TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN KHẮP NƠI TRANSIENT CUSTOMIZATION OF MOBILE COMPUTING INFRASTRUCTURE

TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN KHẮP NƠI TRANSIENT CUSTOMIZATION OF MOBILE COMPUTING INFRASTRUCTURE Ngày nay, xu hướng ảo hóa đã trở thành xu hướng chung của hầu hết các doanh nghiệp trên toàn thế giới. Việc áp dụng công nghệ ảo hóa máy chủ nhằm tiết kiệm không gian sử dụng, nguồn điện và giải pháp tỏa nhiệt trong trung tâm dữ liệu. Công nghệ mới này sẽ tạo ra những điều mới mẻ trong tư duy của các nhà quản lý công nghệ thông tin về tài nguyên máy tính.

VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG

TIỂU LUẬN TÍNH TOÁN KHẮP NƠI

ĐỀ TÀI:

TRANSIENT CUSTOMIZATION OF MOBILE COMPUTING INFRASTRUCTURE

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : PGS.TS HÀ QUỐC TRUNG

NHÓM HỌC VIÊN THỰC HIỆN : LÊ QUỐC HOAN

HOÀNG BẢO TRUNG PHẠM HOÀNG HÙNG NGUYỄN CÔNG TRUNG

Hà Nội - 5/2013

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, xu hướng ảo hóa đã trở thành xu hướng chung của hầu hết các doanh nghiệp trên toàn thế giới Việc áp dụng công nghệ ảo hóa máy chủ nhằm tiết kiệm không gian sử dụng, nguồn điện và giải pháp tỏa nhiệt trong trung tâm dữ liệu Công nghệ mới này sẽ tạo ra những điều mới mẻ trong tư duy của các nhà quản lý công nghệ thông tin về tài nguyên máy tính Khi việc quản lí các máy riêng lẻ trở nên dễ dàng hơn, trọng tâm của CNTT có thể chuyển từ công nghệ sang dịch vụ Hiện nay, các "đại gia" trong giới công nghệ như Microsoft, Oracle, Sun… đều nhập cuộc chơi ảo hóa nhằm giành thị phần lớn trong lĩnh vực này với "gã khổng lồ" VMWare Do đó, trên thị trường có rất nhiều sản phẩm để các doanh nghiệp có thể lựa chọn và ứng dụng

Trong nội dung đề tài này, chúng em tìm hiểu về hệ thống Kimberley – hệ thống ứng dụng trên các thiết bị di động dựa trên nền tảng của VMware Nội dung và phân công của đề tài:

Phần 1: Giới thiệu về hệ thống – Lê Quốc Hoan

Phần 2: Triên khai hệ thống và thực hiện demo – Nguyễn Công Trung

Phần 3: Đánh giá hiệu năng – Phạm Hoàng Hùng

Phần 4: Kết luận – Hoàng Bảo Trung

Chúng em gửi lời cảm ơn tới thầy Hà Quốc Trung đã hỗ trợ và giúp đỡ chúng em hoàn thiện đề tài này!

GIỚI THIỆU HỆ THỐNG

I Mô Tả

Kimberley là một hệ thống đơn giản hoá việc sử dụng tạm thời cơ sở hạ tầng phần cứng cố định bằng một thiết bị di động Nó sử dụng công nghệ máy ảo (VM) để giải quyết sự căng thẳng giữa tiêu chuẩn hóa cơ sở hạ tầng cho dễ triển khai và bảo trì và tùy biến các cơ sở hạ tầng để đáp ứng các nhu cầu cụ thể của người dùng

Kimberley phân tách trạng thái của một máy ảo được tùy biến thành một máy ảo cơ

sở sẵn dùng rộng rãi và một lớp phủ máy ảo cá nhân nhỏ hơn Đầu tiên, cơ sở (base) được tải về cơ sở hạ tầng Chỉ có lớp phủ nhỏ cần phải được cung cấp từ các thiết bị di động, hoặc dưới sự kiểm soát của nó từ một trang web công cộng Chiến lược này sẽ giúp

độ trễ khởi động thấp Nó cũng có thể tiết kiệm năng lượng trên các thiết bị di động bằng cách giảm khối lượng truyền dẫn không dây Chúng tôi đã xây dựng một nguyên mẫu của Kimberley và các thử nghiệm để xác nhận tính khả thi của phương pháp này

II Giới Thiệu

Khả năng sử dụng thường phải gánh chịu khi một thiết bị di động được tối ưu hóa cho kích thước, trọng lượng và hiệu quả năng lượng Trên một thiết bị cầm tay với một màn hình nhỏ, bàn phím nhỏ bé và hạn chế tính năng, nó là một thách thức để vượt qua một tiết mục hạn chế về ứng dụng Một giải pháp cho vấn đề này là để tận dụng cơ sở hạ tầng cố định để tăng cường khả năng của một thiết bị di động, sử dụng các kỹ thuật như máy tính tự động Đối với phương pháp này để làm việc, cơ sở hạ tầng phải được cung cấp với chính xác các phần mềm phù hợp cần thiết của người dùng Đây là không phải là trường hợp ở khắp mọi nơi, đặc biệt là ở quy mô toàn cầu Có một sự căng thẳng giữa tiêu chuẩn hóa cơ sở hạ tầng cho dễ triển khai và bảo trì và tùy biến các cơ sở hạ tầng để đáp ứng các nhu cầu cụ thể của người dùng

Trong bài này tập trung tìm hiểu về Kimberley, một hệ thống cung cấp phần mềm thực hiện nhanh dựa trên cơ sở hạ tầng cố định để sử cho thiết bị di động Kimberley phân tách trạng thái máy ảo (VM) tuỳ biến thành một máy ảo cơ sở rộng rãi có sẵn và một và 1 lớp phủ máy ảo cá nhân, độc quyền và nhỏ hơn nhiều

Hai thành phần này được phân phối cho các trang web được cấp quyền theo những cách rất khác nhau

Máy ảo cơ ở (base VM) được tải tải về cơ sở hạ tầng trước từ một trang web công cộng Các lớp phủ máy ảo (VM overlay) được phân phối tới máy chủ trong cơ sở hạ tầng trước khi sử dụng, hoặc trực tiếp từ một thiết bị di động hoặc dưới sự kiểm soát của nó từ một trang web công cộng Trong trường hợp này, cơ chế mã hóa có thể được sử dụng để đảm bảo tính toàn vẹn và bảo mật của lớp phủ máy ảo cá nhân (private VM overlay) Sau khi thu được, lớp phủ có thể tùy chọn lưu lại để tái sử dụng trong tương lai Máy chủ áp dụng các lớp phủ (overlay) để cơ sở (base) để tạo ra và thực hiện một máy ảo khởi động Khi người dùng khởi hành, máy ảo này được chấm dứt và trạng thái của nó được loại bỏ Trong một số trường hợp, một phần nhỏ trạng thái VM có thể được trả lại cho các thiết bị

di động, điều này được gọi là cặn bá máy ảo Hình 1 chỉ ra một timeline Kimberley điển hình

Chúng tôi dự đoán rằng một số lượng tương đối nhỏ của máy ảo cơ sở (có lẽ một tá hoặc hơn các phiên bản của Linux và cấu hình Windows) sẽ được phổ biến trên toàn thế giới trong cơ sở hạ tầng tính toán di động tại bất kỳ thời điểm nào Do đó, cơ hội sẽ cao là một thiết bị di động sẽ tìm thấy một cơ sở tương thích cho lớp phủ của nó thậm chí xa nhà Cơ hội thành công có thể được tăng lên bằng cách tạo ra nhiều lớp, một cho mỗi một

số máy ảo cơ sở Bộ sưu tập các máy ảo cơ sở phổ biến có thể được nhân đôi trên toàn thế giới, và một tập hợp con có thể chủ động tải về bởi mỗi trang web cơ sở hạ tầng

III Ví Dụ Minh Họa

Hai ví dụ giả thuyết dưới đây minh họa cho các loại kịch bản sử dụng chúng tôi hình dung cho Kimberley

Kịch bản 1: Tiến sĩ Jones đang ở một nhà hàng với gia đình của mình Một người dân lớn tuổi hỏi ông về một bệnh lý Mặc dù trên điện thoại của ông đã có một bản bệnh

lý với độ phân giải thấp, tuy nhiên nó không xem được do màn hình nhỏ Tại đó có máy tính với màn hình rộng và có kết nối internet Sử dụng mô hình Kimberley, ông thực hiện tải trình duyệt xem bệnh lý và tải 100MB bản mô tả bệnh lý và xem trên màn hình có độ phân giải lớn, ông có thể nhìn thấy nguyên nhân và giúp người dân lớn tuổi về vấn đề đó

và quay lại ăn tối cùng gia đình

Kịch bản 2: Trong khi Giáo sư Smith đang chờ đợi để lên chuyến bay, cô nhận được email yêu cầu của mình để xem xét một số thay đổi ngân sách cho đề nghị của mình Bản excel cho thấy một dòng dưới cùng đó là quá cao Sau một vài phút cố gắng để thao tác trên điện thoại di động, giáo sư Smith đã tìm được máy tính với màn hình lớn Cô nhanh chóng tùy biến máy tính này sử dụng Kimberley, và sau đó làm việc trên bảng tính Cô kết thúc ngay trước khi cuộc gọi nội trú cuối cùng, và khôi phục các bảng tính sửa đổi vào thiết bị di động của mình Trên tàu, giáo sư Smith hầu như không có thời gian để soạn bài trả lời, đính kèm bảng tính thay đổi, và gửi tin nhắn trước khi cánh cửa máy bay đóng cửa

TRIỂN KHAI HỆ THỐNG

I Mô Hình Triển Khai Ban Đầu Của Hệ Thống Kimberley

Nguyên mẫu Kimberley sử dụng Nokia N810 Internet tablet với 400MHz TI OMAP Proces-Sor, 128 MB DDR RAM và 256 MB bộ nhớ flash, thẻ nhớ trong 2 GB, kèm một thẻ microSD 8GB cắm ngoài, màn hình màu cảm ứng 4-inch Nó hỗ trợ chuẩn wifi 802.11b/g và bluetooth, được trang bị GPS và cảm biến ánh sáng môi trường xung quanh,

và sử dụng phần mềm maemo 4.0

Máy chủ sử dụng là máy Dell Precision 380 với bộ xử lý 3.6 GHz Pentium 4, RAM

4 GB, ổ cứng 80 GB, và một mà hình 20-inch LCD với độ phân giải 1600x1200 Nó cài đặt Ubuntu 7.10, và sử dụng nhân linux 2.6.22-14, máy kết nối với internet qua card mạng 100 Mbitps, nó cũng có truy cập mạng không dây 802.11b/g thông qua một giao diện mạng kết nối USB

Quá trình thực hiện được mô tả theo sơ đồ bên dưới”

IV Các Bước Thực Hiện:

Tạo máy ảo

Các máy ảo sử dụng trong Kimberley sử dụng VirtualBox trên nền Linux Và nó cung cấp một công cụ tạo máy ảo theo cấu trúc như sau:

Kimberlize <baseVM> <install-script> <resume-script>

Trong đó:

BaseVM: máy client có cấu hình nhỏ nhất và đã cài hệ điều hành Hệ điều hành chỉ cần tương thích với hai script install-script, resume-script

Đầu tiên công cụ kimberlize sẽ tạo BaseVM sau đó thực hiện install-script và hệ điều hành trên máy ảo đã được cài đặt Để tránh thời gian trể thì script resum-script sẽ được thực hiện trên máy ảo

Sau khi thực hiện cài đặt và cấu hình xong máy ảo thì máy ảo này có thể tạm dừng

và khởi động một cách nhanh chóng

Sau khi máy ảo được cài đặt xong, Kimberley sử dụng công cụ xdelta backup máy

ảo đã tạo ra Điều này là không cần thiết từ khi virtualbox có bảo trì bằng việc sử dụng một ổ đĩa khác Khi đó, trong máy ảo đã có chứa thêm một đĩa và công cụ xdelta tạo ra một vùng nhớ khác

Máy ảo được nén và sử dụng thuật toán Lempel-Zic-Markov – thuật toán tối ưu cho việc giản nén nhanh và nén chậm Nó phù hợp cho việc triển khai Kimberley vì quá trình nén chỉ thực hiện 1 lần và giải nén thực hiện nhiều lần

Bước cuối cùng của kimberlize sử dụng dụng mã hóa phần máy ảo đã nén

AES-128 Một đối số tùy chọn để kimberlize có thể được sử dụng khóa riêng hoặc kimberlize tạo ra một khóa ngẫu nhiên từ /dev/urandom

Ràng buộc với cơ sở hạ tầng

Theo như hình trên, thành phần chạy chính trong Kimberley là DCM – Devide Control Manager Trong Kimberley, DCM phát hiện dịch vụ và quản lý phần mạng Mặt khác, Kimberley hỗ trợ nhiều kiểu kết nối không dây và có dây giữa máy chủ và thiết bị Hình trên cho thấy các thành phần thời gian chạy chính của Kimberley Bộ điều khiển của các ràng buộc-ing thoáng qua giữa điện thoại di động và máy chủ cơ sở hạ tầng

là một quá trình cấp người dùng được gọi là Thiết bị kiểm soát Quản lý (DCM) Một thể

hiện của DCM chạy trên thiết bị ("thiết bị DCM") và trên máy chủ cơ sở hạ tầng ("máy chủ DCM") DCM tóm tắt phát hiện dịch vụ và quản lý mạng phần còn lại của Kimberley Theo thời gian, chúng tôi hình dung Kimberley hỗ trợ nhiều loại khác nhau của kết nối không dây và có dây giữa điện thoại và máy chủ Trong khi các kết nối không dây có nhiều tự nhiên và liền mạch cho người sử dụng, có thể có những trường hợp mà

sự tự do từ ách tắc RF của một liên kết có dây chuyên dụng có thể là thích hợp hơn cho tương tác người dùng sắc nét Việc thực hiện hiện hỗ trợ 802.11 (không dây) và (có dây) kết nối USB, chúng ta mong đợi để thêm Bluetooth và Ethernet trong tương lai Lưu ý rằng các thiết bị di động có thể có một kết nối trực tiếp với Internet, ngoài để kết nối máy chủ thể hiện trong hình trên

DCM hỗ trợ kết nối quan web web và qua giao diện D-Bus Việc sử dụng D-Bus giúp đơn giản hoá việc thực hiện mở rộng phát hiện thông qua việc xác định trong các tập tin XML Đồng thời nó hỗ trợ dịch vụ , Avahi có kế hoạch trong việc hỗ trợ SDP (Bluetooth Discovery Protocol) hay Jini

Các bước trong việc thành lập kết nối:

• Bước 1: tạo kết nối TCP bảo mật thông qua giao thực SSL giữa thiết bị và máy chủ Nó giúp cho Kimberley có thể hỗ trợ SASL (Simple Authentication and Security Layer)

• Bước 2: sau khi kết nối thành công, câu lệnh dekimberlize sẽ được thực hiện

ở phía máy chủ Nó thực hiện nạp máy ảo từ thiết bị hay trang web, giải mã

và giải nén nó; máy ảo bị tạm dừng sẽ được khởi động lại.

• Bước cuối cùng là thực hiện tương tác thông qua VNC Các user có thể tương tác với máy chủ thông qua thiết bị di đông Đồng thời Kimberley cũng

hỗ trợ giao tiếp thông qua máy client có đầy đủ chuột, bàn phím, màn hình lớn như trong tình huống 2s

Chia sẻ dữ liệu người dùng

Trong một số trường hợp đòi hỏi việc chia sẻ dữ liệu giữa thiết bị di động và hạ tầng máy chủ Để tương thich, Kimberley đưa ra một số cơ chế cho việc chia sẻ này Tuy nhiên việc một số cơ chế này sẽ đưa ra dánh sách các hạ tầng tương thích với Kimberley

và có thể ảnh hưởng trong quá trình triển khai

Giải pháp của Kimberley là tạo ra một đĩa mềm theo định dạng FAT32 bằng cách

sử dụng một phần bộ nhớ flash của thẻ nhớ Khi thiết bị di động không sử dụng thì nó coi như một tập tin Và khi kết nối với máy chủ, Kimberley sẽ unmont ổ đĩa mềm ảo và chuyển nội dung đến máy chủ, tính toán và thay đổi trạng thái Kích thước mặc định của

ổ đĩa mềm ảo này là 20MB, nhưng nó có thể cấu hình kích thước bất kỳ trên thiết bị di động

V Triên Khai Mô Hình Mô Phỏng Trong Bài Nghiên Cứu

Để mô phỏng cho ứng dụng này nhóm e sử dụng:

- Server: máy tính chạy windows 2003 server, có cài đặt phần mềm Microsoft Application Virtualization Client

- Client: LGSU 666: cài đặt phần mềm 2x Client RDP

Đề mô:

- Hiện thị và tương tác phía client

- Hiện thị phía server

- Phân vùng cho chạy ứng dụng ảo Microsoft Application Virtualization Client

ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG

Đánh giá của chúng tôi đưa ra ba câu hỏi liên quan tới việc sử dụng của một hạ tầng không có trạng thái Cache-overlay

• VM overlay điển hình lớn như thế nào?

• Đâu là dạng trễ khởi động điển hình?

• Người dùng có thể chuyển trạng thái nhanh như thế nào ?

Để trả lời những câu hỏi trên, chúng tôi đã kiểm tra sáu chương trình mã nguồn mở chạy trên nền tảng Linux, dưới đây là chương trình tham chiếu và chương trình tương đương của chúng trên nền tảng window:

• AbiWord: Chương trình soạn thảo văn bản (Microsoft Word)

• GIMP: Chương trình chỉnh sửa ảnh (Adobe Photoshop)

• Gnumeric: Chương trình tính toán văn phòng (Microsoft Excel)

• Kpresenter: Công cụ soạn Slide (Microsoft PowerPoint)

• PathFind: Công cụ bệnh lý kỹ thuật số cho hình ảnh dựa trên nền tảng OpenDiamond R và được khuyến cáo cho kịch bản 1

• SnapFind: Công cụ khảo sát ảnh số và tìm kiếm ảnh tương đồng, nó cũng được xây dựng trên nền tảng OpenDiamond R

Tương tụ một trường hợp hạn chế để khám phá những chi phí nội tại của Kimberley, chúng ta cũng xem xét một ứng dụng giả thuyết rỗng bằng cách gọi Kimberlize với các thông số đầu vào (install-script và resume-script) rỗng

I Overlay Size

Bảng 1 là câu trả lời phù hợp cho câu hỏi đầu tiên, nó thể hiện kích thước Overlay sau khi được nén cho bảy chương trình từ trường hợp 5.9MB cho Null Case đến 19.6MB cho PathFind Kích thước sau khi giải nén cho thấy chuẩn nén, Overlay chúng tôi dự kiến tạo ra ban đầu là một quá trình hoàn toàn xác định, và do đó chúng tôi rất ngạc nhiên khi thấy sự thay đổi nhỏ trong kích thước Overlay đối với cùng một chương trình trong các điều kiện thử nghiệm khác nhau Chúng tôi dự đoán đây là một thành phần lạ của việc

triển khai ổ cứng khác cho Vitual Box Dựa trên nhiều thử nghiệm chi tiết (không được

đề cập ở đây), chúng tôi cho rằng VirtualBox không đồng bộ phân bổ trước không gian ổ đĩa thực cho không gian ổ đĩa ảo của nó Hiệu quả là rất khiêm tốn, chỉ chiếm vài phần trăm của toàn bộ kích thước Overlay Cột cuối cùng cho biết kích thước của gói cài đặt cho một ứng dụng, kích thước đó được liên kết không chặt chẽ với kích thước Overlay của chương trình đã được nén hoặc đã được giải nén

Bảng 2 cho ta biết thời gian được dùng bởi Kimberlize để tạo ra các Overlay, nhắc lại rằng Kimberlize đã hy sinh tốc độ nén để đổi lại tốc độ giải nén cao trong thời gian chạy Báo cáo này chiếm thời gian tương đối dài thể hiện trong Table 2, khoảng cách từ chỉ một phút với Null đến gần 11 phút với Gnumeric

VI Startup Delay

Để trả lời cho câu hỏi thứ hai “Đâu là dạng trễ khởi động điển hình ?” chúng tôi đề cập đến thời gian dành cho một người dùng để sử dụng hạ tầng tại các thời điểm anh ta bắt đầu tương tác với các ứng dụng Nó bao gồm thời gian để truyền tải VM Overlay và ổ đĩa mềm ảo để đưa vào VM Overlay và khởi động máy ảo

Thử nghiệm của chúng tôi sử dụng những điều kiện thiết lập tương tự cho cả bảy ứng dụng và cấu hình VM được thảo luận trong phần 4.1 Phần cứng được sử dụng trong thử nghiệm tương tự với mô tả trong phần bắt đầu phần 3 Khi băng thông mạng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới thời gian truyền Overlay, chúng tôi đã khảo sát tại hai băng thông khác nhau Băng thông đầu tiên 100Mb/s là điển hình cho băng thông doanh nghiệp và băng thông thứ hai 10Mb/s là băng thông khuyến nghị cho một đường truyền công cộng tốt Ví dụ, trong kịch bản 1 và 2 nó có thể là băng thông sẵn sàng từ nhà hàng hoặc sân bay tới máy chủ Overlay Ghi nhớ rằng băng thông đến máy chủ Overlay là không phụ thuộc vào kết nối khôn dây giữa thiết bị di động với hạ tầng phía trên nơi điều khiển các tương tác và chuyển giao của vị trí các ổ đĩa mềm