Ảo hóa KVM là gì? Cách thức hoạt động và các tính năng

Ảo hóa KVM là gì? Đây là một công nghệ ảo hóa mã nguồn mở được tích hợp trực tiếp vào nhân Linux, cho phép biến một máy chủ vật lý thành nhiều máy chủ ảo (VMs) độc lập. Công nghệ này giúp tối ưu hóa tài nguyên phần cứng, tăng cường tính linh hoạt và giảm chi phí vận hành hạ tầng công nghệ thông tin cho các doanh nghiệp. Hãy cùng VinaHost khám phá chi tiết để hiểu rõ hơn về sức mạnh của giải pháp ảo hóa này ngay sau đây.

1. Ảo hóa KVM là gì?

Ảo hóa KVM (hay KVM virtualization) là một giải pháp ảo hóa đầy đủ cho Linux trên phần cứng x86 hỗ trợ các tiện ích mở rộng ảo hóa (Intel VT hoặc AMD-V).

Công nghệ ảo hóa này được tích hợp trực tiếp vào nhân của hệ điều hành Linux, biến nhân Linux thành một hypervisor loại 1. Điều này có nghĩa là KVM hoạt động ở tầng thấp nhất, tương tác trực tiếp với phần cứng máy chủ, cho phép tạo ra các máy ảo (VMs) có hiệu suất cao và khả năng hoạt động độc lập như những máy tính vật lý riêng biệt.

Mỗi máy ảo được KVM tạo ra sẽ có phần cứng ảo riêng của mình, bao gồm card mạng, đĩa cứng, card đồ họa và các thiết bị phần cứng khác. Nhờ đó, người dùng có thể cài đặt và chạy nhiều hệ điều hành khác nhau (ví dụ: Linux, Windows, macOS) trên cùng một máy chủ vật lý mà không gây xung đột. KVM thường được sử dụng kết hợp với QEMU để giả lập phần cứng và cung cấp một môi trường hoàn chỉnh cho máy ảo hoạt động.

Xem thêm: Ảo hóa là gì? Nguyên lý hoạt động và các lợi ích khi sử dụng

2. Cách thức hoạt động của công nghệ ảo hóa KVM

Công nghệ ảo hóa KVM hoạt động dựa trên việc tích hợp trực tiếp vào nhân Linux, biến chính nhân này thành một hypervisor loại 1, đồng thời tận dụng các tính năng ảo hóa phần cứng từ CPU để mang lại hiệu suất tối ưu.

KVM bản chất là một module của nhân Linux cho phép nhân Linux hoạt động như một hypervisor. Khi được tải, KVM cho phép hệ điều hành chủ (host OS) chạy nhiều máy ảo (guest OS) biệt lập. Mỗi máy ảo này được Linux coi như một tiến trình thông thường, được cấp phát tài nguyên CPU và bộ nhớ riêng.

Điểm mấu chốt là KVM tận dụng trực tiếp các công nghệ ảo hóa phần cứng tích hợp sẵn trong CPU hiện đại như Intel VT-x và AMD-V. Điều này cho phép mã lệnh của máy ảo khách được thực thi trực tiếp trên CPU của máy chủ vật lý, giảm thiểu độ trễ và tăng cường hiệu suất đáng kể so với các giải pháp ảo hóa dựa trên giả lập hoàn toàn bằng phần mềm.

Trong hệ sinh thái KVM, QEMU đóng một vai trò quan trọng không kém. Trong khi KVM chịu trách nhiệm chính về ảo hóa CPU và bộ nhớ, QEMU sẽ đảm nhận việc giả lập các thiết bị phần cứng khác cho máy ảo, bao gồm ổ đĩa, card mạng, card đồ họa, cổng USB và các thiết bị ngoại vi khác. Sự kết hợp giữa KVM và QEMU tạo nên một giải pháp ảo hóa toàn diện, mạnh mẽ và linh hoạt, cho phép chạy đa dạng các hệ điều hành khách với hiệu suất cao.

3. Các tính năng của công nghệ ảo hóa KVM

Công nghệ ảo hóa KVM không chỉ nổi bật về cách thức hoạt động hiệu quả mà còn được trang bị hàng loạt tính năng mạnh mẽ, đáp ứng nhu cầu đa dạng của người dùng từ cá nhân đến doanh nghiệp lớn. Dưới đây là các tính năng nổi bật của công nghệ ảo hóa này:

• Bảo mật cao: Như đã nói bên trên thì công nghệ ảo hóa KVM được tích hợp trong Linux. Vì vậy công nghệ ảo hóa KVM tận dụng SELinux để thiết lập ranh giới bảo mật giữa các máy ảo, giúp cách ly chúng với môi trường xung quanh. 
• Hỗ trợ nhiều loại lưu trữ: KVM trang bị các phương thức lưu trữ như NAS (Network Attached Storage), ổ đĩa cục bộ, SAN (Storage Area Network), và nhiều hệ thống tệp khác. Điều này giúp dễ dàng chia sẻ và quản lý dữ liệu trên nhiều hệ thống.
• Hỗ trợ phần cứng đa dạng: KVM có thể chạy trên nhiều nền tảng phần cứng khác nhau miễn là chúng được Linux hỗ trợ. Điều này giúp doanh nghiệp linh hoạt hơn trong việc lựa chọn thiết bị phần cứng.
• Quản lý bộ nhớ hiệu quả: Ảo hóa KVM tận dụng cơ chế quản lý bộ nhớ của Linux, hỗ trợ truy cập bộ nhớ không đồng nhất (NUMA) và kết hợp kernel để tối ưu hiệu suất. Nhờ đó bộ nhớ của ảo hóa KVM có thể được chia sẻ hoặc sao lưu thông qua các tệp đĩa.

• Di chuyển công nghệ ảo hóa KVM trực tiếp: Ảo hóa KVM cho phép di chuyển ảo hóa trực tiếp, có nghĩa là bạn có thể di chuyển một chương trình ảo hóa đang chạy mà không gây ra sự gián đoạn giữa các máy chủ vật lý. Trong quá trình này, KVM vẫn hoạt động, kết nối mạng và ứng dụng tiếp tục hoạt động bình thường. Đồng thời, trong quá trình di chuyển, nó vẫn duy trì các thao tác lưu trữ.
• Hiệu suất cao và khả năng mở rộng: Vì KVM kế thừa các ưu điểm của Linux, đảm bảo độ trễ thấp và khả năng mở rộng mạnh mẽ. Nó có thể chạy khối lượng công việc lớn với hiệu suất ổn định, đáp ứng nhu cầu ảo hóa trong môi trường doanh nghiệp và đám mây.
• Không chia sẻ tài nguyên: Mỗi máy ảo trên KVM có tài nguyên CPU, RAM và bộ nhớ riêng biệt, không bị ảnh hưởng bởi các máy ảo khác trên cùng hệ thống. Điều này giúp tối ưu hiệu suất và đảm bảo độ ổn định cho các ứng dụng quan trọng.
• Độ trễ thấp hơn: Do Linux có các phần cho phép mở rộng thời gian thực tế để các ứng dụng dựa trên KVM chạy trong một chế độ trễ thấp hơn cùng với mức độ ưu tiên tốt hơn…
• Quản lý với KVM: Thông qua KVM cho phép quản lý thủ công chương trình ảo hóa sau khi được kích hoạt từ máy trạm mà không cần thông qua công cụ quản lý…

Xem thêm: KVM VPS là gì? | Tính năng & Cách chọn VPS KVM tốt

4. Đánh giá chi tiết KVM

Khi xem xét một giải pháp ảo hóa, việc đánh giá kỹ lưỡng các ưu điểm và nhược điểm là vô cùng quan trọng để đưa ra quyết định phù hợp với nhu cầu cụ thể. Với những đặc tính nổi bật của mình, KVM mang lại nhiều lợi thế đáng kể nhưng cũng có một số điểm cần lưu ý. Cụ thể như sau:

4.1. Ưu điểm của KVM

KVM sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội khiến nó trở thành lựa chọn hàng đầu cho nhiều hệ thống ảo hóa hiện nay, đó là:

• Hiệu suất cao: KVM tích hợp trực tiếp trên nhân Linux và tận dụng các tính năng ảo hóa của CPU (Intel VT/AMD-V), việc ảo hóa kvm đáp ứng tốt các công việc tải xuống yêu cầu hiệu năng cao.
• Khả năng linh hoạt: Công nghệ ảo hóa KVM có thể chạy nhiều hệ điều hành khác nhau (Linux, Windows, thậm chí cả MacOS khi kết hợp với QEMU) và có thể hoạt động trên nền tảng x86, x86-64.
• Giúp tiết kiệm chi phí, khả năng mở rộng cao: KVM được tích hợp sẵn trong Linux (từ năm 2007) vì thế nền tảng mã nguồn mở hoàn toàn miễn phí và được hỗ trợ từ cộng đồng và nhà sản xuất thiết bị.
• Bảo mật đáng tin cậy: KVM tích hợp các đặc điểm bảo mật của Linux như SELinux và cơ chế bảo mật nhiều lớp, bảo vệ máy ảo một cách tối đa và cách ly hoàn toàn, ngăn chặn khả năng xâm nhập.

4.2. Nhược điểm của KVM

Mặc dù có nhiều ưu điểm, KVM cũng có một số hạn chế nhất định mà người dùng cần cân nhắc. Trong đó, các nhược điểm phổ biến là:

• Yêu cầu phần cứng cao: Để khai thác tối đa năng lượng của công nghệ ảo hóa KVM, máy chủ cần có cấu hình và hỗ trợ các tính năng ảo hóa của CPU (VT-x hoặc AMD-V). Điều này có thể gây tốn kém nếu nguồn cung cấp phần cứng bị giới hạn.
  
• Chỉ có sẵn trên Linux: KVM được tích hợp trên hệ điều hành Linux, những ai sử dụng các hệ thống khác (như Windows hoặc macOS) cần thiết lập môi trường Linux để sử dụng KVM.
  
• Quản lý và cấu hình phức tạp: Yêu cầu kiến ​​trúc chuyên sâu về Linux và công nghệ ảo hóa, gây khó khăn cho người mới bắt đầu.
  
• Tài nguyên độc lập và lãng phí: Mỗi máy ảo trên KVM được phân bổ tài nguyên riêng biệt (CPU, RAM, lưu trữ), điều này đảm bảo hiệu suất nhưng nếu không được tối ưu hóa có thể dẫn đến lãng phí tài nguyên khi các máy ảo không sử dụng hết.
  
• Rủi ro về tài nguyên trung tâm: Vì tất cả các máy ảo đều chạy trên cùng một hệ thống, nên nếu có sự cố phần cứng, toàn bộ hệ thống ảo có thể bị ảnh hưởng đồng thời.

5. So sánh KVM với các công nghệ ảo hóa khác

KVM (công nghệ ảo hóa được tích hợp hạt nhân Linux), VMware (ESXi/vSphere) và Microsoft Hyper-V là ba công nghệ ảo hóa phổ biến, mỗi loại đáp ứng nhu cầu khác nhau trong việc chạy nhiều máy ảo trên một máy chủ. Dưới đây là so sánh chi tiết để giúp bạn hiểu rõ hơn về cách chúng hoạt động.

Từ bảng so sánh trên ta có thể rút ra như sau: 

• KVM: KVM là một giải pháp ảo hóa lý tưởng cho các tổ chức muốn tiết kiệm chi phí, đặc biệt là trong môi trường Linux. Nó không yêu cầu trả phí bản quyền và có thể nhận được hỗ trợ thương mại từ các nhà cung cấp như Red Hat. Nhờ tận dụng tính năng ảo hóa của phần cứng, KVM mang lại hiệu suất cao và có thể chạy nhiều hệ điều hành. Một điểm đặc biệt là KVM đã được tích hợp vào nhân Linux từ năm 2007, nghĩa là nếu bạn đang dùng phiên bản Linux hiện đại, KVM đã sẵn có mà không cần cài đặt thêm.
• VMware: VMware là một hypervisor thương mại hàng đầu. Phiên bản ESXi có thể được sử dụng miễn phí cho các dự án nhỏ, nhưng nếu bạn muốn sử dụng các tính năng nâng cao như vMotion hay vSAN, bạn sẽ cần mua giấy phép vSphere. VMware mang lại hiệu suất cao và được tối ưu cho các doanh nghiệp lớn có hạ tầng mạnh, nhưng chi phí giấy phép có thể khá đắt đỏ, và việc sử dụng có thể làm bạn phụ thuộc vào nhà cung cấp (vendor lock-in).
• Hyper-V: Hyper-V là lựa chọn tốt nhất cho môi trường Windows, vì nó được tích hợp sâu vào hệ sinh thái Microsoft. Nó hỗ trợ rất tốt cho các hệ điều hành Windows chạy trên máy ảo, nhưng có thể không tối ưu cho Linux. Công cụ quản lý Hyper-V Manager được cung cấp miễn phí, nhưng các giải pháp quản lý nâng cao như SCVMM cần mua giấy phép. Một điểm cần nhớ là phiên bản Hyper-V Server 2019 là phiên bản miễn phí cuối cùng; hiện nay, để sử dụng Hyper-V, bạn cần có giấy phép đầy đủ cho Windows Server 2022.

6. Câu hỏi thường gặp về ảo hóa KVM

Khi tìm hiểu về ảo hóa KVM, đa số người dùng sẽ có nhiều thắc mắc liên quan đến chi phí, khả năng tương thích hệ điều hành, cũng như các tính năng bảo mật. Dưới đây là giải đáp một số câu hỏi thường gặp nhất để bạn có thể hiểu rõ hơn về công nghệ này và tự tin hơn khi cân nhắc sử dụng KVM cho hệ thống của mình.

6.1. Ảo hóa KVM có miễn phí không?

Câu trả lời là CÓ. KVM là một module được tích hợp sẵn trong nhân Linux và bản thân nó là mã nguồn mở, hoàn toàn miễn phí. Bạn không phải trả bất kỳ chi phí bản quyền nào để sử dụng KVM trên các bản phân phối Linux hỗ trợ nó. Điều này làm cho KVM trở thành một lựa chọn cực kỳ hấp dẫn cho các cá nhân, doanh nghiệp nhỏ và vừa muốn tiết kiệm chi phí đầu tư ban đầu cho hạ tầng ảo hóa.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng mặc dù KVM miễn phí, các công cụ quản lý, giao diện người dùng hoặc các giải pháp ảo hóa hoàn chỉnh xây dựng dựa trên KVM có thể có các phiên bản thương mại hoặc gói hỗ trợ trả phí. Những chi phí này thường dành cho các tính năng mở rộng, hỗ trợ kỹ thuật chuyên nghiệp hoặc các công cụ quản lý cao cấp, chứ không phải cho bản thân công nghệ KVM cốt lõi.

6.2. Có thể chạy Windows trên KVM hay không?

Câu trả lời là hoàn toàn CÓ. KVM hỗ trợ đầy đủ việc chạy các máy ảo Windows với hiệu năng tốt. Bạn có thể cài đặt gần như tất cả các phiên bản Windows, từ Windows XP, Windows 7, Windows 10, Windows 11 cho đến các phiên bản Windows Server như Windows Server 2012, 2016, 2019, 2022 trên máy ảo KVM.

Để đạt được hiệu năng tối ưu khi chạy Windows trên KVM, bạn nên cài đặt các trình điều khiển VirtIO. Đây là các trình điều khiển được tối ưu hóa đặc biệt cho môi trường ảo hóa, giúp cải thiện đáng kể tốc độ của ổ đĩa, card mạng và các thiết bị phần cứng ảo khác. Nhiều nhà cung cấp dịch vụ VPS/Cloud Server dựa trên KVM thường đã tích hợp sẵn hoặc hỗ trợ dễ dàng cài đặt các driver này cho máy ảo Windows của bạn.

6.3. Ảo hóa KVM có hỗ trợ các tính năng bảo mật nâng cao hay không?

Chắc chắn rồi, KVM được hưởng lợi rất nhiều từ các cơ chế bảo mật mạnh mẽ của chính nhân Linux. Các tính năng như SELinux và AppArmor có thể được sử dụng để áp đặt các chính sách kiểm soát truy cập nghiêm ngặt cho các tiến trình máy ảo, giúp cách ly và bảo vệ chúng khỏi các mối đe dọa. Ngoài ra, KVM còn có sVirt, một công nghệ tích hợp SELinux với libvirt để cung cấp cơ chế MAC cho các máy ảo.

7. Tổng kết

Qua bài viết, VinaHost đã giúp bạn giải đáp chi tiết ảo hóa KVM là gì cũng như hiểu rõ về cơ chế hoạt động, các thành phần, ưu nhược điểm và vị thế của nó so với các công nghệ ảo hóa khác. Việc lựa chọn KVM không chỉ mang lại hiệu suất vượt trội và tính ổn định cao mà còn giúp bạn tối ưu hóa chi phí và linh hoạt hơn trong việc quản lý hạ tầng công nghệ thông tin.

Nếu bạn đang tìm kiếm các giải pháp máy chủ ảo mạnh mẽ, ổn định và tiết kiệm chi phí, hãy tham khảo ngay dịch vụ thuê Cloud Server giá rẻ, VPS giá rẻ được xây dựng trên nền tảng ảo hóa KVM tiên tiến của VinaHost.

Để tìm hiểu thêm các thông tin khác, bạn có thể xem thêm tại đây hoặc liên hệ với VinaHost qua:

• Email: support@VinaHost.vn
• Hotline: 1900 6046
• Livechat: https://livechat.VinaHost.vn/chat.php

Xem ngay các bài viết liên quan:

Cloud Server là gì? Tính năng nổi bật và phân loại

[Tổng hợp] So sánh Cloud và Ảo hóa chi tiết nhất

Virtual Machine là gì? | Tổng quan kiến thức về máy ảo