Máy ảo là gì và hoạt động như thế nào?

Ảo hóa là một giải pháp mang tính đột phá trong việc tái sử dụng phần cứng trong lĩnh vực máy tính hiện đại. Máy ảo, cho phép gói gọn cả một hệ điều hành bên trong phần mềm, đóng vai trò cực kỳ quan trọng. Hiểu rõ máy ảo và cách chúng hoạt động sẽ giúp bạn nắm bắt mọi khía cạnh liên quan.

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ cung cấp cái nhìn sâu hơn về cách máy ảo hoạt động bằng cách thảo luận về các loại máy ảo, cơ chế, trình ảo hóa (hypervisor) và lợi ích mà chúng mang lại.

Máy ảo là gì?

Máy ảo là một tài nguyên máy tính phụ thuộc vào phần mềm thay vì máy tính vật lý để cài đặt và chạy ứng dụng, chương trình. Cụ thể, nhiều máy ảo (gọi là “máy khách”) có thể chạy bên trong một “máy chủ” duy nhất. Mỗi máy sẽ có hệ điều hành riêng và hoạt động độc lập với nhau. Điều này có nghĩa là, ví dụ, bạn có thể chạy môi trường MacOS trên một máy tính PC.

Máy ảo có rất nhiều ứng dụng, từ các hệ thống tại chỗ cho đến điện toán đám mây. Gần đây, máy ảo đã được sử dụng trong các dịch vụ đám mây công cộng, cung cấp tài nguyên ảo cho nhiều người dùng cùng lúc, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí.

Các loại máy ảo

Máy ảo có thể được phân thành hai loại chính, tùy thuộc vào cách chúng được sử dụng:

1. Máy ảo tiến trình: Loại máy ảo này giúp thực thi các công cụ cụ thể như thể chúng là công cụ gốc của hệ thống. Ví dụ, một máy tính Windows có thể sử dụng máy ảo Java để chạy các ứng dụng Java. Máy ảo tiến trình tạo ra môi trường chương trình không phụ thuộc vào nền tảng bằng cách ẩn đi các chi tiết về phần cứng và hệ điều hành của máy chủ.
2. Máy ảo hệ thống: Loại máy ảo này mô phỏng toàn bộ hệ điều hành và chia sẻ quyền truy cập vào các tài nguyên vật lý của máy chủ, như RAM và ổ đĩa. Máy ảo hệ thống cho phép một máy tính Windows mô phỏng một máy Mac bằng cách chạy MacOS. Các tài nguyên vật lý của máy chủ có thể được phân bổ cho nhiều máy ảo, mỗi máy sẽ có hệ điều hành riêng.

Máy ảo hoạt động như thế nào?

Máy ảo giống như một chiếc máy tính được tạo ra bên trong một máy chủ thông thường. Máy chủ này có đầy đủ các thành phần như CPU, bo mạch chủ, bộ nhớ RAM, ổ lưu trữ và cả bộ xử lý đồ họa (GPU). Máy chủ có thể đã có hệ điều hành hoặc hoạt động trực tiếp với phần mềm hypervisor, giúp quản lý các máy ảo mà không cần hệ điều hành.

Hypervisor là phần mềm làm cho ảo hóa trở nên khả thi. Nó giúp tạo, chạy và quản lý các máy ảo cũng như tài nguyên mà chúng chia sẻ trên máy chủ vật lý. Nhờ hypervisor, một máy chủ vật lý có thể chứa nhiều máy ảo.

Khi một chuyên gia IT muốn tạo máy ảo mới, họ sử dụng hypervisor để thực hiện. Họ có thể quyết định phân bổ bao nhiêu tài nguyên vật lý như CPU và bộ nhớ cho mỗi máy ảo. Hypervisor cũng theo dõi cách sử dụng các tài nguyên này và đảm bảo rằng mỗi máy ảo hoạt động độc lập. Mỗi máy ảo có hệ điều hành riêng, và hypervisor làm cho điều đó trở nên khả thi.

Trong môi trường ảo, việc điều chỉnh tài nguyên của máy chủ cho từng máy ảo rất dễ dàng. Nhờ đó, hypervisor có thể tạo ra nhiều máy ảo trên một máy chủ vật lý. Mỗi máy ảo như một chiếc máy tính nhỏ riêng biệt.

Các loại Hypervisor

Hypervisor không cần bất kỳ thành phần phần cứng nào để hoạt động. Tuy nhiên, hệ thống mà nó chạy cần có đủ tài nguyên để hỗ trợ các máy ảo (VM) và hoạt động của máy chủ. Hypervisor được chia thành hai loại chính:

• Hypervisor loại 1, thường được gọi là hypervisor “bare-metal”, chạy trực tiếp trên máy chủ vật lý và có quyền truy cập không giới hạn vào các tài nguyên phần cứng. Loại này thường được cài đặt trên các máy chủ bare-metal và hiệu suất cao hơn loại 2. Do không có lớp trung gian giữa hypervisor loại 1 và phần cứng máy chủ, nó hoạt động hiệu quả hơn. Một số công việc ảo hóa phù hợp với loại này bao gồm ảo hóa máy chủ, máy tính để bàn và ứng dụng. Ví dụ điển hình là Microsoft Hyper-V và VMware ESXi.
• Hypervisor loại 2, còn gọi là hypervisor “hosted”, chạy trên hệ điều hành máy chủ (Host OS), kết nối với các tài nguyên phần cứng. Loại này hoạt động ở cấp độ người dùng cuối, tùy theo nhu cầu sử dụng. Hypervisor loại 2 thường được sử dụng cho các mục đích như kiểm thử ứng dụng trong môi trường cách ly, phát triển ứng dụng và các công việc khác. Một số ví dụ gồm VMware Workstation và Oracle VirtualBox.

Lợi ích của máy ảo

Lợi ích từ việc sử dụng máy ảo đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các doanh nghiệp, bất kể ngành nghề. Lợi ích rõ ràng nhất là máy ảo không cần thêm phần cứng nào khác, chỉ sử dụng các tài nguyên sẵn có. Điều này giúp doanh nghiệp có thể chạy nhiều máy mà không cần thêm không gian vật lý cho máy chủ hoặc mua thêm phần cứng. Dưới đây là một số lợi ích nổi bật khác:

Sử dụng tài nguyên hiệu quả

Bằng cách tạo nhiều máy ảo từ một máy chủ vật lý, việc sử dụng tài nguyên được tối ưu hóa thông qua ảo hóa. Đôi khi, hầu hết các ứng dụng chỉ sử dụng một phần nhỏ tài nguyên vật lý hiện có. Nhờ VM, doanh nghiệp có thể chia sẻ tài nguyên và đảm bảo rằng nhiều ứng dụng dựa trên các máy ảo khác nhau có thể sử dụng chúng tối đa. Điều này không chỉ ngăn ngừa lãng phí tài nguyên mà còn cải thiện hiệu suất hệ thống.

Bảo mật tăng cường

Việc cô lập các máy ảo khỏi máy chủ và các máy ảo khác là yếu tố quan trọng trong ảo hóa. Mỗi máy ảo hoạt động độc lập, tạo ra một môi trường an toàn, bảo vệ hệ thống khỏi các mối đe dọa bảo mật, dù là từ các máy ảo khác hay từ chính máy chủ. Nền tảng này giúp giới hạn mối đe dọa bảo mật chỉ trong một máy ảo, bảo vệ các máy ảo còn lại và giảm thiểu rủi ro tiềm ẩn đối với ứng dụng và dữ liệu nhạy cảm.

Tính di động

Điều quan trọng nhất cần lưu ý là máy ảo (VM) có tính di động cực kỳ cao. Chúng có thể dễ dàng di chuyển giữa các máy chủ vật lý và các nền tảng điện toán khác nhau. Di chuyển lạnh nghĩa là máy ảo sẽ tạm thời tắt, còn di chuyển nóng là khi di chuyển máy ảo mà không cần tắt chúng. Nhờ đó, doanh nghiệp có thể nhanh chóng chuyển đổi giữa cơ sở hạ tầng nội bộ và đám mây, hoặc chuyển đổi giữa các nhà cung cấp đám mây khác nhau. Kết quả là việc hợp nhất trung tâm dữ liệu, triển khai công nghệ, và vận hành kinh doanh đều diễn ra nhanh chóng hơn.

IaaS đám mây

Máy ảo đóng vai trò quan trọng trong mô hình cơ sở hạ tầng dưới dạng dịch vụ (IaaS) trong lĩnh vực điện toán đám mây. Các nhà cung cấp dịch vụ IaaS giúp doanh nghiệp có thể sử dụng tài nguyên điện toán theo nhu cầu, từ đó mở rộng hạ tầng phù hợp với nhu cầu thay đổi của họ. Việc sử dụng máy ảo trong môi trường IaaS giúp doanh nghiệp triển khai nhanh chóng và quản lý khối lượng công việc ảo hóa. Điều này không chỉ tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên mà còn giảm đáng kể thời gian khởi động các chương trình mới.

Tiết kiệm chi phí

Ảo hóa giúp doanh nghiệp tiết kiệm chi phí bằng cách sử dụng hiệu quả tài nguyên bên trong và bên ngoài. Bằng cách vận hành nhiều máy chủ trên một thiết bị, doanh nghiệp tiết kiệm không gian phòng máy, chi phí làm mát, điện năng và phần cứng mà trước đây có thể bị lãng phí. Hơn nữa, máy ảo có thể tối ưu hóa dung lượng lưu trữ và bộ nhớ, loại bỏ nhu cầu đầu tư vào các nâng cấp và mở rộng phần cứng đắt đỏ.

Khả năng mở rộng

Máy ảo cung cấp khả năng mở rộng vượt trội, cho phép doanh nghiệp mở rộng hạ tầng một cách nhanh chóng và tiết kiệm chi phí phù hợp với nhu cầu thay đổi. Người dùng có thể tạo máy ảo mới chỉ trong vài giây, hoặc sao chép và mở rộng/thu nhỏ máy ảo hiện có khi khối lượng công việc thay đổi. Khả năng mở rộng này giúp doanh nghiệp dễ dàng thích ứng với sự biến đổi của thị trường, hỗ trợ phát triển và duy trì tính cạnh tranh trong môi trường kinh doanh hiện đại.

Kết luận

Tóm lại, máy ảo (VM) là một phần không thể thiếu trong điện toán hiện đại, đảm bảo sử dụng tài nguyên hiệu quả, tăng cường an ninh mạng và mang lại sự linh hoạt. Để duy trì lợi thế cạnh tranh, chúng ta cần hiểu rõ về máy ảo và cách chúng được sử dụng. Máy ảo không chỉ giúp tối ưu hóa chi phí, cho phép mở rộng nhanh chóng khi cần mà còn thúc đẩy sự đổi mới. Với sự phát triển của KVM, máy ảo vẫn là tương lai của công nghệ điện toán hiện đại.

FAQ