế hệ mới. Người dùng (chủ yếu là doanh nghiệp) không cần phải mua thêm phần mềm để khai thác các tính năng ảo hóa bởi nó là một tính năng sẵn có trên Windows Server 2008. Kiến trúc mở của Hyper-V cho phép các nhóm phát triển nội bộ và các nhà phát triển phần mềm của hãng thứ ba cải tiến công nghệ này và các công cụ.
Với Hyper-V, Microsoft cung cấp một nền tảng ảo hóa mạnh và linh hoạt, có thể đáp ứng nhu cầu ảo hóa mọi cấp độ cho môi trường doanh nghiệp. Trong cấu trúc Hyper- V gồm 3 phần chính:
- Phân vùng cha (Parent Partition).
- Các phân vùng con (Child Partition) hay còn gọi là máy ảo chạy HĐH máy khách.
- Lớp Hypervisor là một bộ giao tiếp bằng phần mềm, nó nằm giữa lớp phần cứng vật lý và một hay nhiều HĐH. Hypervisor điều khiển việc truy cập đến phần nhân của phần cứng và định nghĩa ra các môi trường hoạt động độc lập tách rời. Hyper-V có 3 phiên bản Windows Server 2008 64-bit là Standard (một máy ảo), Enterprise (4 máy ảo) và DataCenter (không giới hạn số lượng máy ảo). Hyper-V hỗ trợ HĐH khách trên cả 32-bit và 64-bit.
Hyper-V gồm 3 thành phần chính: Hypervisor, ngăn ảo hóa (Virtual Stack) và mô hình EO (nhập/xuất) ảo hóa.
Hypervisor là lớp phần mềm rất nhỏ hiện diện ngay trên bộ xử lý theo công nghệ Intel-V hay AMD-V, có vai trò tạo các phân vùng mà thực thể ảo sẽ chạy trong đó.
Tạo ra một hệ thống tách rời để đảm bảo nhiều HĐH khác nhau có thể chạy trên đó bằng cách tạo ra các bộ vi xử lý ảo, bộ nhớ, thời gian, và các bộ điều khiển ngắt. Qua đó các HĐH sẽ sử dụng tài nguyên ảo hóa như một hệ thống phần cứng thật sự.
Với vai trò tham gia là một phần tử trong Hyper-V, Hypervisor cung cấp các chức năng cần thiết sau để tham gia vào quá trình ảo hóa máy chủ vật lý.
Phân vùng cha được định nghĩa là phân vùng được tạo đầu tiên trên hệ thống khi mà Hypervisor được kích hoạt hay đơn giản là khi Hyper-V Role được cài đặt, phân vùng này cũng chính là HĐH chính (Windows Server 2008) có vai trò là Hyper-V Server, giữ nhiệm vụ tạo và quản lý các phân vùng con trên hệ thống.
Phân vùng con là một phân vùng phần cứng về mặt lôgic đang chạy một HĐH độc lập trong môi trường Hyper-V.
Phân vùng con là một trong 3 khái niệm chính trong môi trường Hyper-V. Hai cái còn lại chính là phân vùng chính (Root Partition) và phân vùng cha (Parent Partition).
Hyper-V Replica là một tính năng hoàn toàn mới trên Windows Server 2012. Hyper-V Replica là giải pháp khôi phục thảm họa (Disaster Recovery). Giúp nhanh chóng khắc phục và phục hồi khi xảy ra sự cố với các máy ảo (Virtual Machine) trong Hyper-V.
Hình 2.4. Tổng quan về Hyper-V Replica
Máy ảo sẽ chạy ở vùng chính và vùng sao chép là nơi chứa bản sao dự phòng của máy ảo bên vùng chính.
Trong HĐH Windows Server 2012, nhân Hypervisor (VMMS.exe) được tích hợp thêm thành phần Replica (Components). Và gọi là mô-đun “Replica Engine”, trong mô-đun này có rất nhiều thành phần, nhưng có bốn thành phần chính giúp hình thành nên Hyper-V Replica. Bao gồm: Replication Manager, Replication Tracker, Network Module, Change Tracking.
F:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\KHOA HOC MAY TINH\NGUYEN VAN LOC
