"Máy tính ảo" và "card đồ họa ảo" Tươi sáng hay mịt mờ?

Ảo hóa có thể coi là một thuật ngữ khá phổ biến trong những năm trở lại đây trong giới công nghệ thế giới. Về cơ bản, thuật ngữ này chỉ việc sử tạo ra một phiên bản ảo của phần mềm, hệ điều hành, linh kiện nào đó trong máy tính hay thậm chí là cả một chiếc máy tính. Với ảo hóa, người dùng có thể sử dụng được nhiều ứng dụng hơn, xử lý được nhiều công việc hơn cũng như tận dụng được sức mạnh của máy tính một cách triệt để hơn. Xu hướng ảo hóa đang ngày càng trở nên mở rộng và phổ biến trên thế giới, chính vì vậy, việc nắm bắt được công nghệ này để có thể áp dụng hiệu quả vào môi trường làm việc sẽ giúp các tổ chức, doanh nghiệp cải thiện tình hình công việc được rất nhiều so với phương pháp truyền thống. Vậy ảo hóa cụ thể là gì và nó có những lợi ích gì đối với người dùng cũng như doanh nghiệp? Hãy cùng GenK phân tích về vấn đề này qua bài viết dưới đây.

Khi máy tính mới được ra đời và phát triển, chuyện mỗi người dùng có cho mình một bộ PC riêng để sử dụng như ngày nay dường như là “khoa học viễn tưởng” tại thời điểm đó. Khi mới ra mắt, các hệ thống máy tính vẫn còn khá to lớn, cồng kềnh và đắt đỏ. Chính vì vậy, để có thể tận dụng được triệt để sức mạnh của máy tính và sử dụng được cho nhiều công việc khác nhau, các máy tính thời kỳ này thường được triển khai trong môi trường doanh nghiệp với vai trò là máy chủ mainframe cho nhiều người sử dụng chung. Để việc “chung đụng” này được tiến hành một cách suôn sẻ, mỗi người dùng sẽ kết nối và sử dụng tài nguyên của máy tính thông qua các máy khách, hay còn gọi là Thin Client. Để cho dễ hiểu, chúng ta có thể tưởng tượng Thin Client giống như một bộ máy tính mà không có bộ vi xử lý. Nó gần như một chiếc màn hình kèm chuột và bàn phím kết nối đến đầu não xử lý công việc là chiếc máy mainframe cồng kềnh trong công ty. Bản thân các máy Thin Client này không có sức mạnh điện toán mà chỉ đóng vai trò cầu nối giữa người dùng với máy mainframe trung tâm. Tuy nhiên, khi công nghệ phát triển, phần cứng ngày càng trở nên nhanh, rẻ và nhỏ gọn hơn, mô hình này dần dần biến mất và mỗi người đều có cho mình một chiếc máy tính riêng để sử dụng.

Dẫu vậy, công nghệ luôn ghi nhận những điều thú vị có thể xảy ra. Xu hướng sử dụng một máy chủ trung tâm cùng nhiều máy con dạng như Thin Client để truy cập như ngày xưa đang quay trở lại một cách mạnh mẽ, và vẫn chủ yếu được tận dụng trong môi trường doanh nghiệp. Sự khác biệt giữa xu hướng mới quay lại này và mô hình Thin Client thuở sơ khai nằm ở việc quản lý tài nguyên chia sẻ của máy chủ. Với mô hình ảo hóa đang được áp dụng hiện nay, mỗi máy khách Thin Client kết nối vào máy chủ sẽ được làm việc trên một môi trường desktop ảo hoàn toàn tách biệt với các máy khách khác và gần như không có sự khác biệt gì so với một chiếc desktop độc lập thông thường. Việc ảo hóa này gọi là ảo hóa phần cứng, tức người dùng sẽ gần như sở hữu riêng cho mình một bộ PC hoàn thiện và có toàn quyền kiểm soát với bộ máy tính ảo đó. Công nghệ này có tên Virtual Desktop Infrastructure (VDI), hay tạm dịch là “Hạ tầng desktop ảo”.

Các giải pháp ảo hóa desktop

Với công nghệ hiện nay, có rất nhiều giải pháp khác nhau để người dùng có thể tạo và truy cập vào các desktop ảo, từ việc ngồi một máy và remote đến một máy khác cho đến việc sử dụng một desktop ảo hoàn toàn cùng các giải pháp streaming như Citrix XenDesktop hay VMWare Horizon View. Mặc dù tính ứng dụng của các giải pháp trên không khác nhau là mấy, tuy vậy, mỗi phương pháp đều có những cái lợi và bất lợi riêng của nó.

Nếu bạn đơn giản chỉ cần truy cập vào một chiếc máy ảo có khả năng giải quyết một số công việc đơn giản mà không yêu cầu cao về việc xử lý đồ họa thì Remote Desktop và Tight VNC là hai lựa chọn hữu ích nhu cầu này. Về cách thức hoạt động cơ bản, giải pháp này cho phép bạn kết nối vào một máy tính thật đang ở vị trí khác, điều khiển trực tiếp thông qua màn hình giao diện của máy tính đó giống như bạn đang nhìn vào màn hình thật của nó, đồng thời có thể nhập liệu hoặc thao tác với các dữ liệu có trên máy đó mà không cần phải có mặt tận nơi. Nếu bạn đã từng nhờ người quen dùng Team Viewer để sửa máy cho mình từ xa thì cơ bản việc remote này cũng tương tự như vậy. Cả hai công cụ tiêu biểu trên cho giải pháp remote từ xa đều miễn phí, không yêu cầu một hạ tầng mạng phức tạp và quan trọng nhất đó là việc cài đặt không mất quá nhiều công sức. Người dùng chỉ cần cài đặt phần mềm trên cả máy khách và máy chủ sau đó sử dụng phần mềm này trên máy khách để kết nối đến máy chủ là có thể tiến hành điều khiển, thực hiện các công việc trên máy chủ một cách bình thường. Tuy nhiên, giải pháp này có một nhược điểm khá lớn đó là người dùng không nắm được quyền kiểm soát nguồn điện của máy chủ. Việc tắt nguồn trên máy chủ có thể được thao tác hoàn toàn dễ dàng nhưng người dùng sẽ phải mất công cực nhọc đến tận nơi đặt máy chủ để bật nó lên mà không còn cách nào khác. Hơn thế nữa, các giải pháp remote kiểu này thường không hỗ trợ tốt việc xử lý đồ họa , yêu cầu máy khách phải là một chiếc PC hoàn thiện chứ không phải đơn thuần chỉ là một chiếc Thin Client như mô hình truyền thống và sẽ cực kỳ khó quản lý trong trường hợp có nhiều người dùng cùng tiến hành remote.

Khi nhu cầu sử dụng ảo hóa yêu cầu phải có cả việc xử lý đồ hoạt thì người dùng nên cân nhắc các giải pháp trả phí của các nhà cung cấp dịch vụ hàng đầu hiện nay. Các giải pháp này đều hỗ trợ rất nhiều kiểu ảo hóa desktop, từ đơn giản như remote desktop ( tích hợp kèm cả việc quản lý điện năng và xử lý ) cho đến sử dụng master image để quản lý các desktop ảo, giúp cho chúng có thể hoạt động một cách độc lập và riêng rẽ với nhau. Với việc sử dụng master image, người quản lý chỉ cần cần duy trì hoạt động của một hệ điều hành duy nhất trên master image sau đó hệ thống sẽ tự tạo các hệ điều hành độc lập cho mỗi máy desktop ảo trong hệ thống thay vì phải quản lý thủ công hàng trăm máy khách, tránh gây tổn thất về thời gian và chi phí quản lý. Thêm vào đó, với sự hỗ trợ của công nghệ đi kèm, giải pháp ảo hóa này sẽ tạo ra số lượng các desktop ảo tương đương với số lượng người dùng đang thực sự truy cập vào máy chủ thay vì phải tạo sẵn một số lượng máy ảo nhất định nào đó. Tuy vậy, chi phí bản quyền cũng là một rào cản lớn trong việc triển khai hai giải pháp này, chưa kể đến chi phí đầu tư hạ tầng ban đầu. Thêm vào đó, để hệ thống có thể hoạt động một cách mượt mà, doanh nghiệp hay tổ chức sở hữu còn phải đầu tư ít nhất hai máy chủ riêng biệt để chạy các dịch vụ hỗ trợ đi kèm

Giải pháp ảo hóa GPU với NVIDIA GRID

GRID là tên chung cho các dòng card đồ họa của NVIDIA được thiết kế dành riêng cho môi trường ảo hóa. Trong môi trường phức tạp này, người dùng khó có thể mong đợi việc cắm một bộ card đồ hoạ vào máy chủ và nó có thể hoạt động ngay lập tức. Để có thể áp dụng giải pháp ảo hóa GPU, đầu tiên card đồ họa phải hỗ trợ các công nghệ ảo hóa, phổ biến hiện nay có VT-d. Tiếp đó, những chiếc card đồ họa này phải có khả năng hoạt động một các trơn tru mà không yêu cầu phải có màn hình hiển thị. Mặc dù các card đồ họa dòng Quadro của NVIDIA đều có thể thỏa mãn được yêu cầu này thông qua việc sử dụng một bộ driver phù hợp, tuy vậy, các mẫu card đồ họa thuộc dòng NVIDIA GRID mới thực sự được tối ưu cho việc hoạt động hiệu quả mà không cần màn hình vật lý, hay nói dễ hiểu hơn là không cần có cổng xuất hình ảnh.

Các mẫu card thuộc dòng NVIDIA GRID còn có một điểm đặc biệt, đó là mỗi chiếc card đồ họa đều được tích hợp nhiều GPU hoạt động bên trong. Các dòng card mới đây của NVIDIA như Geforce GTX 690 hay GTX Titan – Z cũng có 2 GPU được tích hợp nhưng yêu cầu phải chạy cả hai GPU cùng lúc trong SLI. Còn đối với với NVIDIA GRID, mỗi GPU có thể hoạt động riêng biệt, phục vụ cho những người dùng khác nhau. Về cơ bản, có thể hình dung rằng mỗi chiếc card dòng GRID là một bộ nhiều card đồ họa thông thường khác nhau được gắn chung trên một bộ khung. Cấu hình của những chiếc card con có thể khác nhau nhưng thường thì sẽ không quá chênh lệnh về hiệu suất. Hơn nữa, dòng card GRID còn được chia ra làm 2 nhóm card đồ họa chính là GRID Gaming và GRID Workstation, nhóm Gaming được tối ưu cho việc chơi game trong khi nhóm Workstation được tối ưu cho các ứng dụng như thiết kế AutoCAD, biên tập video, Maya…

Bên cạnh việc hỗ trợ nhiều GPU trên mỗi card, các GPU của Nvidia GRID còn hỗ trợ công nghệ ảo hóa. Về cơ bản, mỗi GPU này đều có thể được sử dụng bởi nhiều máy ảo cùng một lúc. Người dùng có thể phân cho mỗi GPU phụ trách một máy ảo riêng trong trường hợp đòi hỏi các công việc nặng về xử lý qua GPU, còn nếu nhu cầu ở mỗi máy con chỉ đòi hỏi việc xử lý tín hiệu hình ảnh đơn giản, quản trị viên có thể điều chỉnh để một GPU có thể được chia sẻ bởi nhiều máy ảo.

Lợi ích của việc ảo hóa desktop

Hiện nay, ích lợi của việc áp dụng ảo hóa chỉ thực sự trở nên đáng quan tâm khi mô hình này được áp dụng cho một lượng lớn người dùng. Nếu trong tương lai người dùng phổ thông có thể “thuê” một chiếc desktop từ một nhà cung cấp dịch vụ đám mây thì sẽ thực sự rất tuyệt. Tuy vậy, cho đến hiện nay thì giải pháp này vẫn chỉ đang phổ biến ở môi trường doanh nghiệp. Trong môi trường này, giải pháp ảo hóa đem lại các lợi ích đáng kể như:

- Với lượng người dùng đủ đông, chi phí để triển khai ảo hóa desktop sẽ rẻ hơn việc triển khai các máy PC cá nhân

- Việc chia sẻ tài nguyên cho phép mỗi người dùng có thể tận dụng được nhiều sức mạnh điện toán hơn việc sử dụng PC cá nhân thông thường

- Các máy Thin Client và Server thì thường ổn định và hoạt động trơn tru hơn các máy PC cá nhân, việc quản lý cũng dễ dàng hơn

- Dữ liệu doanh nghiệp được bảo mật hơn vì không có dữ liệu nào được lưu trữ trên các máy cá nhân.

Trong bối cảnh kinh tế có phần ảm đạm hiện nay thì yếu tố tiết kiệm chi phí có lẽ là lợi ích to lớn nhất của giải pháp ảo hóa đối với doanh nghiệp. Thay vì trang bị cho mỗi cá nhân một chiếc PC riêng, doanh nghiệp chỉ cần thay thế bằng các máy Thin Client giá rẻ hoặc thậm chí là những bộ PC cũ kỹ có khả năng kết nối vào các máy desktop ảo trên server. Mặc dù việc triển khai hệ thống sẽ yêu cầu đầu tư nhiều hơn về hạ tầng, bao gồm cả việc sắm thêm máy chủ, tuy vậy, với một lượng người dùng đủ lớn, chi phí để triển khai và duy trì giải pháp sẽ rẻ hơn rất nhiều so với việc sắm PC riêng cho mỗi người dùng. Trên thực tế, một số giải pháp như của Citrix còn cung cấp cả các công cụ tính toán để cho doanh nghiệp biết được họ đã tiết kiệm được bao nhiêu tiền khi áp dụng giải pháp ảo hóa của hãng cung cấp.

Ngoài vấn đề về chi phí ra, việc áp dụng các giải pháp ảo hóa còn cho phép người quản trị bớt đau đầu hơn trong việc phân bổ tài nguyên như CPU hay RAM. Lấy ví dụ, nếu có 5 người dùng đang truy cập vào một máy chủ có 10 core CPU, máy chủ sẽ có khả năng phân bổ các core này cho người dùng dựa trên nhu cầu công việc của mỗi người. Chính vì thế, thay vì phân phối đều mỗi người dùng 2 core, khi một người dùng nào đó phát sinh tác vụ yêu cầu hiệu suất cao hơn, hệ thống sẽ tự động cân bằng tải để mở rộng thêm khả năng xử lý cho các tác vụ mà người dùng đó yêu cầu.

Lợi ích thứ ba mà giải pháp VDI mang lại chính là tính ổn định và dễ vận hành. Thông thường, các máy PC thường dễ gặp lỗi và các vấn đề lặt vặt hơn các máy chủ và hệ thống Thin Client. Máy chủ được thiết kế để có thể hoạt động thông suốt 24/7 bằng việc sử dụng các công nghệ như bộ nhớ ECC nhằm đạt được độ ổn định cao nhất, điều mà các máy PC thông thường không có. Kể cả khi gặp sự cố, việc thay thế một máy Thin Client sang một máy mới dễ dàng hơn nhiều so với việc thay thế một chiếc PC mới. Thêm vào đó, với giải pháp này, các nhà quản trị hệ thống không cần phải lo quản lý, vận hành hệ điều hành trên từng PC riêng biệt mà có thể sử dụng master image cho các desktop ảo, giúp cho việc quản lý, cập nhật hệ điều hành trở nên nhanh chóng và dễ dàng hơn.

Cuối cùng, việc sử dụng giải pháp ảo hóa còn đem lại các lợi ích to lớn về bảo mật thông tin cho doanh nghiệp. Với kiến trúc của hệ thống này, các máy client sẽ không lưu trữ bất cứ dữ liệu nào của hệ thống mà chỉ có duy nhất phần mềm để kết nối với máy chủ. Chính vì vậy, doanh nghiệp sẽ không phải lo bị lộ các dữ liệu nhạy cảm trong trường hợp các máy client bị mất cắp hoặc tấn công. Mặc dù các mối lo ngại về keylogger, virus vẫn chưa hoàn toàn được loại bỏ trong mô hình ảo hóa, tuy nhiên, hệ thống VDI ngoài việc hỗ trợ ảo hóa cũng tăng cường thêm một lớp bảo mật trung gian, tránh các cuộc tấn công được thực hiện từ máy khách lên máy chủ.

Các bất lợi của mô hình ảo hóa

Trong khi giải pháp này đem lại rất nhiều lợi ích cho các tổ chức, doanh nghiệp áp dụng triển khai, nó vẫn còn tồn đọng một số hạn chế. Kể cả khi hệ thống ảo hóa của doanh nghiệp đã đạt được số người dùng đủ đông cũng như hạ tầng bảo đảm, việc ảo hóa cũng đem lại một số bất lợi nhất định:

- Hệ thống mạng phải đủ mạnh để tối ưu hiệu suất

- Việc streaming có thể sẽ ngốn nhiều tài nguyên CPU của máy chủ

- Việc streaming có thể bi giới hạn số khung hình / giây ( FPS ) cũng như có độ trễ trong việc nhập dữ liệu từ máy client đến máy chủ

- Yêu cầu nhiều server cũng như các chi phí bản quyền khác để đạt được hiệu suất tốt nhất

Việc truyền tải video đơn thuần từ server đến máy khách thực sự không ngốn quá nhiều băng thông của hệ thống, mặc dù tỉ lệ này cũng phụ thuộc vào số lượng khung hình trên giây. Mặc dù vậy, qua việc thử nghiệm một số tác vụ trên hệ thống ảo hóa, kết quả cho thấy các công việc cơ bản như xử lý tác vụ văn phòng, lướt web chiếm 1-3 Mbps, xem một video 1080p chiếm khoảng 8-10 Mbps và xử lý các tác vụ nặng thì băng thông có thể ngốn đến 15 Mbps. Nếu so sánh con số này với mức độ tiện dụng của hệ thống ảo hóa desktop thì không đáng là bao. Tuy vậy, trong trường hợp có đến hàng trăm người dùng gửi yêu cầu streaming cùng một lúc thì hệ thống mạng với băng thông lên đến cả gigabit cũng có thể bị quá tải trong thời gian ngắn.

Hơn thế nữa, việc gửi tín hiệu video đến máy khách yêu cầu máy chủ phải sử dụng sức mạnh CPU rất nhiều trong việc bắt hình ảnh và giải mã tín hiệu. Với các tác vụ thông thường như xử lý tác vụ văn phòng, CPU có thể sẽ bị chiếm khoảng 1-3 %, xử lý video 1080p cũng chỉ tốn thêm vài phần trăm nữa. Tuy vậy, đối với các tác vụ yêu cầu phải stream hình ảnh có tốc độ khung hình cao, tầm 30 FPS thì một hệ thống máy chủ 8 core Xeon E5-2689 V2 2.8GHz cũng sẽ phải hy sinh đến 30% tổng hiệu suất CPU cho tác vụ này. 30% của một hệ thống máy chủ với CPU 8 core thực sự là rất lớn. Do đó, trong trường hợp người dùng có nhu cầu chơi game trên một máy desktop ảo, quản trị viên cần đảm bảo bổ sung thêm sức mạnh CPU cho máy ảo này để đạt được hiệu suất ổn định.

Kể cả khi hệ thống của bạn đáp ứng được các yêu cầu về hiệu suất cũng như băng thông truyền tải, trải nghiệm người dùng trên hệ thống ảo hóa thường không được tốt giống như trên PC truyền thống. Hầu hết các màn hình máy tính hiện nay đều có tỉ lệ refresh ở mức 60Hz, tương đương với 60 khung hình/ giây nhưng trên thực tế, việc streaming các phần mềm chỉ đạt được đến mức từ 15 cho đến 30 khung hình / giây. Chính vì lẽ đó, đứng từ quan điểm người dùng nhận xét về chất lượng hiển thị của máy client trong môi trường ảo hóa, giải pháp này thực sự không đem lại những gì người dùng mong đợi. Hơn thế nữa, do các thao tác nhập từ chuột và bàn phím phải gửi tín hiệu đến server, sau đó server mới phản hồi lại đến máy client, người dùng có thể cảm nhận được độ trễ nhất định khi sử dụng máy client trong hệ thống ảo hóa.

Ảo hóa có thể là một giải pháp hữu hiệu khi hệ thống của doanh nghiệp, tổ chức có một lượng lớn người dùng nhưng muốn tìm ra phương pháp để tiết kiệm chi phí một cách tốt nhất. Tuy vậy, trước khi triển khai hệ thống ảo hóa, người quản trị cũng cần cân nhắc các yếu tố liên quan như tính khả thi, chi phí đầu tư phần cứng, bản quyền… để đưa ra quyết định đúng đắn nhất. Không thể phủ nhận rằng ảo hóa đang trở thành xu hướng điện toán của tương lai. Với ảo hóa, người dùng có thể truy cập máy tính cá nhân của họ tại bất cứ đâu trên thế giới thông qua các nhà cung cấp dịch vụ cho thuê “desktop”. Hy vọng rằng, trong tương lai không xa, ảo hóa sẽ thực sự trở thành một giải pháp đắc lực không chỉ cho doanh nghiệp mà còn cho các cá nhân nhằm đem lại cho họ các công cụ điện toán đắc lực với chi phí thấp nhất.

Tham khảo: TechSpot

>>Doanh nghiệp game và giải pháp máy chủ.