Ảo hóa là gì trong Điện Toán Đám Mây?

Ảo hóa là gì khi được xem là trái tim của điện toán đám mây hiện đại? Trước đây, các trung tâm dữ liệu (Data center) phải đầu tư những máy chủ vật lý đắt đỏ nhưng thực tế không khai thác hết năng lực phần cứng, dẫn đến tình trạng tài nguyên bị phân mảnh và lãng phí. Công nghệ ảo hóa (Virtualization) ra đời để giải quyết bài toán này, mở đường cho các dịch vụ đám mây mà doanh nghiệp đang sử dụng phổ biến ngày nay. Hãy cùng VNPT Cloud tìm hiểu rõ hơn về ảo hóa trong bài viết này. 

Ảo hóa là gì?

Ảo hóa (tiếng Anh: Virtualization) là công nghệ cho phép tạo ra các môi trường ảo mô phỏng từ một máy vật lý duy nhất. Thông qua quá trình này, đội ngũ CNTT có thể tận dụng hiệu quả các khoản đầu tư sẵn có và khai thác tối đa năng lực của máy chủ vật lý bằng cách  phân bổ tài nguyên cho nhiều môi trường điện toán khác nhau.

Bằng cách sử dụng phần mềm để xây dựng lớp trừu tượng trên phần cứng, ảo hóa cho phép tách các thành phần như CPU, bộ nhớ, mạng và lưu trữ thành nhiều máy ảo(Virtual Machine - VM). Mỗi máy ảo vận hành hệ điều hành riêng và hoạt động như một thực thể độc lập, dù vẫn dùng chung nền tảng phần cứng.

Trong kiến trúc CNTT hiện đại, ảo hóa là nền tảng cốt lõi của doanh nghiệp và điện toán đám mây. Công nghệ này giúp các nhà cung cấp dịch vụ đám mây như AWS, Google Cloud, VNPT Cloud (Việt Nam),... tối ưu hạ tầng để cung cấp tài nguyên linh hoạt, đồng thời cho phép doanh nghiệp sử dụng đúng nhu cầu, mở rộng theo khối lượng công việc và tối ưu chi phí đầu tư.

Các ví dụ về công nghệ ảo hóa

Công nghệ ảo hóa (Virtualization Technology) có phạm vi ứng dụng rộng rãi trên nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Dưới đây là một số ví dụ phổ biến:

• Ảo hóa máy chủ (Server Virtualization): Chia một máy chủ vật lý thành nhiều máy ảo độc lập để tối ưu tài nguyên, ví dụ VMware vSphere, Microsoft Hyper-V, KVM.
• Ảo hóa ứng dụng (Application Virtualization): Cho phép chạy ứng dụng mà không cần cài đặt trực tiếp trên thiết bị người dùng, ví dụ Microsoft App-V, VMware ThinApp, Citrix XenApp.
• Ảo hóa hệ điều hành (Operating System Virtualization): Chạy nhiều môi trường độc lập trên cùng một hệ điều hành máy chủ thông qua container, ví dụ Docker, Kubernetes, LXC.
• Ảo hóa mạng (Network Virtualization): Trừu tượng hóa và quản lý mạng bằng phần mềm thay vì phần cứng vật lý, ví dụ VMware NSX, Cisco ACI, Azure Virtual Network.

Công nghệ ảo hóa hoạt động thế nào?

Công nghệ ảo hóa sử dụng một loại phần mềm đặc biệt gọi là hypervisor để tạo ra nhiều máy tính ảo (cloud instance) trên cùng một máy tính vật lý. Các máy ảo (Virtual Machine) này hoạt động như những máy tính thật, nhưng cùng chia sẻ và sử dụng chung phần cứng của một máy vật lý duy nhất.

Máy vật lý (máy chủ hoặc máy tính)

Máy vật lý (host machine) là hệ thống phần cứng đóng vai trò cung cấp CPU, bộ nhớ, lưu trữ và tài nguyên mạng cho các môi trường ảo vận hành phía trên.

Máy ảo (VM)

Máy ảo là một môi trường ảo mô phỏng máy tính vật lý dưới dạng phần mềm. Các VM thường được gọi là máy khách (guest), trong đó một hoặc nhiều máy khách có thể chạy trên cùng một máy chủ vật lý.

Mỗi VM bao gồm các thành phần như tệp cấu hình, ổ đĩa ảo và các phụ thuộc hệ thống. Việc chia sẻ tài nguyên giữa nhiều máy ảo giúp hệ thống đạt được khả năng mở rộng linh hoạt, hiệu quả khai thác tài nguyên và tối ưu chi phí.

Hypervisor

Hypervisor là lớp phần mềm trung gian có nhiệm vụ quản lý và điều phối các máy ảo. Nó kết nối VM với phần cứng vật lý bên dưới, phân bổ tài nguyên phù hợp cho từng VM, đồng thời đảm bảo các VM được cô lập, không ảnh hưởng đến bộ nhớ hay chu kỳ xử lý của nhau.

• Type 1: Bare-Metal Hypervisor

Hypervisor Type 1, hay còn gọi là bare-metal, hoạt động trực tiếp trên phần cứng vật lý, không cần hệ điều hành trung gian. Loại hypervisor này mang đến hiệu năng cao và độ ổn định lớn, phù hợp cho các môi trường yêu cầu khắt khe như trung tâm dữ liệu doanh nghiệp và nền tảng điện toán đám mây, với các ví dụ tiêu biểu như AWS EC2, VMware ESXi và Microsoft Hyper-V.

• Type 2: Hosted Hypervisor

Hypervisor Type 2 được cài đặt và chạy như một ứng dụng trên hệ điều hành hiện có như Windows hoặc macOS. Do phải thông qua hệ điều hành chủ để truy cập phần cứng, hiệu năng của Type 2 thường thấp hơn so với Type 1. Tuy nhiên, nhờ tính đơn giản và dễ triển khai, loại hypervisor này thường được sử dụng cho mục đích cá nhân, học tập hoặc các môi trường thử nghiệm, với các công cụ quen thuộc như Oracle VirtualBox và VMware Workstation.

Lợi ích của ảo hóa

Trong hạ tầng CNTT hiện đại, ảo hóa không chỉ giúp tối ưu tài nguyên phần cứng mà còn tác động trực tiếp đến hiệu quả vận hành, khả năng mở rộng và mức độ an toàn của hệ thống. Cụ thể:

• Tiết kiệm chi phí: Giảm nhu cầu đầu tư phần cứng vật lý khi nhiều máy ảo có thể chạy trên cùng một máy chủ, từ đó tiết kiệm chi phí thiết bị, điện năng, không gian và bảo trì.
• Nâng cao khả năng khôi phục sau thảm họa: Cho phép sao lưu, snapshot và khôi phục nhanh toàn bộ môi trường máy ảo, đảm bảo tính liên tục của hệ thống khi xảy ra sự cố.
• Đơn giản hóa quản lý CNTT: Tập trung tài nguyên và quản lý hệ thống từ một giao diện duy nhất, giúp giảm thời gian và công sức vận hành hạ tầng.
• Tăng tính linh hoạt và khả năng mở rộng: Dễ dàng triển khai, mở rộng hoặc thu hẹp máy ảo và tài nguyên theo nhu cầu mà không phụ thuộc vào phần cứng.
• Tăng cường bảo mật: Các máy ảo được cô lập với nhau, hạn chế rủi ro lan truyền khi xảy ra sự cố an ninh.
• Triển khai nhanh ứng dụng và dịch vụ: Tạo mới hoặc nhân bản máy ảo từ template, rút ngắn thời gian đưa ứng dụng vào vận hành.
• Hỗ trợ làm việc từ xa: Cho phép người dùng truy cập desktop và ứng dụng an toàn từ nhiều địa điểm, phù hợp với mô hình làm việc phân tán.

Các loại ảo hóa

Ngoài ảo hóa máy chủ, nhiều thành phần khác trong hạ tầng CNTT cũng có thể được ảo hóa, mang lại lợi ích đáng kể cho đội ngũ quản trị CNTT và cho toàn bộ doanh nghiệp. Các loại ảo hóa phổ biến bao gồm:

Ảo hóa máy tính để bàn (Desktop virtualization)

Ảo hóa Desktop cho phép chạy nhiều hệ điều hành desktop trên cùng một hệ thống, mỗi hệ điều hành hoạt động trong một máy ảo (VM) riêng biệt. Công nghệ này giúp người dùng truy cập môi trường làm việc từ nhiều thiết bị khác nhau, đồng thời đơn giản hóa việc quản lý, triển khai và bảo mật desktop cho doanh nghiệp.

Ảo hóa mạng (Network virtualization)

Ảo hóa mạng sử dụng phần mềm để tạo một “lớp nhìn” (view) của mạng, cho phép quản trị viên quản lý toàn bộ hệ thống từ một giao diện tập trung. Các thành phần phần cứng như kết nối, switch, router được trừu tượng hóa thành phần mềm chạy trên hypervisor, giúp đơn giản hóa đáng kể việc quản lý mạng.

Ảo hóa lưu trữ (Storage virtualization)

Ảo hóa lưu trữ cho phép toàn bộ thiết bị lưu trữ trong mạng, dù nằm trên máy chủ hay hệ thống độc lập, được quản lý như một hệ thống lưu trữ thống nhất. Các khối lưu trữ được gom vào một pool dùng chung và cấp phát linh hoạt cho các VM khi cần.

Công nghệ này giúp đơn giản hóa việc cấp phát lưu trữ và tối ưu tối đa dung lượng sẵn có. Các nhà cung cấp Cloud sử dụng ảo hóa lưu trữ để cung cấp block storage, object storage và file storage.

Ảo hóa dữ liệu (Data virtualization)

Doanh nghiệp hiện đại lưu trữ dữ liệu ở nhiều định dạng, nhiều hệ thống và nhiều vị trí khác nhau, từ Cloud đến hạ tầng tại chỗ. Ảo hóa dữ liệu cho phép ứng dụng truy cập dữ liệu mà không phụ thuộc vào nguồn, định dạng hay vị trí lưu trữ.

Các công cụ ảo hóa dữ liệu tạo một lớp phần mềm trung gian giữa ứng dụng và hệ thống lưu trữ, chuyển đổi truy vấn và trả về kết quả tổng hợp từ nhiều nguồn. Điều này giúp phá vỡ các “data silo” khi các phương án tích hợp truyền thống không khả thi hoặc quá tốn kém.

Ảo hóa ứng dụng (Application virtualization)

Ảo hóa ứng dụng cho phép chạy ứng dụng mà không cần cài đặt trực tiếp lên hệ điều hành người dùng. Khác với ảo hóa desktop, chỉ ứng dụng được chạy trong môi trường ảo, còn hệ điều hành vẫn hoạt động bình thường.

Ảo hóa trung tâm dữ liệu (Data center virtualization)

Ảo hóa trung tâm dữ liệu trừu tượng hóa phần lớn phần cứng thành phần mềm, cho phép chia một trung tâm dữ liệu vật lý thành nhiều trung tâm dữ liệu ảo cho các khách hàng khác nhau.

Mỗi khách hàng có thể sử dụng hạ tầng dưới dạng Infrastructure as a Service (IaaS) trên cùng nền tảng phần cứng, giúp triển khai nhanh môi trường CNTT mà không cần đầu tư thiết bị vật lý.

Ảo hóa CPU

Ảo hóa CPU là công nghệ nền tảng cho hypervisor và máy ảo, cho phép một CPU vật lý được chia thành nhiều CPU ảo để phục vụ nhiều VM. Ngày nay, nhiều bộ xử lý đã tích hợp tập lệnh hỗ trợ ảo hóa, giúp cải thiện hiệu năng VM.

Ảo hóa GPU

GPU là bộ xử lý chuyên dụng cho tác vụ đồ họa và tính toán phức tạp. Ảo hóa GPU cho phép nhiều VM chia sẻ toàn bộ hoặc một phần sức mạnh xử lý của GPU, phục vụ các ứng dụng như AI, video và đồ họa nặng.

Ảo hóa Linux

Linux tích hợp sẵn hypervisor KVM (Kernel-based Virtual Machine), hỗ trợ các tập lệnh ảo hóa của Intel và AMD để tạo VM x86 ngay trên hệ điều hành Linux. Nhờ tính mã nguồn mở và linh hoạt, Linux cho phép xây dựng các VM tùy biến theo từng workload hoặc tăng cường bảo mật cho các ứng dụng nhạy cảm.

Ảo hóa Cloud (Cloud virtualization)

Ảo hóa Cloud (Cloud Virtualization) cho phép các nhà cung cấp dịch vụ đám mây triển khai và phân phối tài nguyên CNTT thông qua việc ảo hóa máy chủ, lưu trữ và hạ tầng trung tâm dữ liệu. Trên nền tảng này, Cloud được cung cấp theo nhiều mô hình dịch vụ, bao gồm IaaS (hạ tầng ảo hóa như máy chủ, lưu trữ, mạng), PaaS (nền tảng phát triển và công cụ xây dựng ứng dụng) và SaaS (phần mềm chạy trực tiếp trên Cloud).

Qua những phân tích trên, có thể thấy việc hiểu rõ ảo hóa là gì trong điện toán đám mây không chỉ mang ý nghĩa về mặt khái niệm, mà còn giúp doanh nghiệp nhìn đúng vai trò nền tảng của công nghệ này trong hạ tầng CNTT hiện đại. Từ tối ưu tài nguyên, đơn giản hóa quản trị đến khả năng mở rộng linh hoạt và đảm bảo an toàn hệ thống, ảo hóa chính là yếu tố cốt lõi giúp các nền tảng Cloud vận hành hiệu quả. Trong bối cảnh doanh nghiệp ngày càng phụ thuộc vào hạ tầng số, ảo hóa không còn là lựa chọn, mà đã trở thành nền móng tất yếu cho chiến lược chuyển đổi số bền vững.