Máy chủ vật lý và máy chủ ảo khác nhau thế nào?

Vì vậy, điểm khác biệt không chỉ nằm ở việc “một cái là thật, một cái là ảo”. Khác biệt quan trọng hơn là cách tài nguyên được cấp phát, cách triển khai và mức độ phụ thuộc vào lớp ảo hóa. Hypervisor đứng giữa các máy ảo và phần cứng vật lý, phân bổ CPU, bộ nhớ, lưu trữ và các tài nguyên khác cho từng máy ảo.

Máy chủ vật lý và máy chủ ảo khác nhau ở bản chất nào?

Máy chủ vật lý, hay bare-metal server, là một máy tính chuyên dụng có phần cứng riêng. Hệ điều hành và ứng dụng chạy trực tiếp trên nền tảng phần cứng đó hoặc trên lớp hệ thống quản lý rất gần với phần cứng.

Máy chủ ảo không có một bộ CPU, RAM hay ổ đĩa vật lý riêng theo nghĩa tương ứng với từng máy. Nó sử dụng tài nguyên của máy chủ vật lý thông qua hypervisor. Mỗi máy ảo vẫn có hệ điều hành, CPU ảo, RAM ảo, ổ đĩa ảo và giao diện mạng ảo riêng để ứng dụng hoạt động như trên một máy tính độc lập.

Có thể hình dung quan hệ này như sau:

Máy chủ vật lý → Hypervisor → Nhiều máy chủ ảo → Hệ điều hành và ứng dụng

Hypervisor có nhiệm vụ kiểm soát và phân bổ quyền truy cập vào phần cứng. Với mô hình ảo hóa, nhiều hệ điều hành có thể chạy đồng thời trên cùng một nền tảng phần cứng nhưng vẫn được tách thành các môi trường riêng.

Điểm này giải thích vì sao máy chủ ảo không phải là một “máy chủ vật lý nhỏ hơn”. Nó là một môi trường máy tính được trừu tượng hóa từ tài nguyên phần cứng của máy chủ vật lý.

Khác biệt về tài nguyên và hiệu năng nằm ở đâu?

Đây là điểm quan trọng nhất khi so sánh hai mô hình.

Với máy chủ vật lý, tài nguyên phần cứng thuộc trực tiếp về máy chủ. Nếu máy có 32 nhân CPU và 128 GB RAM thì toàn bộ cấu hình đó nằm trên cùng một hệ thống vật lý. Cách sử dụng tài nguyên phụ thuộc vào hệ điều hành, ứng dụng và kiến trúc triển khai.

Với máy chủ ảo, tài nguyên vật lý được hypervisor phân bổ thành tài nguyên ảo cho từng VM. Ví dụ, một máy chủ vật lý có thể được chia thành nhiều VM với các cấu hình CPU và RAM khác nhau. AWS mô tả hypervisor là lớp trung gian chịu trách nhiệm phân bổ tài nguyên vật lý như CPU và bộ nhớ cho các máy ảo.

Điều này tạo ra hai khác biệt:

·         Máy chủ vật lý: tài nguyên gắn trực tiếp với một hệ thống phần cứng

·         Máy chủ ảo: tài nguyên được trừu tượng hóa và cấp phát từ máy chủ vật lý

Về hiệu năng, máy chủ vật lý thường có lợi thế khi workload cần quyền kiểm soát phần cứng cao hoặc tải lớn và ổn định. Máy chủ ảo có thêm lớp hypervisor nên hiệu năng thực tế còn phụ thuộc vào cấu hình VM, công nghệ ảo hóa, mức sử dụng tài nguyên của máy chủ và cách nhà cung cấp phân bổ tài nguyên.

Tuy nhiên, không nên hiểu rằng máy chủ ảo luôn chậm hơn đáng kể. Các hypervisor hiện đại sử dụng hỗ trợ ảo hóa phần cứng và có thể cung cấp hiệu năng gần với phần cứng gốc trong nhiều workload. Vì vậy, khi đánh giá hiệu năng phải nhìn vào workload cụ thể, không chỉ nhìn vào việc máy chủ là vật lý hay ảo.

Khác biệt về triển khai, quản trị và mở rộng

Máy chủ vật lý thường cần một quy trình triển khai gắn với phần cứng: chuẩn bị máy, lắp đặt hoặc thuê máy, cấu hình hệ điều hành, lưu trữ, mạng và các thành phần liên quan. Khi cần tăng năng lực vượt quá giới hạn của máy hiện tại, doanh nghiệp có thể phải nâng cấp phần cứng hoặc bổ sung máy chủ mới.

Máy chủ ảo có cách triển khai linh hoạt hơn. Quản trị viên có thể tạo VM từ image hoặc cấu hình có sẵn, xác định CPU, RAM, lưu trữ và mạng rồi khởi động hệ điều hành trong môi trường ảo. Các nền tảng ảo hóa hiện đại cũng cung cấp công cụ quản lý để tạo, cấu hình và vận hành VM.

Khác biệt này đặc biệt rõ khi cần thay đổi quy mô:

Máy chủ vật lý

·         Tăng tài nguyên thường gắn với việc nâng cấp phần cứng

·         Bổ sung năng lực thường cần thêm thiết bị hoặc máy chủ

·         Thời gian triển khai phụ thuộc nhiều vào phần cứng và hạ tầng

Máy chủ ảo

·         Có thể thay đổi cấu hình tài nguyên ảo theo khả năng của nền tảng

·         Có thể tạo nhiều VM trên cùng một máy chủ vật lý

·         Có thể triển khai nhanh từ image hoặc mẫu cấu hình

·         Phù hợp với môi trường cần tạo và thu hồi máy chủ thường xuyên

Tuy vậy, khả năng mở rộng của máy chủ ảo không phải vô hạn. Cuối cùng, VM vẫn phụ thuộc vào CPU, RAM, lưu trữ và mạng của hạ tầng vật lý bên dưới. Nếu máy chủ vật lý hoặc cụm hạ tầng đã hết tài nguyên, việc tạo thêm VM sẽ không giải quyết được giới hạn phần cứng.

Máy chủ vật lý và máy chủ ảo khác nhau về cách cô lập tài nguyên thế nào?

Ảo hóa tạo ra các ranh giới logic giữa những máy ảo chạy trên cùng một máy chủ vật lý. Hypervisor kiểm soát việc truy cập tài nguyên và cung cấp cho VM một tập tài nguyên ảo thay vì cho phép VM truy cập trực tiếp toàn bộ phần cứng.

Ví dụ, trong kiến trúc Hyper-V, các máy ảo được tổ chức thành những partition riêng; máy ảo nhìn thấy các thiết bị ảo và việc truy cập phần cứng được điều phối thông qua hypervisor và các thành phần quản lý của hệ thống.

Điều này đem lại lợi ích lớn về khả năng cô lập workload. Một máy chủ vật lý có thể chạy nhiều hệ điều hành và ứng dụng độc lập thay vì phải dành riêng một máy cho từng workload.

Nhưng đây cũng là ranh giới cần hiểu đúng: ảo hóa không biến tài nguyên vật lý thành tài nguyên vô hạn. Nếu nhiều VM cùng tranh chấp CPU, RAM, I/O lưu trữ hoặc mạng trên cùng host, hiệu năng của chúng vẫn có thể bị ảnh hưởng.

Do đó, khi triển khai máy chủ ảo, quản trị viên phải quan tâm đến việc phân bổ tài nguyên và mức độ sử dụng của host, thay vì chỉ nhìn vào cấu hình của từng VM riêng lẻ.

Khi nào nên chọn máy chủ vật lý, khi nào nên chọn máy chủ ảo?

Không có mô hình nào luôn tốt hơn. Lựa chọn phụ thuộc vào đặc điểm workload và yêu cầu vận hành.

Nên cân nhắc máy chủ vật lý khi:

·         Ứng dụng cần hiệu năng phần cứng cao và ổn định

·         Workload có mức sử dụng tài nguyên lớn, liên tục

·         Cần kiểm soát trực tiếp phần cứng hoặc cấu hình chuyên biệt

·         Hệ thống cần thiết kế theo mô hình bare-metal

·         Yêu cầu về hiệu năng hoặc thiết bị chuyên dụng khiến ảo hóa không phù hợp

Nên cân nhắc máy chủ ảo khi:

·         Cần chạy nhiều workload độc lập trên cùng hạ tầng

·         Muốn tận dụng tài nguyên phần cứng hiệu quả hơn

·         Cần tạo và triển khai máy chủ nhanh

·         Cấu hình tài nguyên thường xuyên thay đổi

·         Muốn tách các môi trường như development, testing và production

·         Cần sự linh hoạt trong việc quản trị và mở rộng hạ tầng

Trong thực tế, doanh nghiệp cũng có thể sử dụng mô hình kết hợp. Một số workload chạy trên bare metal, trong khi các hệ thống khác chạy trên VM để tận dụng tính linh hoạt của ảo hóa. Vì vậy, quyết định phù hợp không nên dựa trên câu hỏi “vật lý hay ảo tốt hơn”, mà nên dựa trên yêu cầu về hiệu năng, mức sử dụng tài nguyên, khả năng mở rộng và cách vận hành hệ thống.

Bảng so sánh máy chủ vật lý và máy chủ ảo

Về bản chất, máy chủ vật lý sở hữu tài nguyên phần cứng trực tiếp, còn máy chủ ảo sử dụng tài nguyên đó thông qua lớp ảo hóa. Máy chủ vật lý phù hợp khi quyền kiểm soát phần cứng, hiệu năng ổn định hoặc workload chuyên biệt là ưu tiên. Máy chủ ảo phù hợp khi cần tận dụng tài nguyên, triển khai nhiều môi trường và thay đổi cấu hình linh hoạt.

Điểm quan trọng nhất khi lựa chọn là xác định workload cần gì trước, sau đó mới quyết định mô hình hạ tầng. Không nên mặc định máy chủ vật lý luôn nhanh hơn hoặc máy chủ ảo luôn tiết kiệm hơn; hiệu quả thực tế còn phụ thuộc vào cấu hình phần cứng, hypervisor, cách phân bổ tài nguyên và đặc điểm ứng dụng.