Giải Pháp Ảo Hóa

1. Công nghệ ảo hóa trong bức tranh IT

Trong những năm gần đây, nhu cầu tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên IT nhưng đồng thời vẫn bảo đảm sự thuận tiện trong quản trị hệ thống và sự bảo mật an toàn của các ứng dụng đang trở nên thiết yếu trong hoạt động của nhiều doanh nghiệp (DN) và tổ chức. Để đáp ứng nhu cầu như vậy, bộ phận IT của DN có thể chọn phương án dễ dàng là đề xuất trang bị mới nhiều thiết bị phần cứng có hiệu năng mạnh (như máy chủ có bộ vi xử lý tốc độ cao, thiết bị chuyển mạch tốc độ cao, các tủ đĩa lưu trữ có dung lượng lớn vv.) và tính bảo mật tốt. Xu hướng thực tế là các thiết bị phần cứng với những tính năng cải tiến, hiệu năng mạnh xuất hiện ngày càng nhiều trên thị trường và giá thành có chiều hướng ngày càng rẻ hơn, dễ chấp nhận hơn. Tuy nhiên, phương án đầu tư thiết bị mới như vậy nhiều khi không được ban lãnh đạo DN phê duyệt. Vì đi cùng với những thiết bị mới sẽ là sự phát sinh công việc và sự phức tạp về tích hợp hệ thống, về bảo đảm bảo mật thông tin, bảo trì và vận hành. Tựu trung lại đó chưa hẳn đã là phương án có tính kinh tế cao, nếu xét trên quan điểm tổng thể về giá thành sở hữu và vận hành.

Vì thế trong nhiều trường hợp, nhiều khả năng yêu cầu mà ban lãnh đạo DN đặt ra cho bộ phận IT sẽ là trước hết hãy tận dụng tối đa tài nguyên IT sẵn có, tìm giải pháp có tổng chi phí sỡ hữu (Total Cost of Ownership) hợp lý để có thể đáp ứng linh hoạt nhu cầu sử dụng của DN. Điều này càng trở nên có lý và dễ hiểu, khi thực tế phân tích hệ thống IT của nhiều DN đã đưa ra kết luận rằng hiệu suất sử dụng của các máy chủ ở mức dưới 5% không phải là hiếm gặp, và phổ biến cũng chỉ là 10-15%

Với yêu cầu và thực trạng như vậy, hiện đang có một giải pháp khác có thể sẽ phù hợp hơn. Đó là sử dụng các công nghệ ảo hóa để nâng cao hiệu năng sử dụng, đồng thời vẫn đảm bảo sự quản trị thuận tiện và tính bảo mật của hệ thống, giảm thiểu chi phí đầu tư và vận hành. Không phải ngẫu nhiên mà công ty nghiên cứu và tư vấn IT có uy tín Gartner đã đánh giá rằng ảo hóa là một trong 10 hướng công nghệ nóng nhất của năm 2008 [2]. Và nếu chúng ta cùng theo dõi những tiến triển, kết quả về công nghệ và động thái đầu tư, quảng bá để thúc đẩy các giải pháp ảo hóa từ các hãng lớn như Intel, IBM, HP, Cisco… trong thời gian qua, thì nhận định của Gartner là hoàn toàn có cơ sở.

2. Khái niệm ảo hóa

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 (cuộc khảo sát được thực hiện với 969 công ty, tổ chức trên thế giới hoạt động trong nhiều lĩnh vực khác nhau như ngân hàng, truyền thông. Tất cả các công ty này đều có nhiều hơn 500 nhân viên, trong đó 26% có nhiều hơn 10000 nhân viên). 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 1. Khái niệm ảo hóa máy chủ trong nhận thức của các DN

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 hóa phần cứng/máy chủ, NSD/các ứng dụng nhận biết máy chủ ảo giống như một máy vật lý độc lập có đủ các tài nguyên cần thiết (bộ vi xử lý, bộ nhớ, kết nối mạng…). Trong khi thực tế là các máy chủ ảo không hề có những tài nguyên độc lập như vậy. Máy ảo chỉ sử dụng các tài nguyên đã được gán cho chúng từ máy chủ vật lý gốc (thường được nhắc đến với thuật ngữ hosting server hay hosting machine). Ở đây, bản chất A là máy ảo sử dụng các tài nguyên của máy chủ gốc. Bản chất B là máy ảo có thể hoạt động như một máy vật lý độc lập. Trong trường hợp các giải pháp cluster, NSD/các ứng dụng nhận biết rằng ứng dụng dường như đang chạy trên một máy chủ duy nhất. Bản chất A là ứng dụng đang được phân tải về nhiều máy chủ vật lý khác nhau trong cluster. Điều đó được ảo hóa thành bản chất B là ứng dụng dường như chỉ chạy trên một nguồn tài nguyên vật lý duy nhất

3. Phân loại ảo hóa

Khi đã có được cách tiếp cận khái niệm ảo hóa, chúng ta cùng phân loại một cách có hệ thống những áp dụng ảo hóa trong lĩnh vực IT. Nếu phân loại dựa trên mục đích, ảo hóa có thể được chia thành những trường hợp như sau.

Dùng các công cụ ảo hóa để hợp nhất nguồn tài nguyên hệ thống. Khi trong hệ thống IT có nhiều thiết bị vật lý riêng rẽ, độc lập với nhau về mặt vật lý (ví dụ các card mạng khác nhau, các máy chủ khác nhau, các tủ lưu trữ khác nhau), áp dụng ảo hóa sẽ cho NSD/ứng dụng nhìn thấy một nguồn tài nguyên chung, duy nhất được hợp thành từ những thiết bị độc lập. Không những chỉ nhìn thấy, NSD/ứng dụng còn được trao cho khả năng chia sẻ theo ý muốn nguồn tài nguyên hợp nhất đó mà không cần quan tâm đến vị trí vật lý thật sự của nguồn tài nguyên.

Dùng các công cụ ảo hóa để tạo môi trường làm việc quen thuộc cho NSD đầu cuối. Trường hợp áp dụng ảo hóa này bao gồm hai cách thể hiện khác nhau. Trong cách thứ nhất, NSD cài đặt các máy ảo lên máy tính (máy chủ) vật lý của mình. Máy ảo có cách sử dụng, giao diện sử dụng và quản lý giống hệt như một máy tính (máy chủ) vật lý thông thường. Máy ảo dường như cũng có một cách độc lập bộ vi xử lý, bộ nhớ, kết nối mạng vv. Nhưng tất nhiên đó là những tài nguyên được gán (được ảo hóa) từ các tài nguyên vật lý của máy vật lý gốc.

Trong cách thứ hai, môi trường làm việc (như các ứng dụng, hệ điều hành) được cài đặt về mặt vật lý tại các máy chủ lớn. Áp dụng các công nghệ ảo hóa, NSD đầu cuối có thể dùng các ứng dụng trên máy trạm/laptop cá nhân giống như khi các ứng dụng được cài đặt ngay tại máy của họ. Nói cách khác, ảo hóa đã làm cho NSD “nhìn thấy” rằng các ứng dụng đang được cài đặt và hoạt động trên máy cá nhân của họ, trong khi thực chất chúng được cài đặt trên các máy chủ tại trung tâm dữ liệu hay phòng máy chủ.

Khi ứng dụng và các dữ liệu liên quan được cài đặt, lưu trữ và xử lý tập trung tại các máy chủ đặt tại phòng máy chủ hoặc trung tâm dữ liệu, các thiết bị đầu cuối được giải phóng khỏi nhiệm vụ lưu trữ dữ liệu và xử lý dữ liệu của ứng dụng. Điều này trước hết đảm bảo các dữ liệu mang tính bảo mật cao không thể bị truy cập tại các máy trạm đầu cuối. Nói một cách khác, vấn đề bảo mật thông tin được nâng lên một mức cao hơn. Ngoài ra, việc xử lý dữ liệu được đưa về các máy chủ cũng có nghĩa là các tài nguyên mạnh của máy chủ được tận dụng, thay vì phải dùng những tài nguyên hạn chế của các máy trạm. Những ưu điểm này có được mà không ảnh hưởng đến môi trường làm việc của NSD đầu cuối. Đối với họ, các ứng dụng hoạt động không khác gì chúng được cài đặt tại các máy trạm cá nhân, mặc dù trên thực tế, các ứng dụng chạy trên các máy chủ đặt cách xa. Tất cả các thao tác của người dùng đầu cuối để điều khiển ứng dụng (nhấn chuột, đánh bàn phím…) được truyền về máy chủ qua giao thức đặc biệt và được thực thi tại máy chủ (Hình 2). Nói cách khác, một môi trường trong đó các ứng dụng được ảo hóa được thiết lập tại các máy trạm.

Đây chính là cơ sở tạo nên một xu hướng mới cho các DN. Đó là thiết lập hệ thống IT trong đó NSD đầu cuối chỉ cần được trang bị những máy trạm với cấu hình phần cứng rất cơ bản gọn nhẹ. Tất cả các ứng dụng và dữ liệu liên quan được cài đặt, lưu trữ, xử lý tại các máy chủ đặt tập trung với mức bảo mật cao tại phòng máy chủ hoặc trung tâm dữ liệu. Mô hình này thường được nhắc đến với tên gọi Thin Client Architecture, là kiến trúc có thể được thiết lập với các máy trạm gọn nhẹ (Thin Client Desktops) và các phần mềm ảo hóa ứng dụng từ các hãng phần mềm (như XenApp của Citrix, Softgrid của Microsoft).

Hình 2. Ảo hóa ứng dụng tại thiết bị đầu cuối trong mô hình Thin Client Architecture

Từ một cách phân loại khác dựa trên đối tượng được ảo hóa, có thể chia công nghệ ảo hóa thành các mảng chính như sau.

Ảo hóa (hệ thống) máy chủ. Ảo hóa máy chủ là khi chúng ta thực hiện việc tách rời sự lệ thuộc giữa hệ điều hành và phần cứng cho hệ điều hành đó. Điều này cho phép nhiều hệ điều hành có thể hoạt động độc lập (tức là nhiều máy ảo được thiết lập) trên một nền tảng phần cứng chung.

Xét về kiến trúc hệ thống, các mô hình ảo hóa máy chủ có thể là host-based hoặc hypervisor- based. Trong mô hình host-based, để thiết lập máy ảo, NSD sẽ cài phần mềm ảo hóa trực tiếp vào máy vật lý. Đây là cách mà hiện nay hầu hết chúng ta quen dùng để thiết lập máy ảo. Việc phân chia các máy ảo được thực hiện trên hệ điều hành của máy chủ gốc (Hình 3, bên trái).  Trong mô hình hypervisor-based, một lớp ảo hóa (virtualization layer) chung được tích hợp thẳng vào phần cứng nền tảng x86. Các máy ảo sẽ được thiết lập trên lớp ảo hóa chung này (Hình 3, bên phải).

Hình 3. Hai mô hình ảo hóa do VMware áp dụng: host-based và hypervisor-based [4]

Ảo hóa (hệ thống) lưu trữ. Toàn bộ hệ thống lưu trữ của DN có thể bao gồm nhiều thiết bị vật lý khác nhau, được ảo hóa thành một nguồn lưu trữ chung duy nhất từ góc nhìn của các máy chủ, ứng dụng trong hệ thống. Việc chia sẻ và phân chia nguồn lưu trữ này được quản lý tập trung. Ngoài ra, ảo hóa lưu trữ còn là các trường hợp dùng tủ đĩa vật lý nhưng cho phép các máy chủ và ứng dụng nhìn nhận tủ đĩa đó như các thiết bị băng từ. Giải pháp như vậy thường được nhắc đến với tên gọi tape virtualization.

Ảo hóa lưu trữ là giải pháp mà các hãng công nghệ quan tâm và phát triển thành sản phẩm. Hình 4 khái quát giải pháp lưu trữ của HP. Mạng lưu trữ gồm các thiết bị, tủ đĩa khác nhau ảo hóa thành một nguồn lưu trữ hợp nhất. Các động thái sao chép hay dịch chuyển dữ liệu bên trong nguồn lưu trữ hợp nhất đó được các ứng dụng tiến hành thuận tiện. Các ứng dụng tại các máy chủ hoàn toàn không “nhận thấy” được nguồn lưu trữ hợp nhất thật ra được tạo nên bởi các thiết bị vật lý độc lập.

Hình 4 Khái quát giải pháp lưu trữ của HP

Ảo hóa kết nối mạng: Cho phép ảo hóa các đường kết nối mạng, tạo ra một nguồn chung của các kết nối mạng có thể được gán một cách linh hoạt cho các máy tính, máy chủ và các thiết bị trong mạng mà không cần phải thay đổi các kết nối vật lý.

Ảo hóa ứng dụng: Ảo hóa ứng dụng là khi chúng ta tách rời sự lệ thuộc vật lý giữa ứng dụng, hệ điều hành và nền tảng tài nguyên được dùng để tải ứng dụng đó. Một ví dụ về ảo hóa ứng dụng chính là khi ảo hóa được áp dụng để thiết lập mô hình Thin Client Architecture.

Bảng 1. Tổng hợp các loại hình ảo hóa và sự liên hệ tương ứng

4. Công cụ để thực hiện ảo hóa

Hiện trên lĩnh vực ảo hóa máy chủ đang có những giải pháp chính là ESX Server, Hyper, Citrix,.. của hãng Vmware, Microsoft, Citrix v.v.v.. Công ty VMware hiện đang dẫn đầu trong công nghệ ảo hóa với các sản phẩm, giải pháp nhiều tính năng, hoạt động ổn định.VMware cung cấp giải pháp ảo hóa dựa trên cả hai mô hình host-based (thiết lập Workstation and VMware Server) và Hypervisor-based.