Virtualization là gì? So sánh Container và Virtual Machine

Bạn có biết khi so sánh Container và Máy ảo là đang đề cập đến công nghệ ảo hoá đằng sau chúng hay còn được gọi là Container-Based Virtualization và VM-Based Virtualization, bây giờ hãy cùng mình tìm hiểu chi tiết trong bài viết sau đây nhé.

1.  Virtualization (Ảo hoá) là gì ?

Ảo hóa cung cấp một "lớp trừu tượng" (abstraction) nằm trên các tài nguyên thực của chúng ta, có hai kỹ thuật ảo hóa chính:

• VM-Based Virtualization (Ảo hoá dựa trên máy ảo): được nhiều người gọi tắt là Virtualization
• Container-Based Virtualization (Ảo hoá dựa trên container): còn có tên gọi khác là Containerization

Trước khi có ảo hóa, nếu một công ty muốn triển khai một ứng dụng hoặc dịch vụ mới, họ phải mua và cài đặt một máy chủ vật lý hoàn chỉnh. Quy trình này không chỉ tốn kém (vì phải mua phần cứng mới) mà còn mất nhiều thời gian (vì cần thiết lập và cấu hình máy chủ). Hơn nữa, khi ứng dụng chỉ sử dụng một phần nhỏ của tài nguyên (CPU, bộ nhớ, đĩa cứng) trên máy chủ, phần còn lại sẽ bị lãng phí vì không thể chia sẻ với các ứng dụng khác.

1.1 VM-Based Virtualization

Trong ảo hóa dựa trên máy ảo, toàn bộ hệ điều hành được ảo hóa. Điều này có nghĩa là phần mềm ảo hóa tạo ra một "lớp trừu tượng" trên phần cứng thực, cung cấp các thiết bị ảo như đĩa ảo (virtual disk), CPU ảo (virtual CPU), và card mạng ảo (virtual NIC) cho máy ảo (VM).

Mỗi hệ điều hành, được cài đặt trong một máy ảo (được gọi là hệ điều hành khách - guest OS), có thể thực hiện các tác vụ như đọc/ghi dữ liệu trên đĩa, sử dụng CPU, hoặc truy cập mạng, giống như khi nó đang chạy trên phần cứng thực. Tuy nhiên, thực tế, phần cứng này đang được chia sẻ bởi nhiều máy ảo khác và hệ điều hành chủ (host OS).

Giả sử bạn có một máy chủ vật lý chạy hệ điều hành là Linux (host OS) . Bạn cài đặt một phần mềm ảo hóa như VMware hoặc VirtualBox trên máy chủ này để tạo ra một máy ảo (VM). Trên máy ảo này, bạn có thể cài đặt một hệ điều hành khách (guest OS) là Windows.

1.2 Container-Based Virtualization (Containerization)

Ảo hóa dựa trên Container không cần phải tạo ra các thiết bị ảo như: CPU ảo, đĩa ảo, hoặc card mạng ảo như trong ảo hóa dựa trên máy ảo. Thay vào đó, nó sử dụng các tính năng của hệ điều hành (ví dụ: Linux) để cô lập các tài nguyên, cho phép mỗi container có một môi trường hoạt động riêng biệt nhưng vẫn chia sẻ cùng một kernel với hệ điều hành chủ.

Container tạo ra các vùng logic riêng biệt, ví dụ như một root file system riêng, một process tree, network subsystem riêng , cho phép các ứng dụng chạy trong container có cảm giác như chúng đang chạy trên một hệ điều hành riêng biệt.

2. Container vs Virtual Machine

Đọc tới đây thì bạn hãy phân biệt giúp mình Container là thực thể cụ thể - một đơn vị phần mềm chứa ứng dụng và các thành phần cần thiết. Container-based virtualization là phương pháp ảo hóa, cho phép nhiều container chia sẻ cùng một hệ điều hành nhưng vẫn hoạt động như các môi trường độc lập.

Vì thế khi so sánh Container và Virtual Machine tức là đang muốn đề cập đến phương pháp ảo hoá đằng sau hai công nghệ này.

Cả Container-Based  và VM-Based đều được sử dụng để ảo hóa, tức là chia sẻ và quản lý tài nguyên phần cứng như RAM, CPU, mạng, ...  từ một máy chủ đơn lẻ. Sự khác biệt chính giữa hai kỹ thuật này là:

• VM-Based: Ảo hóa tài nguyên ở cấp phần cứng. Mỗi máy ảo hoạt động như một hệ thống độc lập với hệ điều hành riêng biệt. Để thực hiện việc này, cần sử dụng một phần mềm gọi là hypervisor. Ví dụ, một máy chủ vật lý có thể chạy nhiều máy ảo, mỗi máy ảo có hệ điều hành riêng như Windows, Linux.
• Container-Based: Ảo hóa tài nguyên ở trên cấp (phía trên) hệ điều hành. Tất cả các container trên một máy chủ chia sẻ cùng một hệ điều hành chủ, nhưng mỗi container vẫn hoạt động như một ứng dụng độc lập. Để thực hiện việc này, cần sử dụng container engine như Docker. Ví dụ, nhiều ứng dụng có thể chạy trong các container khác nhau trên cùng một hệ điều hành Linux, mà không cần mỗi container có hệ điều hành riêng.

3. Khi nào nên sử dụng Virtualization

3.1 Làm việc với các ứng dụng cũ (Legacy Application)

Nhiều doanh nghiệp vẫn phụ thuộc vào các ứng dụng cũ, được xây dựng trên các công nghệ lỗi thời. Tuy nhiên, việc nâng cấp hoặc thay thế các ứng dụng này có thể rất phức tạp và tốn kém. Ảo hóa cho phép các ứng dụng này tiếp tục chạy trên phần cứng mới mà không cần phải thay đổi hệ điều hành hoặc mã nguồn, giúp doanh nghiệp tiết kiệm chi phí và thời gian.

Ví dụ: Một ngân hàng lớn sử dụng một hệ thống phần mềm quản lý tài chính được phát triển từ thập niên 90 trên một hệ điều hành cũ như Windows Server 2003. Thay vì phải viết lại phần mềm hoặc nâng cấp hệ điều hành, ngân hàng này có thể sử dụng VMware để ảo hóa hệ điều hành cũ trên phần cứng mới. Nhờ đó, phần mềm này vẫn hoạt động bình thường mà không cần thay đổi cấu trúc hiện tại.

3.2 Yêu cầu tính cô lập (bảo mật) mạnh mẽ

Máy ảo cung cấp khả năng cô lập tốt hơn so với container, giảm nguy cơ bị tấn công và giới hạn ảnh hưởng của các vấn đề bảo mật. Mặc dù container có cung cấp chức năng cô lập, nhưng chúng vẫn chia sẻ cùng một kernel với hệ điều hành chủ. Điều này có nghĩa là nếu kernel của hệ điều hành chủ bị tấn công, tất cả các container trên cùng hệ thống có thể bị ảnh hưởng. VM, ngược lại, có hệ điều hành riêng biệt và không chia sẻ kernel với hệ điều hành chủ, do đó cung cấp mức độ cô lập cao hơn.

Ví dụ: một tổ chức tài chính sử dụng VM để vận hành các ứng dụng ngân hàng trực tuyến chứa thông tin khách hàng nhạy cảm. Việc này đảm bảo rằng nếu có một ứng dụng bị tấn công, các ứng dụng khác vẫn an toàn.

3.3 Tuân thủ quy định, luật pháp

Sử dụng VM giúp các nhóm công nghệ cô lập các ứng dụng nhạy cảm nhằm đáp ứng các yêu cầu pháp lý về lưu trữ và xử lý dữ liệu.

Ví dụ: Một bệnh viện sử dụng VM để xử lý và lưu trữ hồ sơ y tế của bệnh nhân, giúp họ tuân thủ các quy định về bảo mật dữ liệu và quyền riêng tư.

3.4 Hỗ trợ phần mềm đa nền tảng

Không phải phần mềm nào cũng có thể chạy trong container, đặc biệt là các công cụ của bên thứ ba. Sử dụng VM cho phép các tổ chức chạy các phần mềm này mà không cần thay đổi hạ tầng hiện tại.

Ví dụ: Một công ty phần mềm sử dụng VM để chạy một công cụ quản lý dự án của bên thứ ba chỉ hỗ trợ trên Windows, giúp tích hợp công cụ này vào hệ thống một cách dễ dàng.

4. Khi nào nên sử dụng Containerization

4.1 Sử dụng kiến trúc Microservices

Trong kiến trúc microservices, ứng dụng được chia thành nhiều dịch vụ nhỏ, mỗi dịch vụ có chức năng cụ thể và độc lập. Containerization là công nghệ lý tưởng để triển khai từng microservice vì nó đảm bảo rằng mỗi dịch vụ có thể chạy độc lập, dễ dàng mở rộng và khôi phục khi cần thiết.

Ví dụ: Một công ty thương mại điện tử lớn như Amazon sử dụng kiến trúc microservices để quản lý các chức năng khác nhau của trang web như tìm kiếm sản phẩm, xử lý thanh toán, và quản lý giỏ hàng. Mỗi chức năng này được triển khai dưới dạng một container độc lập. Nhờ có containerization, các dịch vụ này có thể được phát triển và triển khai độc lập, đảm bảo rằng nếu một dịch vụ cần nâng cấp hoặc sửa chữa, nó không ảnh hưởng đến các dịch vụ khác.

4.2 Thiết lập môi trường phát triển và kiểm thử

Container cho phép các Developer ra một bản sao của môi trường Production trên máy tính cá nhân của họ. Mỗi thành viên trong nhóm có thể kiểm thử mã nguồn của họ trong môi trường giống hệt với môi trường Production đảm bảo rằng mã nguồn được phát triển và kiểm thử trong môi trường giống như khi triển khai thực tế.

4.3 Thiết lập CI/CD

Container giúp tạo ra môi trường nhất quán xuyên suốt quy trình CI/CD, đảm bảo rằng mã nguồn được kiểm thử và triển khai trong một môi trường đồng nhất từ giai đoạn phát triển đến giai đoạn sản xuất.

Ví dụ: Một công ty phần mềm sử dụng Jenkins kết hợp với Docker để tự động kiểm thử và triển khai các ứng dụng web. Mỗi lần mã nguồn được cập nhật, hệ thống sẽ tạo một container mới để kiểm thử và sau đó triển khai container này lên môi trường Production nếu kiểm thử thành công.

5. Kết luận

Công nghệ ảo hoá ra đời đã làm thay đổi cách mà chúng ta sử dụng và tận dụng tài nguyên cho đến tận bây giờ. Dù sử dụng Virtualization hay Containerization, mỗi phương pháp ảo hóa đều có những lợi thế riêng, phù hợp với từng trường hợp sử dụng cụ thể. Nhờ vào ảo hóa, các doanh nghiệp có thể tiếp cận với những công nghệ tiên tiến, duy trì hiệu suất cao và chuẩn bị sẵn sàng cho những thay đổi nhanh chóng của thị trường.

Bạn có thể tìm đọc thêm các bài viết liên quan tại Blog 200Lab:

• VPN là gì? Giải thích cách hoạt động của VPN
• Cloudfront là gì? Những kiến thức cơ bản developer phải biết về Cloudfront
• Proxy và Reverse Proxy là gì? Hướng dẫn sử dụng Proxy
• CDN là gì? Các kiến thức cần biết về CDN