Máy ảo (Virtual Machine – VM) là một môi trường máy tính giả lập được tạo ra từ phần mềm, cho phép người dùng chạy một hệ điều hành độc lập bên trong một hệ điều hành khác giúp tối ưu hóa hạ tầng IT, giúp các doanh nghiệp và người dùng cá nhân tận dụng tối đa tài nguyên phần cứng. Cùng Thuê Máy Chủ Giá Rẻ tìm hiểu toàn diện về máy ảo, từ định nghĩa Virtual Machine là gì, lợi ích cho đến cách ứng dụng trong thực tế.

Virtual machine là gì?

Máy ảo (Virtual machine – VM) là một môi trường máy tính ảo được tạo ra trên nền tảng phần cứng của một máy tính vật lý (máy chủ) thông qua phần mềm ảo hóa. Nói một cách đơn giản, một máy ảo hoạt động như một máy tính hoàn chỉnh với hệ điều hành (OS), ứng dụng, và các thiết lập riêng, nhưng nó không phải là một thiết bị vật lý.

VM được cô lập hoàn toàn với máy tính chủ, do đó, bất kỳ hoạt động nào diễn ra bên trong máy ảo cũng không ảnh hưởng đến hệ thống chính.

Để tạo ra một máy ảo, chúng ta cần một phần mềm đặc biệt gọi là Hypervisor. Hypervisor là lớp trung gian giúp phân bổ tài nguyên phần cứng (CPU, RAM, ổ cứng) của máy chủ cho các máy ảo.

Sử dụng Virtual machine để làm gì?

Bạn có bao giờ tự hỏi máy ảo có thể giúp bạn giải quyết những vấn đề gì không? Dưới đây là những ứng dụng phổ biến nhất của VM:

• Phát triển và kiểm thử phần mềm: Lập trình viên có thể tạo ra nhiều môi trường máy ảo với các hệ điều hành và cấu hình khác nhau để kiểm tra ứng dụng của họ có hoạt động ổn định trên mọi nền tảng hay không.
• Chạy các phần mềm cũ: Nếu bạn có một ứng dụng cũ chỉ chạy trên Windows XP, bạn có thể tạo một máy ảo Windows XP để sử dụng mà không cần thay đổi hệ điều hành chính.
• Tối ưu hóa tài nguyên máy chủ: Các công ty có thể tạo ra nhiều máy chủ ảo trên một máy chủ vật lý mạnh mẽ. Điều này giúp tận dụng tối đa sức mạnh phần cứng, tiết kiệm chi phí mua sắm và bảo trì.
• Tăng cường bảo mật: Bạn có thể dùng máy ảo để truy cập các trang web đáng ngờ, mở file đính kèm từ email lạ mà không lo lắng về virus hay malware lây nhiễm vào máy tính thật.

Cơ chế hoạt động của Virtual Machine

Máy ảo vận hành dựa trên công nghệ ảo hóa (virtualization), tức là tạo ra một môi trường máy tính giả lập bên trong máy chủ vật lý. Việc phân bổ và quản lý tài nguyên phần cứng cho các máy ảo được thực hiện thông qua phần mềm trung gian gọi là hypervisor. Hypervisor sẽ chia nhỏ CPU, RAM, ổ cứng cùng các thiết bị khác, rồi phân phát cho từng máy ảo riêng biệt.

Khi người dùng tạo một máy ảo mới, họ sẽ cấu hình các thông số như dung lượng RAM, ổ cứng, loại hệ điều hành… Sau khi máy ảo khởi động, hypervisor sẽ cấp đúng lượng tài nguyên đã được định sẵn và tiến hành chạy hệ điều hành bên trong máy ảo đó.

Hoạt động của một Virtual Machine phụ thuộc chặt chẽ vào khả năng của hypervisor cũng như các yêu cầu cấu hình từ phía người dùng.

Lợi ích và hạn chế của Virtual Machine

Lợi ích của Virtual machine

Công nghệ ảo hóa mang lại nhiều lợi ích vượt trội, khiến nó trở thành một công cụ không thể thiếu trong lĩnh vực công nghệ thông tin.

• Tối ưu hóa phần cứng: Một máy chủ vật lý có thể chạy hàng chục, thậm chí hàng trăm máy ảo. Điều này giúp giảm lãng phí tài nguyên và tiết kiệm chi phí đầu tư.
• Tính di động cao: Một máy ảo có thể được đóng gói thành một file duy nhất và di chuyển từ máy chủ này sang máy chủ khác một cách dễ dàng.
• Phục hồi sau thảm họa: Bạn có thể sao lưu máy ảo và khôi phục lại nó trong vài phút khi xảy ra sự cố.
• Môi trường độc lập: Máy ảo hoàn toàn độc lập với hệ điều hành chính, do đó bạn có thể thử nghiệm các thay đổi mà không gây rủi ro cho hệ thống chính.

Hạn chế của Virtual machine

Mặc dù có nhiều ưu điểm, máy ảo vẫn tồn tại một số hạn chế nhất định.

• Hiệu suất: Do có lớp Hypervisor hoạt động ở giữa, hiệu suất của máy ảo sẽ thấp hơn một chút so với chạy trực tiếp trên máy thật.
• Tốn tài nguyên: Mỗi máy ảo cần một lượng tài nguyên riêng (RAM, CPU, ổ đĩa), vì vậy việc chạy quá nhiều máy ảo có thể làm chậm máy chủ vật lý.
• Phức tạp trong quản lý: Môi trường ảo hóa doanh nghiệp yêu cầu người quản trị có kiến thức chuyên sâu để vận hành và bảo trì.

2 loại Virtual machine hiện nay

Để hiểu rõ hơn về cách máy ảo hoạt động, chúng ta cần phân biệt hai loại chính:

Máy ảo tiến trình (Process VM)

Loại này tạo ra một môi trường ảo để chạy một ứng dụng duy nhất. Nó không mô phỏng toàn bộ một máy tính. Ví dụ điển hình là Java Virtual Machine (JVM), cho phép các chương trình Java chạy trên nhiều nền tảng khác nhau mà không cần viết lại mã.

Máy ảo hệ thống (System VM)

Loại này mô phỏng toàn bộ một máy tính vật lý, bao gồm phần cứng và BIOS. Nó cho phép bạn cài đặt và chạy một hệ điều hành đầy đủ. Hầu hết các phần mềm ảo hóa chúng ta biết đến như VirtualBox, VMware đều thuộc loại này.

So sánh Container với Virtual machine

Container và Virtual machine đều là công nghệ ảo hóa, nhưng cách tiếp cận của chúng lại rất khác nhau.

Khái niệm

• Virtual Machine (VM) là một mô phỏng máy tính vật lý với phần cứng ảo hóa được quản lý bởi hypervisor. Mỗi VM chứa một hệ điều hành khách riêng biệt và các ứng dụng cùng các thành phần phụ thuộc.
• Container là một đơn vị phần mềm chứa ứng dụng cùng các thư viện, phụ thuộc cần thiết, chạy trực tiếp trên hệ điều hành của máy chủ (Host OS) và chia sẻ kernel với các container khác trên cùng hệ thống.

Cấp độ ảo hóa

• VM: ảo hóa tài nguyên ở cấp phần cứng. Mỗi VM là một hệ thống độc lập có hệ điều hành riêng.
• Container: ảo hóa tài nguyên ở cấp hệ điều hành (trên Host OS). Các container chia sẻ kernel hệ điều hành và chỉ cô lập ở mức ứng dụng.

Yêu cầu tài nguyên và hiệu năng

• VM: có kích thước lớn vì bao gồm cả hệ điều hành, chiếm nhiều tài nguyên CPU, bộ nhớ và dung lượng đĩa. Khởi động mất vài phút.
• Container: nhẹ hơn nhiều (kích thước thường vài MB), sử dụng tài nguyên hiệu quả hơn, có thể khởi động trong vài mili giây, rất phù hợp với mở rộng nhanh và môi trường microservices.

Khả năng cách ly và bảo mật

• VM: cung cấp mức độ cách ly cao hơn vì chạy hệ điều hành độc lập, giảm nguy cơ bị tấn công và giới hạn ảnh hưởng của các sự cố bảo mật.
• Container: cách ly ở mức tiến trình và ứng dụng, chia sẻ kernel nên cách ly thấp hơn VM, có thể kém an toàn hơn trong một số trường hợp.

Ứng dụng phù hợp

• VM: phù hợp khi cần chạy nhiều hệ điều hành khác nhau trên cùng một phần cứng, hoặc khi yêu cầu cách ly tài nguyên cao, ví dụ hosting nhiều khách hàng.
• Container: thích hợp cho phát triển và triển khai ứng dụng nhanh, cần mở rộng linh hoạt, môi trường DevOps, và microservices.

Ví dụ công nghệ

• VM: VMware, Hyper-V, KVM.
• Container: Docker, Kubernetes, containerd.

Dưới đây là bảng so sánh chi tiết giữa Container với Virtual machine:

VM và container đều là công nghệ ảo hóa nhưng ở mức độ và mục tiêu khác nhau: VM ảo hóa toàn bộ hệ thống với mức độ cô lập cao, còn container ảo hóa ứng dụng trên cùng 1 hệ điều hành với hiệu quả sử dụng tài nguyên và tốc độ triển khai nhanh hơn.

Nếu bạn cần một môi trường hoàn toàn cô lập để chạy một hệ điều hành khác, VM là lựa chọn tốt. Còn nếu mục tiêu là triển khai một ứng dụng nhanh chóng và hiệu quả, Container (ví dụ: Docker) sẽ phù hợp hơn.

Các trường hợp sử dụng máy ảo Virtual machine

Công nghệ máy ảo có thể ứng dụng trong rất nhiều tình huống, từ học tập, làm việc đến quản lý doanh nghiệp.

• Dành cho sinh viên và người mới học IT: Tạo môi trường để thực hành các hệ điều hành mới như Linux, thử nghiệm các công cụ hacking (Kali Linux) mà không sợ làm hỏng máy tính chính.
• Dành cho lập trình viên: Cài đặt các phiên bản hệ điều hành khác nhau để kiểm tra tính tương thích của ứng dụng. Ví dụ: chạy Windows 7, 8, 10, 11 trên cùng một máy Mac.
• Dành cho quản trị viên hệ thống (SysAdmin): Triển khai các máy chủ ảo để chạy các dịch vụ web, cơ sở dữ liệu, hoặc các ứng dụng doanh nghiệp.

Cách chọn Virtual Machine phù hợp cho doanh nghiệp

Để tối ưu hiệu quả vận hành và tiết kiệm chi phí, doanh nghiệp nên chú ý các tiêu chí sau khi lựa chọn Virtual Machine:

• Xác định rõ nhu cầu sử dụng, số lượng VM cần triển khai, tải xử lý dự kiến và hệ điều hành cần hỗ trợ.
• Chọn cấu hình phù hợp về số nhân CPU, dung lượng RAM và loại ổ lưu trữ (SSD hoặc HDD).
• Đánh giá khả năng mở rộng và tính năng tự động hóa của VM.
• Xem xét các tiện ích bổ trợ như sao lưu dữ liệu, quản lý tài nguyên, bảo mật…
• Đảm bảo khả năng tương thích với phần mềm và hệ thống hiện có.
• Lựa chọn nhà cung cấp uy tín, vì đây là yếu tố phản ánh chất lượng dịch vụ và mức độ cam kết với khách hàng.

Các phần mềm Virtual machine tốt nhất

Việc chọn đúng phần mềm ảo hóa sẽ giúp bạn tối ưu hóa trải nghiệm sử dụng.

Oracle VM VirtualBox

• Ưu điểm: Miễn phí, mã nguồn mở, hỗ trợ đa nền tảng (Windows, macOS, Linux). Dễ sử dụng, phù hợp cho người mới bắt đầu.
• Nhược điểm: Hiệu suất có thể không bằng các phần mềm trả phí.
• Đối tượng: Sinh viên, người dùng cá nhân, lập trình viên muốn thử nghiệm các hệ điều hành khác.

VMware Workstation

• Ưu điểm: Hiệu suất vượt trội, tích hợp nhiều tính năng mạnh mẽ dành cho chuyên gia như kết nối mạng phức tạp, tạo snapshot, và quản lý máy ảo.
• Nhược điểm: Là phần mềm trả phí.
• Đối tượng: Các lập trình viên chuyên nghiệp, quản trị viên hệ thống.

Microsoft Hyper-V

• Ưu điểm: Tích hợp sẵn trong các phiên bản Windows Pro trở lên, hiệu suất cao, không cần cài đặt thêm phần mềm.
• Nhược điểm: Chỉ chạy được trên Windows, giao diện không thân thiện bằng các phần mềm khác.
• Đối tượng: Người dùng Windows muốn trải nghiệm ảo hóa mà không muốn cài đặt thêm phần mềm.

Parallels Desktop (dành cho macOS)

• Ưu điểm: Tối ưu hóa đặc biệt cho macOS, cho phép chạy Windows và các hệ điều hành khác mượt mà.
• Nhược điểm: Chi phí cao.
• Đối tượng: Người dùng Mac muốn chạy Windows hoặc các ứng dụng Windows trên máy tính của họ.

Máy ảo là một công nghệ mạnh mẽ và linh hoạt, giúp chúng ta tối ưu hóa tài nguyên phần cứng, tăng cường bảo mật và đơn giản hóa việc quản lý hệ thống. Dù bạn là một sinh viên, lập trình viên hay quản trị viên hệ thống, việc hiểu và ứng dụng máy ảo sẽ mang lại nhiều lợi ích thiết thực.