Virtualization Lý thuyết về ảo hóa vSphere và ESXi

MỤC LỤC​

1. Tổng quan về bài lab
2. Module 1 Giới thiệu VMware vSphere
3. Module 2 Kiến thức nền tảng về ảo hóa
4. ESXi vCenter vSphere và vSphere Plus
5. Kiến trúc tổng thể của môi trường vSphere
6. Máy ảo hoạt động như thế nào
7. CPU RAM storage và mạng trong ESXi
8. Module 3 Cài đặt và cấu hình ESXi
9. Management Network DNS và NTP
10. Quản lý tài khoản và bảo mật ESXi
12. Kết luận

1. Tổng quan về bài lab​

Bài lab này giúp người học xây dựng kiến thức nền về VMware vSphere và thực hành cài đặt ESXi trên một máy chủ vật lý. Đây là ba module đầu tiên trước khi học các nội dung tiếp theo như vCenter, mạng vSphere, storage, High Availability và vMotion.
Trong cách triển khai truyền thống, một ứng dụng thường cần một server vật lý riêng. Cách làm này dễ gây lãng phí vì nhiều server chỉ dùng một phần nhỏ CPU và RAM. Khi số lượng ứng dụng tăng, chi phí điện, rack, cáp mạng, backup và bảo trì cũng tăng theo.
Ảo hóa cho phép một server vật lý chạy nhiều máy ảo. Mỗi máy ảo vẫn có hệ điều hành, địa chỉ IP, ổ đĩa và ứng dụng riêng. Người dùng sử dụng máy ảo gần giống như dùng một server thật.
Server vật lý
|
ESXi
|
VM Domain Controller
VM File Server
VM Web Server
VM Database Server

Mục tiêu sau bài lab​

· Hiểu ảo hóa, hypervisor, ESXi, vCenter và vSphere.
· Hiểu VM sử dụng CPU, RAM, disk và mạng như thế nào.
· Cài đặt ESXi lên máy chủ vật lý.
· Cấu hình Management Network, DNS, NTP và hostname.
· Kiểm tra host bằng ESXi Host Client.
· Biết các nguyên tắc cơ bản để bảo vệ tài khoản root và SSH.

2. Module 1 Giới thiệu VMware vSphere​

VMware vSphere là bộ giải pháp ảo hóa dành cho hạ tầng máy chủ. Nó cung cấp công cụ để tạo VM, vận hành VM và quản lý nhiều máy chủ ảo từ một nơi.
Người quản trị
|
vSphere Client
|
vCenter Server hoặc ESXi Host Client
|
ESXi Host
|
Virtual Machines

Trong lab chỉ có một ESXi host, người quản trị có thể dùng ESXi Host Client. Khi hệ thống có nhiều host, vCenter Server là nơi quản lý tập trung.

Các khái niệm cần nhớ​

· ESXi Host: máy chủ vật lý đã cài ESXi.
· Virtual Machine hay VM: máy chủ ảo chạy Windows, Linux hoặc ứng dụng.
· Datastore: nơi lưu file của VM.
· Virtual Switch: switch mạng chạy bằng phần mềm trong ESXi.
· vSphere Client: giao diện web để quản trị VMware.
· vCenter Server: hệ thống quản lý tập trung cho nhiều ESXi host.

2.1 Vai trò thực tế và mối quan hệ giữa các thành phần​

Trong vận hành thực tế, vCenter không chạy VM thay cho ESXi. vCenter gửi yêu cầu, lưu inventory, quyền và lịch sử thao tác. ESXi mới là nơi nhận lệnh, cấp CPU RAM, mở virtual disk và chạy VM.

Luồng quan hệ: vCenter gửi yêu cầu đến ESXi; ESXi sử dụng tài nguyên vật lý và datastore để chạy VM; VM dùng port group để kết nối mạng.

3. Module 2 Kiến thức nền tảng về ảo hóa​

3.1 Ảo hóa là gì​

Ảo hóa là cách dùng phần mềm để tạo tài nguyên ảo từ phần cứng thật. ESXi lấy CPU, RAM, disk và card mạng vật lý của server rồi cấp chúng cho nhiều VM.
Server vật lý
CPU: 16 core
RAM: 128 GB
Disk: 2 TB
NIC: 4 cổng

VM DC01 : 2 vCPU, 4 GB RAM, 60 GB disk
VM WEB01 : 2 vCPU, 8 GB RAM, 100 GB disk
VM APP01 : 4 vCPU, 16 GB RAM, 150 GB disk
VM DB01 : 4 vCPU, 32 GB RAM, 500 GB disk

3.2 Lợi ích và giới hạn​

Ảo hóa giúp dùng phần cứng hiệu quả, tạo server nhanh, dễ backup, dễ khôi phục và giảm số lượng máy chủ vật lý. Tuy nhiên, ảo hóa không tạo thêm CPU, RAM hay storage. Nếu host thiếu tài nguyên, tất cả VM trên host có thể bị chậm.

3.3 Hypervisor là gì​

Hypervisor là phần mềm tạo và chạy VM. ESXi là bare metal hypervisor, nghĩa là nó cài trực tiếp lên phần cứng server, không cần Windows hoặc Linux nằm bên dưới.
Type 1 như ESXi
VM
ESXi
Phần cứng vật lý

Type 2 như VMware Workstation
VM
VMware Workstation
Windows hoặc Linux
Phần cứng vật lý

ESXi phù hợp môi trường doanh nghiệp vì được thiết kế để chạy lâu dài, quản lý phần cứng server và phục vụ nhiều VM.

3.4 So sánh Type 1 và Type 2 Hypervisor​

3.5 Cấp phát tài nguyên và giới hạn overcommit​

ESXi tạo vCPU, vRAM, vDisk và vNIC cho VM. Các tài nguyên này là logic nhưng cuối cùng vẫn dùng CPU core, RAM, disk và NIC thật trên host. Overcommit là cấp tổng tài nguyên logic lớn hơn tài nguyên vật lý; chỉ nên dùng khi đã theo dõi nhu cầu thực tế.

4. ESXi vCenter vSphere và vSphere Plus​

4.1 ESXi​

ESXi là thành phần trực tiếp chạy VM. Nó nhận diện phần cứng, tạo VM, cấp tài nguyên, quản lý virtual switch và kết nối datastore.
Server vật lý = tòa nhà
ESXi = ban quản lý tòa nhà
VM = các căn hộ
CPU RAM Disk Network = hạ tầng dùng chung
Các VM độc lập với nhau, nhưng vẫn dùng chung phần cứng. Nếu host bị hỏng hoặc mất điện, các VM trên host cũng bị ảnh hưởng.

4.2 vCenter Server​

vCenter Server quản lý tập trung nhiều ESXi host. Nó giúp tạo Datacenter, Cluster, Folder, phân quyền người dùng, theo dõi cảnh báo và triển khai các tính năng nâng cao.
VM chạy trên ESXi, không chạy trên vCenter. Nếu vCenter tạm dừng, VM đang chạy trên ESXi thường vẫn hoạt động. Nhưng nhiều thao tác quản lý tập trung sẽ bị giới hạn.

4.3 vSphere và vSphere Plus​

vSphere là tên bộ giải pháp VMware, bao gồm ESXi, vCenter và nhiều tính năng mở rộng. vSphere Plus là mô hình có kết nối cloud để hỗ trợ quản lý hạ tầng theo hướng hiện đại. Lab cơ bản cần tập trung vào ESXi, VM, datastore, network và vCenter.

4.4 Chọn thành phần theo tình huống sử dụng​

5. Kiến trúc tổng thể của môi trường vSphere​

Trong kiến trúc này, vCenter là nơi điều phối. ESXi là nơi trực tiếp xử lý VM. Mỗi ESXi host có CPU, RAM, NIC, storage adapter, datastore, virtual switch và VMkernel adapter.

Management Plane Control Plane Data Plane trong vSphere​

Có thể hiểu đơn giản môi trường vSphere gồm ba phần logic. Management Plane là nơi người quản trị dùng giao diện web hoặc API để cấu hình. Control Plane là nơi giữ thông tin cấu hình, inventory, quyền và trạng thái. Data Plane là nơi ESXi xử lý CPU, RAM, disk và traffic của VM.
Người quản trị
|
Management Plane : vSphere Client vCenter API
Control Plane : inventory cấu hình quyền trạng thái
Data Plane : ESXi xử lý VM network storage

5.1 Luồng hoạt động cụ thể của ba plane​

Ví dụ khi bật VM từ vSphere Client: Management Plane nhận thao tác. Control Plane kiểm tra quyền, inventory, host và cấu hình VM. Data Plane trên ESXi đọc VMX, mở VMDK, cấp CPU RAM rồi đưa vNIC vào Port Group.

6. Máy ảo hoạt động như thế nào​

Một VM gồm phần cứng ảo và các file lưu trên datastore. Khi bật VM, ESXi đọc file cấu hình, cấp CPU/RAM, gắn virtual disk và kết nối virtual NIC vào port group.
APP01.vmx : file cấu hình VM
APP01.vmdk : virtual disk chứa hệ điều hành và dữ liệu
APP01.nvram : BIOS hoặc UEFI ảo
APP01.vmsd : thông tin snapshot
vmware.log : log hoạt động

6.1 Vòng đời VM khi Power On​

1. Người quản trị hoặc automation gửi lệnh Power On.
2. vCenter kiểm tra quyền nếu thao tác đi qua vCenter.
3. ESXi đọc file VMX để biết CPU, RAM, disk và network của VM.
4. ESXi cấp vCPU và vRAM, mở file VMDK trên datastore.
5. ESXi dùng NVRAM cho BIOS hoặc UEFI rồi nối vNIC vào Port Group.
6. Guest OS khởi động; ESXi ghi sự kiện vào vmware.log.
Nếu VM không Power On, hãy xem Tasks and Events trước, sau đó kiểm tra datastore còn dung lượng, file lock, VMX và vmware.log.

6.2 vCPU​

vCPU là CPU ảo mà hệ điều hành trong VM nhìn thấy. ESXi chia thời gian CPU vật lý cho các vCPU. Tổng vCPU có thể lớn hơn số core vật lý, nhưng nếu quá nhiều VM cùng cần CPU thì VM phải chờ.
Không nên cấp vCPU quá lớn, bắt đầu với mức vừa đủ, theo dõi hiệu năng và tăng khi ứng dụng thực sự cần.

6.3 vRAM​

vRAM là RAM cấp cho VM. RAM là tài nguyên rất quan trọng. Khi host thiếu RAM, ESXi có thể nén bộ nhớ hoặc dùng disk thay cho RAM. Disk chậm hơn RAM rất nhiều nên VM sẽ chậm rõ rệt.

6.4 Virtual disk và datastore​

VM
|
vDisk VMDK
|
Datastore
|
Local Disk hoặc NAS hoặc SAN hoặc vSAN
Datastore là vùng lưu trữ mà ESXi nhìn thấy. Lab một host có thể dùng local datastore. Môi trường nhiều host thường dùng shared storage để nhiều host cùng thấy file VM.

6.5 Snapshot và backup​

Snapshot giúp quay lại trạng thái trước một thay đổi. Nó phù hợp khi cài bản vá hoặc thử cấu hình. Snapshot không phải backup vì thường nằm cùng datastore với VM. Không nên giữ snapshot quá lâu vì file thay đổi sẽ tăng, datastore có thể đầy và hiệu năng VM có thể giảm.

7. CPU RAM Storage và Mạng trong ESXi​

7.1 CPU và RAM​

CPU Scheduler của ESXi chia thời gian CPU vật lý cho vCPU. RAM VM lấy từ RAM host. Khi VM chậm, không nên tăng vCPU hoặc vRAM ngay; cần xác định VM thiếu CPU, thiếu RAM hay bị storage hoặc network chậm.

7.2 Storage và datastore​

Đường đi storage: ứng dụng -> Guest OS -> VMDK -> datastore -> storage adapter hoặc NIC -> local disk, NAS hoặc SAN. Snapshot tạo file thay đổi; giữ snapshot lâu có thể làm datastore đầy và tăng độ trễ đọc ghi.

7.3 Mạng VM và mạng ESXi​

Nội dung mạng gốc bên dưới giải thích VMkernel adapter. Khi VM không có mạng, hãy kiểm tra theo thứ tự vNIC -> Port Group -> vSwitch hoặc vDS -> vmnic -> Physical Switch -> gateway và DNS.

7.3.1 Các loại mạng VMkernel​

VM dùng virtual NIC để kết nối mạng. ESXi dùng VMkernel adapter cho các dịch vụ của chính host. VMkernel adapter không phải card mạng dành cho VM.
· Management Network: quản trị ESXi và kết nối với vCenter.
· vMotion Network: di chuyển VM đang chạy giữa các host.
· vSAN Network: lưu lượng vSAN.
· Storage Network: iSCSI hoặc NFS.
· Fault Tolerance Logging: đồng bộ cho Fault Tolerance.
VM
|
vNIC
|
Port Group
|
vSwitch hoặc vDS
|
vmnic vật lý
|
Switch vật lý
|
LAN hoặc Internet

Sai VLAN, sai uplink, sai gateway hoặc sai cấu hình trên switch vật lý đều có thể làm VM mất mạng.

8. Module 3 Cài đặt và cấu hình ESXi​

8.1 Chuẩn bị trước khi cài​

· CPU hỗ trợ Intel VT x hoặc AMD V và đã bật trong BIOS hoặc UEFI.
· NIC và storage controller tương thích ESXi.
· USB boot hoặc ISO cài ESXi.
· IP tĩnh, gateway, DNS, NTP và hostname đã được chuẩn bị.
· Có quyền truy cập iDRAC, iLO hoặc console vật lý để xử lý khi mất kết nối mạng.
Hostname : esxi-01.lab.local
Management IP : 10.10.10.11
Subnet Mask : 255.255.255.0
Gateway : 10.10.10.1
DNS Server : 10.10.10.10
NTP Server : 10.10.10.10
Management VLAN : 10

8.2 Các bước cài ESXi​

7. Boot server bằng USB hoặc ISO ESXi.
8. Chọn Install ESXi.
9. Chọn ổ đĩa cài đặt.
10. Chọn keyboard layout.
11. Đặt mật khẩu root mạnh.
12. Hoàn tất cài đặt và khởi động lại server.
13. Mở màn hình DCUI để cấu hình mạng quản trị.

8.2.1 Mục đích và kiểm tra ở từng bước​

8.3 DCUI​

DCUI là màn hình quản trị trực tiếp của ESXi. Đây là công cụ rất quan trọng khi ESXi chưa có mạng hoặc người quản trị mất kết nối web.
Configure Management Network
- Network Adapters
- VLAN
- IPv4 Configuration
- DNS Configuration
- Custom DNS Suffixes

9. Management Network DNS và NTP​

9.1 Management Network​

Management Network là đường kết nối giữa người quản trị với ESXi. Cấu hình sai có thể làm mất quyền truy cập host. Khi thay đổi mạng, cần kiểm tra từng bước và luôn có đường truy cập console dự phòng.
Network Adapter : vmnic0
VLAN ID : 10
IPv4 Address : 10.10.10.11
Subnet Mask : 255.255.255.0
Default Gateway : 10.10.10.1
Primary DNS : 10.10.10.10
Hostname : esxi-01.lab.local
Sau khi cấu hình, chạy Test Management Network để kiểm tra ping gateway, ping DNS server và phân giải hostname.

9.2 DNS​

DNS giúp đổi hostname thành IP. Khi triển khai vCenter, DNS đúng là điều kiện rất quan trọng. Nên có bản ghi thuận và ngược cho ESXi và vCenter.
esxi-01.lab.local -> 10.10.10.11
vcsa.lab.local -> 10.10.10.20

9.2.1 DNS ảnh hưởng thế nào đến vCenter và troubleshooting​

vCenter và ESXi thường nhận diện nhau bằng hostname hoặc FQDN. DNS sai có thể làm thêm host thất bại, certificate cảnh báo hoặc log khó đối chiếu. Nên kiểm tra cả forward lookup và reverse lookup.

9.3 NTP và PTP​

NTP đồng bộ thời gian cho ESXi. Thời gian sai làm log khó điều tra, có thể ảnh hưởng xác thực Active Directory và gây cảnh báo certificate. PTP chính xác hơn, nhưng NTP là đủ cho phần lớn lab và môi trường thông thường.
esxcli system ntp set --servers 10.10.10.10
esxcli system ntp set --enabled true
esxcli system ntp get

9.3.1 Vì sao NTP quan trọng​

· Thời gian thống nhất giúp ghép event giữa ESXi, vCenter, Active Directory, backup và monitoring.
· Chênh thời gian lớn có thể ảnh hưởng xác thực như Kerberos và cảnh báo certificate.
· NTP server phải reachable và dịch vụ NTP phải được bật sau khi cấu hình.

10. Quản lý tài khoản và bảo mật ESXi​

Tài khoản root có toàn quyền trên ESXi. Cần dùng mật khẩu mạnh và không chia sẻ rộng rãi. Khi đã có vCenter, nên dùng tài khoản riêng và phân quyền theo vai trò thay vì dùng root cho mọi thao tác.
· Chỉ truy cập ESXi từ mạng quản trị.
· Bật SSH khi cần xử lý sự cố và tắt sau khi xong.
· Theo dõi log và cảnh báo bảo mật.
· Đổi mật khẩu theo chính sách của tổ chức.
· Không đưa mật khẩu, license key hoặc IP nhạy cảm vào ảnh chụp công khai.

10.1 Least privilege và quản lý quyền​

Least privilege nghĩa là chỉ cấp đúng quyền cần thiết trong đúng phạm vi. Khi có vCenter, nên gán quyền cho group theo vai trò thay vì dùng root hoặc Administrator toàn cục cho mọi người.

12. Kết luận​

Ba module đầu là nền tảng cho toàn bộ quá trình học VMware vSphere. ESXi là nơi VM thực sự chạy. vCenter là nơi quản lý tập trung. VM dùng tài nguyên ảo nhưng vẫn phụ thuộc CPU, RAM, storage và mạng thật của ESXi host.

Người học cần nhớ rằng Management Network, DNS và NTP phải được cấu hình đúng từ đầu. Đây là các điều kiện nền tảng để host hoạt động ổn định và sẵn sàng kết nối với vCenter trong các module sau.