Proxmox [LT] Giải pháp Ảo hóa sử dụng Proxmox: Khả năng ứng dụng và hiệu quả so với mô hình vật lý

MỤC LỤC
1 Tổng quan và so sánh các giải pháp ảo hóa
2 Mô hình máy chủ vật lý
3 Mô hình máy chủ ảo hóa
4 Đối tượng khách hàng với mô hình triển khai:
5 Tổng kết:
TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Tổng quan và so sánh các giải pháp ảo hóa​

Ảo hóa là gì​

Ảo hóa là một công nghệ cho phép tạo ra một môi trường ảo (máy chủ, lưu trữ, mạng, v.v.) từ một máy vật lý duy nhất thông qua các phần mềm mô phỏng, từ đó có thể chạy nhiều máy ảo cùng một lúc. Công nghệ này giúp doanh nghiệp sử dụng tài nguyên hiệu quả hơn giảm chi phí và tối ưu hóa quản lý hạ tầng cũng như hỗ trợ cho các dịch vụ điện toán đám mây

Lợi ích của ảo hóa​

• Hiệu quả sử dụng tài nguyên: Cho phép chạy nhiều VM trên một máy chủ vật lý, tối ưu hóa hiệu suất phần cứng.
• Quản lý dễ dàng: Dễ dàng quản lý, tự động triển khai và thực thi chính sách thông qua phần mềm.
• Thời gian chết tối thiểu: Hỗ trợ chuyển đổi dự phòng giữa các VM, giảm gián đoạn khi xảy ra sự cố.
• Cung cấp nhanh: Triển khai VM nhanh chóng mà không cần thiết lập thủ công phần cứng.
• Phục hồi thảm họa: Dễ dàng sao lưu, di chuyển và khôi phục VM, giúp hệ thống phục hồi nhanh chóng.
• Hiệu quả chi phí: Giảm chi phí phần cứng, bảo trì và năng lượng bằng cách hợp nhất tài nguyên.

Các loại ảo hóa​

Ảo hóa máy chủ (Server Virtualization)​

- Khái niệm: Là công nghệ cho phép chia nhỏ một máy chủ vật lý thành nhiều máy chủ ảo (VM – Virtual Machine) độc lập cùng chia sẻ tài nguyên từ máy chủ vật lý, mỗi VM tương tự như một máy máy tính riêng biệt có thể chạy hệ điều hành và ứng dụng riêng.

Ảo hóa lưu trữ (Storage Virtualization)​

• Khái niệm: công nghệ tạo lớp trừu tượng giữa phầncứng lưu trữ và hệ thống sử dụng, kết hợp nhiều thiết bị lưu trữ vật lý thành mộtnhóm lưu trữ lớn. Điều này giúp tối ưuhiệu suất, tăng tính linh hoạt, giảm chi phí vận hành và quản lý dễ dàng hơn.
• Có các kiểu phổ biến như ảo hóa dựa trên mạng (ví dụ SAN), dựa trên phần mềm, và dựa trên thiết bị phần cứng.

1.2.3 Ảo hóa mạng (Network Virtualization)​

• Khái niệm: là một tiến trình hợp nhất các tàinguyên bao gồm thiết bị mạng cả phần cứng lẫn phần mềm thành một hệ thống mạng ảo.Sau đó, các tài nguyên này sẽ được phân chia thành các channel và gắn với một máy chủ hoặc một thiết bị nào đó
• Các phương pháp ảo hóa mạng phổ biến:

SDN: Các thiết bị mạng vật lý thực hiện việc truyền dữ liệu, còn việc định tuyến và quản lý được thực hiện tập trung tại bộ điều khiển SDN.
NFV: Ảo hóa các chức năng như firewall, load balancer, IDS/IPS, v.v. thành phần mềm.

Ảo hóa dữ liệu (Data Virtualization)​

• Khái niệm: Là công nghệ cho phép truy cập, xử lýdữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau (CSDL, API, cloud...) như thể nó đến từ mộtnguồn thống nhất.

Ảo hóa ứng dụng (Application Virtualization)​

Khái niệm: Là việc tách ứng dụng khỏi hệ điềuhành gốc để có thể chạy ở mọi môi trường mà không cần cài đặt trực tiếp.
Các phương pháp phổ biến:

1.2.6 Ảo hóa máy tính (Desktop Virtualization)​

• Khái niệm: Tạo ra các máy tính ảo (desktop) đểngười dùng truy cập từ xa thông qua mạng, thường dùng trong doanh nghiệp lớn.

2 Mô hình máy chủ vật lý​

Kiến trúc máy chủ:​

Máy chủ vật lý là tập hợp thiết bị phần cứng độc lập, bao gồm bo mạch chủ, CPU, bộ nhớ và bộ điều khiển I/O. Nó được gọi là vật lý vì yêu cầu vận hành trực tiếp hệ điều hành mà không cần lớp ảo hóa trung gian.
Máy chủ vật lý thường được cấu hình để chạy một phiên bản duy nhất của hệ điều hành, chẳng hạn như Windows, Linux hoặc các hệ điều hành khác. Thông thường, nó được tối ưu để phục vụ một ứng dụng cụ thể, đảm bảo hiệu suất cao và tài nguyên phần cứng được sử dụng hiệu quả.

Ưu nhược điểm của Máy chủ vật lý truyền thống:​

Ưu điểm​

Máy chủ vật lý có khả năng mang lại hiệu năng tối đa bằng cách sử dụng toàn bộ tài nguyên phần cứng cho một hệ điều hành và ứng dụng duy nhất, loại bỏ overhead từ ảo hóa, đảm bảo hiệu suất cao nhất. Với ít lớp trung gian hơn, nó cung cấp độ ổn định cao hơn cũng như giảm rủi ro lỗi do phần mềm ảo hóa.
Máy chủ vật lý phù hợp cho các ứng dụng thời gian thực yêu cầu độ trễ thấp như xử lý tín hiệu hoặc ứng dụng tài chính. Ngoài ra, việc không chia sẻ tài nguyên với các hệ thống khác tăng cường bảo mật, giảm nguy cơ tấn công chéo qua ảo hóa. Hơn nữa, máy chủ vật lý tương thích tốt với các ứng dụng cũ hoặc phần mềm không hỗ trợ môi trường ảo hóa.

Nhược điểm​

Máy chủ vật lý có chi phí cao do yêu cầu phần cứng riêng biệt cho từng dịch vụ, dẫn đến lãng phí tài nguyên. Việc quản lý từng máy riêng lẻ phức tạp, đòi hỏi nhiều thời gian và công sức để cập nhật, bảo trì. Khả năng mở rộng rất hạn chế vì việc nâng cấp hoặc mở rộng đòi hỏi mua thêm thiết bị mới, gây tốn kém và mất thời gian. Ngoài ra, khi máy chủ vật lý gặp sự cố, khả năng phục hồi thấp vã phức tạp trong khâu khắc phục, khiến dịch vụ có thể bị gián đoạn trong thời gian dài.

3 Mô hình máy chủ ảo hóa​

Máy chủ ảo là phiên bản kỹ thuật số của máy chủ vật lý, được tạo ra bằng cách sử dụng một phần tài nguyên của máy chủ vật lý gốc để vận hành nhiều máy chủ ảo trên cùng một phần cứng. Công nghệ ảo hóa là nền tảng của điện toán đám mây, cho phép các tập đoàn công nghệ lớn cung cấp tài nguyên hiệu quả trên quy mô toàn cầu, đồng thời tối ưu hóa việc sử dụng phần cứng.
Proxmox Virtual Environment (Proxmox VE) là một giải pháp ảo hóa mã nguồn mở, được thiết kế phù hợp với các tổ chức, doanh nghiệp ưu tiên chi phí thấp và tính linh hoạt của hệ thống. Proxmox VE được xây dựng trên nền tảng Debian Linux với nhân Linux tối ưu hóa, cho phép chạy đồng thời máy ảo và vùng chứa (LXC). Kiến trúc hypervisor của Proxmox VE kết hợp QEMU và KVM, mang lại hiệu suất cao và khả năng quản lý linh hoạt thông qua giao diện web, dòng lệnh hoặc API REST.

Kiến trúc máy chủ ảo hóa với Proxmox:​

Proxmox VE sử dụng kiến trúc ảo hóa kết hợp giữa KVM và QEMU để nhằm cung cấp hiệu suất và tính linh hoạt cao tói ưu khả năng quản lý cho hệ thống. Đối với KVM, đây là một loại hypervisor nooir tiếng, là mô-đun nhân Linux, biến hệ điều hành Linux thành một hypervisor, tận dụng tăng tốc phần cứng để ảo hóa CPU và bộ nhớ. Điều này cho phép các máy ảo chạy gần như trực tiếp trên phần cứng vật lý, đạt hiệu suất gần tương đương máy chủ vật lý.
Trong khi đó, QEMU chịu trách nhiệm mô phỏng các thiết bị ảo như đĩa cứng, card mạng, và quản lý các hoạt động I/O của máy ảo. Sự kết hợp giữa KVM và QEMU trong Proxmox VE cho phép tận dụng ưu điểm của cả hai: KVM đảm bảo hiệu suất tối ưu cho CPU và bộ nhớ, trong khi QEMU xử lý mô phỏng thiết bị và I/O một cách linh hoạt. Mặc dù QEMU chạy trong không gian người dùng, kiến trúc này vẫn hoạt động mang lại hiệu năng cao và khả năng quản lý hiệu quả thông qua giao diện web, dòng lệnh hoặc API REST của Proxmox VE. Cấu trúc này cũng hỗ trợ chạy đồng thời máy ảo và LXC, tăng cường khả năng triển khai đa dạng trên cùng một phần cứng.
Proxmox không hỗ trợ Docker một cách trực tiếp mà hỗ trợ Linux Containers(LCX) – một công nghệ containers nhẹ hơn và đầy đủ hơn.
LCX là công nghệ ảo hóa cấp độ hệ điều hành cho phép chạy nhiều hệ thống Linux độc lập trên cùng một nhân mà không cần khởi động một kernal riêng cho mỗi máy.
LCX hoạt động như một giao diện giúp người dùng dễ dàng truy cập và sử dụng các tính năng có sẵn trong nhân Linux để thực hiện cách ly và kiểm soát tài nguyên. Cụ thể, nó sử dụng namespace để cô lập các tài nguyên hệ thống như tiến trình, mạng và hệ thống tệp; AppArmor để áp dụng kiểm soát truy cập bắt buộc, hạn chế các hoạt động trong container; và Seccomp nhằm giảm bề mặt tấn công bằng cách giới hạn các lệnh gọi hệ thống có thể sử dụng. Bên cạnh đó, pivot_root (hay chroot) được dùng để cô lập hệ thống tệp, kernel capabilities giúp cấp quyền hạn cụ thể cho các tiến trình thay vì toàn quyền root, và cgroups (control groups) có vai trò quản lý việc sử dụng tài nguyên như CPU, bộ nhớ và I/O.
Proxmox VE hoạt động dựa trên nhiều dịch vụ quan trọng như pveproxy (giao diện web và API), pvedaemon (quản lý VM và container), pvestatd (giám sát tài nguyên), pve-ha-lrm (quản lý HA cục bộ), và pve-cluster (giao tiếp và đồng bộ giữa các nút trong cụm). Người dùng có thể sử dụng các công cụ dòng lệnh như qm (quản lý máy ảo), pct (quản lý container), pvesm (quản lý lưu trữ), pvecm (quản lý cụm), pveum (quản lý người dùng), pveceph (tích hợp Ceph), ha-manager (đảm bảo HA), và pve-firewall (cấu hình tường lửa). Các công cụ và dịch vụ này giúp Proxmox VE hoạt động ổn định, linh hoạt và đáp ứng nhu cầu triển khai trong môi trường ảo hóa chuyên nghiệp.

Ưu nhược điểm của máy chủ ảo hóa:​

Ưu điểm:​

Proxmox VE mang lại nhiều lợi íchcho ảo hóa, nó tối ưu hóa tài nguyên bằng cách cho phép chạy đồng thời nhiềumáy ảo và LXC trên cùng một phần cứng, giảm lãng phí CPU, bộ nhớ và lưu trữ.Tăng cường khả năng quản lý tập trung thông qua giao diện web trực quan, dòng lệnhhoặc API REST giúp dễ dàng giám sát và điều khiển toàn bộ cluster. Proxmox VEcũng cung cấp tính linh hoạt cao với khả năng tạo, xóa, snapshot, hoặc livemigration máy ảo mà không làm gián đoạn dịch vụ đáp ứng tính năng sẵn sàng cao(High Availability - HA) cho hệ thống và hỗ trợ cụm đảm bảo dịch vụ liên tụckhi node gặp sự cố. Ngoài ra, giải pháp này tiết kiệm chi phí bằng cách giảmnhu cầu đầu tư phần cứng, hỗ trợ mở rộng dễ dàng thông qua thêm node mới, vàcho phép chạy nhiều hệ điều hành (Windows, Linux, v.v.) trên cùng một phần cứng.

Nhược điểm:​

Tuy nhiên, ảo hóa với Proxmox VEcũng có một số nhược điểm, lớp hypervisor (KVM/QEMU) gây ra một mức độ giảm hiệusuất nhỏ so với máy chủ vật lý. Việc triển khai và quản lý yêu cầu kiến thứcchuyên môn về ảo hóa, cấu hình mạng, và hệ thống lưu trữ (như ZFS, Ceph), khiếnnó phức tạp hơn so với máy chủ vật lý truyền thống. Nếu không được cấu hìnhđúng cách, việc chia sẻ tài nguyên phần cứng giữa các máy ảo có thể dẫn đến rủiro bảo mật, như tấn công chéo (cross-VM attacks). Ngoài ra, Proxmox VE phụ thuộcvào phần cứng hỗ trợ ảo hóa (VT-x/AMD-V), và một số phần cứng cũ hoặc khôngtương thích có thể gây khó khăn trong triển khai hoặc làm giảm hiệu suất.

4 Đối tượng khách hàng với mô hình triển khai:​

Đối với máy chủ vật lý truyền thống:​

Lý do chính khiến các tổ chức lựa chọn máy chủ vật lý để tận dụng tối đa tài nguyên phần cứng khi khối lượng công việc quá lớn. Với các ứng dụng đòi hỏi hiệu năng cực cao, như máy chủ cơ sở dữ liệu cao cấp cần 64 lõi CPU, 32 TB RAM và kết nối Ethernet 100 GB, máy chủ chuyên dụng cung cấp toàn bộ tài nguyên này mà không bị chia sẻ hay ảnh hưởng bởi lớp ảo hóa, đảm bảo hiệu suất tối ưu và độ trễ thấp nhất cho khối lượng công việc quan trọng.
Một lý do khác để doanh nghiệp lựa chọn chạy một máy chủ vật lý là khi cần phần cứng không thể ảo hóa. Một số thành phần, chẳng hạn như bộ điều hợp và giao diện PCI, không thể được thêm vào máy ảo. Và tất nhiên có những nền tảng không được ảo hóa chẳng hạn như máy chủ IBM AS/400 hoặc Unix.
Một số đối tượng doanh nghiệp nên sử dụng hệ thống máy chủ vật lý:
- Nhóm doanh nghiệp, tổ chức cần triển khai các ứng dụng yêu cầu hiệu suất cao:

• Các hệ thống database cỡ lớn (Oracle, SQL Server) yêu cầu IOPS cao.
• Các ứng dụng tài chính yêu cầu latency thấp như giao dịch chứng khoán, HFT.
• Xử lý đồ họa chuyên sâu, dựng phim 3D, training các model AI lớn, các ứng dụng cần tối đa hóa GPU.
• Ứng dụng legacy (ứng dụng cũ không hỗ trợ ảo hóa)

- Nhóm doanhnghiệp cần mức độ ổn định và kiểm soát cao nhất:

• Hạ tầng mạng core / core switching.
• Trung tâm dữ liệu có yêu cầu an toàn tuyệt đối, không chia sẻ tài nguyên.

- Một số tình huống yêu cầu đảm bảo hiệu suất 100% phần cứng ví dụ như khi không chấp nhận bất kỳ overhead nào của ảo hóa.

Đối với máy chủ ảo hóa:​

Máy chủ ảo được sử dụng rộng rãi trong mọi ngành công nghiệp với các ứng dụng đa dạng, từ người dùng thông thường đến doanh nghiệp lớn, thường xuyên tương tác với chúng mà không nhận ra, như khi duyệt web hoặc đăng nhập vào các nền tảng số. Một trong số những lý do đó là vì đây là lựa chọn lý tưởng để lưu trữ website nhờ khả năng mở rộng linh hoạt và chi phí hợp lý, cho phép xử lý lưu lượng truy cập tăng đột biến mà không cần đầu tư phần cứng đắt đỏ.
Bên cạnh đó máy chủ ảo đáp ứng nhu cầu tài nguyên lớn về CPU và bộ nhớ của các cơ sở dữ liệu, cung cấp hiệu suất cao với chi phí thấp hơn so với máy chủ chuyên dụng. Chúng còn cung cấp hiệu suất và khả năng mở rộng cần thiết để triển khai các ứng dụng đa dạng, từ ứng dụng web đến phần mềm doanh nghiệp.
Đặc biệt đây là nơi các nhóm DevOps và DevSecOps có thể thực hiện kiểm tra, phát triển và triển khai phần mềm, ứng dụng hoặc API bằng cách sử dụng máy chủ ảo làm môi trường, nó hoàn toàn biệt lập đảm bảo an toàn cho dự án.
Môi trường ảo hóa, đặc biệt là Proxmox VE sẽ phù hợp cho một số nhóm khách hàng sau:
- Nhóm doanh nghiệp nhỏ, vừa và lớn có môi trường dịch vụ đa dạng:

• Chạy nhiều dịch vụ nội bộ (mail server, web server, database nhỏ, file server…).
• Môi trường Dev/Test: rất phù hợp cho các team dev cần tạo nhanh các môi trường test/staging.

- Nhóm doanh nghiệp có nhu cầu tối ưu tài nguyên phần cứng, không muốn phải mua nhiều server vật lý nhằm tiết kiệm điện, diện tích và chi phí bảo trì bảo trì.
- Nhóm doanh nghiệp yêu cầu:

• Khả năng mở rộng linh hoạt: dễ dàng scale-up / scale-out.
• High Availability (HA): các dịch vụ cần đảm bảo luôn sẵn sàng.
• Live migration: di chuyển dịch vụ giữa các node mà không gián đoạn.
• Snapshot, backup nhanh, khả năng rollback tức thời.

- Nhóm doanh nghiệp vận hành các ứng dụng hiện đại:

• Web-app, microservices, container-based app.
• Hỗ trợ tốt khi triển khai môi trường CI/CD.

- Các tổ chức giáo dục, R&D, startup, dễ dàng thử nghiệm nhiều hệ thống mà không cần đầu tư nhiều máy vật lý

5 Tổng kết:​

So sánh giữa máy chủ vật lý và máy chủ ảo hóa:

TÀI LIỆU THAM KHẢO​

[1] ServerWatch, “Virtual Servers vs. Physical Servers,” ServerWatch, [Online].
[2] J. Buffington, “Proxmox Virtual Environment Architecture, Services and User Tools,” Veeam Community, [Online].
[3] C. Tozzi, “Virtual servers vs. physical servers: What are the differences?,” TechTarget, [Online].