Các kiểu kiến trúc ảo hóa phổ biến hiện nay

Vinh Pham

1613

10-08-2022

Công nghệ ảo hóa giúp cho phép tạo ra nhiều máy ảo độc lập từ một máy chủ vật lý. Mỗi máy ảo là một hệ thống riêng biệt có hệ điều hành riêng, phần cứng (ảo) riêng và các ứng dụng riêng. Sự ra đời của công nghệ ảo hóa đã giúp ích rất nhiều trong việc tăng tính linh hoạt và khả năng mở rộng hệ thống cũng như tiết kiệm đáng kể chi phí. Trong công nghệ ảo hóa thì kiến trúc ảo hóa giúp xác định sự sắp xếp và mối quan hệ lẫn nhau giữa các thành phần cụ thể liên quan đến việc thiết lập phiên bản ảo.

Trong bài viết này BizFly Cloud sẽ đi sâu vào phân tích các kiểu kiến trúc ảo hóa phổ biến hiện nay. Các bạn cùng theo dõi nhé. 

1. Kiểu kiến trúc ảo hóa Hosted-based

Hosted-based là 1 trong các kiểu kiến trúc ảo hóa phổ biến nhất hiện nay. Nó còn có tên gọi khác là kiến trúc hosted hypervisor. Hosted hypervisor sử dụng 1 lớp hypervisor chạy trên nền tảng hệ điều hành và dùng các dịch vụ được hệ điều hành cung cấp để phân chia tài nguyên tới các máy ảo. Nếu xem lớp hypervisor này là 1 lớp phần mềm riêng biệt thì các hệ điều hành khách của máy ảo sẽ nằm trên lớp hypervisor rồi đến hệ điều hành của máy chủ và cuối cùng là hệ thống phần cứng của máy chủ.

Khi sử dụng mô hình kiến trúc ảo hóa Hosted-based, hệ thống ảo hóa sẽ được chia ra làm 4 lớp:

Lớp 1: Là hệ thống phần cứng của máy chủ. Nó bao gồm các thiết bị lưu trữ (Hdd, Ram), thiết bị nhập xuất, bộ vi xử lý CPU và các thiết bị cần thiết khác (vi xử lý đồ họa, âm thanh, các thiết bị mạng…)

Lớp 2: Là hệ điều hành của máy chủ có chức năng liên lạc trực tiếp với phần cứng để cung cấp các dịch vụ và chức năng của hệ thống.

Lớp 3: Hệ thống hypervisor (virtual machine monitor) sẽ chạy trên nền tảng hệ điều hành của máy chủ có nhiệm vụ lấy tài nguyên và dịch vụ mà hệ điều hành host cung cấp. Sau đó nó sẽ thực hiện việc quản lý, phân chia các tài nguyên này cho các hệ điều hành khách của máy ảo nằm trên nó.

Lớp 4: Là các ứng dụng của máy ảo sẽ sử dụng các tài nguyên do lớp hypervisor quản lý.

Vậy trình điều khiển thiết bị trên hệ điều hành được ảo hóa sẽ liên lạc với phần cứng máy chủ như thế nào? Chúng ta cùng tiếp tục tìm hiểu tiếp nhé.

Đầu tiên lớp ảo hóa hypervisor sẽ mô phỏng phần cứng bằng cách tạo ra các phân vùng trên ổ đĩa cho các máy ảo, bao gồm các phần cứng ảo như ổ đĩa, bộ nhớ ảo…

Tiếp theo, Hypervisor sẽ xây dựng mối liên hệ giữa hệ điều hành và các lớp ảo hóa bằng cách thay thế máy ảo gửi các yêu cầu đến hệ điều hành của máy chủ khi các máy ảo thực hiện truy xuất tài nguyên. Hệ điều hành máy chủ sau khi nhận được các yêu cầu này sẽ liên lạc với các trình điều khiển thiết bị phần cứng. 

Cuối cùng, các trình điều khiển thiết bị phần cứng này sẽ liên lạc với các phần cứng trên máy thực. Khi có các trả lời từ các phần cứng đến hệ điều hành máy chủ thì quá trình này sẽ diễn ra ngược lại.

Các kiểu kiến trúc ảo hóa hệ thống hypervisor dạng Hosted- based phổ biến có thể kể đến như: Microsoft Virtual PC, máy ảo Java, Vmware Server…

2. Kiểu kiến trúc ảo hóa Hypervisor-based.

Đây cũng là 1 trong các kiểu kiến trúc ảo hóa phổ biến không thua kém gì so với Hosted-based. Nó còn có tên gọi khác là kiểu kiến trúc ảo hóa bare-metal hypervisor. Khác với Hosted-based, lớp phần mềm hypervisor trong mô hình kiến trúc ảo hóa này sẽ chạy trực tiếp trên nền tảng phần cứng của máy chủ mà không thông qua bất kỳ một hệ điều hành hay nền tảng trung gian nào khác. Vì thế trình điều khiển máy ảo (hypervisor) sẽ có khả năng kiểm soát và điều khiển phần cứng của máy chủ.

Ngoài ra, trong kiểu kiến trúc ảo hóa Hypervisor-based, các hệ điều hành sẽ chạy trên một lớp nằm phía trên các hypervisor dạng bare-metal và chúng cũng sẽ được quản lý bởi chính các hypervisor đó.

Hệ thống ảo hóa máy chủ trên nền tảng Hypervisor-based (bare-metal hypervisor) sẽ bao gồm 3 lớp chính:

Lớp 1: Lớp này cũng tương tự như ở Hosted-based bao gồm thiết bị lưu trữ, thiết bị nhập xuất dữ liệu (HDD, RAM), CPU (bộ xử lý trung tâm) và các thiết bị cần thiết khác (thiết bị mạng, vi xử lý âm thanh, đồ họa…)

Lớp 2: Khác với lớp 2 (hệ điều hành máy chủ) của mô hình kiến trúc ảo hóa Hosted-based, lớp 2 của mô hình kiến trúc ảo hóa Hypervisor-based sẽ trực tiếp là hệ thống ảo hóa hypervisor (Virtual Machine Monitor) thực hiện vai trò liên lạc trực tiếp với phần cứng phía dưới đồng quản lý và phân phối các tài nguyên cho các hệ điều hành máy ảo khác nằm trên nó.

Lớp 3: Là lớp ứng dụng của máy ảo sẽ lấy tài nguyên từ phần cứng thông qua sự quản lý và cấp phát tài nguyên của lớp 2 (lớp hypervisor trên).

Các kiểu kiến trúc ảo hóa Hypervisor-based (Bare-metal hypervisor) phổ biến được biết đến như: Vmware ESX Server, IBM's POWER Hypervisor (PowerVM), Microsoft's Hyper-V (6/2008), Citrix XenServer, Oracle VM…

Mô hình Hypervisor-based (Bare-metal hypervisor) được chia ra làm 2 dạng là Monolithic Hypervisor và Microkernel Hypervisor. 

Monolithic Hypervisor

Monolithic Hypervisor đóng vai trò như 1 hệ điều hành máy chủ và chứa những trình điều khiển (Driver) hoạt động trong lớp Hypervisor có nhiệm vụ truy cập tài nguyên phần cứng bên dưới. Các hệ điều hành máy ảo sẽ có thể liên lạc được với phần cứng thông qua lớp trình điều khiển thiết bị hoạt động trong lớp Hypervisor này.

Microkernelized Hypervisor

Microkernelized Hypervisor là một kiểu ảo hóa gần giống như kiểu ảo hóa Monolithic Hypervisor mới vừa được đề cập ở trên. Tuy nhiên nó khác biệt ở chỗ trình điều khiển thiết bị phần cứng không nằm ngay trong lớp Hypervisor mà nằm bên trên lớp này và được cài trên một máy ảo có nhiệm vụ làm trình điều khiển chính. 

Trình điều khiển chính này tạo ra và quản lý các trình điều khiển con cho các máy ảo. Khi máy ảo muốn liên lạc với phần cứng phải thông qua trình điều khiển con. Trình điều khiển con sẽ liên lạc với trình điều khiển chính và sau đó trình điều khiển chính này mới có thể chuyển yêu cầu xuống lớp Hypervisor và liên lạc với phần cứng. Khi có các trả lời từ các phần cứng đến các máy ảo thì quá trình này sẽ diễn ra ngược lại.

3. Kiểu Kiến trúc ảo hóa Hybrid

Trong các kiểu kiến trúc ảo hóa thì Hybrid là kiểu ảo hóa tương đối mới và có nhiều ưu điểm hơn các kiểu ảo hóa còn lại. Trong mô hình Hybrid thì hệ điều hành máy chủ sẽ chạy song song với  lớp ảo hóa hypervisor. Các máy chủ ảo muốn liên lạc với phần cứng phải đi qua hệ điều hành của máy chủ nhưng khác biệt ở chỗ cả hệ điều hành của các máy chủ ảo và hệ điều hành của máy chủ đều chạy trong chế độ hạt nhân. 

Nhờ đó CPU sẽ phục vụ nhu cầu cho hệ điều hành máy chủ hoặc máy chủ ảo tương ứng khi một trong 2 hệ điều hành này cần xử lý các tác vụ nào đó. Lý do kiểu kiến trúc ảo hóa Hybrid nhanh hơn các kiểu kiến trúc ảo hóa hypervisor là vì lớp ảo hóa của Hybrid chạy trong chế độ hạt nhân (song song với hệ điều hành) chứ không phải lớp ảo hóa chạy trong chế độ người dùng (chạy như 1 ứng dụng cài trên hệ điều hành) như kiểu hypervisor (được đề cập ở mục 1 và 2 trên).

Trên đây là toàn bộ những thông tin về các kiểu kiến trúc ảo hóa phổ biến hiện nay được áp dụng chủ yếu cho hệ thống máy chủ. Khi bạn bắt đầu tiến hành sử dụng các dịch vụ ảo hóa trong đó có các loại máy chủ ảo (VPS hoặc Cloud), hãy cân nhắc trong việc lựa chọn kiểu kiến trúc ảo hóa phù hợp với mình nhé. Cảm ơn bạn đã theo dõi bài viết. Chúc bạn thành công.