Paravirtualization là gì? Cách thức hoạt động và ưng dụng của Paravirtualization

Cloud Server

Sa Phạm

1753

06-09-2024

Công nghệ ảo hóa đang là nền tảng quan trọng cho cơ sở hạ tầng số toàn cầu. Paravirtualization, một dạng ảo hóa tiên tiến, đang ngày càng được ưa chuộng vì khả năng tối ưu hóa hiệu suất và sự linh hoạt trong quản lý tài nguyên. Vậy Paravirtualization là gì? thì hãy cùng Bizfly Cloud tìm hiểu ngay qua bài viết dưới đây.

Khái niệm Paravirtualization là gì?

Paravirtualization là một loại ảo hóa mà ở đó hệ điều hành khách (OSs) - những hệ điều hành được cài đặt trên máy ảo (VM) - được chỉnh sửa để cho phép hệ điều hành khách và hypervisor giao tiếp và quản lý tài nguyên, tạo ra môi trường hợp tác. Sự hợp tác này giữa hệ điều hành khách và hypervisor có thể cải thiện hiệu suất và hiệu quả.

Các máy ảo trong paravirtualization không hoàn toàn cô lập, bởi vì chúng chia sẻ tài nguyên và có thể điều chỉnh việc sử dụng tài nguyên theo nhu cầu của mình. Trái ngược với ảo hóa đầy đủ, nơi tài nguyên được chỉ định cho một VM bởi hypervisor là cố định và mô phỏng một thiết bị vật lý thực, trong paravirtualization, tài nguyên được cấp không cố định mà linh hoạt.

Hypervisor paravirtualization là phiên bản nâng cấp của hypervisor ảo hóa đầy đủ bởi vì chúng không chỉ phân phối tài nguyên và quản lý chúng, mà còn có thể thực hiện một số dịch vụ thay mặt hệ điều hành khách.

Cách thức hoạt động của Paravirtualization

Paravirtualization được thực hiện nhờ vào một hệ điều hành đã được chỉnh sửa để có thể giao tiếp trực tiếp với hypervisor quản lý VM. Giao tiếp này được thực hiện thông qua hypercalls - những chỉ dẫn mà hệ điều hành khách sử dụng để yêu cầu dịch vụ từ hypervisor.

Bạn có thể tưởng tượng hypervisor như là người trung gian giữa hệ điều hành khách và phần cứng vật lý sẽ được chỉ định cho VM nơi hệ điều hành khách hoạt động. Hypervisor, như một lớp phần mềm, nằm giữa tài nguyên và hệ điều hành khách.

Giống như trong ảo hóa đầy đủ, hypervisor chịu trách nhiệm quản lý tài nguyên vật lý của trung tâm dữ liệu, máy chủ, hoặc thiết bị, và phân phối chúng cho hệ điều hành khách. Nhưng trong paravirtualization, bởi vì hệ điều hành có thể giao tiếp với hypervisor thông qua hypercalls, nó có thể yêu cầu tài nguyên "theo yêu cầu."

Cách tiếp cận linh hoạt này cho phép hệ điều hành khách mở rộng hoặc thu nhỏ tùy thuộc vào nhu cầu và quản lý tài nguyên tốt hơn trong khi tăng cường hiệu suất và bảo mật. Hệ điều hành khách thậm chí có thể yêu cầu hypervisor thực hiện một số quá trình hoặc dịch vụ thay mặt mình, giảm bớt gánh nặng thực hiện các nhiệm vụ tiêu tốn nhiều tài nguyên và thời gian, do đó tăng cường hiệu suất của mình.

Ví dụ, một hệ điều hành khách có thể tạo một hypercall đến hypervisor yêu cầu truy cập thêm bộ nhớ để thực hiện một nhiệm vụ cụ thể. Hypervisor nhận được yêu cầu, nhưng thay vì chỉ định thêm bộ nhớ cho hệ điều hành khách, nó thực hiện hoạt động đó thay mặt hệ điều hành khách.

Ảo hóa đầy đủ là gì?

Ảo hóa đầy đủ thường được gọi đơn giản là ảo hóa. Trong ảo hóa đầy đủ, người dùng tạo ra một VM sử dụng hypervisor và phân phối và chỉ định tất cả các tài nguyên - phần cứng và phần mềm - cho VM. Trái ngược với paravirtualization, hệ điều hành khách không được chỉnh sửa để hợp tác với hypervisor.

Trong ảo hóa đầy đủ, mỗi VM hoàn toàn cô lập với các VM khác và hoàn toàn độc lập. Các VM trong mô hình ảo hóa này không chia sẻ tài nguyên trừ khi được cấu hình để làm như vậy. Điều này khiến ảo hóa đầy đủ rất dễ di chuyển và cô lập. Tuy nhiên, nó không được coi là cấu trúc ảo hóa có hiệu suất cao nhất.

Ảo hóa một phần là gì?

Trong ảo hóa một phần, hypervisor không mô phỏng toàn bộ môi trường phần cứng cho mỗi VM. Thay vào đó, nó cung cấp một phần mô phỏng phần cứng, như CPU và bộ nhớ. Điều này cho phép các VM chạy trực tiếp trên phần cứng vật lý, có thể cải thiện hiệu suất.

Môi trường ảo hóa một phần có xu hướng hoạt động tốt hơn môi trường ảo hóa đầy đủ; tuy nhiên, chúng không cô lập, bảo mật hoặc di chuyển tốt như vậy.

So sánh Paravirtualization với ảo hóa đầy đủ và ảo hóa một phần: Bảng so sánh nhanh

Hãy nhanh chóng xem qua những khác biệt chính giữa paravirtualization, ảo hóa đầy đủ, và ảo hóa một phần dựa trên việc chỉnh sửa hệ điều hành khách, cô lập, hiệu suất, bảo mật và nhiều hơn nữa.

Các ứng dụng lý tưởng của Paravirtualization

Khả năng tiềm năng và tính linh hoạt của paravirtualization khiến nó trở thành công nghệ lý tưởng có thể được áp dụng trong nhiều ngành và tình huống sử dụng khác nhau.

• Điện toán đám mây: Google, IBM, Amazon, Microsoft và các nhà cung cấp hàng đầu khác đều tận dụng paravirtualization để tối đa hóa môi trường điện toán đám mây của họ, thúc đẩy hiệu quả, và cải thiện khả năng mở rộng và hiệu suất. Nhờ vào mô hình ảo hóa này mà hàng trăm triệu người dùng có thể truy cập đám mây và các dịch vụ cũng như tính năng phong phú của nó một cách liền mạch.
• Công nghệ thông tin và di động: Các công ty lớn trong ngành công nghệ thông tin và di động có tải công việc nặng và yêu cầu hiệu suất cao được biết đến với việc triển khai môi trường paravirtualization để cải thiện hoạt động, độ tin cậy và khả năng phục hồi.
• Các ngành công nghiệp tính toán hiệu suất cao: Từ ngành quốc phòng đến dược phẩm và các ngành khác, các tổ chức cần vận hành môi trường tính toán hiệu suất cao thường tìm đến paravirtualization để giảm bớt gánh nặng của hypervisor trong cơ sở hạ tầng ảo của họ.
• Hệ thống cũ: Với paravirtualization, các ngành và công ty có thể chạy hệ thống cũ trên phần cứng hiện đại mà không cần phải chỉnh sửa chính hệ thống cũ đó.
• Nghiên cứu và phát triển: Paravirtualization có thể được sử dụng trong môi trường nghiên cứu và phát triển để thử nghiệm với hệ điều hành mới và ứng dụng mà không cần phải chỉnh sửa phần cứng cơ bản.
• Bảo mật và quyền riêng tư: Paravirtualization cũng được sử dụng để tăng cường an ninh mạng và quyền riêng tư, đặc biệt là trong các vấn đề liên quan đến giải pháp phục hồi sau thảm họa.
• Phát triển phần mềm: Paravirtualization cung cấp cho các đội ngũ DevSecOps môi trường số lý tưởng để xây dựng, kiểm tra, triển khai và giám sát phần mềm, API, mã nguồn, hoặc ứng dụng của họ.

Lợi ích của Paravirtualization

Paravirtualization mang lại nhiều lợi ích cho tổ chức, bao gồm tăng cường hiệu suất, khả năng thích nghi và bảo mật.

Hiệu suất

Hệ điều hành khách paravirtualized có thể hoạt động tốt hơn so với hệ thống ảo hóa đầy đủ bởi vì chúng không cần phải dựa vào hypervisor để mô phỏng phần cứng. Thay vào đó, chúng có thể giao tiếp trực tiếp với hypervisor để yêu cầu dịch vụ. Điều này có thể giảm độ trễ và cải thiện hiệu suất tổng thể.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng hiệu suất luôn phụ thuộc vào cài đặt, cấu hình và quản lý đúng cách.

Tài nguyên và khả năng mở rộng

Hệ điều hành paravirtualized cũng có thể được sử dụng để tối ưu hóa tài nguyên bằng cách chia sẻ tài nguyên hiệu quả được quản lý thông qua hypervisor. Những đặc tính này có thể được sử dụng để hỗ trợ các quá trình tính toán hiệu suất cao, mở rộng hoặc thu nhỏ khi cần thiết.

Bảo mật

Mặc dù paravirtualization không cung cấp cô lập logic đầy đủ, nó vẫn cung cấp một mức độ cô lập tốt để tăng cường bảo mật. Hypervisor có thể giám sát và kiểm soát quyền truy cập của hệ điều hành khách đến tài nguyên phần cứng và điều này có thể giúp ngăn chặn phần mềm độc hại hoặc yêu cầu truy cập vào tài nguyên không được phép.

Thách thức của Paravirtualization

Các thách thức của paravirtualization chủ yếu là kỹ thuật, đòi hỏi kỹ năng chuyên môn để triển khai và quản lý, cũng như để giải quyết các vấn đề phức tạp về tương thích.

Yêu cầu kỹ thuật

Triển khai, quản lý, vận hành và giám sát hệ điều hành khách paravirtualized đòi hỏi kỹ năng kỹ thuật cao cấp, mà hiện đang thiếu hụt trên thị trường. Nếu không được cấu hình đúng cách, hệ điều hành paravirtualized sẽ không hoạt động tốt và có thể gặp rủi ro.

Khả năng di chuyển và tương thích

Thêm vào đó, bởi vì paravirtualization chia sẻ tài nguyên nên nó không di chuyển dễ dàng như các loại kiến trúc ảo hóa khác. Chỉnh sửa hệ điều hành để nó hợp tác với hypervisor cũng có thể là thách thức đối với những người chuyên nghiệp không được đào tạo. Cuối cùng, không phải tất cả hệ điều hành khách đều hỗ trợ paravirtualization và việc gỡ rối những môi trường này có thể là phức tạp.

Có nhiều lý do khiến các nhà cung cấp dịch vụ đám mây hàng đầu và các công ty lớn chọn sử dụng paravirtualization. Mặc dù paravirtualization không phải là lựa chọn cho tất cả mọi người hay mọi trường hợp sử dụng, nó là một công nghệ ảo hóa mạnh mẽ có thể mang lại nhiều lợi ích, bao gồm cải thiện hiệu suất, hiệu quả, khả năng mở rộng, bảo mật và giảm bớt chi phí tổng thể. Cuối cùng, việc bạn chọn