1. TỔNG QUAN:
1.1 Thực trạng:
1.1 Thực trạng:
- Vấn đề: Mô hình truyền thống với 1 Server vật lý chỉ dùng 1 hệ điều hành để chạy 1 App gây lãng phí tài nguyên (thường chỉ dùng 15-30% công suất), khó mở rộng và tốn chi phí vận hành (điện, không gian).
- Khái niệm: Ảo hóa máy chủ là công nghệ tách rời phần cứng vật lý khỏi hệ điều hành, cho phép chạy nhiều máy ảo (VM) độc lập trên cùng một thiết bị vật lý.
- Vai trò Hypervisor: Là lớp phần mềm trung gian thực hiện việc điều phối tài nguyên.
- Ứng dụng: Nền tảng của Cloud Computing (AWS, Azure), Data Center hiện đại và môi trường Lab nghiên cứu.
2. KIẾN TRÚC ẢO HÓA MÁY CHỦ:
2.1 Kiến trúc tổng quát:
Mối quan hệ phân tầng gồm 4 lớp:
2.1 Kiến trúc tổng quát:
Mối quan hệ phân tầng gồm 4 lớp:
- Hardware: Bao gồm phần cứng vật lý CPU, RAM, NIC, Disk.
- Hypervisor: Lớp trung gian chịu trách nhiệm điều khiển và phân phối tài nguyên phần cứng vật lý cho các máy ảo.
- Virtual Machine (VM): Môi trường ảo hóa hoàn chỉnh do Hypervisor tạo ra, bao gồm tập hợp phần cứng ảo (vCPU, vRAM, vNIC, vDisk), trong đó Guest OS (Windows, Linux…) được cài đặt và vận hành để chạy các ứng dụng.
3. PHÂN LOẠI HYPERVISOR:
3.1 Hypervisor Type 1 (Bare-metal):
- Định nghĩa: Chạy trực tiếp trên phần cứng vật lý mà không cần hệ điều hành vật chủ (Host OS).
- Cách hoạt động: Hypervisor đóng vai trò như một OS nhỏ gọn, quản lý phần cứng ngay từ khi boot.
- Ưu điểm: Hiệu năng cao nhất, độ trễ thấp, mức độ bảo mật cao do ít lớp trung gian.
- Nhược điểm: Yêu cầu phần cứng tương thích khắt khe, cấu hình phức tạp hơn.
- Môi trường: Server doanh nghiệp, Data Center, Cloud.
3.1.1 Cơ chế giao tiếp trong kiến trúc Bare-metal (Ví dụ: Hyper-V): Trong kiến trúc Hyper-V, Hypervisor không trực tiếp xử lý toàn bộ các tác vụ I/O. Thay vào đó, hệ thống sử dụng một phân vùng đặc biệt gọi là Root Partition (hay Parent Partition). Phân vùng này có quyền truy cập trực tiếp vào phần cứng vật lý, chạy hệ điều hành quản lý (Windows Server) và chứa các dịch vụ VSP, đóng vai trò trung gian cung cấp tài nguyên cho các Guest Partition thông qua kênh VMBus:
- Tính cô lập tuyệt đối: Các máy ảo (Guest) chạy trên các phân vùng phụ, hoàn toàn không có quyền truy cập trực tiếp vào phần cứng vật lý.
- Kênh giao tiếp VMBus: Đây là đường truyền tốc dữ liệu độ cao cho phép các máy ảo gửi yêu cầu tài nguyên đến máy chủ mà không cần giả lập phần cứng phức tạp.
- VSP (Virtualization Service Provider): Chạy trên máy chủ, đóng vai trò "người cung cấp" dịch vụ phần cứng.
- VSC (Virtualization Service Client): Chạy trên máy ảo, đóng vai trò "khách hàng" sử dụng dịch vụ.
- Giao diện Hypercall: Các máy ảo gửi tín hiệu điều phối đến Hypervisor thông qua các lệnh gọi đặc quyền này thay vì các lệnh hệ thống thông thường.
3.2 Hypervisor Type 2 (Hosted):
- Định nghĩa: Chạy như một ứng dụng trên nền một hệ điều hành có sẵn (Windows, macOS, Linux).
- Ưu điểm: Dễ cài đặt, hỗ trợ phần cứng rộng rãi (do dùng Driver của Host OS).
- Nhược điểm: Hiệu năng thấp do tốn tài nguyên cho Host OS (Overhead), độ trễ cao.
- Môi trường: Máy tính cá nhân, phát triển phần mềm, Lab học tập.
3.2.1 Cơ chế hoạt động của Hosted Hypervisor (Ví dụ: VMware Workstation): Khác với Type 1 sử dụng các kênh giao tiếp trực tiếp, Type 2 vận hành theo cơ chế phân tầng thông qua hệ điều hành chủ:
- Cơ chế Trap-and-Emulate: Khi máy ảo thực hiện một lệnh đặc quyền, Hypervisor sẽ trap lệnh đó và chuyển đổi (emulate) nó thành một yêu cầu mà hệ điều hành chủ có thể hiểu được.
- Sử dụng Driver của Host OS: Type 2 không cần tự quản lý Driver phần cứng mà sử dụng các dịch vụ của hệ điều hành chủ (Windows/Linux) để truy cập CPU, RAM và Disk.
- World Switcher: Đây là thành phần quan trọng trong kiến trúc Type 2, chịu trách nhiệm chuyển đổi ngữ cảnh xử lý giữa hệ điều hành chủ và máy ảo.
4. CÁC LOẠI HYPERVISOR PHỔ BIẾN:
4.1 Hypervisor Type 1:
- VMware ESXi: Tiêu chuẩn trong doanh nghiệp, tính năng quản lý (vCenter) cực mạnh.
- Microsoft Hyper-V: Tích hợp sẵn trong Windows Server, tối ưu cho môi trường Windows.
- KVM (Linux Kernel-based VM): Mã nguồn mở, hiệu năng cực cao, thường được sử dụng cho OpenStack (KVM biến nhân (Kernel) của Linux trở thành một Hypervisor. Khi đó, Linux không còn là một OS thông thường (Host OS) mà đóng vai trò là lớp điều khiển trực tiếp phần cứng. Điều này giúp KVM có hiệu năng cực cao nhưng vẫn tận dụng được driver phong phú của Linux.).
- Xen: Ổn định, bảo mật cao, từng là nền tảng chính của Amazon EC2.
- VMware Workstation/Player: Mạnh mẽ, nhiều tính năng mạng phức tạp cho người dùng chuyên nghiệp.
- Oracle VirtualBox: Mã nguồn mở, miễn phí, đa nền tảng, phù hợp cho sinh viên.
- Parallels Desktop: Tối ưu tốt nhất để chạy Windows trên macOS.
Tiêu chí | Hypervisor Type 1 | Hypervisor Type 2 |
Phương pháp cài đặt | Trên phần cứng vật lý | Trên Windows/macOS/Linux có sẵn |
Tốc độ thực thi | Gần như máy vật lý | Thấp hơn (70-85%) do tốn tài nguyên cho OS chủ |
Driver phần cứng | Hypervisor phải tự có driver (Khó hơn) | Tận dụng driver của Host OS (Dễ hơn) |
Cơ chế điều khiển | Direct Access (Truy cập trực tiếp) | thông qua Host OS API |
Khả năng Snapshot | Có, cực nhanh và ổn định | Có, nhưng ảnh hưởng đến hiệu năng máy chủ |
Bảo mật | Cực cao (Lỗi VM không thể làm sập Host) | Trung bình (Lỗi Host OS sẽ làm sập tất cả VM) |
Tính năng Enterprise | Live Migration, High Availability | Thường không hỗ trợ hoặc hạn chế |
Khả năng mở rộng | Rất lớn (Hàng trăm VM/Host) | Hạn chế bởi tài nguyên Host OS |
Quản trị | Console chuyên dụng (vCenter, SCVMM) | Giao diện ứng dụng (GUI) |
Chi phí | Thường cao | Thường miễn phí hoặc rẻ hơn. |
Qua đó ta có thể rút ra:
- Hypervisor Type 1: Dùng cho hệ thống Production, yêu cầu hiệu năng – ổn định – bảo mật cao, triển khai trên máy chủ chuyên dụng.
- Hypervisor Type 2: Phù hợp học tập/Dev/Lab, ưu tiên dễ sử dụng – linh hoạt – chi phí thấp, chạy trên PC/Laptop.
Sửa lần cuối:
Bài viết liên quan
Được quan tâm
Bài viết mới