OpenStack là gì? Tổng quan nền tảng Cloud mã nguồn mở

Trong số các nền tảng mã nguồn mở hiện nay, OpenStack được xem là một trong những tiêu chuẩn vàng giúp tổng hợp tài nguyên từ nhiều máy chủ vật lý thành một nhóm tài nguyên ảo thống nhất và cung cấp chúng dưới dạng các dịch vụ tự động qua API. Trong bài viết này, VNPT Cloud sẽ giúp bạn hiểu rõ OpenStack là gì, các thành phần cốt lõi và cách nó vận hành.

OpenStack là gì?

OpenStack là nền tảng mã nguồn mở dùng để xây dựng và quản lý đám mây riêng (private cloud) hoặc đám mây công cộng (public cloud) theo mô hình hạ tầng như một dịch vụ (Infrastructure as a Service – IaaS). Có thể hiểu OpenStack như một hệ điều hành đám mây. Nền tảng này gom các tài nguyên trong trung tâm dữ liệu như CPU, RAM, ổ cứng và mạng thành các nhóm tài nguyên ảo, sau đó cấp phát cho người dùng theo nhu cầu.

Về mặt vận hành, OpenStack cho phép quản trị viên và người dùng thao tác thông qua giao diện web, giao diện dòng lệnh (Command Line Interface – CLI), giao diện lập trình ứng dụng (Application Programming Interface – API) hoặc các bộ công cụ phát triển phần mềm (Software Development Kit – SDK). Nhờ đó, doanh nghiệp có thể tự động hóa nhiều tác vụ hạ tầng như tạo máy ảo, cấu hình mạng, cấp phát lưu trữ, quản lý image và phân quyền người dùng mà không cần xử lý thủ công trên từng thiết bị vật lý.

Các thành phần cốt lõi trong OpenStack

OpenStack được cấu thành từ nhiều project mã nguồn mở khác nhau. Trong đó, 6 dịch vụ cốt lõi đóng vai trò nền tảng cho toàn bộ hệ thống gồm:

Ngoài ra, OpenStack còn có các thành phần bổ sung khác như Heat (hỗ trợ điều phối và triển khai hạ tầng), Ceilometer (phục vụ đo lường và thu thập dữ liệu sử dụng tài nguyên) và Sahara (triển khai và quản lý các cụm Hadoop trên môi trường Cloud). 

Cách hoạt động của OpenStack

Về bản chất, OpenStack là tập hợp nhiều project mã nguồn mở được tích hợp để tạo thành một nền tảng cloud hoàn chỉnh. Mỗi project đảm nhiệm một chức năng riêng như quản lý máy ảo, lưu trữ, mạng, image hoặc phân quyền người dùng. Khi phối hợp với nhau, các thành phần này giúp OpenStack điều phối và quản lý toàn bộ tác vụ cần thiết để vận hành hạ tầng đám mây. 

Để vận hành một môi trường cloud hoàn chỉnh, OpenStack thường cần phối hợp với 2 lớp phần mềm chính:

• Phần mềm ảo hóa (Virtualization): Tạo lớp tài nguyên ảo từ phần cứng vật lý, chẳng hạn như CPU, RAM, lưu trữ và mạng.
• Hệ điều hành nền (Base Operating System – OS): Thực thi các lệnh do OpenStack chuyển xuống để vận hành hệ thống.

OpenStack không tự ảo hóa tài nguyên mà sử dụng các tài nguyên đã được ảo hóa để xây dựng và quản lý môi trường đám mây. Đồng thời, OpenStack cũng không tự thực thi lệnh, mà chuyển lệnh đến hệ điều hành nền để xử lý.

Có thể hiểu đơn giản, OpenStack đóng vai trò là tầng điều phối (orchestration layer), hypervisor tạo ra tài nguyên ảo, còn Base OS là tầng thực thi lệnh. Ba lớp này phải hoạt động cùng nhau để tạo nên một môi trường cloud hoàn chỉnh. Đây cũng là lý do nhiều hệ thống OpenStack được triển khai trên Linux.

Các tính năng của OpenStack 

OpenStack sở hữu một bộ tính năng nổi bật, giúp doanh nghiệp vận hành hạ tầng cloud theo mô hình tự động và linh hoạt. Cụ thể:

Kiến trúc module linh hoạt

OpenStack được xây dựng theo kiến trúc module với nhiều project độc lập như Nova, Neutron, Swift, Cinder, Keystone và Glance. Doanh nghiệp có thể triển khai toàn bộ hệ thống hoặc chỉ lựa chọn những thành phần phù hợp với nhu cầu sử dụng.

Nhờ cách thiết kế này, OpenStack có thể đáp ứng nhiều quy mô triển khai khác nhau, từ môi trường thử nghiệm nhỏ cho đến hệ thống cloud lớn trong doanh nghiệp.

Hỗ trợ đa người thuê

OpenStack hỗ trợ mô hình multi-tenancy, cho phép nhiều nhóm người dùng cùng sử dụng chung một hạ tầng vật lý nhưng vẫn được tách biệt về tài nguyên, mạng, máy ảo và lưu trữ.

Tính năng này đặc biệt phù hợp với doanh nghiệp có nhiều phòng ban, nhiều nhóm kỹ thuật hoặc nhiều dự án cần vận hành song song trên cùng một nền tảng cloud.

Mã nguồn mở và dễ tùy chỉnh

Là nền tảng mã nguồn mở, OpenStack cho phép doanh nghiệp sử dụng, tùy chỉnh và mở rộng theo nhu cầu riêng. Đây là lợi thế lớn đối với các tổ chức muốn chủ động về công nghệ và hạn chế phụ thuộc vào một nhà cung cấp cloud duy nhất.

Bên cạnh đó, OpenStack cũng có thể tích hợp với nhiều công cụ trong hệ sinh thái DevOps, giám sát, bảo mật và tự động hóa hạ tầng.

Kiến trúc phân tán

Các dịch vụ trong OpenStack có thể được triển khai trên nhiều máy chủ khác nhau. Nhờ đó, hệ thống có thể mở rộng theo chiều ngang, tăng khả năng sẵn sàng và giảm ảnh hưởng khi một node gặp sự cố.

Đây là yếu tố quan trọng đối với các hệ thống cloud cần phục vụ nhiều người dùng, xử lý khối lượng tài nguyên lớn hoặc yêu cầu tính ổn định cao.

Điều khiển thông qua API

Hầu hết thao tác trong OpenStack đều có thể được thực hiện thông qua API. Điều này giúp quản trị viên dễ dàng tích hợp OpenStack với các công cụ tự động hóa như Ansible, Terraform hoặc các quy trình Infrastructure as Code.

Thay vì xử lý thủ công từng tác vụ, đội ngũ kỹ thuật có thể tự động hóa việc tạo máy ảo, cấp phát mạng, cấu hình lưu trữ và quản lý tài nguyên theo các kịch bản đã định sẵn.

Dashboard quản trị trực quan

OpenStack cung cấp Horizon, một dashboard quản trị dựa trên giao diện web. Thông qua Horizon, người dùng có thể tạo máy ảo, quản lý volume, cấu hình mạng, theo dõi tài nguyên và thực hiện nhiều tác vụ quản trị cơ bản.

Nhờ có giao diện trực quan, việc sử dụng OpenStack trở nên dễ tiếp cận hơn, đặc biệt với những người dùng không muốn phụ thuộc hoàn toàn vào dòng lệnh.

Gom tài nguyên thành pool chung

OpenStack có khả năng gom các tài nguyên rời rạc trong trung tâm dữ liệu thành một pool tài nguyên chung. Khi người dùng yêu cầu tạo máy ảo hoặc cấp phát lưu trữ, hệ thống sẽ tự động điều phối tài nguyên phù hợp.

Cơ chế này giúp doanh nghiệp sử dụng tài nguyên hiệu quả hơn, đồng thời hạn chế tình trạng lãng phí phần cứng trong quá trình vận hành.

Ưu điểm của OpenStack 

OpenStack mang lại nhiều lợi thế cho doanh nghiệp cần tự xây dựng hạ tầng cloud, cụ thể: 

• Tiết kiệm chi phí bản quyền: OpenStack là nền tảng mã nguồn mở, nên doanh nghiệp không phải trả phí bản quyền phần mềm gốc như nhiều giải pháp cloud hoặc ảo hóa thương mại. Điều này giúp tối ưu chi phí đầu tư, đặc biệt với hệ thống có nhiều máy chủ hoặc cần mở rộng dài hạn.
• Khả năng mở rộng linh hoạt: OpenStack được thiết kế cho hạ tầng phân tán. Doanh nghiệp có thể bổ sung thêm tài nguyên tính toán, lưu trữ hoặc mạng khi nhu cầu tăng mà không cần thay đổi toàn bộ kiến trúc ban đầu. 
• Hỗ trợ private cloud và public cloud: OpenStack có thể dùng để triển khai cả đám mây riêng và đám mây công cộng. Nhờ đó, doanh nghiệp linh hoạt hơn trong việc lựa chọn mô hình cloud phù hợp với yêu cầu bảo mật, hiệu năng và quy mô người dùng. 
• Hạn chế phụ thuộc vào nhà cung cấp: Với OpenStack, doanh nghiệp có thể chủ động lựa chọn phần cứng, hệ điều hành, công cụ quản trị và mô hình triển khai. Đây là lợi thế quan trọng so với các nền tảng cloud độc quyền, nơi doanh nghiệp thường bị ràng buộc bởi công nghệ và chính sách của một vendor. 
• Cộng đồng hỗ trợ lớn: OpenStack có cộng đồng kỹ thuật lớn, nhiều tài liệu, plugin và kinh nghiệm triển khai thực tế. Điều này giúp doanh nghiệp dễ tiếp cận nguồn hỗ trợ và cập nhật các cải tiến mới trong hệ sinh thái cloud. 

Hạn chế của OpenStack 

Bên cạnh các ưu điểm về chi phí, khả năng tùy chỉnh và tính mở rộng, OpenStack cũng có một số hạn chế mà doanh nghiệp nên cân nhắc kĩ trước khi quyết định triển khai: 

• Quy trình triển khai phức tạp: OpenStack gồm nhiều thành phần như Nova, Neutron, Cinder, Glance và Keystone, mỗi thành phần đảm nhiệm một vai trò riêng trong hạ tầng cloud. Việc cấu hình sai hoặc thiếu đồng bộ giữa các dịch vụ có thể khiến toàn bộ hệ thống hoạt động không ổn định, ngay cả khi đã dùng công cụ tự động hóa.
• Yêu cầu đội ngũ vận hành có chuyên môn cao: Vận hành OpenStack không chỉ là cài đặt phần mềm. Đội ngũ kỹ thuật cần hiểu Linux, ảo hóa, mạng, lưu trữ, bảo mật và các công cụ DevOps. 
• Khả năng nâng cấp phức tạp: Việc nâng cấp giữa các phiên bản OpenStack không đơn giản vì hệ thống gồm nhiều dịch vụ phụ thuộc lẫn nhau. Nếu không có kế hoạch kiểm thử và nâng cấp rõ ràng, quá trình này có thể gây gián đoạn dịch vụ hoặc phát sinh lỗi hệ thống.
• Chi phí vận hành thực tế không thấp nếu thiếu kinh nghiệm: OpenStack không tốn phí bản quyền phần mềm gốc, nhưng doanh nghiệp vẫn phải đầu tư vào phần cứng, nhân sự, triển khai, giám sát, backup và xử lý sự cố. Vì vậy, tổng chi phí vận hành cần được tính toán đầy đủ. 

Phân biệt OpenStack, VMware và KVM

OpenStack, VMware và KVM đều liên quan đến điện toán đám mây và ảo hóa, nhưng mỗi công nghệ đảm nhiệm một vai trò khác nhau trong kiến trúc hạ tầng. Bảng dưới đây sẽ giúp làm rõ sự khác biệt giữa ba nền tảng này.

Tóm lại, KVM, VMware và OpenStack nằm ở ba lớp khác nhau trong hệ sinh thái cloud. Việc lựa chọn OpenStack, VMware hay KVM phụ thuộc vào mục tiêu triển khai và năng lực vận hành của từng hệ thống. 

OpenStack phù hợp với các tổ chức muốn tự chủ về hạ tầng cloud, cần khả năng tùy chỉnh sâu và hạn chế phụ thuộc vào một nhà cung cấp duy nhất. VMware là lựa chọn đáng cân nhắc khi ưu tiên sự ổn định, hệ sinh thái hoàn thiện và hỗ trợ thương mại rõ ràng. Trong khi đó, KVM phù hợp với những hệ thống cần một lớp ảo hóa nhẹ, hiệu quả và tối ưu chi phí trên nền tảng Linux.

Bài viết vừa rồi đã giải đáp OpenStack là gì, ưu điểm, nhược điểm và phân biệt với VMware và KVM. Tóm lại, OpenStack là lựa chọn đáng cân nhắc nếu bạn muốn tự chủ hạ tầng cloud, tối ưu khả năng tùy chỉnh và hạn chế phụ thuộc vào một nhà cung cấp duy nhất. Ngược lại, nếu ưu tiên triển khai nhanh, ít vận hành và có hỗ trợ thương mại rõ ràng, doanh nghiệp nên cân nhắc các nền tảng cloud hoặc ảo hóa được quản lý sẵn.