Giải Pháp Ảo Hóa Cho Máy Chủ

(KHCN) - Hiện nay, ảo hóa đang là xu hướng công nghệ được sử dụng rộng rãi trong các doanh nghiệp. Ảo hóa giúp tiết kiệm chi phí, điện năng, tăng khả năng quản lý tập trung. Vậy công nghệ ảo hóa là gì?

Ảo hóa là công nghệ tạo ra nhiều máy ảo về mặt luận lý (logical) nhưng có đặc điểm và tính năng sử dụng tương tự như các server thật và chạy trên một server vật lý duy nhất. Trong thành phần của máy ảo, chúng ta cũng có bộ nhớ (RAM) ảo, vi xử lý (CPU) ảo, ổ cứng (HDD) ảo, card mạng (NIC) ảo,… Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu khái quát thế nào là ảo hóa server và các ưu điểm, hạn chế của công nghệ này.

Thế nào là ảo hóa server?

Trong mô hình trên, server bên trái là server đơn (stand-alone), có một hệ điều hành & một ứng dụng. Đối với mô hình sử dụng này, hiếm khi server sử dụng hết tài nguyên hệ thống và đôi khi mỗi server lại có ít nhất một server khác dự phòng. Vì thế rất lãng phí tài nguyên và thiết bị server vật lý. Bên cạnh đó còn hao phí về điện, lạnh, không gian tủ rack và diện tích sàn trong phòng server.

Hai server bên phải là server ảo. Trong mỗi server có nhiều ứng dụng chạy trên nhiều hệ điều hành. Mỗi hệ điều hành/ứng dụng hoạt động độc lập với nhau. Các tài nguyên server như vi xử lý/RAM/ổ cứng được dành riêng cho từng hệ điều hành/ứng dụng. Từng đôi hệ điều hành/ứng dụng chạy trên một module phần mềm gọi là Hypervisor. Hypervisor nằm giữa lớp phần cứng vật lý và hệ thống máy ảo. Về cơ bản nó loại bỏ mối quan hệ trực tiếp giữa hệ điều hành/ứng dụng đối với phần cứng vật lý ở dưới và cung cấp nền tảng quản lý/hoạt động cho nhiều hệ điều hành/ứng dụng ảo hóa.

Ưu điểm của ảo hóa server:

• Tài nguyên (RAM, vi xử lý,…) của server ảo được sử dụng nhiều hơn (so với server cài một hệ điều hành/ứng dụng) với nhiều hệ điều hành và ứng dụng chia sẻ trên một tài nguyên server vật lý.
• Ảo hóa server cho phép sử dụng tối đa tài nguyên của server vật lý từ đó cho phép giảm số lượng server vật lý cần thiết.
• Khi một server ngưng hoạt động (do phần cứng hoặc ứng dụng, hoặc do hoạt động bảo trì), vẫn có thể tránh được thời gian downtime của ứng dụng bằng cách di chuyển chúng đến một server khác. Điều này đảm bảo độ sẵn sàng cao của ứng dụng.
• Các ứng dụng cũng có thể chuyển từ trung tâm dữ liệu chính đến trung tâm dữ liệu dự phòng dễ dàng giúp cho chiến lượt dự phòng (disaster recovery) hiệu quả.
• Ảo hóa server tránh được việc đầu tư thừa server cho các ứng dụng.
• Có thể tăng hoặc giảm tài nguyên phục vụ cho ứng dụng tùy theo nhu cầu.
• Các hệ điều hành/ứng dụng hoạt động độc lập với nhau, vấn đề bảo mật được đảm bảo.
• Ảo hóa server rất có ích trong môi trường thí nghiệm, demo, vì không cần phải có nhiều server vật lý.

Hạn chế của công nghệ ảo hóa server:

• Tài nguyên cung cấp cho mỗi máy ảo cần phải hoạch định cẩn thận. Nếu tài nguyên được cấp ít so với thực tế thì hiệu suất ứng dụng sẽ không cao, gây ra mất hiệu quả và ngược lại. Do đó, các server được ảo hóa cần tính toán kĩ tài nguyên để việc sử dụng được hiệu quả.
• Các server vật lý có vi xử lý 32 bit không nhận được đủ bộ nhớ RAM thực tế. Do đó phải đảm bảo bộ xử lý 64 bit để chạy ứng dụng ảo hóa. Tuy nhiên không phải tất cả ứng dụng đều hoạt động được trên vi xử lý 64 bit.
• Chỉ có một vài vi xử lý hỗ trợ ảo hóa. Do đó để di chuyển một máy ảo từ server này sang server khác cần phải kiểm tra xem các server có cùng dòng và hỗ trợ ảo hóa không.
• Chi phí của phần mềm ảo hóa, các ứng dụng quản lý, chuyên môn quản lý, có thể giới hạn việc ứng dụng ảo hóa trong các môi trường doanh nghiệp nhỏ với rất ít server.
• Phần mềm chuyển đổi bên trong hypervisor kết nối nhiều máy ảo (hệ điều hành/ ứng dụng) đôi khi không thể thích hợp với cấu hình mạng có sẵn như VLAN/ QoS

• Virtualization Management layer: đây là hình thức ảo hóa ban đầu của máy chủ. Chúng ta thường gọi là “hosted”. Như hình bên dưới thể hiện, chức năng ảo hóa được xây dựng trên một nền OS thông dụng. Một số sản phẩm thông dụng: Microsoft´s Virtual PC, and VMWare´s Workstation.

• Dedicated Virtualization: Hình thức ảo hóa này thường được gọi là “bare-metal”, được chạy trực tiếp trên phần cứng của máy chủ. Vì vậy sẽ giúp sử dụng tài nguyên máy chủ tối ưu hơn là hình thức “hosted”, tốc độ xử lý nhanh hơn. Các sản phẩm thông dụng: ESX, Xen, and Hyper-V.

CÁC BẤT LỢI CỦA GIẢI PHÁP TRUYỀN THỐNG

Giảm chi phí đầu tư phần cứng: để đáp ứng những yêu cầu không ngừng về việc triển khai, phát triển các dịch vụ và ứng dụng mới, các tổ chức cần phải tiếp tục tăng thêm số lượng máy chủ. Tuy nhiên, khi càng nhiều máy chủ thì những vấn đề khó khăn lại càng rõ hơn:

• Chi phí tăng: việc mua thêm máy chủ mới sẽ bao gồm chi phí mua máy chủ và các loại chi phí khác: nguồn điện, cooling, không gian đặt máy chủ trong,…

• Hiệu quả đầu tư thấp: với mỗi một máy chủ dành riêng cho một ứng dụng x86 (tải thấp) sẽ làm năng suất hoạt động của CPU chỉ khoảng 5-15%.

• Giảm khả năng quản lý: khó quản lý hơn khi ngày càng nhiều máy chủ và ứng dụng trong một môi trường phức tạp với nhiều loại hệ điều hành, những phần cứng, những loại máy chủ khác nhau.

• Hiệu quả công việc giảm: nhân viên IT sẽ tập trung nhiều thời gian hơn cho việc triển khai máy chủ, cấu hình, giám sát và bảo trì. Vì vậy không còn tập trung nhiều vào các hoạt động, các dự án giúp nâng cao cấp độ hạ tầng thông tin.

CÁC LỢI ÍCH CỦA GIẢI PHÁP ẢO HÓA

Giải pháp ảo hóa giải quyết vấn đề về chi phí và năng suất hoạt động của máy chủ bằng việc giảm chi phí phần cứng và vận hành đến 50%, sử dụng tối ưu nguồn tài nguyên thông qua ảo hóa. Đồng thời cũng giúp triển khai các máy chủ nhanh chóng, dễ dàng và tự động quản lý các tài nguyên trong máy chủ tối ưu hơn như:

• Đơn giản hóa việc quản lý hạ tầng bằng cách quản lý tập trung.

• Tự động hóa việc quản lý các nguồn tài nguyên máy chủ giúp các nhân viên IT không còn tốn quá nhiều thời gian vào việc quản lý các máy chủ mà sẽ tập trung vào những ứng dụng và dịch vụ mới mang lại lợi ích cho người dùng và tổ chức.

• Giảm đến 50% chi phí trang bị các thiết bị mới như máy chủ, nguồn, hệ thống làm lạnh... bằng việc tăng hiệu quả hoạt động của các máy chủ hiện tại.

KHẢ NĂNG SẴN SÀNG CAO CỦA GIẢI PHÁP ẢO HÓA

IT ngày càng đóng góp quan trọng trong hoạt động của các doanh nghiệp và tổ chức. Việc dừng hoạt động hệ thống IT dù với bất kỳ nguyên nhân nào: bảo trì, backup, lỗi thiết bị, thảm họa thiên nhiên sẽ ảnh hưởng rất lớn đến các doanh nghiệp và tổ chức. Giải pháp ảo hoá sẽ giúp bảo vệ các dữ liệu một cách hiệu quả, có thể lấy lại dữ liệu đã bị mất nhanh chóng và dễ dàng; cung cấp khả năng chịu đựng lỗi, đảm bảo các ứng dụng và dịch vụ vẫn tiếp tục hoạt động khi gặp sự cố; đồng thời cho phép việc khôi phục hệ thống IT sau thảm họa hiệu quả với chi phí thấp hơn như:

Bảo vệ dữ liệu an toàn

Giải pháp ảo hoá đảm bảo việc sao lưu, khôi phục những dữ liệu, ứng dụng, dịch vụ một cách nhanh chóng, dễ dàng và linh động, đáp ứng được các yêu cầu về thời gian và dữ liệu cần phục hồi như:

• Phục hồi dữ liệu nhanh và đơn giản

• Đơn giản hóa việc bảo vệ dữ liệu một cách toàn diện.

• Cho phép thực hiện sao lưu dự phòng tập trung các máy ảo mà không ảnh hưởng đến người dùng, ứng dụng

Tính sẵn sàng cao

Việc phải dừng hệ thống vì chủ quan lẫn khách quan đều gây ra những thiệt hại cho doanh nghiệp. Tuy nhiên các giải pháp về HA (high availability ) hiện nay đều rất tốn kém về chi phí, khó triển khai và quản lý. Với ảo hoá mang lại cho doanh nghiệp một giải pháp giúp hệ thống đạt được độ tin cậy rất cao với chi phí thấp hơn và lại dễ dàng triển khai, quản lý như:

• Cung cấp khả năng sẵn sàng cao (HA) với sự độc lập về phần cứng, hệ điều hành và ứng dụng.

• Không cần ngừng hệ thống khi phải thực hiện những nhiệm vụ bảo trì thông thường: nâng cấp phần cứng, cập nhật hệ điều hành, firmware,…

• Khả năng tự động khởi động lại (restart) khi gặp lỗi.

• Giảm thời gian ngừng hệ thống (downtime) vì những lý do chủ quan: bảo trì, nâng cấp phần cứng, phần mềm, di dời máy chủ,…mà không gây ảnh hưởng đến các ứng dụng và dịch vụ đang chạy trên các máy chủ, cho phép các máy ảo có thể dễ dàng di chuyển qua lại giữa các máy chủ vật lý khác nhau trên những thiết bị lưu trữ khác nhau.

Mô hình Vmotion của VMware

• Ngăn chặn việc dừng hệ thống do các nguyên nhân khách quan như lỗi phần cứng và phần mềm. Môi trường ảo hoá xây dựng sẵn các tính năng hỗ trợ rất hiệu quả khả năng chịu đựng lỗi.

• Giúp khôi phục nhanh chóng khi máy chủ vật lý lỗi. Các máy vật lý được nhóm (group) lại với nhau, tạo thành một khối – cluster, chia sẻ với nhau các nguồn tài nguyên (CPU, RAM, Network..) và giúp chịu đựng lỗi lẫn nhau.

Tính năng phòng chống thảm hoạ

Các doanh nghiệp sẽ tổn thất to lớn khi gặp những sự cố (động đất, bão, hỏa hoạn,…) làm mất dữ liệu, ảnh hưởng lớn đến toàn bộ hoạt động của doanh nghiệp. Vì vậy, những doanh nghiệp lớn thường xây dựng một giải pháp DR, cho phép khôi phục lại hệ thống sau thảm hỏa. Tuy nhiên, những giải pháp DR hiện tại tồn tại nhiều vấn đề:

• Chi phí đầu tư cao: yêu cầu cấu hình phần cứng ở trung tâm dự phòng (DR site) phải giống với trung tâm chính (Production site).

• Giải pháp phức tạp và mất nhiều thời gian khi khôi phục: cần nhiều công cụ, qui trình khôi phục cho từng loại application, từng loại dữ liệu. Đồng thời quá trình khôi phục cũng tốn quá nhiều thời gian, có thể không đáp ứng đúng yêu cầu về RTO (recovery time objective).

• Khả năng khôi phục không tin cậy: Cần phải thường xuyên kiểm tra, đánh giá lại giải pháp để đảm bảo khả năng khôi phục khi có sự cố. Tuy nhiên, với giải pháp hiện nay thì rất khó kiểm tra do sự phức tạp và mất thời gian cho việc phục hồi

Giải pháp ảo hoá cung cấp một phương án DR với hướng tiếp cận hoàn toàn mới - xây dựng trên khái niệm ảo hóa - nên mang lại những ưu điểm hơn so với các giải pháp hiện nay:

• Phục hồi nhanh: ảo hóa giúp dễ dàng copy, clone các tài nguyên hệ thống nên thời gian phục hồi được cải thiện đáng kể.

• Giải pháp phục hồi sau thảm họa luôn sẵn sàng và đạt độ tin cậy cao vì dễ kiểm tra, đánh giá hơn.

• Giảm chi phí xây dựng một giải pháp Disaster Recovery nhờ sử dụng các máy ảo là phần cứng độc lập, có thể chạy trên bất kỳ những máy chủ vật lý x86 thông thường mà không cần chỉnh sửa, cấu hình lại. Vì vậy có thể sử dụng bất kỳ máy chủ nào ở DR site mà không bắt buộc phải mua phần cứng giống như ở Production site.

TH