VMware [Module 9]: Khởi tạo Cluster, cấu hình cân bằng tải vSphere DRS và tính sẵn sàng cao vSphere HA

I. Mở đầu
Trong môi trường ảo hóa, Cluster (Cụm máy chủ) là đơn vị cơ bản để gom nhiều máy chủ vật lý ESXi thành một khối tài nguyên thống nhất. Một máy chủ đơn lẻ có thể vận hành tốt hàng chục máy ảo, nhưng khi phần cứng gặp sự cố, toàn bộ dịch vụ trên đó sẽ lập tức tê liệt. Mô hình Cluster giải quyết triệt để rủi ro này bằng cách chia sẻ tài nguyên tính toán và thiết lập cơ chế dự phòng chéo giữa các node.

Hai trụ cột quyết định tính ổn định của một cụm vSphere là:

• vSphere DRS (Distributed Resource Scheduler): Đóng vai trò bộ điều phối hiệu năng, liên tục theo dõi và "san đều" tải CPU, RAM giữa các host.
• vSphere HA (High Availability): Đóng vai trò lưới an toàn cứu hộ, tự động phát hiện lỗi phần cứng hoặc mạng để khởi động lại máy ảo trên các máy chủ còn sống sót.

Báo cáo này phân tích quy trình tạo lập cụm Cluster chuẩn hóa, làm rõ các tùy chọn kiến trúc của DRS và HA, đồng thời đi sâu vào các cơ chế then chốt như EVC, quy tắc Affinity/Anti-affinity và thuật toán kiểm soát dung lượng dự phòng (Admission Control).

II. Nội dung

1. Quy trình khởi tạo vSphere Cluster và các tiền đề kỹ thuật

1.1. Điều kiện tiên quyết​

Việc tạo cụm Cluster logic không đòi hỏi license đặc biệt, nhưng để kích hoạt hai tính năng DRS và HA, vCenter phải được cấp phép license tương ứng (tối thiểu vSphere Standard cho HA và vSphere Enterprise Plus cho DRS).

• Cấu trúc thư mục: vCenter Inventory bắt buộc phải có sẵn một đối tượng Datacenter.
• Đồng nhất phiên bản: Các host ESXi dự kiến gia nhập cụm nên chạy cùng phiên bản ESXi và chung mức bản vá (patch level) để tránh xung đột kernel module.
• Sạch sẽ cấu hình: Các host không nên chứa cấu hình vSAN thủ công hoặc switch phân tán cục bộ từ trước nếu muốn áp dụng đồng bộ cấu hình tự động khi gia nhập cụm.
• Phân quyền (RBAC): Tài khoản thực hiện cần có quyền Host.Inventory.Create Cluster trên Datacenter đích.

1.2. Các bước triển khai trên vSphere Client​

• Điều hướng tới Hosts and Clusters -> Chuột phải vào Datacenter -> Chọn New Cluster.
• Nhập tên định danh cho Cluster.
• Tại giao diện ban đầu, quản trị viên có thể bật ngay hoặc để sau ba tính năng: vSphere DRS, vSphere HA, và vSAN.
  • Giá trị mặc định của DRS: Automation level là Fully Automated, ngưỡng Migration threshold đặt ở mức 3.
  • Giá trị mặc định của HA: Bật giám sát máy chủ (Host Monitoring: Enabled), bật kiểm soát dung lượng dự phòng (Admission Control: Enabled), tắt giám sát máy ảo (VM Monitoring: Disabled).
• Từ bản cập nhật vSphere 7.0 Update 2 trở đi, hệ thống hỗ trợ chỉ định một máy chủ tham chiếu (Reference Host) để trích xuất bản image mẫu (vSphere Lifecycle Manager - vLCM), bảo đảm toàn bộ các host thêm vào sau này đều có cấu hình phần mềm và driver đồng nhất.
• Sau khi hoàn tất khởi tạo, máy chủ được đưa vào cụm thông qua giao diện Quickstart hoặc thao tác kéo thả thủ công.

1.3. Cấu hình EVC (Enhanced vMotion Compatibility)​

EVC là tùy chọn bắt buộc phải cân nhắc nếu cụm máy chủ gồm nhiều đời CPU khác nhau.

• Cơ chế: Khi các thế hệ vi xử lý (như Intel Skylake, Cascade Lake, Ice Lake) cùng đứng chung trong một cụm, các tập lệnh vi xử lý (CPU instructions) mới sẽ khiến tính năng vMotion thất bại do không tương thích. EVC giải quyết vấn đề này bằng cách "đeo mặt nạ" (masking) các tập lệnh nâng cao, ép toàn bộ máy chủ trong cụm chỉ phơi bày ra một tập lệnh chuẩn chung tương ứng với thế hệ CPU thấp nhất.
• Lợi ích: Đảm bảo quá trình vMotion giữa các host diễn ra thông suốt mà không cần quan tâm máy ảo được khởi động ban đầu trên host nào.

2. vSphere DRS: Tự động hóa và cân bằng tải

DRS liên tục thu thập chỉ số sử dụng CPU và bộ nhớ của từng host và từng VM trong khoảng thời gian chu kỳ (mặc định 5 phút). Nó so sánh mức tải thực tế với trạng thái phân bổ tối ưu lý tưởng, từ đó đưa ra khuyến nghị hoặc tự động kích hoạt vMotion để dời máy ảo từ host đang quá tải sang host còn rảnh rỗi. Ngoài ra, DRS cũng can thiệp vào giai đoạn bật máy để chọn vị trí khởi động tốt nhất cho máy ảo.

2.1. Các mức độ tự động hóa​

• Manual: Thích hợp cho các môi trường kiểm soát nghiêm ngặt. Khi bật máy ảo hoặc khi hệ thống mất cân bằng tải, DRS chỉ hiển thị danh sách các đề xuất lên màn hình để quản trị viên tự nhấn nút thực thi.
• Partially Automated: Khi bật nguồn máy ảo, DRS tự động chọn host tối ưu nhất để đặt VM. Tuy nhiên, khi hệ thống đang chạy mà phát sinh lệch tải, DRS chỉ đưa ra khuyến nghị vMotion chứ không tự ý di chuyển. Đây là cấu hình chuẩn cho các hệ thống cơ sở dữ liệu lớn (như Greenplum, Oracle RAC) nơi việc tự động vMotion có thể ảnh hưởng tức thời đến độ trễ I/O.
• Fully Automated: DRS toàn quyền quyết định cả khâu đặt máy ban đầu lẫn việc tự động thực thi vMotion cân bằng tải khi cần thiết. Phù hợp cho đa số môi trường ứng dụng chung.
• Ghi đè cho từng máy ảo (VM Overrides): Sau khi thiết lập mức độ tự động ở cấp cụm, kỹ sư có thể bật tùy chọn Enable individual virtual machine automation levels để gán quy tắc riêng cho từng VM cụ thể (ví dụ: toàn cụm là Fully Automated nhưng riêng máy ảo Core Database đặt là Partially Automated).

2.2. Migration Threshold​

Ngưỡng di trú xác định mức độ "nhạy cảm" của DRS khi can thiệp vào hệ thống. Thanh trượt gồm 5 cấp độ từ Conservative (Mức 1) đến Aggressive (Mức 5):

• Mức 1 (Conservative): DRS chỉ thực thi các đề xuất ưu tiên cao nhất (Priority 1) — thường là khi cần di chuyển máy ảo để giải phóng host chuẩn bị vào chế độ bảo trì (Maintenance Mode) hoặc khi vi phạm quy tắc phân bổ tài nguyên nghiêm trọng.
• Mức 3 (Mặc định): Áp dụng các đề xuất từ Priority 1 đến Priority 3, cân bằng giữa hiệu quả sử dụng tài nguyên và chi phí băng thông mạng khi vMotion.
• Mức 5 (Aggressive): DRS can thiệp rất tích cực, sẵn sàng kích hoạt vMotion liên tục ngay cả khi độ lệch tải giữa các host là rất nhỏ.

2.3. Affinity & Anti-affinity Rules​

Quy tắc quản lý vị trí đặt máy ảo trên các máy chủ vật lý:

• VM-VM Affinity (Chạy cùng host): Buộc một nhóm máy ảo phải nằm chung trên một host ESXi (ví dụ: máy chủ Web và máy chủ Caching nội bộ cần giao tiếp tốc độ cao qua vSwitch mà không muốn đi ra mạng vật lý).
• VM-VM Anti-affinity (Chạy khác host): Bắt buộc các máy ảo phải tách riêng ra các host khác nhau. Đây là chuẩn thiết kế cho các cặp máy chủ dự phòng (như 2 máy chủ Active Directory Domain Controller, 2 node Database Replicas) để tránh nguy cơ sập cả cụm dịch vụ khi một host vật lý gặp sự cố.

Lưu ý kiến trúc quan trọng: Quy tắc Anti-affinity của DRS mang tính chất không bắt buộc (non-mandatory / soft rule) khi đối đầu với sự cố. Nếu một host bị sập nguồn và tính năng HA cần khởi động lại máy ảo, nhưng các host còn lại không đủ chỗ nếu tuân thủ Anti-affinity, thì HA sẽ ưu tiên tính sẵn sàng (Availability) hơn tính tuân thủ quy tắc. Tức là hệ thống sẵn sàng vi phạm quy tắc Anti-affinity để bật máy ảo lên trước, sau đó DRS sẽ tính toán tách chúng ra sau khi hạ tầng ổn định trở lại.

2.4. Các tính năng mở rộng của DRS​

• Predictive DRS: Phối hợp cùng nền tảng VMware Aria Operations (trước đây là vRealize Operations). Hệ thống phân tích quy luật tiêu thụ tài nguyên theo lịch sử để chủ động di chuyển máy ảo trước khi điểm nghẽn thực tế xuất hiện (ví dụ di dời tải trước giờ cao điểm đầu ngày).
• VM Distribution: Cân nhắc số lượng máy ảo trên từng host, ưu tiên rải đều số lượng VM ra toàn cụm sau khi đã đạt yêu cầu cân bằng tải CPU/RAM.
• DPM (Distributed Power Management): Cơ chế tiết kiệm năng lượng. Khi tải toàn cụm giảm sâu vào ban đêm, DPM sử dụng vMotion để gom toàn bộ máy ảo về một số ít host, sau đó gửi gói tin IPMI/iLO/Wake-on-LAN để đưa các máy chủ thừa vào trạng thái ngủ đông (Standby), và tự động đánh thức chúng dậy khi tải tăng trở lại.

3. vSphere HA: Khả năng sẵn sàng cao và cơ chế phục hồi sự cố
vSphere HA hoạt động theo kiến trúc tác nhân phân tán. Khi kích hoạt, dịch vụ FDM (Fault Domain Manager) được triển khai lên toàn bộ các host trong cụm. Các host sẽ bầu ra một Master Host duy nhất để giám sát trạng thái của các Slave Hosts, theo dõi việc khởi động lại máy ảo và giao tiếp với vCenter.

3.1. Các dạng sự cố được HA bảo vệ​

• Lỗi sập máy chủ vật lý (Host Failure): Host mất nguồn hoặc kernel panic (tím màn hình - PSOD). Master Host phát hiện mất tín hiệu và tự động khởi động lại các máy ảo trên các host còn hoạt động.
• Lỗi cô lập mạng (Host Network Isolation): Host vẫn chạy nhưng mất toàn bộ kết nối tới mạng quản trị (Management Network).
• Mất kết nối lưu trữ (Datastore Accessibility Failure): Bảo vệ máy ảo khi gặp lỗi phân vùng đĩa qua tính năng VMCP (VM Component Protection), tự động tắt và bật lại VM trên host còn đường truyền tới storage.
• Lỗi treo ứng dụng khách (VM / Application Failure): Theo dõi tín hiệu nhịp tim (Heartbeat) từ VMware Tools. Nếu hệ điều hành khách bị treo cứng không còn phát nhịp tim, HA sẽ tự động reset lại máy ảo.

3.2. Cấu hình bảng phản ứng sự cố​

• Host Failure Response: Đặt ở mức Restart VMs. Hệ thống sẽ căn cứ vào thứ tự ưu tiên (Restart Priority: năm mức từ Lowest đến Highest) để quyết định máy chủ nào được khởi động trước (ví dụ: máy chủ Database khởi động trước, máy chủ Web khởi động sau).
• Response for Host Isolation: Khi host mất kết nối mạng quản trị nhưng máy ảo bên trong vẫn đang chạy, có ba tùy chọn phản ứng: Disabled (mặc kệ), Shut down and restart VMs (tắt máy mềm rồi bật lại nơi khác), và Power off and restart VMs (cưỡng bức ngắt nguồn và bật lại ngay trên host khác). Khuyến nghị chuẩn mực là chọn Power off and restart VMs để giải phóng khóa tệp (file lock) trên Datastore nhanh nhất, tránh nguy cơ phát sinh tình trạng "hai đầu não" (Split-Brain).
• VM Monitoring: Giám sát nhịp tim máy ảo. Cấu hình khuyến nghị: VM Monitoring Only, thiết lập chu kỳ cảnh báo mất nhịp tim sau 30 giây và thời gian hoạt động tối thiểu ban đầu (Minimum uptime) là 120 giây để máy ảo có đủ thời gian hoàn tất quy trình boot hệ điều hành mà không bị reset nhầm.

3.3. Cơ chế kiểm soát dung lượng dự phòng​

Admission Control là "bộ van an toàn" của cụm HA. Nó ngăn chặn tình trạng quản trị viên bật quá nhiều máy ảo khiến tổng tài nguyên bị cạn kiệt, dẫn đến việc khi có một máy chủ vật lý bị sập, các máy chủ còn lại không còn đủ CPU và RAM để gánh tải cho các máy ảo bị nạn.

Chính sách cấu hình chuẩn mực nhất là Cluster resource percentage (Tỷ lệ phần trăm tài nguyên cụm):

• Hệ thống yêu cầu xác định cụ thể số lượng host lỗi cần dự phòng (ví dụ: dự phòng cho N = 1 host hỏng).
• Nếu cụm có 4 host có cấu hình đồng nhất, hệ thống sẽ tự động khóa lại 1/4 = 25% tổng tài nguyên CPU và RAM của toàn cụm dưới dạng dự phòng tĩnh.
• Khi tổng lượng Reservation của các máy ảo đang chạy chạm tới ngưỡng 75%, tính năng Admission Control sẽ chặn đứng mọi thao tác bật nguồn (Power On) thêm bất kỳ máy ảo nào mới, hoặc chặn các lệnh di chuyển máy ảo từ ngoài vào cụm.

3.4. Cơ chế Heartbeating đa kênh​

Để phân biệt chính xác giữa việc máy chủ bị "chết hẳn" (sập nguồn) và máy chủ chỉ bị "điếc mạng" (mất kết nối mạng quản lý), vSphere HA áp dụng cơ chế xác thực chéo hai lớp:

1. Network Heartbeat: Tín hiệu nhịp tim trao đổi liên tục qua cổng mạng VMkernel Management trên giao thức mạng IP.
2. Datastore Heartbeating: Nếu tín hiệu mạng đột ngột biến mất, Master Host sẽ kiểm tra các tệp nhịp tim chuyên dụng ghi trực tiếp trên các kho lưu trữ dùng chung (Datastore Heartbeats). Nếu host bị ngắt mạng vẫn đang liên tục cập nhật tệp nhịp tim trên storage, Master Host xác định máy chủ đó vẫn còn sống nhưng đang bị cô lập mạng (Isolated), từ đó kích hoạt đúng kịch bản Host Isolation Response thay vì coi nó đã chết hoàn toàn. Khuyến nghị chuẩn là để vCenter tự động lựa chọn tối thiểu 2 Datastore độc lập (Automatically select datastores accessible from the hosts).

III. Tổng kết
Xây dựng một cụm vSphere Cluster không đơn thuần chỉ là việc gom nhóm các máy chủ lại với nhau qua vài bước cấu hình đồ họa, mà đòi hỏi sự tính toán chuẩn xác giữa hai yếu tố: Hiệu năng sử dụng và Dung lượng dự phòng.

• vSphere DRS tối ưu hóa bài toán chia sẻ tài nguyên động: Việc lựa chọn mức độ tự động hóa (Partially Automated cho Database nặng và Fully Automated cho môi trường thông thường), cân nhắc ngưỡng nhạy cảm và áp dụng khéo léo quy tắc Anti-affinity giúp hệ thống vừa vận hành êm ái vừa bảo toàn tính sẵn sàng dịch vụ khi có sự cố.
• vSphere HA thiết lập bức tường phòng thủ thụ động: Việc thấu hiểu cơ chế cách ly mạng, kết hợp nhịp tim mạng với Datastore Heartbeating, và đặc biệt là thiết lập chính xác tỷ lệ tài nguyên trong Admission Control là chìa khóa then chốt. Cấu hình Admission Control quá lỏng lẻo sẽ khiến cụm sập dây chuyền khi có host lỗi, nhưng cấu hình quá chặt sẽ gây lãng phí năng lực tính toán của doanh nghiệp.

Sự phối hợp giữa khả năng cân bằng tải thông minh của DRS và năng lực tự phục hồi nhanh chóng của HA tạo nên một nền tảng ảo hóa bền vững, giúp hệ thống CNTT duy trì hoạt động liên tục ngay cả khi phần cứng bên dưới gặp biến cố nghiêm trọng.