Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật: Nghiên cứu về công nghệ ảo hóa và ứng dụng

Chia sẻ: Xuan Hien | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:83

Thêm vào BST

Báo xấu

256
lượt xem 67
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật: Nghiên cứu về công nghệ ảo hóa và ứng dụng nêu lên tổng quan về công nghệ ảo hóa; các công nghệ nền tảng của ảo hóa; ảo hóa dựa trên Vmare Vsphere 5; đề xuất mô hình ảo hóa trong điện toán đám mây. Tài liệu hữu ích với các bạn chuyên ngành Kỹ thuật.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật: Nghiên cứu về công nghệ ảo hóa và ứng dụng

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
TRẦN VĂN ĐOÀN
NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ ẢO HOÁ VÀ ỨNG DỤNG
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI – NĂM 2013
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
TRẦN VĂN ĐOÀN
NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ ẢO HOÁ VÀ ỨNG DỤNG ̣ CHUYÊN NGÀNH: HÊ THÔNG THÔNG TIN ́
MÃ SỐ: 60.48.01.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS ĐOAN VĂN BAN ̀ HÀ NỘI – NĂM 2013
LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Trần Văn Đoàn
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể các thầy, cô giáo Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã tận tình chỉ bảo em trong suốt thời gian học tập tại nhà trường. Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS. Đoàn Văn Ban, người đã trực tiếp hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi và tận tình chỉ bảo cho em trong suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp. Bên cạnh đó, để hoàn thành đồ án này, em cũng đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, những lời động viên quý báu của các bạn bè, gia đình và đồng nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn. Tuy nhiên, do thời gian hạn hẹp, mặc dù đã nỗ lực hết sức mình, nhưng chắc rằng đồ án khó tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong nhận được sự thông cảm và chỉ bảo tận tình của quý thầy cô và các bạn. HỌC VIÊN Trần Văn Đoàn
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH
PHẦN MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài. Thông thường việc đầu tư cho một trung tâm công nghệ thông tin là rất tốn kém. Chi phí đầu tư mua các máy chủ cấu hình mạnh và các phần mềm bản quyền là rất đắt đỏ. Trong thời buổi kinh tế khó khăn hiện nay doanh nghiệp nào cũng muốn cắt giảm và hạn chế tối đa các chi phí không cần thiết mà vẫn đáp ứng được năng suất và tính ổn định của hệ thống. Thế nên việc ứng dụng ảo hóa trở thành nhu cầu cần thiết của bất kì doanh nghiệp lớn hay nhỏ. Thay vì mua mười máy chủ cho mười ứng dụng thì chỉ cần mua một hoặc hai máy chủ có hỗ trợ ảo hóa thì vẫn có thể chạy tốt mười ứng dụng trên. Điều này cho ta thấy sự khác biệt giữa hệ thống ảo hóa và không ảo hóa. Bên cạnh đó việc ứng dụng ảo hóa còn đem lại những lợi ích sau đây. Quản lý đơn giản: khi triển khai hệ thống ảo hoá thì số lượng máy chủ vật lý giảm đi đáng kể và khi đó việc theo dõi và giám sát hệ thống rất dễ dàng và hầu như được thực hiện bởi công cụ phần mềm quản trị tập trung từ xa do nhà cung cấp phần mềm ảo hoá hỗ trợ. Nhà quản trị dễ dàng theo dõi tình trạng của các máy ảo và của cả hệ thống. Nếu máy chủ bị trục trặc thì có thể chuyển máy ảo từ máy chủ này sang máy chủ khác, có thể nâng cấp phần cứng bằng cách gắn thêm Ram, ổ cứng một cách nhanh chóng và đơn giản. Triển khai nhanh: Khi triển khai hệ thống thì không cần nhất thiết phải cài đặt toàn bộ máy ảo trên hệ thống. Vì mỗi máy ảo chỉ là một tập tin được cài trên một phân vùng trên ổ cứng nên chúng ta có thể tận dụng điều này để giảm thiểu thời gian cài đặt bằng cách sao chép các tập tin này và cấu hình lại cho đúng với yêu cầu của máy ảo đang sử dụng. Với cách làm này sẽ giảm thời gian cài đặt từng máy ảo và tận dụng tối đa tài nguyên nhàn rỗi của tất cả các máy chủ vật lý. Vì thực tế hiện nay tại trung tâm dữ liệu có nhiều máy chủ không khai thác thác hết tài nguyên phần cứng của hệ thống.
Phục hồi và lưu trữ hệ thống nhanh : Vì máy ảo chỉ là một tập tin trên ổ đĩa nên việc sao lưu rất đơn giản là sao chép lại các tập tin này.Và Khi một máy ảo gặp sự cố và hỏng hóc do lỗi hệ điều hành nào đó thì việc phục hồi đơn giản là chép đè tập tin đã được sao chép lên tập tin cũ và hệ thống có thể hoạt động bình thường lại ngay như lúc chưa bị lỗi. Thời gian để phục hồi hệ thống là rất ít. Nếu được đầu tư thêm một số máy chủ khác thì ta có thể cấu hình tính năng High Availibility cho các máy chủ ảo hóa này. Khi đó một máy ảo hay một máy chủ bị sự cố thì tất cả các máy ảo sẽ được di chuyển nóng đến máy chủ khác và có thể hoạt động lại ngay tức thì. Cân bằng tải và phân phối tài nguyên linh hoạt: Với các công cụ quản lý từ xa các máy chủ và máy ảo, ta sẽ thấy được tình trạng của toàn bộ hệ thống từ đó có chình sách nâng cấp CPU, Ram, ổ cứng cho máy chủ hoặc máy ảo đó hoặc di chuyển máy ảo đang quá tải đó sang máy chủ vật lý có cấu hình mạnh hơn, có nhiều tài nguyên còn trống hơn để hoạt động. Tiết kiệm: công nghệ ảo hóa giúp các doanh nghiệp có thể tiết kiệm được một chi phí lớn đó là điện năng chiếu sáng và hệ thống làm mát.Ảo hóa cho phép gom nhiều máy chủ vào một máy chủ vật lý nên chỉ tốn kém chi phí điện tiêu thụ,làm mát và chiếu sáng cho một vài máy chủ thôi, bên cạnh đó thì diện tích sử dụng để đặt máy chủ cũng được thu hẹp lại.Và hệ thống dây cáp nối cũng ít đi. Ao hóa góp ph ̉ ần tăng cường tính liên tục trong doanh nghiệp và bảo mật của hệ thống các ứng dụng. Ví dụ, việc sao lưu các máy ảo có thể thực hiện dễ dàng vì thông thường máy chủ ảo là một tập tin (file) trên máy chủ vật lý gốc, chỉ cần sao lưu tập tin này là đủ. Các tính năng ưu việt của các phần mềm ảo hóa cũng cho phép thiết lập sự kết hợp các máy ảo cài đặt trên các máy chủ vật lý khác nhau. Nếu một trong các máy chủ vật lý gặp hỏng hóc, máy chủ ảo trên máy vật lý còn tốt sẽ tự động bước vào hoạt động thay thế cho máy chủ ảo nằm trên máy vật lý bị hỏng. Những lợi ích thu được khi áp dụng ảo hóa đã 14
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. Và câu trả lời tại sao ảo hóa được đưa vào sử dụng cho thấy 88% hướng tới mục đích hợp nhất hệ thống máy chủ, 55% cho mục đích phục hồi thảm họa, 50% cho mục đích thử nghiệm phần mềm, 26% cho mục đích quản trị hệ thống lưu trữ, và 5% cho các mục đích khác Một khảo sát khác được Tạp chí CIO thực hiện với gần 300 CIO (Chief Information Officer) cũng cho kết quả tương tự. Theo khảo sát này, động lực để áp dụng ảo hóa của các DN một lần nữa khẳng định những lợi ích đã phân tích của ảo hóa. 81% số câu trả lời hướng tới giảm thiểu chi phí nhờ vào sự hợp nhất hệ thống máy chủ bằng công nghệ ảo hóa. 63% hướng tới hoàn thiện các giải pháp sao lưu và phục hồi thảm họa qua các giải pháp ảo hóa. Áp dụng ảo hóa trong các hệ thống IT mang lại những lợi ích thiết thực như đã được phân tích trong bài viết. Với người sử dụng đầu cuối, việc tạo máy ảo (ví dụ với VMware) trên các máy cá nhân (PC, laptop) đã không còn xa lạ và nhìn chung họ đều trực tiếp trải nghiệm được những lợi ích mà áp dụng ảo hóa mang lại. Tuy nhiên khi tiến ra quy mô lớn hơn cho một hệ thống IT của DN, tổ chức, việc áp dụng các công nghệ ảo hóa vẫn cần có sự cân nhắc kỹ lưỡng dựa trên đánh giá thực trạng hệ thống và nhu cầu sử dụng, cũng như đường hướng phát triển của DN, tổ chức. Trong nhiều trường hợp, quyết định có áp dụng ảo hóa trong hệ thống IT của DN hay không bao hàm thách thức mang tính tổ chức và chính sách nhiều hơn là thách thức về mặt công nghệ. Lợi ích của ảo hóa chỉ thực sự được phát huy khi ảo hóa được áp dụng trong các hoàn cảnh phù hợp. Để hiểu rõ hơn về Công nghệ ảo hóa và lợi ích của ảo hóa mang lại, em đã chọn đề tài “Nghiên cứu về công nghệ ảo hóa và ứng dụng” để làm luận văn tốt nghiệp.
2. Mục đích nghiên cứu. Nắm vững các vấn đề liên quan đến mô hình, các phương pháp, kỹ thuật ảo hóa, các kiến trúc nền tảng máy chủ chia sẻ.Công nghệ ảo hóa, Ảo hóa dựa trên Vmware Vsphere và thử nghiệm 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Tổng quan về công nghệ ảo hóa. Mô hình kiến trúc chung của ảo hóa. Giới thiệu VMware Vsphere 4. Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp tài liệu: nghiên cứu các tài liệu liên quan đến công nghệ ảo hóa, cung cấp tài nguyên trong nền tảng máy chủ chia sẻ,các công nghệ nền tẳng của ảo hóa, Ảo hóa dựa trên Vmware vsphere Phương pháp thực nghiệm: cài đặt thử nghiệm các chương trình liên quan đến kỹ thuật cung cấp tài nguyên cho dịch vụ ảo hóa dựa trên nền tảng máy chủ chia sẻ. 5. Nội dung luận văn Bố cục của luận văn gồm có 4 chương: Chương 1: Tổng quan về công nghệ ảo hóa: tập trung trình bày giới thiệu về công nghệ ảo hóa, lợi ích của việc ảo hóa, tìm hiểu một số hệ thống ảo hóa điển hình, ứng dụng của ảo hóa. Chương 2: Các công nghệ nền tảng của ảo hóa: trình bày các thành phần của một hệ thống ảo hóa, các kiểu ảo hóa cơ bản, các công nghệ hỗ trợ ảo hóa. Chương 3: Ảo hóa dựa trên VMWare và thử nghiệm: Trình bày tổng quan về các thành phần của công nghệ VMWare, trình bày các dịch vụ ứng dụng của vmware, các dịch vụ cơ sở hạ tầng của vmware. Chương 4: Đề xuất mô hình ảo hóa, mô hình điện toán đám mây riêng trong việc điều hành, triển khai phần mềm tin học bưu chính tại Bưu điện tỉnh Hải 16
Dương: trình bày nội dung cơ bản về điện toán đám mây, các loại hình dịch vụ điện toán đám mây, các mô hình triển khai điện toán đám mây, bài toán quản lý của Bưu điện tỉnh Hải Dương, đề xuất các yêu cầu kỹ thuật để triển khai đám mây riêng tại bưu điện tỉnh Hải Dương, thử nghiệm môi trường ảo hóa tại Bưu điện tỉnh Hải Dương, So sánh và đánh giá các phần mềm cung cấp tính năng ảo hóa, Cài đặt hệ thống Vmware. Phần kết luận, phần này trình bày tóm tắt về các nội dung thực hiện trong luận văn này, đồng thời đưa ra những vấn đề nghiên cứu tiếp theo cho tương lai.
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ẢO HÓA 1.1. Tổng quan Ảo hóa 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. Nó 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 máy chủ là từ một máy vật lý đơn lẻ có thể tạo thành nhiều máy ảo độc lập. Ảo hóa phép tạo nhiều máy ảo trên một máy chủ vật lý, mỗi một máy ảo cũng được cấp phát tài nguyên phần cứng như máy thật gồm có Ram, CPU, Card mạng, ổ cứng, các tài nguyên khác và hệ điều hành riêng. Các bộ xử lý của hệ thống máy tính lớn được thiết kế hỗ trợ công nghệ ảo hoá và cho phép chuyển các lệnh hoặc tiến trình nhạy cảm của các máy ảo có thể ảnh hưởng trực tiếp đến tài nguyên hệ thống cho hệ điều hành chủ xử lý, sau đó lớp ảo hóa sẽ mô phỏng kết quả để trả về cho máy ảo. Tuy nhiên không phải tất cả bộ xử lý đều hỗ trợ ảo hóa. Các bộ xử lý cũ trên máy để bàn điều không có hỗ trợ chức năng này. Ngày nay hai nhà sản xuất bộ xử lý lớn trên thế giới là Intel và AMD đều tích cố gằn tích hợp công nghệ ảo hóa vào trong các sản phẩm của họ. Các bộ xử lý có ứng dụng ảo hóa thường là Intel VT(Virtual Technology) hoặc AMD Pacifica. Sử dụng công nghệ ảo đã hóa đem đến cho người dùng nhiều tiện ích. Việc có thể chạy nhiều hệ điều hành đồng thời trên cùng một máy tính thuận tiện cho việc học tập ngiên cứu và đánh giá một sản phẩm hệ điều hành hay một phần mềm tiện ích nào đó. Nhưng không ngừng lại ở đó, những khả năng và lợi ích của ảo hoá còn 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. 18
1.2. Các lợi ích của công nghệ Ảo hóa Việc sử dụng công nghệ ảo hóa làm giảm số lượng máy chủ vật lý, giảm lượng điện tiêu thụ, tiết kiệm được chi phí cho việc bảo trì phần cứng, nâng cao hiệu quả công việc. Ngoài ra ta còn có thể dễ dàng mở rộng hệ thống khi có nhu cầu, triển khai máy chủ mới nhanh, tận dụng tài nguyên hiện có:vì mỗi máy ảo đơn giản chỉ là một tập tin hoặc thư mục, ta có thể tạo ra máy chủ mới bằng cách sao chép từ một file máy chủ ảo hiện tại và cấu hình lại, chọn máy chủ vật lý còn dư tài nguyên để đưa máy ảo mới lên. Ta cũng có thể chuyển các máy ảo sang một môi trường cách ly một cách dễ dàng nên ta có thể thử nghiệm chương trình, nâng cấp hệ thống ứng dụng mà không sợ ảnh hưởng đến tính ổn định của hệ thống hiện tại, đồng thời cho phép quản trị viên có thể sử dụng cùng lúc nhiều hệ điều hành khác nhau. Với công cụ quản lý tập trung vCenter Server, ta sẽ theo dõi được máy chủ nào đang quá tải, từ đó sẽ áp dụng chính sách là tăng tài nguyên về CPU, RAM, HDD cho máy chủ ảo đó hoặc di chuyển máy ảo đang quá tải đó sang máy chủ vật lý có cấu hình mạnh hơn, có nhiều tài nguyên nhàn rỗi hơn để chạy. Toàn bộ quá trình trên có thể được thực hiện mà không cần phải tắt máy ảo đó. Khi có sự cố xảy ra đối với máy ảo do bị virus, lỗi hệ điều hành thì việc khắc phục đơn giản chỉ là phục hồi lại file vmdk của máy ảo đã được backup và chạy lại máy ảo một cách bình thường. Khi có sự cố đối với máy chủ vật lý, thì toàn bộ máy ảo trên máy vật lý sẽ được tự động di chuyển sang máy chủ vật lý khác. 1.3. Nhược điểm của việc ảo hóa Đáng lưu ý nhất là vấn đề lưu trữ dữ liệu. Thông thường, mỗi máy ảo chỉ sử dụng một file vmdk( file này có thể được chia nhỏ tùy theo cách cài đặt) để lưu lại toàn bộ dữ liệu trong máy ảo và một số file nhỏ khác để lưu cấu hình của máy ảo. Do đó, nếu một trong số những tập tin này bị lỗi hoặc bị mất mà chưa kịp backup thì có thể xem như máy ảo đã bị hư hoàn toàn và không thể phục hồi. Ngoài ra nếu máy chủ có cấu hình phần cứng thấp nhưng lại có một máy
ảo sử dụng quá nhiều tài nguyên hoặc chạy quá nhiều máy ảo thì sẽ làm chậm toàn bộ hệ thống. 1.4. Một số hệ thống ảo hóa điển hình 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 Virtual Machine Monitor (VMM) sau này được biết gọi là hypervisor. VMM cho phép tạo tách rời các máy ảo và điều phối truy cập của các máy ảo này đến tài nguyên phần cứng. Mặc dù cho phép sử dụng các hệ điều hành bất kì trên các máy ảo nhưng trong thực tế để đạt một kết quả và hiệu suất cao nhất thì các nhà sản xuất vẫn giới hạn và khuyến cáo rằng nên sử dụng một số hệ điều hành nào đó. Đó là vì các vấn đề tương thích giữa hệ điều hành máy ảo với hệ điều hành máy chủ và hệ điều hành máy chủ với phần cứng. Dựa vào đặc điểm cấu trúc thì có thể phân loại ảo hóa thành những dạng sau. 1.4.1. Kiểu ảo hóa VMM – Hypervisor Công nghệ VMMHypervisor là một dạng ảo hóa cơ bản.Nó hoạt động như là một lớp phần mềm nằm ngay trên phần cứng hoặc bên dưới một hoặc nhiều hệ điều hành 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 hệ điều hành 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 luồn truy cập đến các tài nguyên phần cứng [2]. Trong máy tính, một máy tính ảo hoặc màn hình máy ảo (a hypervisor or virtual machine monitorVMM), là một phần của phần mềm máy tính, phần mềm hoặc phần cứng tạo ra và chạy các máy ảo . 20