Khóa luận Nghiên cứu hệ thống máy ảo mã nguồn mở openvz

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Lê Thanh Tú NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÁY ẢO MÃ NGUỒN MỞ OPENVZ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin HÀ NỘI - 2010 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Lê Thanh Tú NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÁY ẢO MÃ NGUỒN MỞ OPENVZ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Nguyễn Trí Thành HÀ NỘI - 2010 LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Nguyễn Trí Thành, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới các thầy, cô tại trƣờng Đại học Công Nghệ đã dạy dỗ và tận tình chỉ bảo cho em trong suốt quá trình học tập tại trƣờng. Những kiến thức mà thầy cô truyền đạt sẽ là vốn quý báu cho chúng em bƣớc vào tƣơng lai. Tôi xin cảm ơn tập thể sinh viên K51CHTTT Trƣờng Đại học Công Nghệ đã ủng hộ và khuyến khích tôi trong quá trình nghiên cứu và thực hiện khóa luận này. Cuối cùng, con xin cảm ơn chân thành và biết ơn vô hạn tới gia đình, những ngƣời có công sinh thành, nuôi dƣỡng, những ngƣời luôn kịp thời động viên và giúp đỡ vƣợt qua những khó khăn trong cuộc sống. Mặc dù đã cố gắng hoàn thành luận văn trong phạm vi và khả năng cho phép nhƣng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận đƣợc sự góp ý chân thành của thầy cô các bạn để em hoàn thiện khóa luận của mình. Hà Nội, ngày 10 tháng 5 năm 2010 Sinh viên Lê Thanh Tú TÓM TẮT Nội dung của khóa luận chủ yếu là tìm hiểu về hệ thống máy ảo mã nguồn mở OpenVZ. Đầu tiên khóa luận trình bày về bài toán ảo hóa và những lợi ích mà công nghệ ảo hóa mang lại. Đồng thời cũng giới thiệu một số hệ thống máy ảo đang đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế giới. Để tìm hiểu OpenVZ khóa luận đi sau vào việc cài đặt cũng nhƣng quản trị hệ thống máy ảo mã nguồn mở này. Việc sử dụng các tính năng của OpenVZ sẽ cho thấy những đặc điểm của OpenVZ hay cụ thể hơn là những điểm nổi bật đƣợc thể hiện qua hoạt động thực tế của phần mềm. Từ việc sử dụng thực tế và tham khảo các tài liệu liên quan luận văn cũng đã đƣa ra nhƣng so sánh, đánh giá hiệu quả của phần mềm OpenVZ so với các phần mềm nguồn mở miễn phí và phần mềm bản quyền khác nhƣ Xen, VirtualBox, VMWare. Một điều khá quan trọng mà khóa luận chỉ ra rằng ảo hóa là một giải pháp tiết kiệm mà hiệu quả cho các doanh nghiệp ở Việt Nam trong đó OpenVZ là một giải pháp điển hình. MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ 3 TÓM TẮT .................................................................................................................. 4 MỤC LỤC .................................................................................................................. 5 DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................ 8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ................................................................................... 9 BẢNG KÝ HIỆU VIẾT TẮT .................................................................................. 10 LỜI MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 11 CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU BÀI TOÁN ẢO HÓA VÀ Ý NGHĨA CỦA NÓ .......... 1 1.1. Bài toán ảo hóa máy chủ lƣu trữ của các Doanh nghiệp ................................ 1 1.1.1. Dùng chung máy chủ, chia sẻ tài nguyên ................................................ 1 1.1.2. Máy chủ riêng tại các trung tâm dữ liệu .................................................. 1 1.1.3. Sử dụng máy chủ riêng ảo (Virtual Private Server) ................................. 2 1.1.4. Bài toán ảo hóa máy chủ lƣu trữ .............................................................. 3 1.2. Ý nghĩa của bài toán ảo hóa ............................................................................ 3 1.2.1. Tận dụng hiệu quả tài nguyên của hệ thống ............................................ 3 1.2.2. Đáp ứng nhu cầu lƣu trữ dữ liệu .............................................................. 5 1.2.3. Giảm chi phí quản lý hệ thống ................................................................. 5 1.2.4. Tiết kiệm năng lƣợng và giảm ô nhiễm môi trƣờng ................................ 6 CHƢƠNG 2. CÁC ỨNG DỤNG ẢO HÓA PHỔ BIẾN ........................................... 7 2.1. Ảo hóa máy chủ .............................................................................................. 7 2.1.1. Ảo hóa hệ điều hành................................................................................. 7 2.1.2. Mô phỏng phần cứng ............................................................................... 8 2.1.3. Ảo hóa song song ..................................................................................... 9 2.1.4. Ảo hóa lƣu trữ ........................................................................................ 10 2.2. Vai trò của phần cứng ................................................................................... 11 CHƢƠNG 3. HỆ THỐNG MÁY ẢO OPENVZ ..................................................... 12 3.1. Cài đặt OpenVz ............................................................................................. 12 3.1.1. Cài đặt và cấu hình hệ điều hành chủ trên máy tính .............................. 12 3.1.2. Cài đặt phần mềm OpenVZ ................................................................... 13 3.1.3. Cấu hình mục khởi động ( Boot loader) ................................................ 15 3.1.4. Thiết lập các thông số khác .................................................................... 15 3.1.5. Cài đặt các công cụ ................................................................................ 17 3.1.6. Cài đặt mẫu hệ điều hành ....................................................................... 17 3.2. Thao tác trên máy chủ ảo (VPS) ................................................................... 19 3.2.1. Tạo và cấu hình máy chủ ảo mới ........................................................... 19 3.2.2. Cấu hình máy chủ ảo .............................................................................. 21 3.2.3. Khởi động, dừng, khởi động lại và truy vấn trạng thái của VPS ........... 23 3.2.4. Xoá VPS ................................................................................................. 25 3.2.5. Chạy các lệnh trong VPS ....................................................................... 26 3.3. Quản lý template ........................................................................................... 26 3.3.1. Vòng đời bản mẫu .................................................................................. 26 3.3.2. Danh mục các mẫu ................................................................................. 27 3.3.3. Làm việc với VPS .................................................................................. 28 3.4. Quản lý tài nguyên ........................................................................................ 29 3.4.1. Tài nguyên tham số điều khiển là gì? .................................................... 29 3.4.2. Quản lý hạn ngạch đĩa ............................................................................ 30 3.4.3. Quản lý chia sẻ CPU .............................................................................. 39 3.4.4. Quản lý các tham số hệ thống ................................................................ 41 3.4.5. Quản lý cấu hình tài nguyên VPS .......................................................... 48 3.5. Các tác vụ nâng cao trên OpenVZ ................................................................ 51 3.5.1. Xác định số tài khoản VPS bởi định danh của tiến trình ....................... 51 3.5.2. Thay đổi thời gian hệ thống từ VPS ...................................................... 51 3.5.3. Truy cập các thiết bị từ bên trong VPS .................................................. 53 3.5.4. Cơ chế chia sẻ mạng trong giữa máy chủ vật lý gốc và các VPS .......... 56 3.5.5. Chuyển cạc mạng tới VPS ..................................................................... 62 3.5.6. Bật VPN cho VPS .................................................................................. 63 3.5.7. Tải mô đun iptables ................................................................................ 64 3.5.8. Khởi động lại VPS ................................................................................. 65 3.5.9. Chuyển VPS từ máy chủ vật lý gốc này sang máy chủ vật lý khác ....... 66 3.5.10. Chuyển máy chủ vật lý gốc thành một VPS ....................................... 70 3.5.11. Sao lƣu một VPS đang hoạt động với tiện ích vzdump ....................... 75 CHƢƠNG 4. SO SÁNH OPENVZ VÀ MỘT SỐ MÁY ẢO KHÁC TRÊN LINUX ....................................................................................................................................... 80 4.1. Về mặt sử dụng công nghệ ............................................................................ 80 4.2. Về mặt hiệu năng .......................................................................................... 80 4.3. Về khả năng mở rộng .................................................................................... 80 4.4. Kết luận ......................................................................................................... 82 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 83 PHỤ LỤC ................................................................................................................. 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................ 85 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Các tham số điều khiển .......................................................................... 30 Bảng 2. Các tham số hạn ngạch đĩa .................................................................... 32 Bảng 3. Thông số hạn ngạch đĩa cho từng VPS .................................................. 34 Bảng 4. Tham số tài nguyên CPU ....................................................................... 39 Bảng 5. Tham số sơ cấp ...................................................................................... 42 Bảng 6. Tham số thứ cấp ..................................................................................... 43 Bảng 7. Tham số phụ trợ ..................................................................................... 44 Bảng 8. Các cấp độ vi phạm ................................................................................ 50 Bảng 9. Các công nghệ mà các phần mềm ảo hóa sử dụng ................................ 80 Bảng 10. Đánh giá hiệu năng của các phần mềm ảo hóa ...................................... 80 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1. Sơ đồ ứng dụng Virtual Private Server .................................................... 2 Hình 2. Hệ thống gồm 3 server ............................................................................. 4 Hình 3. Hệ thống chỉ có một máy chủ đƣợc ảo hóa thành 3 máy ảo .................... 5 Hình 4. Phân vùng ổ đĩa khi cài hệ điều hành chủ ............................................. 13 Hình 5. Mô hình dạng sao đối với các VPS sử dụng Venet ............................... 56 Hình 6. Mô hình mạng thiết bị Ethernet ảo và Bridge ảo .................................. 59 Hình 7. Biểu đồ thể hiện lƣu lƣợng trung bình trên một máy ảo ........................ 81 Hình 8. Biểu đồ thể hiện tổng lƣu lƣợng các máy ảo ......................................... 82 BẢNG KÝ HIỆU VIẾT TẮT STT Kí hiệu Chú giải cho kí hiệu sử dụng 1 DN Doanh nghiệp 2 VPS Máy chủ ảo (Virtual Private Server) 3 CNTT Công nghệ thông tin 4 HN Máy chủ vật lý gốc (Hardware node) 5 OS Hệ điều hành (Operating System) LỜI MỞ ĐẦU Theo hãng nghiên cứu thị trƣờng Gartner, ảo hóa cùng vi xử lý đa lõi, điện toán "đám mây", điện-toán-mọi-nơi và mạng xã hội ảo sẽ là 5 công nghệ làm thay đổi hoàn toàn ngành công nghiệp CNTT từ nay đến năm 2012. Cũng theo một nghiên cứu mới đây, hãng này xếp công nghệ ảo hóa vào vị trí công nghệ chiến lƣợc số 1 trong năm 2010. Ngày nay xu hƣớng ảo hóa máy chủ đã trở thành xu hƣớng chung của hầu hết các doanh nghiệp trên toàn thế giới. Những khó khăn trong thời kỳ khủng hoảng khiến cho các doanh nghiệp phải tìm mọi cách để giảm thiểu chi phí. Ảo hóa đƣợc coi là một công nghệ giúp các doanh nghiệp cắt giảm chi tiêu hiệu quả với khả năng tận dụng tối đa năng suất của các thiết bị phần cứng. Việc áp dụng công nghệ ảo hóa máy chủ nhằm tiết kiệm không gian sử dụng, nguồn điện và giải pháp tỏa nhiệt trong trung tâm dữ liệu. Ngoài ra việc giảm thời gian thiết lập máy chủ, kiểm tra phần mềm trƣớc khi đƣa vào hoạt động cũng là một trong những mục đích chính khi ảo hóa máy chủ. Công nghệ mới này sẽ tạo ra những điều mới mẻ trong tƣ duy của các nhà quản lý công nghệ thông tin về tài nguyên máy tính. Khi việc quản lí các máy riêng lẻ trở nên dễ dàng hơn, trọng tâm của CNTT có thể chuyển từ công nghệ sang dịch vụ. Hiện nay, các "đại gia" trong giới công nghệ nhƣ Microsoft, Oracle, Sun… đều nhập cuộc chơi ảo hóa nhằm giành thị phần lớn trong lĩnh vực này với "gã khổng lồ" VMWare. Do đó, trên thị trƣờng có rất nhiều sản phẩm để các doanh nghiệp có thể lựa chọn và ứng dụng. Ảo hóa là một lĩnh vực rất rộng với nhiều ứng dụng, trong luận văn này giới thiệu một trong những công nghệ đƣợc sử dụng phổ biến đó là công nghệ ảo hóa hệ điều hành. Đây là một phƣơng pháp lý tƣởng cho các máy chủ Web, nó tạo ra sự linh động trong việc sao lƣu dự phòng, hỗ trợ việc triển khai phần mềm hay hệ điều hành một cách nhanh chóng và đồng bộ. Trong khuôn khổ của luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu hệ thống máy ảo mã nguồn mở OpenVZ” em xin đƣa ra những nghiên cứu của mình về phần mềm này với phƣơng pháp ảo hóa mà phần mềm sử dụng đó là phƣơng pháp ảo hóa hệ điều hành. Nội dung khóa luận gồm 4 chƣơng:  Chƣơng 1: Giới thiệu về bài toán ảo hóa và ý nghĩa của nó: Giới thiệu về bài toán ảo hóa máy chủ lƣu trữ của các doanh nghiệp, chƣơng này cũng đề cập tới việc sử dụng máy chủ riêng ảo. Đồng thời cũng đƣa ra ý nghĩa của bài toán ảo hóa đối với các doanh nghiệp  Chƣơng 2: Các ứng dụng ảo hóa phổ biến: Trình bày về các phƣơng pháp ảo hóa đƣợc sử dụng phổ biến trong thời điểm hiện tại nhƣ ảo hóa hệ điều hành, mô phỏng phần cứng, ảo hóa song song. Đồng thời cũng đƣa ra vai trò của phần cứng trong việc ứng dụng công nghệ ảo hóa  Chƣơng 3: Hệ thống máy ảo OpenVZ: Đây là chƣơng trong tâm trình bày về cách cài đặt, sử dụng các công cụ của phần mềm hay nói cách khác là quản trị OpenVZ với các tác vụ cụ thể.  Chƣơng 4: So sánh OpenVZ và một số máy ảo khác trên Linux: Đƣa ra những so sánh về công nghệ và hiệu năng của OpenVZ với một số máy ảo đƣợc sử dụng phổ biến nhƣ VMWare, Xen, VirtualBox. 1 CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU BÀI TOÁN ẢO HÓA VÀ Ý NGHĨA CỦA NÓ 1.1. Bài toán ảo hóa máy chủ lƣu trữ của các Doanh nghiệp Hiện nay hầu hết các doanh nghiệp (DN) đều có website riêng trên Internet. Chi phí cho hosting (lƣu trữ) website và giữ chỗ tên miền đƣợc rất nhiều Doanh nghiệp quan tâm, nhƣng vẫn chƣa tìm ra giải pháp có lợi nhất. Có 3 cách lƣu trữ web phổ biến hiện nay. 1.1.1. Dùng chung máy chủ, chia sẻ tài nguyên Để giảm tối đa chi phí đầu tƣ, nhiều Doanh nghiệp vừa và nhỏ chọn giải pháp thuê Shared Hosting (lƣu trữ chia sẻ). Ƣu điểm của giải pháp này là tiết kiệm chi phí thuê dịch vụ và Doanh nghiệp không cần phải có nhân viên CNTT chuyên nghiệp riêng để quản lý hosting vì máy chủ (server) đã đƣợc nhà cung cấp quản lý. Tùy vào trình độ kỹ thuật, kinh nghiệm nhà cung cấp mà chất lƣợng cũng nhƣ sự bảo mật cho server chung khác nhau. Nhƣợc điểm của giải pháp này là Doanh nghiệp phải chia sẻ tài nguyên hệ thống server chung với nhiều tài khoản của cá nhân khác hoặc Doanh nghiệp khác, nguy cơ bị hack rất cao. Chẳng hạn, trên cùng 1 server vật lý đang chứa 4 website A, B, C, D của 4 Doanh nghiệp; nếu website A bị tấn công thì có thể làm toàn bộ server quá tải và dĩ nhiên các website B, C, D cũng không thể truy cập đƣợc nữa. 1.1.2. Máy chủ riêng tại các trung tâm dữ liệu Dedicated Server (máy chủ riêng) đƣợc coi là giải pháp tối ƣu cho việc vận hành website, hệ thống e-mail và các giải pháp trực tuyến khác của Doanh nghiệp. Ƣu thế của giải pháp này là Doanh nghiệp sử dụng độc lập một hệ thống riêng, không chia sẻ với ai và đặc biệt sức tải của server có thể mở rộng vô hạn (dựa vào những công nghệ cho phép kết hợp khả năng điện toán của nhiều server nhƣ công nghệ clustering, điện toán lƣới…), không hạn chế việc cài đặt những phần mềm đặc thù cho một số ngành nghề đặc biệt. Tuy nhiên, với Doanh nghiệp nhỏ và vừa, đây lại là giải pháp có một số hạn chế nhất định nhƣ chi phí thuê hệ thống server và chi phí bản quyền phần mềm nhƣ hệ điều hành, chƣơng trình điều khiển khá cao, và cần có đội ngũ IT chuyên nghiệp riêng để tự quản trị và vận hành server vì nhà cung cấp sẽ giao quyền truy xuất cao nhất (Root Access) của server cho Doanh nghiệp tự quản lý. Ngoài ra Doanh nghiệp có điều kiện tài chính và kỹ thuật có thể tự mua server rồi thuê dịch vụ Co- Location (đặt chỗ) để đặt server ngay tại trung tâm dữ liệu (data center) của nhà cung 2 cấp để khai thác. Giải pháp này tận dụng đƣợc cơ sở hạ tầng, mạng trục có sẵn của nhà cung cấp. Các nhà cung cấp server tại Việt Nam hiện nay cũng đã đƣa ra nhiều lựa chọn hơn cho khách hàng khi lựa chọn các cấu hình server khác nhau, phù hợp với khả năng tài chính cũng nhƣ nhu cầu thực tế. Server đặt tại các data center trong nƣớc hiện nay là lựa chọn ƣu tiên vì tốc độ truy xuất và hỗ trợ trực tiếp cao hơn so với việc thuê các server ở nƣớc ngoài. Hình 1. Sơ đồ ứng dụng Virtual Private Server Nguồn: 1.1.3. Sử dụng máy chủ riêng ảo (Virtual Private Server) Virtual Private Server (VPS) là một công nghệ rất mới tại Việt Nam. Có thể hiểu VPS nhƣ một giải pháp dung hòa giữa Shared Hosting và Dedicated Server theo cả nghĩa chi phí và cách thức vận hành. VPS hoạt động với phần tài nguyên đƣợc chia sẻ theo từng phân vùng khác nhau trên một Hardware Node (máy chủ vật lý gốc) nhƣng hoàn toàn độc lập nhƣ một Dedicated Server, có hệ điều hành và trình quản trị riêng, không chịu ảnh hƣởng của các VPS khác cùng Hardware Node và ngƣợc lại. Doanh nghiệp sử dụng VPS cũng có quyền cao nhất (Root Access) để quản trị hệ thống một 3 cách toàn diện nhất, tùy ý cài đặt, vận hành các phần mềm bất kỳ lên VPS, trong khi đây là điều bị hạn chế, thậm chí cấm kỵ đối với dịch vụ Shared Hosting, hình 1 ở trên mô phỏng sơ đồ ứng dụng máy chủ riêng ảo. Với đặc điểm trên, VPS trở thành giải pháp phù hợp hơn cho Doanh nghiệp vừa và nhỏ, nổi bật ở khả năng tiết kiệm chi phí (thƣờng là 1/2 so với Dedicated Server). Một ƣu điểm lớn nữa của VPS là khi muốn nâng cấp tài nguyên hoặc gặp sự cố mà hệ thống cần tái tạo (Reload) lại hệ điều hành thì có thể thực hiện rất nhanh mà hoàn toàn không mất thời gian cài đặt lại từ đầu. Các nguy cơ về hacking đƣợc giảm tối đa, nhất là các Doanh nghiệp không có đội ngũ IT riêng có thể thuê nhà cung cấp quản trị VPS cho mình và có thể khóa hết các đƣờng truy cập nhạy cảm, chỉ mở vào từ Hardware Node của nhà cung cấp. Công nghệ VPS đƣợc phát triển từ khá lâu trên thế giới và chia thành nhiều hệ khác nhau (có phí và miễn phí) nhƣ: SWsoft Virtuozzo (Linux/Windows), OpenVZ (Linux), Linux-Vserver (Linux), VMWare (Windows), MS Virtual Server (Windows), FreeVPS (Linux), freeBSD Jail (freeBSD)… Tại Việt Nam hiện na