KVM là gì? Công nghệ ảo hóa tiên tiến cho máy chủ

KVM là gì? KVM ngày nay là một khái niệm còn xa lạ với nhiều người, nhưng lại được sử dụng khá phổ biến. Đây được gọi là công nghệ ảo hóa và được sử dụng để mô phỏng từ phiên bản chính. Vậy máy ảo có thực sự chạy được như một máy tính hay hệ điều hành thông thường hay không? Để tìm hiểu rõ hơn về KVM hãy cùng BKNS đi tìm hiểu qua bài viết sau nhé! 

KVM là gì? Tìm hiểu về KVM trong ảo hóa máy chủ

Giới thiệu về KVM

Định nghĩa KVM

KVM là viết tắt của Kernel Virtualization Machine, đây là một công nghệ ảo hóa mã nguồn mở được tích hợp vào Linux. Nó sẽ hỗ trợ tạo và điều khiển máy ảo trên các máy chủ vật lý. Như vậy, KVM sẽ hoạt động như một hypervisor – phần mềm giám sát máy ảo, tạo điều kiện để chạy nhiều hệ điều hành và ứng dụng độc lập trên cùng một máy chủ. 

Lịch sử phát triển của KVM

KVM (Kernel Virtualization Machine) là một mô-đun nhân Linux cho phép ảo hóa toàn phần các máy ảo. Dưới đây là tóm tắt lịch sử phát triển của KVM:

Năm 2006: KVM được công bố lần đầu tiên bởi Fabien Potinet của dự án Qumulux. Với phiên bản đầu tiên này, chỉ hỗ trợ ảo hóa x86 và sử dụng mô-đun KVM riêng biệt với nhân Linux.

Năm 2007: KVM được sáp nhập vào dòng chính của nhân Linux 2.6.20. Hỗ trợ cho ảo hóa PowerPC được thêm vào.

Năm 2008: Hỗ trợ cho ảo hóa S390 được thêm vào. Dự án Qumulux được Red Hat mua lại.

Năm 2009: Red Hat phát hành phiên bản KVM dành cho doanh nghiệp đầu tiên. Hỗ trợ cho ảo hóa ARM được thêm vào.

Năm 2010: KVM trở thành một trong những giải pháp ảo hóa phổ biến nhất cho Linux. Hỗ trợ cho ảo hóa SPARC được thêm vào.

Năm 2011: Red Hat ra mắt KVM for Cloud, một giải pháp ảo hóa được tối ưu hóa cho môi trường đám mây.

Năm 2012: KVM được tích hợp vào nhiều bản phân phối Linux phổ biến, bao gồm Ubuntu, Fedora và SUSE.

Năm 2013: Hỗ trợ cho ảo hóa SE390x được thêm vào.

Năm 2014: KVM for Containers được ra mắt bởi Red Hat, một giải pháp ảo hóa được tối ưu hóa cho việc triển khai container.

Năm 2015: KVM đạt 10 năm phát triển.

Ngày nay: KVM tiếp tục là một trong những giải pháp ảo hóa phổ biến và mạnh mẽ nhất dành cho Linux. Nó được sử dụng bởi nhiều tổ chức lớn như Facebook, Google, Amazon.

Bên cạnh đó, KVM còn có một cộng đồng người dùng và nhà phát triển rất lớn, những người không ngừng cải thiện và phát triển tính năng mới cho KVM.

Cách thức hoạt động của KVM

Cấu trúc KVM

Cấu trúc tổng quan của KVM bao gồm 3 thành phần chính sau:

1. KVM Kernel Module

Đây được coi là thành phần cốt lõi, được tích hợp vào Linux kernel từ bản 2.6.20.

Cung cấp giao diện lập trình ứng dụng (API) để tạo, quản lý và điều khiển máy ảo.

Tận dụng tính năng ảo hóa phần cứng của CPU như Intel VT-x (Virtualization Technology) hay AMD-V (Secure Virtual Machine) để tăng hiệu quả ảo hóa.

Mô phỏng các thành phần phần cứng cần thiết cho VM như CPU, bộ nhớ, I/O và BIOS.

2. QEMU (Quick Emulator):

Là trình giả lập phần mềm mã nguồn mở thường kết hợp với KVM để cung cấp ảo hóa đầy đủ tính năng.

Mô phỏng các thiết bị phần cứng mà KVM không thể mô phỏng trực tiếp như ổ cứng, card mạng, card âm thanh.

Cung cấp giao diện dòng lệnh và đồ họa để quản lý máy ảo.

3. Libvirt:

Thư viện mã nguồn mở cung cấp API thống nhất để quản lý máy ảo bất kể tạo bằng KVM hay hypervisor khác.

Điều này, cho phép quản lý nhiều VM từ một trung tâm bằng nhiều giao thức quản lý VM phổ biến như XM. WebDAV và SSH.

Sơ đồ cấu trúc KVM

Lợi ích của cấu trúc KVM:

Hiệu suất cao: Tận dụng ảo hóa phần cứng CPU cho hiệu suất VM cao.

Tính linh hoạt: Kết hợp với nhiều trình giả lập phần mềm cho khả năng ảo hóa đầy đủ tính năng.

Dễ sử dụng: Nhiều công cụ quản lý VM giúp đơn giản hóa thao tác.

Mã nguồn mở: Điều này giúp miễn phí sử dụng và sửa đổi.

Nhược điểm:

Yêu cầu CPU hỗ trợ ảo hóa phần cứng: Intel VT-x hoặc AMD-V.

Cấu hình có thể phức tạp: Khi sử dụng nhiều trình giả lập phần mềm.

Nhìn chung, KVM là giải pháp ảo hóa mạnh mẽ, linh hoạt, phù hợp cho nhiều hệ điều hành và ứng dụng, với hiệu suất cao và tính mã nguồn mở. Cấu trúc mô-đun giúp dễ dàng mở rộng và tùy chỉnh.

Nguyên lý hoạt động

Nếu bạn đã biết KVM là gì, bạn có thắc mắc nguyên lý hoạt động của KVM như thế nào? Hãy cùng tìm hiểu cách hoạt động của KVM

Máy ảo dựa trên hạt nhân (KVM) yêu cầu hạt nhân Linux phải được cài đặt trên thiết bị CPU hỗ trợ các phần mở rộng ảo hóa. Đặc biệt, KVM hỗ trợ tất cả các CPU x86, là chip máy tính có khả năng xử lý ngôn ngữ lệnh x86 của Intel.

> Xem thêm bài viết: Hướng dẫn sử dụng KVM kiểm tra màn hình Server

Tính năng nổi bật của KVM: Công nghệ ảo hóa tiên tiến cho máy chủ

Miễn phí và mã nguồn mở: KVM được phát triển theo giấy phép mã nguồn mở GPLv2, hoàn toàn miễn phí cho người dùng cài đặt, sử dụng và sửa đổi. Điều này đã giúp KVM được trở thành một trong những lựa chọn phổ biến cho các tổ chức hay cá nhân có ngân sách thấp.

Hiệu suất cao: KVM tận dụng tối đa hiệu năng phần cứng máy chủ vật lý, cung cấp hiệu suất ảo hóa gần như bản địa cho các máy ảo. Nhờ có khả năng truy cập được trực tiếp vào phần cứng, KVM giúp giảm thiểu đáng kể chi phí hao phí tài nguyên hệ thống nhưng vẫn đảm bảo được hiệu suất hoạt động mượt mà cho các ứng dụng chạy trên máy ảo.

Tính linh hoạt: KVM hỗ trợ đa dạng hệ điều hành, bao gồm Linux, Windows, macOS, Solaris và FreeBSD. Khả năng tương thích rộng rãi này cho phép người dùng dễ dàng triển khai và quản lý môi trường ảo hóa đa dạng, đáp ứng nhu cầu sử dụng khác nhau.

Dễ dàng sử dụng: KVM cung cấp nhiều công cụ quản lý, bao gồm giao diện dòng lệnh virsh và giao diện đồ họa virt-manager, giúp người dùng dễ dàng tạo, cấu hình và quản lý máy ảo. Từ đó, giúp đơn giản và phù hợp ngay cả cho người mới bắt đầu.

Khả năng mở rộng: KVM có thể triển khai trên cả máy tính cá nhân cho đến máy chủ doanh nghiệp quy mô lớn. Khả năng mở rộng này giúp KVM đáp ứng nhu cầu ảo hóa đa dạng, phù hợp với mọi quy mô sử dụng.

Cộng đồng hỗ trợ lớn: KVM sở hữu cộng đồng người dùng và nhà phát triển rộng lớn, luôn sẵn sàng hỗ trợ và giải đáp các thắc mắc của người dùng. Nhờ vậy, người dùng KVM có thể dễ dàng tìm kiếm giải pháp cho các vấn đề gặp phải trong quá trình sử dụng.

An ninh: KVM được tích hợp các tính năng bảo mật mạnh mẽ, giúp bảo vệ môi trường ảo hóa khỏi các mối đe dọa an ninh mạng. KVM hỗ trợ các tính năng như mã hóa dữ liệu, kiểm soát truy cập và giám sát hệ thống, đảm bảo an toàn cho dữ liệu và ứng dụng chạy trên máy ảo.

Tương thích với các giải pháp ảo hóa khác: KVM có thể được tích hợp với các giải pháp ảo hóa khác như VMware và Citrix, điều này giúp người dùng có thể di chuyển dữ liệu và ứng dụng giữa các môi trường ảo khóa khác nhau một cách dễ dàng.

Nhìn chung, KVM là giải pháp ảo hóa mạnh mẽ, linh hoạt và miễn phí, mang đến nhiều lợi ích cho người dùng. Với những tính năng nổi bật như hiệu suất cao, tính dễ sử dụng, khả năng mở rộng và cộng đồng hỗ trợ lớn, KVM trở thành lựa chọn hàng đầu cho các tổ chức và cá nhân có nhu cầu ảo hóa hệ thống.

Ngoài ra, KVM còn có một số tính năng bổ sung khác như:

• Hỗ trợ ảo hóa phần cứng tiên tiến, bao gồm ảo hóa CPU, ảo hóa bộ nhớ, ảo hóa I/O và ảo hóa mạng.
• Khả năng quản lý tài nguyên hiệu quả, cho phép người dùng phân bổ tài nguyên CPU, RAM và lưu trữ một cách linh hoạt cho các máy ảo.
• Người dùng dễ dàng lưu trữ và phục hồi trạng thái của máy ảo nhờ có sự hỗ trợ của snapshot và backup.
• Khả năng tự động hóa, cho phép người dùng tự động hóa các tác vụ quản lý máy ảo, chẳng hạn như tạo, cấu hình và gỡ cài đặt máy ảo.

Với những ưu điểm vượt trội, KVM đang ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như ảo hóa máy chủ, ảo hóa desktop, ảo hóa đám mây và ảo hóa mạng.

Lợi ích và ứng dụng của KVM trong quản trị máy chủ

Lợi ích của việc sử dụng KVM

Tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên

KVM giúp sử dụng hiệu quả hơn tài nguyên phần cứng của máy chủ vật lý. Bằng cách chia nhỏ một máy chủ vật lý thành nhiều máy ảo, KVM cho phép người dùng tận dụng tối đa tài nguyên CPU, RAM và lưu trữ.

Linh hoạt trong quản lý và mở rộng

KVM mang lại sự linh hoạt cao cho người dùng trong việc triển khai và quản lý hệ thống IT. Người dùng có thể dễ dàng tạo, di chuyển và xóa máy ảo theo nhu cầu sử dụng. KVM cũng hỗ trợ nhiều hệ điều hành và ứng dụng khác nhau, giúp người dùng dễ dàng triển khai môi trường ảo hóa đa dạng.

An ninh

KVM được tích hợp các tính năng bảo mật mạnh mẽ, giúp bảo vệ môi trường ảo hóa khỏi các mối đe dọa an ninh mạng. KVM hỗ trợ các tính năng như mã hóa dữ liệu, kiểm soát truy cập và giám sát hệ thống, đảm bảo an toàn cho dữ liệu và ứng dụng chạy trên máy ảo.

Ứng dụng của KVM trong thực tế

Ảo hóa hạ tầng máy chủ

KVM được sử dụng phổ biến để ảo hóa máy chủ vật lý, giúp người dùng chạy nhiều máy ảo trên cùng một phần cứng. Việc này mang lại nhiều lợi ích như tiết kiệm chi phí, tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên, nâng cao tính linh hoạt và khả năng mở rộng cho hệ thống IT.

Thử nghiệm và phát triển phần mềm

KVM cung cấp môi trường ảo hóa lý tưởng cho việc phát triển và thử nghiệm phần mềm. Nhờ KVM, các nhà phát triển có thể dễ dàng tạo và triển khai các môi trường ảo để thử nghiệm phần mềm của họ trên nhiều hệ điều hành và cấu hình phần cứng khác nhau.

Nghiên cứu khoa học

KVM được áp dụng vào các dự án nghiên cứu khoa học giúp mô phỏng những hệ thống phức tạp và thử nghiệm thuật toán mới. Nhờ KVM, các nhà khoa học có thể tạo ra các môi trường ảo mô phỏng các điều kiện thực tế một cách chính xác.

Với những ưu điểm và ứng dụng vượt trội trên, KVM đang ngày một được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như ảo hóa máy chủ, ảo hóa desktop, ảo hóa đám mây và ảo hóa mạng. Nhờ tính linh hoạt, hiệu quả và miễn phí, KVM đang trở thành giải pháp ảo hóa được ưa chuộng trên toàn cầu.

> Xem thêm bài viết: Cài đặt KVM trên CentOS 7

So sánh KVM với các công nghệ ảo hóa khác

KVM vs. VMware

KVM và VMware đều là 2 giải pháp ảo hóa phổ biến nhất hiện nay, mỗi giải pháp đều có những ưu và nhược điểm riêng. Sau đây BKNS sẽ so sánh KVM và VMware để giúp bạn đưa ra lựa chọn phù hợp với nhu cầu, ngân sách.

	KVM	VMware
Hiệu suất	Nhờ khả năng truy cập trực tiếp vào phần cứng máy chủ vật lý nên KVM mang lại hiệu suất ảo hóa cao.  Tuy nhiên, hiệu suất có thể bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố như cấu hình phần cứng, hệ điều hành khách và tải trọng ứng dụng.	VMware cung cấp hiệu suất ảo hóa cao nhưng thấp hơn so với KVM do thêm một lớp trừu tượng hóa giữa phần cứng và máy ảo. Nhưng, VMware lại có khả năng tối ưu hóa hiệu suất tốt hơn tại môi trường có tính phức tạp và ảo hóa lớn.
Hỗ trợ hệ điều hành	Linux, Windows, macOS, Solaris, FreeBSD	Windows, FreeBSD, macOS, Solaris, Linux, nhiều hệ điều hành khác
Ảo hóa phần cứng	Hỗ trợ ảo hóa bộ nhớ, CPU, mạng và I/O.	Hỗ trợ ảo hóa CPU, bộ nhớ, I/O, mạng và nhiều tính năng nâng cao khác.
Quản lý máy ảo	Cung cấp các công cụ dòng lệnh và virt-manager (giao diện đồ họa) để cấu hình, tạo và quản lý máy ảo.	Cung cấp giao diện đồ họa trực quan (vSphere) với nhiều tính năng quản lý nâng cao.
Mạng ảo	Hỗ trợ mạng ảo với các tính năng cơ bản như VLAN, DHCP và NAT	Hỗ trợ mạng ảo nâng cao với các tính năng như NSX, vRealize Network Insight và vCloud Networking and Security
Bảo mật	Cung cấp các tính năng bảo mật cơ bản như mã hóa dữ liệu, kiểm soát truy cập và giám sát hệ thống.	Cung cấp các tính năng bảo mật nâng cao như Horizon Workspace Security, vSphere Security, vRealize Log Insight.
Cộng đồng hỗ trợ	KVM có cộng đồng hỗ trợ lớn và tích cực trên các diễn đàn, trang web.	Hỗ trợ mạnh mẽ từ nhà cung cấp VMware với các tài liệu, hướng dẫn và diễn đàn.
Chi phí	Miễn phí	Thương mại
Giấy phép	Mã nguồn mở	Mã nguồn đóng
Khả năng mở rộng	Cao	Cao

KVM vs. Hyper-V

	KVM	Hyper-V
Hiệu suất	KVM có hiệu suất cao do tận dụng tối đa hiệu năng phần cứng máy chủ vật lý. Hiệu suất có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như phiên bản kernel, trình điều khiển thiết bị và cấu hình ảo hóa.	Cung cấp hiệu suất ảo hóa cao, đặc biệt tốt cho các ứng dụng Windows. Microsoft liên tục tối ưu hóa Hyper-V để cải thiện hiệu suất.
Hỗ trợ hệ điều hành	Linux, Windows, macOS, Solaris, FreeBSD	Windows, Linux
Ảo hóa phần cứng	Hỗ trợ ảo hóa CPU, bộ nhớ, I/O và mạng	Hỗ trợ ảo hóa CPU, bộ nhớ, I/O, mạng và nhiều tính năng nâng cao khác
Quản lý máy ảo	Cung cấp các công cụ dòng lệnh và giao diện đồ họa (virt-manager)	Cung cấp giao diện đồ họa (Hyper-V Manager) với nhiều tính năng quản lý nâng cao
Mạng ảo	Hỗ trợ mạng ảo với các tính năng cơ bản như VLAN, DHCP và NAT	Hỗ trợ mạng ảo nâng cao với các tính năng như SDN, NLB và RAS
Bảo mật	Cung cấp các tính năng bảo mật cơ bản như mã hóa dữ liệu, kiểm soát truy cập và giám sát hệ thống	Cung cấp các tính năng bảo mật nâng cao như BitLocker, AppLocker và System Center Endpoint Protection
Cộng đồng hỗ trợ	Cộng đồng lớn và tích cực trên các diễn đàn và trang web	Hỗ trợ mạnh mẽ từ Microsoft với các tài liệu, hướng dẫn và diễn đàn
Chi phí	Miễn phí	Có phí
Giấy phép	Mã nguồn mở	Mã nguồn đóng
Khả năng mở rộng	Cao	Cao

KVM vs. Xen

	KVM	Xen
Kiến trúc	Tích hợp kernel Linux	Hypervisor độc lập
Hiệu suất	Cao	Trung bình – Cao
Tính năng	Cơ bản	Nâng cao
Chi phí	Miễn phí	Miễn phí (cơ bản) / Có phí (nâng cao)
Khả năng mở rộng	Tốt	Tốt
Bảo mật	Tốt	Tốt
Ảo hóa Phần cứng	HVM & Paravirtualization	HVM & Paravirtualization
Quản lý Máy ảo	Cơ bản (dòng lệnh & GUI)	Nâng cao (dòng lệnh & GUI)

Kết luận

Vậy bài viết trên BKNS đã giúp bạn tìm hiểu tổng quan về KVM (Kernel-based Virtual Machine) một công nghệ ảo hóa miễn phí, mã nguồn mở được tích hợp vào kernel Linux. KVM giúp bạn chạy nhiều máy ảo (VM) độc lập trên cùng một máy chủ vật lý, mang lại nhiều lợi ích như: tiết kiệm chi phí, khả năng mở rộng, tính linh hoạt và bảo mật cao. 

Với tất cả những tính năng trên, cho thấy được KVm rất phù hợp cho việc cài đặt và chạy nhiều hệ điều hành trên cùng một máy chủ, tạo môi trường ảo riêng biệt để thử nghiệm phần mềm, cung cấp môi trường thực hành cho học viên và cung cấp quyền truy cập từ xa an toàn cho người dùng.

Mong rằng thông qua bài viết này, bạn sẽ hiểu được khái niệm, tính năng, cách cài đặt KVM trên máy chủ Linux và từ đó đưa ra được lựa chọn phù hợp nhất.