Giới thiệu về sự ảo hóa hệ điều hành – Phần 1

Giới thiệu

Sau sự ảo hóa máy chủ và ảo hóa ứng dụng, không gian ảo hóa tiếp tục có những bước tiến triển sang mức tiếp theo. Cùng với VDI (Virtual Desktop Infrastructure), Operating System (OS) Virtualization - ảo hóa hệ điều hành là một trong số các công nghệ đang ngày càng phổ biến trên thị trường hiện nay. Trong phần một này chúng tôi sẽ giới thiệu cho các bạn một số kiến thức cơ bản về sự ảo hóa hệ điều hành. Trong phần hai sắp tới chúng tôi dự định sẽ tiếp tục giới thiệu về các khả năng có thể mở ra, những ưu điểm cũng như nhược điểm và trạng thái hiện hành của công nghệ này.

Ảo hóa hệ điều hành là gì?

Với một hệ điều hành ảo hóa thì không có gì được cài đặt trước hoặc được load vĩnh viễn trên một thiết bị cục bộ và cũng không cần đến ổ đĩa cứng. Mọi thứ đều được chạy từ mạng bằng một đĩa ảo. Với những cung cấp hiện nay, đĩa ảo này quả thực là một file image được lưu trữ trên máy chủ từ xa, SAN hoặc NAS. Máy khách sẽ được kết nối thông qua mạng vào đĩa ảo và sẽ khởi động với hệ điều hành đã được cài đặt trên ổ đĩa ảo.

Có hai kiểu ổ đĩa ảo trong các cung cấp hiện nay đó là:

Private Virtual Disk

Private virtual disk chỉ được sử dụng bởi một máy khách, cũng giống như một ổ đĩa cứng nội bộ. Phụ thuộc vào các quyền đã được gán, người dùng có thể lưu các thông tin trên đĩa ảo. Chính vì vậy khi máy khách được khởi động lại, các thiết lập sẽ được duy trì cũng giống như làm việc với ổ đĩa cứng vật lý.

Shared/Common Virtual Disk

Một đĩa ảo chia sẻ được sử dụng bởi nhiều máy khách cùng một lúc. Trong quá trình sử dụng, những thay đổi được lưu lại trong các cache riêng, tuy nhiên khi máy khách shut down hoặc khởi động lại hì cache sẽ bị xóa sạch. Nói theo cách khác, khi máy khách khởi động nó sẽ sử dụng cấu hình mặc định hiện hữu trên đĩa ảo. Các ổ đĩa này sẽ sắp xếp hoặc bảo đảm mỗi một máy khách đều có một bộ nhận dạng duy nhất trong cơ sở hạ tầng (như một miền của Windows).

Virtual Disk được tạo bằng cách sử dụng công nghệ ảnh hóa (imaging). Bạn sẽ cài đặt một hệ thống như bạn thấy trên một hệ điều hành khác bằng cách sử dụng đĩa ảo (điều này có thể gộp nhóm cả các ứng dụng, chính vì vậy nó không bị hạn chế chỉ về hệ điều hành). Bằng cách cài đặt phần mềm máy khách trên hệ thống chủ (hệ thống từ đó bạn sẽ lấy image), khi đó bạn có thể thiết lập một kết nối với thành phần back-end và tạo một image của hệ thống đến file image của ổ đĩa ảo. Đĩa ảo này có thể được sử dụng trên cả hệ điều hành máy chủ cũng như các hệ điều hành máy khách. Hầu hết các sản phẩm đĩa ảo này hiện nay đều hỗ trợ cả Windows và Linux cũng như nền tảng phần cứng vật lý và nền tảng ảo.

Cho đến đây, về cơ bản các bạn đã hiểu được ảo hóa hệ điều hành là gì. Chúng ta hãy đi vào các chi tiết thêm nữa về cách làm việc của nó cũng như các thành phần có liên quan.

Ảo hóa hệ điều hành làm việc như thế nào?

Trước hết chúng ta hãy xem xét sơ qua các thành phần cần đến để sử dụng hệ điều hành ảo trong một cơ sở hạ tầng.

Thành phần đầu tiên đó chính là máy chủ ảo hóa hệ điều hành. Máy chủ này là một tiêu điểm trong cơ sở hạ tầng ảo hóa hệ điều hành. Nó sắp xếp việc streaming các thông tin trên các đĩa ảo đến máy khách và cũng phân định máy khách nào sẽ được kết nối với ổ đĩa ảo nào (bằng cách sử dụng cơ sở dữ liệu với những thông tin được lưu). Máy chủ này cũng có thể tổ chức để lưu trữ các ổ đĩa ảo một cách nội bộ hoặc có thể được kết nối đến các ổ đĩa ảo thông qua SAN hoặc File Share. Trong các môi trường khả năng có sẵn cần phải cao càng cần phải có máy chủ ảo hóa để tạ sự dự phòng cũng như cân bằng tải. Máy chủ này cũng bảo đảm rằng máy khách sẽ là duy nhất bên trong cơ sở hạ tầng.

Thứ hai, cần có một máy khách có thể liên lạc với máy chủ để kết nối đến các ổ đĩa ảo và yêu cầu các thành phần được lưu trên đĩa ảo nhằm chạy hệ điều hành.

Thành phần hỗ trợ ở đây là một cơ sở dữ liệu dùng để lưu trữ cấu hình và các thiết lập cho máy chủ, một dịch vụ streaming để xử lý nội dung bên trong của ổ đĩa ảo, một dịch vụ TFTP (mang tính tùy chọn) và một dịch vụ khởi động PXE (cũng mang tính tùy chọn) cho việc kết nối máy khách với các máy chủ.

Như đã được đề cập ở trên, các ổ đĩa ảo sẽ chứa một image của một ổ đĩa vật lý từ một hệ thống đang phản xạ cấu hình và các thiết lập. Khi ổ đĩa ảo được tạo thì đĩa đó cần phải được gán cho máy khách sẽ sử dụng đĩa này trước tiên. Kết nối giữa máy khách và đĩa được thực hiện thông qua công cụ quản trị và được lưu bên trong cơ sở dữ liệu. Khi máy khách đã được gán ổ đĩa nó có thể được bắt đầu với ổ đĩa ảo bằng cách sử dụng quá trình được thể hiện dưới đây trong hình 1.



Hình 1: Ảo hóa hệ điều hành và quá trình Streaming

• Kết nối đến máy chủ OS Virtualization.
  Đầu tiên chúng ta khởi động máy và thiết lập kết nối đến máy chủ OS Virtualization. Hầu hết các sản phẩm hiện nay đều cung cấp một số phương pháp để kết nối đến máy chủ. Một trong các phương pháp được sử dụng nhiều nhất đó là sử dụng dịch vụ PXE. Các phương pháp này đa phần đều sử khởi tạo card giao diện mạng, nhận địa chỉ IP (DHCP) và một kết nối đến máy chủ.

• Kết nối đến ổ đĩa ảo
  Khi một kết nối được thiết lập giữa máy khách và máy chủ, máy chủ sẽ quan sát trong cơ sở dữ liệu của nó để kiểm tra xem máy khách này có quen thuộc hay không và các ổ đĩa ảo nào được gán cho máy khách đó. Khi có thêm nhiều ổ đĩa ảo được kết nối thì khi đó sẽ có một menu khởi động được hiển thị trên máy khách. Nếu chỉ có một đĩa được gán thì đĩa này sẽ được kết nối đến máy khách trong bước 3.

• Vdisk đã kết nối đến máy khách
  Sau khi ổ đĩa ảo mong muốn được chọn hoặc một ổ đĩa ảo được gán cho máy khách đã được xác định thì đĩa ảo sẽ được kết nối xuyên suốt máy chủ OS Virtualization đến máy khách. Trên back-end, máy chủ OS Virtualization phải đảm bảo rằng máy khách là duy nhất (tên máy tính và bộ nhận dạng) bên trong cơ sở hạ tầng.

• Hệ điều hành được “streamed” đến máy khách.
  Ngay khi đĩa được kết nối, máy chủ sẽ bắt đầu công việc streaming nội dung bên trong ổ đĩa ảo. Phần mềm sẽ “biết” các phần nào cần thiết để khởi động hệ điều hành một cách êm ái, chính vì vậy các phần này cần phải được “stream” trước. Các thông tin đã được stream đến hệ thống sẽ được lưu ở một vị trí nào đó. Hầu hết các sản phẩm hiện nay đều cung cấp nhiều cách lưu trữ các thông tin này. Cho ví dụ như bộ nhớ trên máy khách, trên đĩa của máy chủ ảo hóa hệ điều hành hoặc cục bộ trên ổ đĩa cứng của máy khách.

• Streaming bổ sung.
  Sau đó phần đầu tiên sẽ được stream cho hệ điều hành để chạy như mong đợi. Dữ liệu ổ đĩa ảo bổ sung sẽ được stream khi cần thiết để chạy hoặc khởi động chức năng được gọi bởi người dùng (cho ví dụ khởi đông ứng dụng có sẵn bên trong ổ đĩa ảo).

Kết luận

Trong phần đầu tiên của loạt bài này, chúng tôi đã giới thiệu cho các bạn về sự ảo hóa hệ điều hành và những kiến thức cơ bản trong quá trình ảo hóa. Trong phần tiếp theo của phần này, chúng tôi sẽ giới thiệu cho các bạn những ưu điểm cũng như nhược điểm của kỹ thuật này, các kịch bản hoặc khả năng có thể của sản phẩm, trạng thái hiện hành và những kết luận cuối cùng.