Các doanh nghiệp đang ngày càng mong muốn tìm kiếm khả năng mở rộng ứng dụng nâng cao, hiệu quả về chi phí và tiêu chuẩn hóa thông qua việc sử dụng ảo hóa và container hóa. Nhưng điều gì khiến những công nghệ này trở nên khác biệt? Container, một dạng công nghệ ảo hóa, cho phép người dùng chạy nhiều hệ điều hành (HĐH hay OS) trong một phiên bản của HĐH. Ưu điểm đáng chú ý của những công nghệ này là gọn nhẹ và di động, chúng cung cấp giải pháp tối ưu để chạy các ứng dụng trơn tru trên nhiều nền tảng khác nhau.

Ảo hóa là khi một máy vật lý lưu trữ nhiều máy ảo trong phần cứng của nó. Mặc dù cả hai công nghệ đều tạo điều kiện triển khai phần mềm nhanh hơn và hiệu quả hơn cho developer, nhưng chúng phục vụ các mục đích khác nhau. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu sâu hơn về container và ảo hóa, giúp doanh nghiệp bạn đưa ra quyết định sáng suốt về lựa chọn phương án phù hợp nhất với yêu cầu kinh doanh của mình.

Ảo hóa là gì?

Đám mây cung cấp một môi trường multi-tenant (nhiều bên thuê để sử dụng) có thể vận hành dịch vụ của nhiều bên trên cùng một phần cứng máy chủ. Môi trường chia sẻ này được thực hiện thông qua việc sử dụng công nghệ ảo hóa, được hỗ trợ bởi một hypervisor (phần mềm giám sát máy ảo). Hypervisor phân chia tài nguyên CPU, RAM và lưu trữ cho nhiều máy ảo (virtual machine - VM), cấp cho mỗi người dùng môi trường hệ điều hành độc lập.

Bạn cần lưu ý rằng mặc dù các VM riêng lẻ không tương tác trực tiếp với nhau, nhưng tất cả chúng đều sử dụng cùng một phần cứng cơ bản. Do đó, các nền tảng đám mây như VNG Cloud có thể tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên trên mỗi máy chủ bằng cách cho nhiều khách hàng thuê dịch vụ, giúp tiết kiệm chi phí cho doanh nghiệp.

Công nghệ ảo hóa hoạt động ra sao?

Ảo hóa hoạt động thông qua việc sử dụng phần mềm hypervisor, có thể được cài đặt trên hệ điều hành hoặc trực tiếp trên phần cứng. Chức năng chính của một hypervisor là phân bổ và quản lý tài nguyên vật lý, phân chia chúng để các môi trường ảo có thể sử dụng.

Khi người dùng hoặc chương trình trên máy chủ ảo đưa ra lệnh yêu cầu tài nguyên bổ sung từ môi trường vật lý, hypervisor sẽ xử lý yêu cầu, chuyển tiếp nó đến hệ thống vật lý và quản lý các thay đổi. Có hai loại hypervisor chính: Hypervisor loại 1 (Native hay Bare Metal) được cài đặt trực tiếp trên phần cứng và Hypervisor loại 2 (Hosted) chạy trên hệ điều hành.

Ưu điểm chính của ảo hóa nằm ở khả năng chạy nhiều hệ điều hành trên một nền tảng phần cứng duy nhất. Mỗi máy chủ ảo hoạt động với hệ điều hành khách (Guest OS) riêng, thực hiện các quy trình (process) khởi động thiết yếu như khởi động và tải kernel. Tuy nhiên, các biện pháp bảo mật nghiêm ngặt được triển khai để đảm bảo rằng các Guest OS không có toàn quyền truy cập vào HĐH chính.

Container hóa là gì?

Container hóa là một biến thể của ảo hóa. Trong khi ảo hóa là cách vận hành nhiều phiên bản của hệ điều hành trên một máy chủ, thì quá trình container hóa tập trung vào việc chạy một phiên bản duy nhất của hệ điều hành với nhiều không gian biệt lập để tách biệt với các process khác. Điều này làm cho quá trình container hóa trở thành lựa chọn lý tưởng cho người sử dụng dịch vụ đám mây có ý định chạy đồng thời nhiều process.

Quá trình container hóa liên quan đến việc đóng gói code phần mềm, library, framework và các dependency (thành phần phụ thuộc) khác vào một không gian người dùng riêng biệt và khép kín gọi là container. Các container này có thể di động và có thể được sử dụng trên mọi cơ sở hạ tầng và trong mọi môi trường hỗ trợ container như Docker và Kubernetes.

Mối liên hệ giữa container hóa và kiến trúc microservices
Kiến trúc microservices yêu cầu phải tách biệt các thành phần ứng dụng chính thành các phần độc lập, riêng biệt. Việc tách rời này cho phép các thành phần này hoạt động độc lập, giảm khả năng xảy ra lỗi hoặc gián đoạn toàn bộ dịch vụ.

Container đóng vai trò là vùng chứa cho các tác vụ hoặc microservices riêng lẻ. Bằng cách phân chia nhỏ từng chức năng ứng dụng thành container riêng, microservices nâng cao khả năng phục hồi và khả năng mở rộng cho các dịch vụ doanh nghiệp.

Hơn nữa, quá trình đóng gói cho phép bạn cập nhật từng phần mà không ảnh hưởng đến những thành phần khác. Điều này tạo điều kiện cho việc triển khai nhanh chóng các nâng cấp bảo mật và các tính năng mới, giảm thiểu sự gián đoạn hoạt động trên toàn hệ thống.

Container hóa hoạt động ra sao?

Container hoạt động như các gói phần mềm độc lập và có thể triển khai hoạt động trên hệ điều hành máy chủ (Host OS). Một máy chủ có thể chứa nhiều container cùng một lúc. Trong môi trường kiến trúc microservice, điều này sẽ có lợi vì mỗi container chạy trên tài nguyên riêng biệt, đảm bảo rằng những bên khác không thể truy cập vào nó.

Sơ đồ kiến trúc container được phân ra thành nhiều lớp, trong đó container là lớp trên cùng của một mô hình hoạt động nhiều lớp. Các lớp được sắp xếp như sau:

• Ở dưới cùng là cơ sở hạ tầng vật lý như CPU, disk storage và network.
• Bên trên đó, có hệ điều hành máy chủ và nhân của nó. Nhân HĐH đóng vai trò là cầu nối giữa phần mềm của HĐH và tài nguyên phần cứng.
• Container và Guest OS của nó trên hệ điều hành máy chủ.
  Ở trên cùng, có các binary, library cho từng ứng dụng và các ứng dụng chạy trên không gian người dùng tách biệt.
• Container hóa có nguồn gốc từ một tính năng của Linux được gọi là cgroups (control group), được phát triển để cô lập và quản lý việc sử dụng tài nguyên cho một process của hệ điều hành.

Để minh họa, cgroups cho phép xác định các giới hạn cụ thể đối với CPU usage, phân bổ RAM hoặc số luồng mà một process có thể truy cập trong nhân Linux. Theo thời gian, cgroups đã phát triển thành Linux Container (LXC), kết hợp các chức năng nâng cao hơn để cô lập thành phần thông qua namespaces. Các namespaces này bao gồm nhiều phần khác nhau, bao gồm bảng định tuyến (routing table) và file hệ thống, cho phép tăng cường cách ly trong LXC.

Sự khác biệt giữa Ảo hóa và Container hóa

Ở góc độ kỹ thuật, cả hai công nghệ đều có chung những đặc điểm nhất định, nhưng mang lại những kết quả khác biệt. Hãy khám phá những điểm khác biệt chính giữa Ảo hóa và Container hóa với VNG Cloud.

Ưu và nhược điểm của ảo hóa

Ảo hóa mang lại một số lợi thế cho doanh nghiệp, bao gồm tăng khả năng mở rộng ứng dụng và giảm chi phí. Dưới đây là 5 lợi ích mà ảo hóa mang lại cho doanh nghiệp của bạn:

• Sử dụng tài nguyên nâng cao: Ảo hóa cho phép sử dụng tài nguyên hiệu quả thông qua việc multi-tenant trên phần cứng, tối đa hóa việc sử dụng dung lượng.
• Nâng cao tính sẵn sàng: Các tài nguyên ảo hóa có thể được cung cấp và ngừng hoạt động nhanh chóng, đảm bảo tính sẵn sàng cao bằng cách lưu trữ hiệu quả các tài nguyên khi cần và giải phóng chúng sau khi quá trình hoàn tất.
• Tăng cường tính liên tục trong kinh doanh: Ảo hóa tạo điều kiện phục hồi dễ dàng các phiên bản lưu trữ ảo thông qua sao chép và sao lưu, đảm bảo tính liên tục trong kinh doanh và giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động trong trường hợp xảy ra lỗi.
• Triển khai nhanh chóng: Các VM có thể được triển khai nhanh chóng vì hệ điều hành chính và các dependency đã được tải lên sẵn trên hypervisor, giúp tối ưu hóa quy trình.
• Tính di động của đám mây: Ảo hóa nâng cao tính di động của đám mây, cho phép di chuyển dễ dàng hơn trên nhiều đám mây. Tính linh hoạt này cho phép các doanh nghiệp chuyển đổi liền mạch giữa các nhà cung cấp đám mây khác nhau, hỗ trợ cho chiến lược multi-cloud và tránh bị phụ thuộc vào một nhà cung cấp.

Mặc dù ảo hóa cho phép chạy nhiều ứng dụng trên một máy chủ, nhưng nó cũng chứa đựng những thách thức về hiệu suất. Dưới đây là 6 yếu tố cần xem xét khi xác định xem ảo hóa có phù hợp với doanh nghiệp của bạn hay không:

• Lợi tức đầu tư (ROI): Ảo hóa thường liên quan đến chi phí trả trước cao hơn và có thể mất vài năm để biết chính xác ROI. Tuy nhiên, chi phí hàng ngày cho ảo hóa thường sẽ thấp hơn.
• Rủi ro bảo mật dữ liệu: Các phiên bản ảo hóa trên public tiềm ẩn rủi ro mất hoặc vi phạm dữ liệu do việc dùng chung cơ sở hạ tầng và khả năng rò rỉ dữ liệu hoặc nhân HĐH cho người dùng khác.
• Cân nhắc về khả năng mở rộng: Việc thay đổi quy mô nhiều phiên bản ảo hóa có thể tốn thời gian, và tính linh hoạt cần thiết để có thể mở rộng nhanh chóng.
• Chi phí hoạt động: Các công nghệ hypervisor vốn đã tiêu tốn một khoản chi phí hoạt động, dẫn đến giảm hiệu suất so với môi trường không ảo hóa trên cùng một lượng tài nguyên được phân bổ.
• Thách thức về quản lý: Nếu không được giám sát chặt chẽ, các VM chứa các phiên bản ảo hóa có thể phát sinh một cách không kiểm soát, tạo thêm gánh nặng quản lý cho bộ phận CNTT.
• Khả năng tương thích và tích hợp: Các vấn đề về khả năng tương thích có thể phát sinh khi tích hợp môi trường ảo hóa với các hệ thống và ứng dụng hiện có, đòi hỏi doanh nghiệp phải lập kế hoạch và cân nhắc cẩn thận.

Bằng cách cân nhắc cẩn thận những ưu và nhược điểm, doanh nghiệp có thể đưa ra quyết định sáng suốt về việc áp dụng công nghệ ảo hóa.

Ưu và nhược điểm của container hóa

Bản chất không phụ thuộc vào nền tảng của quá trình container hóa khiến nó trở thành một lựa chọn hấp dẫn để mở rộng quy mô các ứng dụng trên đám mây. Dưới đây là 3 lợi ích cần xem xét liệu container hóa có phù hợp với nhu cầu của bạn hay không:

• Triển khai nhanh chóng: Các container có dung lượng nhẹ và khả năng triển khai nhanh chóng. Không giống như ảo hóa, yêu cầu dung lượng gigabyte (GB) cho mỗi phiên bản, kích thước của container có thể nhỏ khoảng megabyte (MB).
• Tính di động: Container bao gồm các dependency, library, binary và file cấu hình, cho phép chúng dễ dàng được triển khai trên các nền tảng và môi trường khác nhau khi cần.
• Hiệu quả chi phí: Do kích thước nhỏ nên container có thể giúp tiết kiệm chi phí đáng kể trong vận hành và phát triển, giảm yêu cầu tài nguyên và tối ưu hóa các quy trình.

Mặc dù quá trình container hóa mang lại khả năng mở rộng và sự linh hoạt cho các ứng dụng đám mây, nhưng nó cũng có một số nhược điểm. Dưới đây là 5 nhược điểm bạn cần xem xét:

• Hỗ trợ hạn chế trên Windows: Container chủ yếu được hỗ trợ trên Linux, điều này có thể hạn chế khả năng sử dụng của nó cho các mục đích của doanh nghiệp. Điều này thường gây ra vài hạn chế cho người dùng Linux trong một số trường hợp.
• Lỗ hổng bảo mật trong nhân HĐH: Trong trường hợp có lỗ hổng bảo mật trong nhân HĐH, tất cả container trong cụm Kubernetes (K8S) đều có thể bị xâm nhập, thay vì chỉ một vài vùng bị cô lập. Đây là một vấn đề bảo mật lớn của container hóa.
• Hệ thống mạng phức tạp: Việc kết nối mạng có thể là một thách thức vì mỗi container chạy trên một máy chủ. Để thiết lập kết nối, cần có cầu nối mạng hoặc macvlan driver (kết hợp MAC và mạng ảo cục bộ) để kết nối giao diện container tới giao diện máy chủ.
• Giám sát phức tạp: Việc giám sát nhiều container gồm các quy trình riêng lẻ phức tạp hơn so với việc giám sát nhiều quy trình trong một VM. Sự phức tạp này có thể gây ra những thách thức cho việc giám sát và khắc phục sự cố.
• Tác động đến hiệu suất: Quá trình container hóa không phải lúc nào cũng cải thiện hiệu suất và đôi khi có thể dẫn đến hiệu suất kém hơn đối với một số công việc nhất định. Bạn phải đánh giá cẩn thận các yêu cầu về hiệu suất và cân nhắc về sự đánh đổi trước khi triển khai container hóa.

Kết luận

Tóm lại, ảo hóa và container hóa cung cấp những giải pháp khác nhau để triển khai và quản lý ứng dụng. Ảo hóa cung cấp khả năng cách ly mạnh mẽ và độc lập với phần cứng, trong khi container hóa cung cấp tính linh hoạt và khả năng mở rộng. Sự lựa chọn giữa hai công nghệ này tùy thuộc vào nhu cầu và khối lượng công việc cụ thể. Các tổ chức thường áp dụng kết hợp chúng để tối ưu hóa cơ sở hạ tầng CNTT của họ. Kết quả là những công nghệ này đã cách mạng hóa việc triển khai ứng dụng, mang lại sự linh hoạt và hiệu quả cho các doanh nghiệp trên toàn thế giới.