Phát triển dịch vụ quản lý và phân phối tài nguyên trong điện toán đám mây

Trong hệ thống dịch vụ điện toán đám mây, tầng phân phối tài nguyên đóng một vai trò quan trong trong việc cấp phát bộ nhớ, máy chủ, bộ vi xử lý, hệ điều hành… nhằm đáp ứng các yêu cầu d

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

- -

TRẦN THỊ NGỌC TRÂM

PHÁT TRIỂN DỊCH VỤ QUẢN LÝ VÀ PHÂN PHỐI TÀI NGUYÊN

TRONG ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2011

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

- -

TRẦN THỊ NGỌC TRÂM

PHÁT TRIỂN DỊCH VỤ QUẢN LÝ VÀ PHÂN PHỐI TÀI NGUYÊN

TRONG ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY

Chuyên ngành : Hệ thống thông tin

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN TRỌNG PHÚC

Hà Nội - 2011

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ 7

DANH MỤC BẢNG BIỂU 8

BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT 9

CHƯƠNG 1 – MỞ ĐẦU 10

1.1 Đặt vấn đề 10

1.2 Mục đích nghiên cứu 10

1.2.1 Phạm vi nghiên cứu 11

1.3 Bố cục của luận văn 11

CHƯƠNG 2 – KIẾN THỨC CƠ SỞ 12

2.1 Ảo hóa 12

2.2 Điện toán đám mây 13

2.1.1 Định nghĩa 13

2.1.2 Các đặc điểm cơ bản của điện toán đám mây 14

2.1.3 Các mô hình dịch vụ điện toán đám mây 15

2.1.4 Các mô hình triển khai dịch vụ điện toán đám mây 17

2.1.5 Ưu – nhược điểm của điện toán đám mây 19

2.1.6 So sánh điện toán đám mây và điện toán lưới 20

CHƯƠNG 3 – TẦNG QUẢN LÝ VÀ PHÂN PHỐI TÀI NGUYÊN 23

3.1 Định nghĩa 23

3.2 Vị trí của tầng quản lý và phân phối tài nguyên trong điện toán đám mây 23 3.3 Một số giải pháp ảo hóa cơ sở hạ tầng 25

3.3.1 VMWare 25

3.3.2 Microsoft Hyper-V 27

3.3.3 Citrix XEN 28

3.4 Một số sản phẩm về quản lý và phân phối tài nguyên đã được phát triển 28

3.4.1 vCloud của WMWare 28

3.4.2 Tivoli Provisioning Manager của IBM 29

CHƯƠNG 4 – PHÁT TRIỂN DỊCH VỤ QUẢN LÝ VÀ PHÂN PHỐI TÀI NGUYÊN 30

4.1 Lựa chọn công nghệ 30

4.1.1 Sử dụng REST trong thiết kế các Web Service 30

4.1.2 Giải pháp ảo hóa cơ sở hạ tầng VMWare vSphere 31

4.1.3 Ngôn ngữ lập trình Java 32

4.2 Thiết kế kiến trúc tổng quan 33

4.2.1 Kiến trúc 33

4.2.2 Phân cấp tài nguyên 35

4.3 Thiết kế các chức năng 35

4.3.1 Các chức năng được phát triển 36

4.3.2 URI của các web service tương ứng với các chức năng 40

4.4 Mô tả chi tiết các chức năng 42

4.4.1 Truy vấn danh sách các trung tâm dữ liệu 42

4.4.2 Truy vấn danh sách các cụm 43

4.4.3 Truy vấn danh sách Resource Pool 44

4.4.4 Truy vấn thông tin chi tiết của một Resource Pool 45

4.4.5 Tạo mới một Resource Pool 47

4.4.6 Cấu hình lại một Resource Pool 49

4.4.7 Xóa một Resource Pool 50

4.4.8 Truy vấn danh sách các mẫu máy ảo 51

4.4.9 Truy vấn danh sách các máy ảo 52

4.4.10 Truy vấn thông tin của một máy ảo 54

4.4.11 Tạo mới máy ảo 55

4.4.12 Cấu hình lại máy ảo 56

4.4.13 Xóa máy ảo 57

4.4.14 Đánh dấu một máy ảo như một máy ảo mẫu 57

4.4.15 Nhân bản máy ảo từ một mẫu 58

4.4.16 Bật máy ảo 61

4.4.17 Tắt máy ảo 62

4.4.18 Khởi động lại máy ảo 62

4.4.19 Khóa một máy ảo 63

4.4.20 Tắt hệ điều hành chạy trên máy ảo 64

4.4.21 Khởi động lại hệ điều hành chạy trên máy ảo 64

4.4.22 Chuyển hệ điều hành chạy trên máy ảo sang chế độ chờ 65

4.5 Cài đặt 66

4.5.1 Cài đặt phần cứng 66

4.5.2 Cài đặt môi trường phát triển 68

CHƯƠNG 5 – KẾT LUẬN 69

5.1 So sánh với một số hệ thống phân phối tài nguyên khác 69

5.2 Đánh giá và kết luận 70

5.3 Định hướng phát triển 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

PHỤ LỤC 74

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 Mô phỏng điện toán đám mây 13

Hình 2 Các mô hình dịch vụ điện toán đám mây 15

Hình 3 Các mô hình triển khai của điện toán đám mây 17

Hình 4: Các thành phần của một hệ thống điện toán đám mây 24

Hình 5: Vị trí của tầng quản lý và phân phối tài nguyên 25

Hình 6: Cơ sở hạ tầng VMWare 26

Hình 7: Minh họa tổ chức phân cấp tài nguyên trong VMWare vSphere 31

Hình 8: Kiến trúc tầng quản lý và phân phối tài nguyên 34

Hình 9: Phân cấp tài nguyên ảo trong một hệ thống điện toán đám mây 35

Hình 10: Kết nối giữa các thành phần trong hệ thống VMWare 67

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1: Bảng ký hiệu các chữ viết tắt 9

Bảng 2: Điện toán đám mây và điện toán lưới 22

Bảng 3: Các chức năng của dịch vụ quản lý và phân phối tài nguyên 40

Bảng 4: Các URI của các web services 42

Bảng 5: Chức năng truy vấn danh sách các trung tâm dữ liệu 43

Bảng 6: Chức năng truy vấn danh sách các cụm 44

Bảng 7: chức năng truy vấn danh sách Resource Pool 45

Bảng 8: Chức năng truy vấn thông tin chi tiết của một Resource Pool 47

Bảng 9: Chức năng tạo mới một Resource Pool 48

Bảng 10: Chức năng cấu hình lại một Resource Pool 50

Bảng 11: Chức năng xóa một Resource Pool 51

Bảng 12: Chức năng truy vấn danh sách các mẫu máy ảo 52

Bảng 13: Chức năng truy vấn danh sách các máy ảo 54

Bảng 14: Chức năng truy vấn thông tin của một máy ảo 55

Bảng 15: Chức năng tạo mới máy ảo 56

Bảng 16: Chức năng cấu hình lại máy ảo 57

Bảng 17: Chức năng xóa máy ảo 57

Bảng 18: Chức năng đánh dấu một máy ảo như một máy ảo mẫu 58

Bảng 19: Chức năng nhân bản máy ảo từ một mẫu 61

Bảng 20: Chức năng bật máy ảo 62

Bảng 21: Chức năng tắt máy ảo 62

Bảng 22: Chức năng khởi động lại máy ảo 63

Bảng 23: Chức năng khóa một máy ảo 63

Bảng 24: Chức năng tắt hệ điều hành chạy trên máy ảo 64

Bảng 25: Chức năng khởi động lại hệ điều hành chạy trên máy ảo 65

Bảng 26: Chức năng chuyển hệ điều hành chạy trên máy ảo sang chế độ chờ 65

Bảng 27: Các thành phần của nền tảng ảo hóa VMWare cần cài đặt 67

BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT

API Application Programming Interface Giao diện lập trình ứng dụng

IaaS Infrastructure as a Service Dịch vụ cơ sở hạ tầng

PaaS Platform as a Service Dịch vụ nền tảng

REST REpresentational State Transfer Giao thức truyền trạng thái đặc

trưng trong dịch vụ web

SDK Software Development Kit Bộ công cụ phát triển phần mềm URL Uniform Resource Locator Tham chiếu tài nguyên trên

Internet URI Uniform Resource Identifier Định danh tài nguyên đồng nhất VMM Virtual Machine Manager Hệ thống giám sát máy ảo

Bảng 1: Bảng ký hiệu các chữ viết tắt

CHƯƠNG 1 – MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Thời gian gần đây “điện toán đám mây” là một trong những chủ đề được nhắc đến nhiều nhất trong các sự kiện công nghệ Được đánh giá là một trong những xu hướng công nghệ mới và dự đoán sẽ là cơn sóng thần về công nghệ Điện toán đám mây ngày càng được nhiều công ty theo đuổi và sản phẩm của nó cũng ngày càng phong phú Tuy vậy, điện toán đám mây ở Việt Nam vẫn còn khá mới mẻ Một vài công ty bắt đầu đi tiên phong trong lĩnh vực này như IBM, Microsoft, HP, Intel, FPT…Việt Nam là một trong những nước đầu tiên trong khu vực sử dụng điện toán đám mây, đang dần tiếp cận dịch vụ đám mây thông qua các dự án của một số doanh nghiệp nước ngoài như Microsoft, Intel … Công nghệ này được coi là giải pháp cho những vấn đề mà nhiều công ty đang gặp phải như thiếu năng lực công nghệ thông tin, chi phí đầu tư hạn chế…Với khả năng tạo điều kiện cho doanh nghiệp hoạt động hiệu quả, thông minh và tiết kiệm chi phí hơn, việc phát triển và cung cấp các dịch vụ điện toán đám mây ở Việt Nam là xu hướng tất yếu của thời đại

Trong hệ thống dịch vụ điện toán đám mây, tầng phân phối tài nguyên đóng một vai trò quan trong trong việc cấp phát bộ nhớ, máy chủ, bộ vi xử lý, hệ điều hành… nhằm đáp ứng các yêu cầu dịch vụ của khách hàng như để cài đặt phần mềm, cài đặt và sử dụng các nền tảng, và sử dụng cơ sở hạ tầng với các mục đích riêng của khách hàng

Ngoài việc sử dụng cho các dịch vụ điện toán đám mây, giải pháp phân phối tài nguyên cũng có thể ứng dụng trong các doanh nghiệp nhằm ảo hóa hạ tầng công nghệ thông tin, đặc biệt là các công ty tin học Các công ty này có đặc thù là việc đầu tư hạ tầng máy móc cho nhân viên rất tốn kém do yêu cầu phần cứng, phần mềm cho mỗi máy để làm môi trường phát triển cao Với giải pháp ảo hóa cơ sở hạ tầng, doanh nghiệp có lợi trong việc tận dụng tối đa tài nguyên hiện có của doanh nghiệp, cấp phát tài nguyên tùy theo yêu cầu đặc thù công việc của mỗi nhân viên Tiết kiệm chi phí mua bản quyền cho các phần mềm, thay vì mỗi máy cần 1 bản quyền, doanh nghiệp có

thể mua bản quyền không giới hạn và nhân bản trên các máy ảo để cung cấp tới nhân viên Đồng thời, một lợi thế lớn là việc quản lý tập trung dữ liệu trong một trung tâm

dữ liệu thay vì lưu trữ trên các máy tính cá nhân, hạn chế rủi ro trong việc mất dữ liệu

và bảo mật thông tin

1.2.1 Phạm vi nghiên cứu

Trong khuôn khổ luận văn này, học viên sẽ nghiên cứu và phát triển một phần của

hệ thống điện toán đám mây là tầng phân phối tài nguyên (provisioning layer) theo yêu cầu của các dịch vụ điện toán đám mây thông qua mạng internet Phương pháp cài đặt được dự kiến là sử dụng ngôn ngữ lập trình java để truy cập các API (application programming interface – giao diện lập trình ứng dụng) của nhà cung cấp giải pháp ảo hóa cơ sở hạ tầng như VMWare vSphere Nghiên cứu khả năng cài đặt trên nền tảng của các nhà cung cấp giải pháp ảo hóa cơ sở hạ tầng khác như Microsoft Hyper-V, Citrix XEN…

1.3 Bố cục của luận văn

Luận văn được chia thành 5 chương:

 Chương 1 – Mở đầu: chương này sẽ trình bày mục đích và phạm vi nghiên cứu của luận văn

 Chương 2 – Cơ sở lý thuyết: nghiên cứu về ảo hóa và các vấn đề xung quanh điện toán đám mây như khái niệm, các đặc điểm của điện toán đám mây, các mô hình điện toán đám mây và so sánh điện toán đám mây với điện toán lưới

 Chương 3 – Tầng quản lý và phân phối tài nguyên: nghiên cứu về tầng quản

lý và phân phối tài nguyên và vị trí của nó trong hệ thống điện toán đám mây Liệt kê và trình bày một số giải pháp ảo hóa cơ sở hạ tầng

 Chương 4 – Phát triển dịch vụ phân phối tài nguyên: trình bày việc lựa chọn công nghệ để phát triển giải pháp phân phối tài nguyên, thiết kế kiến trúc, chức năng và cài đặt

 Chương 5 – Đánh giá, so sánh và định hướng phát triển: đánh giá kết quả của luận văn, những gì đã làm và chưa làm được So sánh với một số hệ thống phân phối tài nguyên đã được phát triển Định hướng phát triển tiếp theo cho đề tài

CHƯƠNG 2 – KIẾN THỨC CƠ SỞ

2.1 Ảo hóa

Ảo hóa máy chủ là việc xây dựng nhiều phần cứng máy chủ, còn được gọi là

các máy ảo (virtual machine), trên một nền phần cứng vật lý duy nhất Mỗi máy ảo có

một hoặc nhiều bộ vi xử lý (CPU), một không gian bộ nhớ, không gian lưu trữ, thành phần kết nối mạng và các thành phần khác Ngoài ra, máy ảo cũng cần được cài đầy đủ

hệ điều hành để có thể hoạt động Trong các trung tâm lưu trữ dữ liệu (data center), máy ảo có thể được sử dụng như một nơi lưu trữ tài nguyên và nó cho phép cấp phát tài nguyên một cách linh hoạt và chính xác hơn nhiều so với các máy tính vật lý Như vậy trên thực tế, các nhà cung cấp trung tâm lưu trữ dữ liệu cấp phát máy ảo mà không phải các máy tính vật lý cho khách hàng của họ Đây thực ra là một ưu điểm, vì nhờ tính chất ảo này, các máy ảo có thể được di chuyển từ máy tính vật lý này máy khác

mà không bị gián đoạn hoạt động Điều này là không thể đối với các máy tính vật lý thông thường

Hệ thống giám sát máy ảo (VMM), còn được gọi là hệ thống giám sát (hypervisor), có nhiệm vụ phân vùng tài nguyên vật lý và điều phối tài nguyên được sử dụng bởi các máy ảo Một vài hệ thống giám sát dựa trên hệ điều hành máy chủ để quản lý tài nguyên vật lý, trong khi một số hệ thống khác lại được cài đặt trực tiếp lên phần cứng vật lý và điều khiển, giám sát các truy cập vào nền tảng vật lý này Một hệ thống giám sát cao cấp sẽ phải hỗ trợ tính năng “resource overbooking” Tức là, nhiều máy ảo có thể chia sẻ một lõi vi xử lý hoặc tổng số lượng không gian bộ nhớ của các máy ảo có thể vượt quá lượng không gian bộ nhớ vật lý Với chia sẻ tài nguyên theo thời gian, hệ thống đặt lịch (scheduler) được sử dụng để điều phối tài nguyên sử dụng bởi các máy ảo Khi việc sử dụng tài nguyên được cải thiện, thì đồng thời, thời gian để đáp ứng yêu cầu sẽ tăng lên và khả năng chịu lỗi sẽ giảm đi Thông thường, khi đó một

hệ thống giám sát hiệu năng sẽ được sử dụng để phát hiện những vấn đề về hiệu năng

và sử dụng tính năng di chuyển không gián đoạn hoạt động máy ảo để giải quyết một phần vấn đề

Tương tự như những phần mềm phân vùng tài nguyên cài sẵn trong một số hệ điều hành, các máy ảo có thể được tạo ra trong vài giây và số lượng tài nguyên được cấp phát cho mỗi máy ảo có thể được điều chỉnh cho phù hợp với nhu cầu thực sự của khách hàng trong lúc sử dụng Ngoài ra, tính chất ảo của máy ảo còn cho người dùng

sự linh hoạt trong lựa chọn hệ điều hành phù hợp Vì khách hàng có toàn quyền điều khiển phần mềm sử dụng trong máy ảo của họ, nên họ có thể chuyển từ các máy chủ đang hoạt động của họ sang các máy ảo một cách dễ dàng Nhờ vậy, khách hàng có thể hoạt động với một phòng máy chủ nhỏ hơn và với tỷ lệ sử dụng tài nguyên cao hơn Với một chiến lược giám sát hiệu năng phù hợp, các nhà cung cấp hoàn toàn có thể

“overbook resource” để nâng cao hơn nữa tỷ lệ sử dụng tài nguyên

2.2 Điện toán đám mây

dữ liệu gộp lại được gọi là một Đám mây (Cloud) Khi một đám mây được xây dựng sẵn sàng để cung cấp dịch vụ cho mọi người dùng và người dùng chỉ phải trả tiền cho những thứ đã sử dụng (pay-as-you-go) thì đó là Đám mây công cộng (Public Cloud); dịch vụ được bán ở đây là điện toán tiện ích (Utility Computing) Bên cạnh đó, chúng

ta sử dụng thuật ngữ Đám mây riêng (Private Cloud) để nói về các trung tâm dữ liệu nội bộ của một doanh nghiệp hoặc tổ chức và không cung cấp dịch vụ cho người dùng công cộng Tóm lại, Điện toán đám mây là tập hợp của dịch vụ cung cấp và điện toán tiện ích nhưng không bao gồm đám mây riêng Mọi người có thể là người dùng hoặc nhà cung cấp dịch vụ, hoặc là người dùng hoặc nhà cung cấp điện toán tiện ích [2]

Theo Wiki:

Hình 1 Mô phỏng điện toán đám mây

Điện toán đám mây (tiếng Anh: cloud computing), còn gọi là điện toán máy chủ

ảo, là mô hình điện toán sử dụng các công nghệ máy tính và phát triển dựa vào mạng Internet Thuật ngữ "đám mây" ở đây là lối nói ẩn dụ chỉ mạng Internet (dựa vào cách được bố trí của nó trong sơ đồ mạng máy tính) và như một liên tưởng về độ phức tạp của các cơ sở hạ tầng chứa trong nó Ở mô hình điện toán này, mọi khả năng liên quan đến công nghệ thông tin đều được cung cấp dưới dạng các "dịch vụ", cho phép

người sử dụng truy cập các dịch vụ công nghệ từ một nhà cung cấp nào đó "trong đám mây" mà không cần phải có các kiến thức, kinh nghiệm về công nghệ đó, cũng như không cần quan tâm đến các cơ sở hạ tầng phục vụ công nghệ đó Theo tổ chức Xã hội máy tính IEEE "Nó là hình mẫu trong đó thông tin được lưu trữ thường trực tại các máy chủ trên Internet và chỉ được được lưu trữ tạm thời ở các máy khách, bao gồm máy tính cá nhân, trung tâm giải trí, máy tính trong doanh nghiệp, các phương tiện máy tính cầm tay, "[13]

2.1.2 Các đặc điểm cơ bản của điện toán đám mây

Theo NIST (National Institute of Standards and Technology - viện nghiên cứu các tiêu chuẩn và công nghệ quốc gia Hoa Kỳ), điện toán đám mây có 5 đặc điểm cơ bản:

a) Tự phục vụ theo nhu cầu (On-demand self-service)

Mỗi khi có nhu cầu, người dùng chỉ cần gửi yêu cầu thông qua trang web cung cấp dịch vụ, hệ thống của nhà cung cấp sẽ đáp ứng yêu cầu của người dùng Người dùng có thể tự phục vụ yêu cầu của mình như tăng thời gian sử dụng máy chủ, tăng dung lượng lưu trữ… mà không cần phải tương tác trực tiếp với nhà cung cấp dịch vụ, mọi nhu cầu về dịch vụ đều được xử lý trên môi trường web (internet)

b) Truy xuất diện rộng (Broad network access)

Điện toán đám mây cung cấp các dịch vụ thông qua môi trường internet Do đó, người dùng có kết nối internet là có thể sử dụng dịch vụ Hơn nữa, điện toán đám mây

ở dạng dịch vụ nên không đòi hỏi khả năng xử lý cao ở phía máy khách, vì vậy người dùng có thể truy xuất bằng các thiết bị di dộng như điện thoại, IPad, laptop… Với điện toán đám mây người dùng không còn bị phụ thuộc vị trí nữa, họ có thể truy xuất dịch

vụ từ bất kỳ nơi nào, vào bất kỳ lúc nào có kết nối internet

c) Dùng chung tài nguyên (Resource pooling)

Tài nguyên của nhà cung cấp dịch vụ được dùng chung, phục vụ cho nhiều người dùng dựa trên mô hình “multi-tenant” Trong mô hình “multi-tenant”, tài nguyên sẽ được phân phát động tùy theo nhu cầu của người dùng Khi nhu cầu của một khách hàng giảm xuống, thì phần tài nguyên dư thừa sẽ được tận dụng để phục vụ cho một khách hàng khác Ví dụ như khách hàng A thuê 10 CPU mỗi ngày từ 7 giờ đến 11 giờ, một khách hàng B thuê 10 CPU tương tự mỗi ngày từ 13 giờ đến 17 giờ thì hai khách hàng này có thể dùng chung 10 CPU đó

Điện toán đám mây dựa trên công nghệ ảo hóa, nên các tài nguyên đa phần là tài nguyên ảo Các tài nguyên ảo này sẽ được cấp phát động theo sự thay đổi nhu cầu của từng khách hàng khác nhau Nhờ đó nhà cung cấp dịch vụ có thể phục vụ nhiều khách hàng hơn so với cách cấp phát tài nguyên tĩnh truyền thống

d) Khả năng co giãn (Rapid elasticity)

Đây là tích chất đặc biệt nhất, nổi bật nhất và quan trọng nhất của Cloud Computing Đó là khả năng tự động mở rộng hoặc thu nhỏ hệ thống tùy theo nhu cầu của người dùng Khi nhu cầu tăng cao, hệ thống sẽ tự mở rộng bằng cách thêm tài nguyên vào Khi nhu cầu giảm xuống, hệ thống sẽ tự giảm bớt tài nguyên

Ví dụ: khách hàng thuê một Server gồm 10 CPU Thông thường do có ít truy cập nên chỉ cần 5 CPU là đủ, khi đó hệ thống quản lý của nhà cung cấp dịch vụ sẽ tự ngắt bớt 5 CPU dư thừa, khách hàng không phải trả phí cho những CPU dư thừa này (những CPU này sẽ được cấp phát cho các khách hàng khác có nhu cầu) Khi lượng truy cập tăng cao, nhu cầu tăng lên thì hệ thống quản lý của nhà cung cấp dịch vụ sẽ tự

“gắn” thêm CPU vào, nếu nhu cầu tăng vượt quá 10 CPU thì khách hàng phải trả phí cho phần vượt mức theo thỏa thuận với nhà cung cấp

Khả năng co giãn giúp cho nhà cung cấp sử dụng tài nguyên hiệu quả, tận dụng triệt để tài nguyên dư thừa, phục vụ được nhiều khách hàng Đối với người sử dụng dịch vụ, khả năng co giãn giúp họ giảm chi phí do họ chỉ trả phí cho những tài nguyên thực sự dùng

e) Điều tiết dịch vụ (Measured service)

Hệ thống điện toán đám mây tự động kiểm soát và tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên (dung lượng lưu trữ, đơn vị xử lý, băng thông…) Lượng tài nguyên sử dụng

có thể được theo dõi, kiểm soát và báo cáo một cách minh bạch cho cả hai phía nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng

2.1.3 Các mô hình dịch vụ điện toán đám mây

Các dịch vụ đám mây được chia thành 3 loại chính thường được đề cập đến là các dịch vụ ứng dụng, các dịch vụ nền tảng và các dịch vụ cơ sở hạ tầng

(Software-as-a-Service)

Hình 2 Các mô hình dịch vụ điện toán đám mây

a) Các dịch vụ ứng dụng (SaaS – Software-as-a-Service)

Tầng này có lẽ là hầu như quen thuộc với người dùng Web hàng ngày Tầng các dịch vụ ứng dụng này lưu trữ các ứng dụng phù hợp với mô hình SaaS Đây là những ứng dụng chạy trong một đám mây và được cung cấp theo yêu cầu về các dịch vụ cho người dùng Đôi khi các dịch vụ này được cung cấp miễn phí và các nhà cung cấp dịch

vụ tạo ra doanh thu từ những thứ khác như là các quảng cáo Web và nhiều khi các nhà cung cấp ứng dụng tạo ra doanh thu trực tiếp từ việc sử dụng dịch vụ Chúng ta vẫn thường kiểm tra thư bằng Gmail hay Yahoo, gửi các tập tin thuế trực tuyến bằng cách

sử dụng phần mềm Turbo Taxe hay sử dụng Goole Calendar để đặt lịch các cuộc hẹn,

đó chính là dịch vụ ứng dụng trong mô hình của điện toán đám mây Đây chỉ là một vài ví dụ trong hàng ngàn ứng dụng SaaS, các dịch vụ này ngày càng phát triển nhờ

các công nghệ Web

Các ứng dụng được cung cấp qua mô hình SaaS làm lợi cho người tiêu dùng bằng cách giải phóng cho họ khỏi việc cài đặt và bảo trì phần mềm và các ứng dụng có thể được sử dụng thông qua các mô hình cấp phép có hỗ trợ trả tiền để sử dụng các khái

niệm

b) Các dịch vụ nền tảng (PaaS – Platform-as-a-Service)

Đây là tầng ở đó chúng ta thấy cơ sở hạ tầng ứng dụng nổi lên như là một tập hợp các dịch vụ Dịch vụ này nhưng không bị hạn chế tầng giữa như là một dịch vụ, truyền thông như là một dịch vụ, tích hợp như là một dịch vụ, thông tin như là một dịch vụ, kết nối như một dịch vụ, v.v Các dịch vụ ở đây được dành để hỗ trợ cho các ứng dụng Các ứng dụng này có thể đang chạy trong đám mây và chúng có thể đang chạy trong một trung tâm dữ liệu doanh nghiệp truyền thống hơn Để đạt được khả năng mở rộng cần thiết trong một đám mây, các dịch vụ khác nhau được đưa ra ở đây thường được ảo hóa Các ví dụ về các đề nghị trong phần này của đám mây bao gồm các ảnh

ảo của IBM WebSphere Application Server virtual images, Amazon Web Services, Boomi, Cast Iron, và Google App Engine Các dịch vụ nền tảng này cho phép người tiêu dùng chắc chắn rằng các ứng dụng của họ được trang bị để đáp ứng các nhu cầu

của người dùng bằng cách cung cấp cơ sở hạ tầng ứng dụng dựa theo yêu cầu

c) Các dịch vụ cơ sở hạ tầng (IaaS – Infrastructure-as-a-Service)

Tầng đáy của đám mây là tầng các dịch vụ cơ sở hạ tầng Ở đây, chúng ta thấy một tập hợp các tài sản vật lí như các máy chủ, các thiết bị mạng và các đĩa lưu trữ được đưa ra như là các dịch vụ được cung cấp cho người tiêu dùng Các dịch vụ ở đây

hỗ trợ cơ sở hạ tầng ứng dụng - bất kể cơ sở hạ tầng đó đang được cung cấp qua một đám mây hay không- và nhiều người tiêu dùng hơn Cũng như với các dịch vụ nền tảng, sự ảo hóa là một phương pháp thường được sử dụng để tạo ra chế độ phân phối các nguồn tài nguyên theo yêu cầu Ví dụ về các dịch vụ cơ sở hạ tầng bao gồm

VMware, IBM Bluehouse, Amazon EC2, Microsoft Azure Platform, Sun ParaScale

Cloud Storage và nhiều hơn nữa

Các dịch vụ cơ sở hạ tầng tập trung vào vấn đề trang bị đúng các trung tâm dữ liệu bằng cách đảm bảo công suất điện toán khi cần thiết Ngoài ra, do thực tế là các kỹ thuật ảo hóa thường được sử dụng trong tầng này, nên có thể thấy rõ sự tiết kiệm chi

phí do việc sử dụng nguồn lực hiệu quả mang lại

2.1.4 Các mô hình triển khai dịch vụ điện toán đám mây

Các đám mây cong cộng cố gắng cung cấp cho người tiêu dùng với các phần tử công nghệ thông tin tốt nhất Cho dù đó là phần mềm, cơ sở hạ tầng ứng dụng hoặc cơ

sở hạ tầng vật lý, nhà cung cấp đám mây chịu trách nhiệm về cài đặt, quản lý, cung cấp và bảo trì Khách hàng chỉ chịu phí cho các tài nguyên nào mà họ sử dụng, vì thế cái chưa sử dụng được loại bỏ

Tất nhiên điều này liên quan đến chi phí Các dịch vụ này thường được cung cấp với "quy ước về cấu hình," nghĩa là chúng được phân phối với ý tưởng cung cấp các

trường hợp sử dụng phổ biến nhất Các tùy chọn cấu hình thường là một tập hợp con nhỏ hơn so với những gì mà chúng đã có nếu nguồn tài nguyên đã được người tiêu dùng kiểm soát trực tiếp Một điều khác cần lưu ý là kể từ khi người tiêu dùng có quyền kiểm soát một chút trên cơ sở hạ tầng, các quy trình đòi hỏi an ninh chặt chẽ và tuân thủ quy định dưới luật không phải lúc nào cũng thích hợp cho các đám mây chung

Các đám mây riêng đưa ra nhiều lợi thế hơn so với loại chung Việc kiểm soát chi tiết hơn trên các tài nguyên khác nhau đang tạo thành một đám mây mang lại cho công

ty tất cả các tùy chọn cấu hình có sẵn Ngoài ra, các đám mây riêng là lý tưởng khi các kiểu công việc đang được thực hiện không thiết thực cho một đám mây chung, do đúng với các mối quan tâm về an ninh và về quản lý

c) Các đám mây lai

Là một sự kết hợp của các đám mây công cộng và riêng Những đám mây này thường do doanh nghiệp tạo ra và các trách nhiệm quản lý sẽ được phân chia giữa doanh nghiệp và nhà cung cấp đám mây công cộng Đám mây lai sử dụng các dịch vụ

có trong cả không gian công cộng và riêng

Các đám mây lai là câu trả lời khi một công ty cần sử dụng các dịch vụ của cả hai đám mây riêng và công cộng Theo hướng này, một công ty có thể phác thảo các mục tiêu và nhu cầu của các dịch vụ và nhận được chúng từ đám mây công cộng hay riêng, khi thích hợp Một đám mây lai được xây dựng tốt có thể phục vụ các quy trình nhiệm vụ-tới hạn, an toàn, như nhận các khoản thanh toán của khách hàng, cũng như những thứ là không quan trọng bằng kinh doanh, như xử lý bảng lương nhân viên

Hạn chế chính với đám mây này là sự khó khăn trong việc tạo ra và quản lý có hiệu quả một giải pháp như vậy Phải có thể nhận được và cung cấp các dịch vụ lấy từ các nguồn khác nhau như thể chúng có nguồn gốc từ một chỗ và tương tác giữa các thành phần riêng và chung có thể làm cho việc thực hiện thậm chí phức tạp hơn nhiều

Do đây là một khái niệm kiến trúc tương đối mới trong điện toán đám mây, nên cách thực hành và các công cụ tốt nhất về loại này tiếp tục nổi lên và bất đắc dĩ chấp nhận

mô hình này cho đến khi hiểu rõ hơn

2.1.5 Ƣu – nhƣợc điểm của điện toán đám mây

a) Các lợi ích của điện toán đám mây

Điện toán đám mây có thể đem lại những lợi ích to lớn cho người sử dụng như:

 Tốc đô ̣ xử lý nhanh , cung cấp cho người dù ng những di ̣ch vu ̣ nhanh chóng

và giá thành rẻ dựa trên nền tảng cơ sở hạ tầng tập trung (đám mây)

 Chi phí đầu tư ban đầu về cơ sở ha ̣ tầng , máy móc và nguồn nhân lự c của người sử du ̣ng điê ̣n toán đám mây được giảm đến mức thấp nhất

 Không còn phu ̣ thuô ̣c vào thiết bi ̣ và vi ̣ trí đi ̣a lý , cho phép người dùng truy

câ ̣p và sử du ̣ng hê ̣ thống thông qua trình duyê ̣t web ở bất kỳ đâu và trên bất

kỳ thiết bị nào mà họ sử dụng (chẳng hạn là PC hoă ̣ c là điê ̣n thoa ̣i di

– Khả năng khai thác và hiệu suất được cài thiện hơn 10-20% so với

hê ̣ thống máy tính cá nhân thông thường

 Với đô ̣ tin câ ̣y cao , không chỉ giành cho người dùng phổ thông , điê ̣n toán đám mây phù hợp với các yêu cầu cao và liên tu ̣c của các công ty kinh

doanh và các nghiên cứu khoa ho ̣c Tuy nhiên, mô ̣t vài di ̣ch vu ̣ lớn của điê ̣n toán đám mây đôi khi rơi vào trạng thái quá tải , khiến hoa ̣t đô ̣ng bi ̣ ngưng trê ̣ Khi rơi vào tra ̣ng thái này , người dùng không có khả năng để xử lý các sự cố mà phải nhờ vào các chuyên gia từ đám mây tiến hành xử lý

 Khả năng mở rộng được , giúp cải thiện chất lượng các dịch vụ được cung cấp trên “đám mây”

 Khả năng bảo mật được cài thiện do sự tập trung về dữ liệu

 Các ứng dụng của điện toán đám mây dễ dàng để sửa chữa hơn bởi lẽ chúng không được cài đă ̣t cố đi ̣nh trên mô ̣t má y tính nào Chúng cũng dễ dàng hỗ trơ ̣ và cài thiê ̣n về tính năng

 Tài nguyên sử dụng của điện toán đám mây luôn được quản lý và thống kê trên từng khách hàng và ứng dụng , theo từng ngày , từng tuần, từng tháng

Điều này đảm bảo cho viê ̣c đi ̣nh lượng giá cả của mỗi di ̣ch vu ̣ do điê ̣n toán đám mây cung cấp để người dùng có thể lựa cho ̣n phù hợp

b) Nhược điểm của điện toán đám mây

 Tính riêng tư: Các thông tin người dùng và dữ liệu được chứa trên điện toán

đám mây có đảm bảo được riêng tư, và liệu các thông tin đó có bị sử dụng vì

mô ̣t mu ̣c đích nào khác?

 Tính sẵn dùng : Liê ̣u các di ̣ch vu ̣ đám mây có bi ̣ “t reo” bất ngờ , khiến cho

người dùng không thể truy câ ̣p các di ̣ch vu ̣ và dữ liê ̣u của mình trong những khoảng thời gian nào đó khiến ảnh hưởng đến công việc ?

 Mất dữ liê ̣u : Mô ̣t vài di ̣ch vu ̣ lưu trữ dữ liê ̣u trực tuyến trên đám mây bất ngờ ngừng hoa ̣t đô ̣ng hoă ̣c không tiếp tu ̣c cung cấp di ̣ch vu ̣, khiến cho người dùng phải sao lưu dữ liệu của họ từ “đám mây” về máy tính cá nhân Điều này sẽ mất nhiều thời gian Thâ ̣m chí mô ̣t vài trường hợp , vì một lý do nào đó, dữ liê ̣u người dùng bi ̣ mất và không thể phu ̣c hồi được

 Tính di động của dữ liệu và quyền sở hữu : Mô ̣t câu hỏi đă ̣t ra , liê ̣u người

dùng có thể chia sẻ dữ liệu từ dịch vụ đám mây này sang dịch vụ của đámmây khác ? Hoă ̣c trong trường hợp không muốn tiếp tu ̣c sử du ̣ng di ̣ch vu ̣ cung cáp từ đám mây , liê ̣u người dùng có thể sao lưu toàn bô ̣ dữ liê ̣u của ho ̣ từ đám mây? Và làm cách nào để người dùng có thể chắc chắn rằng các dịc h

vụ đám mây sẽ không hủy toàn bộ dữ liệu của họ trong trường hợp dịch vụ ngừng hoa ̣t đô ̣ng

 Khả năng bảo mật : Vấn đề tâ ̣p trung dữ liê ̣u trên các “đám mây” là cách

thức hiê ̣u quả để tăng cường bảo mâ ̣t , nhưng mă ̣t khác cũng lại chính là mối

lo của người sử du ̣ng di ̣ch vu ̣ của điê ̣n toán đám mây Bởi lẽ mô ̣t khi các đám mây bi ̣ tấn công hoă ̣c đô ̣t nhâ ̣p , toàn bộ dữ liệu sẽ bị chiếm dụng Tuy nhiên, đây không thực sự là vấn đề của riêng “điê ̣n toá n đám mây” , bởi lẽ tấn công đánh cắp dữ liê ̣u là vấn đề gă ̣p phải trên bất kỳ môi trường nào , ngay cả trên các máy tính cá nhân

2.1.6 So sánh điện toán đám mây và điện toán lưới

Đã có nhiều cuộc tranh luận xoay quanh sự phát triển của Điện toán đám mây

và một trong những điểm quan trọng nhất liên quan đến Điện toán lưới Một số ý kiến cho rằng Điện toán đám mây và Điện toán lưới là 2 khái niệm giống nhau trong khi một số ý kiến khác cho rằng Điện toán đám mây là mở rộng của điện toán lưới Để có thể tìm ra câu trả lời, trước hết chúng ta cần tóm lược 1 số khái niệm để hiểu Điện toán lưới là gì

Điện toán lưới là một xu hướng phát triển từ tính toán song song, phân tán và tính toán hiệu năng cao trước đó Theo [IBM_CC], thuật ngữ điện toán lưới bao hàm

việc phân chia một tác vụ tính toán lớn thành nhiều tác vụ nhỏ hơn và thực thi đồng thời trên nhiều máy chủ Wikipedia cung cấp một định nghĩa rộng và ít được trích dẫn hơn trong đó mô tả điện toán lưới như “một dạng của điện toán phân tán ở đó một siêu máy tính ảo hình thành từ một nhóm các máy tính nối mạng, riêng rẽ nhưng hoạt động cùng nhau để thực hiện những tác vụ lớn”

RAD và Berkeley tổng kết một cách ngắn gọn rằng điện toán lưới hỗ trợ những giao thức chia sẻ tính toán ở khoảng cách lớn tuy nhiên những giao thức và giải pháp phần mềm này không phát triển dựa trên cộng đồng của chúng

Theo IBM, ưu điểm chính ở đây là điện toán đám mây không chỉ có thể phân chia tác vụ tính toán lớn thành nhiều tác vụ nhỏ hơn mà còn hỗ trợ các môi trường

“phi lưới” khác (“non-grid”) như kiến trúc ứng dụng web 3 tầng (giao diện người dùng

- logic ứng dụng - cơ sở dữ liệu, ví dụ mô hình MVC) áp dụng cho những ứng dụng Web chuẩn hoặc Web 2.0 Như vậy có thể thấy, IBM nhấn mạnh rằng các website cộng đồng lớn cần nhiều tài nguyên có thể được xây dựng và chạy một cách hiệu quả dựa trên nền kiến trúc điện toán đám mây

Như vậy ta có thể thấy một số điểm tương đồng giữa điện toán đám mây và điện toán lưới theo những định nghĩa ở trên Vậy điểm khác biệt là gì? Bảng sau đây

mô tả một số điểm khác biệt về mặt kỹ thuật giữa điện toán đám mây và điện toán lưới [5]

Tiêu chí đánh giá Điện toán lưới Điện toán đám mây

Phương pháp thực hiện Cấp phát nhiều máy chủ

thực thi một tác vụ

Ảo hóa máy chủ, một máy chủ có thể thực hiện nhiều tác vụ đồng thời

Mẫu sử dụng điển hình Thường được sử dụng cho

việc thực thi một công việc, ví dụ thực thi một chương trình tính toán trong 1 khoảng thời gian nhất định

Thường được sử dụng để cung cấp các dịch vụ, thời gian thực thi thường không xác định

Độ trừu tượng Mức độ chi tiết cao Ví dụ,

thực hiện một công việc tính toán cần bao nhiêu máy tính tham gia, mỗi máy tính thực hiện công việc gì, trong thời gian bao

Thường có độ trừu tượng cao

lâu, …

Bảng 2: Điện toán đám mây và điện toán lưới

Một số nghiên cứu khác cũng kết luận rằng điện toán đám mây sẽ kết hợp những ưu điểm của điện toán lưới để trở thành một điểm truy cập duy nhất cho tất cả các nhu cầu tính toán của khách hàng

Do vậy có thể kết luận rằng điện toán lưới là xuất phát điểm của điện toán đám mây Điện toán đám mây đại diện cho xu hướng triển khai các tài nguyên công nghệ thông tin từ cơ sở hạ tầng tính toán, lưu trữ đến những ứng dụng nghiệp vụ thành các dịch vụ cung cấp cho người sử dụng

CHƯƠNG 3 – TẦNG QUẢN LÝ VÀ PHÂN PHỐI TÀI NGUYÊN 3.1 Định nghĩa

Điện toán đám mây có thể cung cấp các dịch vụ ở các mức khác nhau như dịch vụ

cơ sở hạ tầng, dịch vụ nền tảng và dịch vụ ứng dụng Trong đó, dịch vụ cơ sở hạ tầng

và phần căn bản quan trong nhất trong điện toán đám mây Không có nó, các dịch vụ khác sẽ không thể tồn tại Hiệu năng của dịch vụ cơ sở hạ tầng quyết định hiệu năng hoạt động của toàn hệ thống Đó là tốc độ của CPU, dung lượng bộ nhớ, băng thông mạng hay tốc độ đĩa cứng, những tài nguyên này được gọi là tài nguyên ảo, là chìa khóa của điện toán đám mây

Trong môi trường điện toán đám mây hay môi trường ảo hóa, phần cứng được chia sẻ giữa các máy ảo để có thể đạt được hiệu năng tốt nhất Điều này phụ thuộc rất lớn vào một hệ thống được gọi là dịch vụ quản lý và phân phối tài nguyên Hệ thống này sẽ bao gồm các hệ thống giám sát máy ảo làm nền tảng ảo hóa và các dịch vụ xử

lý, tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên và thay đổi, mở rộng để phù hợp với các dịch vụ điện toán đám mây mà nhà cung cấp muốn bán Như đã biết ở chương 2, một đặc tính quan trọng của điện toán đám mây là khả năng tự phục vụ theo nhu cầu, dịch vụ quản

lý và phân phối tài nguyên sẽ cung cấp các API cho phép người dùng (kỹ thuật viên hay người dùng cuối) có thể tạo các yêu cầu dịch vụ như tạo vùng tài nguyên, các máy

ảo, cấu hình phần cứng, bố nhớ, CPU hay các thông tin mạng như địa chỉ IP, DNS, Gateway, xóa hay thực hiện tác tác vụ trên chúng như bật, tắt máy ảo… và quản lý các tài nguyên ảo

3.2 Vị trí của tầng quản lý và phân phối tài nguyên trong điện toán

đám mây

Chưa có một kiến trúc nào được coi là đầy đủ cho một hệ thống điện toán đám mây, đơn giản bởi vì các thành phần của một hệ thống đám mây phụ thuộc vào các dịch vụ mà những người sản xuất muốn cung cấp Dưới đây, tôi đưa ra một mô hình điện toán đám mây với các thành phần cơ bản nhất

Người sử dụng

dịch vụ

Các dịch vụ ứng dụng

Các dịch vụ hỗ trợ và quản lý Nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây

Website thương mại điện tử

(bao gồm danh mục các dịch vụ cung cấp, giá tiền, cho phép truy cập tới tài nguyên, tự phục vụ theo nhu cầu

Thanh toán Tính tiền

 Các dịch vụ đám mây: các dịch vụ và nhà cung cấp sẽ bán như là ứng dụng, nền tảng và cơ sở hạ tầng

 Các dịch vụ nghiệp vụ và hỗ trợ quản lý: như là website thương mại điện tử, quản lý và phân phối tài nguyên, tính tiền, hay bảo mật…

 Cơ sở hạ tầng: hệ thống phần cứng bao gồm máy chủ, mạng và các thiết bị lưu trữ

Dịch vụ quản lý và phân phối tài nguyên là một trong các dịch vụ hỗ trợ của hệ thống điện toán đám mây Nó là tầng tương tác với hệ thống cơ sở hạ tầng, làm trung gian để cung cấp các tài nguyên theo yêu cầu của người sử dụng dịch vụ hay các kỹ thuật viên Đồng thời, nó cung cấp dữ liệu cho các hệ thống khác như là tính tiền, điều khiển hay ghi nhật ký sử dụng trên cơ sở các yêu cầu dịch vụ của người dùng

Vị trí của tầng quản lý và phân phối tài nguyên có thể được mô tả như hình vẽ sau:

Quản lý và phân phối tài nguyên

Cơ sở hạ tầng

Máy chủ Lưu trữ Mạng

Website thương mại điện tử

(bao gồm danh mục các dịch vụ cung cấp, giá tiền, cho phép truy

cập tới tài nguyên, tự phục vụ theo nhu cầu

Các dịch vụ ứng dụng Các dịch vụ nền tảng

Các dịch vụ

Các dịch vụ cơ sở hạ tầng

Các dịch vụ khác

Quản lý bản quyền

Đo lường

Hình 5: Vị trí của tầng quản lý và phân phối tài nguyên

Tầng phân phối tài nguyên là tầng duy nhất tương tác trực tiếp với cơ sở hạ tầng trong điện toán đám mây để quản lý và phân phối tài nguyên cho các ứng dụng trên toàn hệ thống điện toán đám mây Nhờ đó, hệ thống có thể quản lý được tài nguyên mà mỗi người sử dụng yêu cầu làm căn cứ cho việc tính tiền và cung cấp thông tin hỗ trợ tới người dùng

3.3 Một số giải pháp ảo hóa cơ sở hạ tầng

virtualization_villa.pdf

Có nhiều nhà cung cấp các giải pháp ảo hóa cơ sở hạ tầng Trong phần này, tôi

sẽ trình bày một số các nền tảng ảo hóa được sử dụng phổ biến nhất như VMWare vSphere, Citrix XEN, Microsoft Hyper-V…

3.3.1 VMWare

VMWare là công ty hàng đầu trong lĩnh vực cung cấp các giải pháp ảo hóa Từ ứng dụng desktop tới các trung tâm dữ liệu VMWare đi tiên phong trong việc giải quyết các thách thức trong việc biên dịch mã nhị phân Giải pháp ảo hóa của VMWare bao gồm các thành phần sau:

 VMWare Player: phiên bản miễn phí của VMWare, có thể chạy trên các thiết bị ảo của máy khách hay các máy ảo khác được tạo ra từ các sản phẩm của nhưng bản thân nó không thể tạo mới các máy ảo Nó hỗ trợ các hệ điều hành từ 32-64 bit, và chia sẻ các tập tin giữa máy khách và máy trạm (guest

và host) bằng cách kéo thả

 VMWare Server ( hay VMWare GSX Server trước đây): cũng miễn phí, là

bộ phần mềm ảo hóa dành cho máy chủ phân khúc sơ cấp VMWare Server

có thể tạo mới, sửa đổi cấu hình, bật tắt các máy ảo Nó sử dụng mô hình khách-chủ (client-server), cho phép truy cập từ xa tới các máy ảo Nó hỗ trợ đóng gói môi trường, mỗi một máy ảo được lưu trên chỉ 1 tập tin

 VMWare Workstation: Giải pháp ảo hóa VMWare Desktop Bộ phần mềm này cho phép người sử dụng có thể cài đặt nhiều máy tính ảo x86 và x86-64

và sử dụng một hoặc nhiều hơn các máy ảo cùng một lúc với các hệ điều hành khác nhau

 VMWare Infrastructure: Giải pháp ảo hóa của VMWare cho các doanh nghiệp Nó bao gồm:

Hình 6: Cơ sở hạ tầng VMWare

– VMWare ESX: hệ thống giám sát máy ảo VMWare

– VMware Virtual Simmetric Multi-Processing (Đa xử lý): cho phép một máy ảo có thể sử dụng tới 4 bộ vi xử lý (CPU) Chỉ có VMWare mới cung cấp tính năng này

– VMware virtual machine storage technology (Công nghệ lưu trữ máy ảo VMWare): tốc đổ xử lý cao, hệ thống tập tin được phân cụm, cho phép một kho lưu trữ có thể được truy cập từ nhiều máy ảo khác nhau cùng lúc

– VMware Distribuited Resource Scheduler (bộ lập lịch tài nguyên phân tán): tự động gán và điều chỉnh các tài nguyên theo yêu cầu – VMware High Availability (Tính sẵn sang cao): độ sẵn sàng cao cho môi trường công nghệ thông tin ảo mà không cần đến các giải pháp phân cụm truyền thống phức tạp và đắt tiền

– VMWare VMotion: có thể chuyển các máy ảo đang chạy từ một máy chủ vật lý này sang một máy khác mà không tác động đến người dùng cuối

– VMWare Storage VMotion: có thể điều chỉnh dung lượng lưu trữ trên đĩa thông qua các tập hợp thiết bị lưu trữ

3.3.2 Microsoft Hyper-V

Trước đây được biết đến với cái tên Windows Server Virtualization và tên mã Viridian, Hyper-V là công nghệ ảo hoá server thế hệ mới của Microsoft và là thành phần quan trọng trong hệ điều hành Windows Server 2008

Với Hyper-V, Microsoft cung cấp một nền tảng ảo hóa mạnh và linh hoạt, có thể đáp ứng nhu cầu ảo hóa mọi cấp độ cho môi trường doanh nghiệp

Hyper-V cho phép các máy ảo khai thác lượng bộ nhớ rất lớn, các bộ xử lý đa nhân mạnh mẽ, các giải pháp lưu trữ động, và thế hệ mới của mạng tốc độ cao Điều

đó có nghĩa ngay cả những ứng dụng máy chủ quan trọng cần nhiều tài nguyên cũng trở thành những ứng viên khả thi cho việc hợp nhất và ảo hóa thay vì yêu cầu các máy chủ dành riêng

Microsoft Hyper-V hỗ trợ phân đoạn độc lập Một phân đoạn là mọt đơn vị tách biệt, hỗ trợ bởi hệ thống giám sát mà các hệ điều hành được thực thi Một hệ thống giám sát phải có ít nhất một phân đoạn cha, chạy Windows Server 2008 Ngăn xếp ảo hóa chạy trong phân đoạn cha và có truy cập trực tiếp với các thiết bị phần cứng Phân đoạn cha sau đó sẽ sinh ra các phân đoạn con để đặt các hệ điều hành ảo Một phân đoạn ảo không truy cập tới bộ xử lý vật lý, cũng không xử lý các tương tranh thực Thay vì đó, nó có một khung nhìn ảo của bộ xử lý và chay trong địa chỉ ảo Các phân đoạn con không truy cập trực tiếp tới các tài nguyên phần cứng, nhưng thay vì đó có

một khung nhìn ảo của các tài nguyên trong các thiết bị ảo Bất kỳ yêu cầu tới các thiết

bị ảo được chuyển trực tiếp tới các thiết bị trong phân đoạn cha thông qua VMBus VMBus là kênh có thể kích hoạt giao tiếp giữa các phân đoạn trong

Kết quả trả lời cho các yêu cầu trên cũng được chuyển trực tiếp thông qua VMBus Các thiết bị ảo cũng có thể sử dụng sự ưu việt của tính năng ảo hóa máy chủ Windows, tên là Enlightened I/O, cho lưu trữ, mạng và các hệ thống đồ họa con Enlightened I/O là được cài đặt ảo dành riêng cho các giao thức giao tiếp bậc cao như

là SCSI để tận dụng ưu điểm của VMBus một cách trực tiếp, làm cho việc giao tiếp hiệu quả hơn Tuy nhiên, nó yêu cầu hệ điều hành được cài đặt trên máy ảo phải hỗ trợ Enlightened I/O

3.3.3 Citrix XEN

Nền tảng ảo hóa XEN là công nghệ được biết đến rộng rãi như là phần mềm ảo hóa nhanh và an toàn nhất trong lĩnh vực công nghiệp XEN mang lại tốc độ xử lý gần như nguyên bản cho các máy chủ ảo, được thiết kế để các máy chủ ảo đạt hiệu quả cao nhất và hoạt động gần như liên tục XEN được tạo ra bởi Phòng thí nghiệm máy tính trường đại học Cambridge và ngày nay được phát triển và bảo trì bởi XEN như một phần mềm miễn phí, bản quyền thuộc GNU General Public License

3.4 Một số sản phẩm về quản lý và phân phối tài nguyên đã đƣợc

phát triển

3.4.1 vCloud của WMWare

vCloud là một phần mềm hỗ trợ các lập trình viên trong việc thực hiện các tác

vụ tương tác với VMWare thông qua web services REST vCloud khách – chủ giao tiếp với nhau thông qua HTTP (HyperText Transfer Protocol - giao thức truyền tải siêu văn bản), các đối tượng của vCloud được truyền đi dưới định dạng XML

Các giao thức:

 GET: nhận thông tin của một đối tượng

 POST: tạo một đối tượng

 PUT: thay đổi một đối tượng

 DELETE: xóa một đối tượng

vCloud hỗ trợ việc tải lên/xuống các định dạng ảo mở (OVF – Open Virtualization Format) và các tập tin ảnh từ máy trạm tới các máy ảo Nó cũng hỗ trợ việc sao chép các ứng dụng ảo, các mẫu ứng dụng hay các tập tin giúp triển khai việc cài đặt máy ảo và các ứng dụng trên đó, cấu hình các thông tin mạng cần thiết và quản

lý các máy ảo được tạo ra

vCloud là phần mềm bản quyền, để sử dụng, người dùng cần mua bản quyền Giá cả của nó tùy thuộc vào số lượng máy ảo mà người dùng muốn triển khai và quản

lý thích hợp cho các doanh nghiệp nhỏ muốn triển khai ngay cơ sở hạ tầng ảo mà không phát triển thêm hay cung cấp dịch vụ điện toán đám mây Giá tham khảo cho một phần mềm vCloud để quản lý 25 máy ảo là $3750

3.4.2 Tivoli Provisioning Manager của IBM

Tivoli Provisioning Manager (TPM) của IBM là sản phẩm cho phép tạo và quản lý cơ sở hạ tầng động bằng cách tự động quản lý các máy chủ vật lý, các máy chủ

ảo, các phần mềm, việc lưu trữ và các hệ thống mạng

TPM cung cấp cho các doanh nghiệp một giải pháp để quản lý môi trường ảo hóa của họ dễ dàng hơn Họ có thể triển khai một máy ảo chỉ trong vài giây và hàng nghìn máy ảo đồng thời

TPM còn hỗ trợ cả cho việc triển khai trên cơ sở hạ tầng hỗn tạp Đó là khả năng hỗ trợ hệ thống phần cứng ảo khác nhau từ một hệ thống quản lý duy nhất - có thể sử dụng các giải pháp ảo hóa cơ sở hạ tầng của VMware, PowerVM, và Xen và quản lý chúng trên cùng một giao diện điều khiển

Cũng như vCloud, TPM là phần mềm bản quyền, giá tham khảo cho 1 bộ sản phẩm khoảng $1000 với sự hỗ trợ 12 tháng

vCloud không hỗ trợ API dưới dạng web services mà chỉ hỗ trợ giao diện ứng dụng Do đó, cũng chỉ thích hợp dùng cho doanh nghiệp muốn triển khai cơ sở hạ tầng

ảo hóa trong nội bộ doanh nghiệp

Các tính năng, ưu điểm và lợi ích của TPM được mô tả chi tiết ở website của IBM: http://www-01.ibm.com/software/tivoli/products/prov-mgr/features.html

CHƯƠNG 4 – PHÁT TRIỂN DỊCH VỤ QUẢN LÝ VÀ PHÂN PHỐI TÀI NGUYÊN

4.1 Lựa chọn công nghệ

4.1.1 Sử dụng REST trong thiết kế các Web Service

REST được viết tắt bởi Representational State Transfer được giới thiệu đầu tiên

năm 2000 Là cách thiết kế kiến trúc phần mềm cho các hệ thống phân phối Được viết dưới dạng một Servlet để trả lời các yêu cầu dưới định dạng HTTP Dịch vụ REST nhận các yêu cầu HTTP và chuyển đổi chúng thành các dữ liệu đầu vào để thực hiện một nhiệm vụ nào đó Tùy thuộc vào yêu cầu được gửi đi, nó sẽ trả về dữ liệu phù hợp

từ Servlet

Các đặc điểm chính của REST:

 Trong REST, mỗi một đối tượng tài nguyên sẽ được xác định bởi một định danh Thông qua HTTP, mỗi đối tượng này sẽ có các đặc tả dưới dạng URI (Uniform Resource Identifier – Định danh tài nguyên đồng nhất) của

nó

 Các tài nguyên được tổ chức phân cấp với các URI của nó

 REST hỗ trợ các phương thức GET, POST, PUT, DELETE trên HTTP để thực hiện các tác vụ của nó đối với tài nguyên

 Các đối tượng tài nguyên trong REST được hỗ trợ đặc tả bằng nhiều kiểu dữ liệu khác nhau như XML, JSON, XHTML…

REST là giải pháp tốt để ứng dụng vào việc phát triển dịch vụ quản lý và phân phối tài nguyên vì:

 Trong môi trường điện toán đám mây, các thiết bị được ảo hóa và nhóm thành các kiểu tài nguyên ảo khác nhau như là máy ảo, lưu trữ dữ liệu ảo, mảng ảo Tất cả các tài nguyên này có thể được định danh và gán với một URI xác định

 Các tài nguyên trong điện toán đám mây có thể được tổ chức phân cấp phù hợp với đặc điểm của REST như là:

– Chia các tài nguyên thành nhiều trung tâm dữ liệu ảo (Virtual Data Center)

– Chia các trung tâm dữ liệu ảo thành các cụm dữ liệu ảo (Virtual Cluster)

– Chia các cụm dữ liệu ảo thành các vùng dữ liệu ảo (Resource Pool) – Trong các Resource Pool sẽ chứa các máy ảo

Hình dưới đây minh họa phân cấp tài nguyên mà chúng ta có thể tổ chức trong VMWare vSphere:

Hình 7: Minh họa tổ chức phân cấp tài nguyên trong VMWare vSphere

 Trong môi trường ảo hóa, các thao tác trên tài nguyên chủ yếu là tạo mới, cấu hình lại/sửa đổi, truy vấn thông tin và xóa tài nguyên Vì thế các phương thức của HTTP là POST, PUT, GET, DELETE phù hợp với các thao tác này

 Các thuộc tính của tài nguyên có thể được mô tả dưới dạng XML, JSON, XHTML…

 Trong môi trường ảo hóa, các thao tác trên tài nguyên không làm thay đổi định danh của chúng Vì thế các thao tác trên tài nguyên có thể được thiết kế như các phiên làm việc không xung đột

4.1.2 Giải pháp ảo hóa cơ sở hạ tầng VMWare vSphere

Như đã được trình bày trong chương 3, có nhiều giải pháp ảo hóa cơ sở hạ tầng Trong luận văn này, tôi sử dụng giải pháp ảo hóa cơ sở hạ tầng của VMWare vSphere

vì các lý do sau:

 VMWare là tổ chức có uy tín lâu năm trong lĩnh vực ảo hóa

 VMWare vSpherec cung cấp các API để làm việc với cơ sở hạ tầng ảo dưới dạng web service, được đặt trên máy chủ vCenter và ESX Các API này cung cấp đầy đủ các thao tác cần thiết để điều khiển và quản lý các thành phần trong cơ sở hạ tầng ảo như là các tài nguyên tính toán, các máy ảo, tài nguyên mạng, lưu trữ

 VMWare vSphere cung cấp giao diện tương tác để ảo hóa cơ sở hạ tầng dưới nhiều dạng:

– vSphere Client: cung cấp giao diện dưới dạng desktop để quản lý và phân phối tài nguyên bằng tay

– vSphere Power CLI (Command-Line Interface): cung cấp giao diện tương tác dưới dạng các dòng lệnh

– vSphere Web Service SDK: cung cấp các API dưới dạng web service

để hỗ trợ các hệ thống điện toán đám mây trong lập trình tự động ảo hóa, quản lý, phân phối tài nguyên và tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên

 VMWare vSphere hỗ trợ hệ thống tài liệu đầy đủ:

– Các tài liệu hướng dẫn cài đặt, – Các tài liệu hướng dẫn lập trình, – Các tài liệu hướng dẫn thao tác với tài nguyên, – Một số ví dụ được viết bằng Java và C#

 VMWare vSphere ESX là miễn phí

 VMWare vSphere Client có bản dùng thử 45 ngày (phục vụ cho quá trình kiểm thử hệ thống ở giai đoạn cuối của luận văn)

Các kiểu tài nguyên trong vSphere bao gồm:

 Trung tâm dữ liệu ảo (Virtual Data Center)

 Cụm dữ liệu (Cluster)

 Vùng dữ liệu (Resource Pool)

 Lưu trữ dữ liệu (Data Store)

 Máy ảo (Virtual Machine)

 Mẫu mấy ảo (Template)

 Mạng (Network)

4.1.3 Ngôn ngữ lập trình Java

Ngôn ngữ lập trình được sử dụng trong luận văn này để phát triển dịch vụ quản

lý và phân phối tài nguyên là Java vì:

 Java là ngôn ngữ lập trình bậc cao, mạnh và có thể chạy trên nhiều nền tảng khác nhau

 Là ngôn ngữ lập trình mã nguồn mở nên dễ tìm kiếm tài liệu và các hướng dẫn lập trình

 Vì vSphere web service SDK có các ví dụ minh họa trong sách hướng dẫn lập trình bằng Java

 Chủ sở hữu của Java là Sun có hỗ trợ một công nghệ rất mạnh để có thể làm việc với REST web service thân thiện và chuyên nghiệp là Sun Jersey

 Vì học viên có nhiều năm kinh nghiệm với ngôn ngữ lập trình Java nên sẽ thuận lợi hơn trong quá trình viết các ví dụ minh họa cho luận văn

4.2 Thiết kế kiến trúc tổng quan

4.2.1 Kiến trúc

Có nhiều lý do giải thích vì sao cần thiết phải phát triển dịch vụ quản lý và phân phối tài nguyên đáp ứng được một hệ thống cung cấp dịch vụ điện toán đám mây với API của nhiều hệ thống giám sát máy ảo (hypervisor) khác nhau như VMWare ESX/ESXi, Microsoft Hyper-V, Citrix XEN server… như là:

 Các ứng dụng/dịch vụ khác nhau khi chạy trên các hệ thống hypervisor khác nhau sẽ có được sự hỗ trợ hay tốc độ khác nhau

 Một hệ thống giám sát không thể thỏa mãn hết mọi yêu cầu cho các hệ thống dịch vụ điện toán đám mây mà được thiết kế chức năng và dịch vụ phong phú

 Một số yêu cầu hệ thống hay yêu cầu máy ảo có thể được phục vụ hiệu quả hơn hay với chi phí hợp lý hơn ở các hypervisor khác nhau

 Nhà cung cấp dịch vụ hypervisor có thể chặn hay tạm ngưng cung cấp dịch

vụ khi hệ thống cần nâng cấp Khi đó, sử dụng nhiều hypervisor sẽ có phương án dự phòng để dịch vụ cung cấp cho khách hàng không bị đình trệ

 Thêm lựa chọn phong phú cho người sử dụng dịch vụ điện toán đám mây

Vì thế, họ có thể chọn sản phẩm mà họ cảm thấy thú vị hơn

Trong dịch vụ quản lý và phân phối tài nguyên trong điện toán đám mây của luận văn này Học viên đưa ra một thiết kế tổng quan cho việc cung cấp dịch vụ với đa hệ thống giám sát tài nguyên Phần cài đặt ở mục 4.4 sẽ được viết minh họa cho việc cài đặt dịch vụ với VMWare ESX

Dưới đây là kiến trúc tổng quan:

Hình 8: Kiến trúc tầng quản lý và phân phối tài nguyên

 Các dịch vụ điện toán đám mây: chứa các dịch vụ của điện toán đám mây, các dịch vụ này sẽ gọi đến dịch vụ quản lý và phân phối tài nguyên được phát triển trong luận văn này để thực hiện các thao tác với hệ thống tài nguyên ảo Phần này được cung cấp bởi các hệ thống chứa các dịch vụ điện toán đám mây như dịch vụ cung cấp ứng dụng, dịch vụ cung cấp nền tảng, dịch vụ cung cấp cơ sở hạ tầng Chẳng hạn như hệ thống website thương mại điện tử

 Phần Core: chứa các hàm thao tác trực tiếp với API của vSphere web service SDK để thực hiện yêu cầu quản lý và phân phối tài nguyên Phần này cũng chứa các lời gọi tới các hệ thống khác như hệ thống tính tiền (Billing), hệ thống bảo mật (Security), hệ thống lưu thông tin các thao tác (Logging)… Phần này được phát triển bằng ngôn ngữ lập trình Java

 Phần Web Services: chứa các REST web services để cung cấp API cho các truy cập để yêu cầu quản lý và phân phối tài nguyên

 API VMWare: là các thư viện và API được hỗ trợ bởi VMWare vSphere để thực hiện các thao tác với máy chủ vSphere nhằm ảo hóa cơ sở hạ tầng

 API Microsoft: là các thư viện và API được hỗ trợ bởi Microsoft Hyper-V

để thực hiện các thao tác ảo hóa cơ sở hạ tầng

 API XEN: là các thư viện và API được hỗ trợ bởi Citrix XEN để thực hiện các thao tác ảo hóa cơ sở hạ tầng

 Phần cơ sở hạ tầng: chứa máy chủ VMWare vSphere, các thiết bị phần cứng khác như các server, mạng, ổ cứng lưu trữ…

4.2.2 Phân cấp tài nguyên

Như đã nói trong mục 4.1.1, hệ thống tài nguyên ảo trong điện toán đám mây có thể được thiết kế phân cấp như hình sau:

Datacenter

Các mẫu máy ảo RP 1 RP 2 RP 3 Các máy chủ (hosts) Các hệ thống mạng ảo

CPU Memory Ổ đĩa cứng Các thiết bị ảo

Hình 9: Phân cấp tài nguyên ảo trong một hệ thống điện toán đám mây 4.3 Thiết kế các chức năng

Dịch vụ quản lý và phân phối tài nguyên được thiết kế với mục đích là để ảo hóa cơ sở hạ tầng điện toán đám mây cho các doanh nghiệp, dùng cho kỹ thuật viên của các nhà cung cấp dịch vụ đám mây và đồng thời dùng cho chức năng tự phục vụ việc cấp phát và sử dụng tài nguyên ảo của người dùng trong các hệ thống dịch vụ điện toán đám mây Người sử dụng có thể là các doanh nghiệp thuê dịch vụ đám mây của nhà cung cấp hoặc các khách hàng cá nhân tùy Mỗi doanh nghiệp hoặc nhóm khách hàng cá nhân sẽ được cấp một Resource Pool mà chứa các tài nguyên máy ảo, mạng, cpu, bộ nhớ phù hợp tùy theo yêu cầu thuê dịch vụ Các thao tác của người dùng sẽ chủ yếu tác động lên tài nguyên Resource Pool và các máy ảo Vì thế, luận văn này sẽ tập trung thiết kế chủ yếu các chức năng tương tác trên resource pool và máy ảo

4.3.1 Các chức năng đƣợc phát triển

Truy vấn danh sách

các trung tâm dữ liệu

Truy vấn danh sách các trung tâm dữ liệu, thông tin bao gồm:

 Các thông tin tài nguyên

bộ nhớ gán cho Resource Pool

createResourcePool

Truy vấn thông tin

của một Resource

Pool theo tên

Truy vấn thông tin chi tiết của một Resource Pool theo tên, thông tin lấy

ra bao gồm:

 Tên Resource Pool (như

dữ liệu đầu vào)

 Số máy ảo có trong Resource Pool

 Số máy ảo đang chạy

 Các thông tin về tài

getResourcePool

 Các thông tin thống kê việc sử dụng tài nguyên trong Resource Pool theo ngày, tuần, tháng, năm

Thay đổi thông tin

Lấy ra tất cả các mẫu máy ảo để phục

vụ cho việc tạo mới máy ảo từ một mẫu có sẵn, các thông tin lấy ra bao gồm:

 Tên mẫu máy

 Dung lượng ổ cứng Truy vấn danh sách

các máy ảo

Lấy ra tất cả các máy ảo có trong một Resource Pool Các thông tin lấy ra bao gồm:

 Tên máy ảo

Truy vấn thông tin

chi tiết một máy ảo

Lấy thông tin chi tiết một máy ảo

Bao gồm các thông tin sau:

 Tên máy ảo

 Các thông tin chi tiết về tài nguyên CPU (tài nguyên được gán, giới hạn, tài nguyên đã sử dụng, tài nguyên còn chưa sử dụng, tài nguyên được phép sử dụng vượt hạn mức…)

 Các thông tin chi tiết về tài nguyên bộ nhớ (tài nguyên được gán, giới hạn, tài

getVM

nguyên đã sử dụng, tài nguyên còn chưa sử dụng, tài nguyên được phép sử dụng vượt hạn mức…) Tạo mới máy ảo Cho phép người dùng tạo mới một

máy ảo bằng cách truyền vào các tham số:

 Tên máy ảo (tên máy ảo là duy nhất)

Xóa một máy ảo Xóa thông tin máy ảo theo tên máy

ảo được truyền vào

Nhân bản máy ảo Nhân bản một máy ảo và cho phép

cấu hình lại một số thông tin như:

CPU, bộ nhớ, dung lượng ổ cứng, các thông tin về mạng như địa chỉ IP, Subnetmask, DNS, Getway

Chức năng này hỗ trợ việc sao chép máy ảo:

 Từ template ra một template mới

 Từ template ra một máy ảo

cloneVM

mới

 Từ một máy ảo ra một template mới

 Từ một máy ảo ra một máy

ảo mới

Tắt hệ điều hành trên máy ảo shutdownGuest

Khởi động lại hệ điều

hành trên máy ảo

Khởi động lại hệ điều hành trên máy

Bảng 3: Các chức năng của dịch vụ quản lý và phân phối tài nguyên

4.3.2 URI của các web service tương ứng với các chức năng

Tên phương thức Phương

thức HTTP

Ra: application/xml getClusters GET /dc/{dcname}/clusters Vào: không có

Ra: application/xml getResourcePools GET /dc/{dcname}/cluster/{cn

ame}/rps

Vào: không có Ra: application/xml

createResourcePool POST /dc/{dcname}/cluster/{cn

ame}/rp

Vào: application/xml Ra: application/xml getResourcePool GET /dc/{dcname}/cluster/{cn

ame}/rp

Vào: không có Ra: application/xml reconfigResourcePool PUT /dc/{dcname}/cluster/{cn

ame}/rp

Vào: application/xml Ra: application/xml deleteResourcePool DELETE /dc/{dcname}/cluster/{cn

ame}/rp

Vào: không có Ra: không có

Ra: application/xml

ame}/rp/{rpname}/vms

Vào: không có Ra: application/xml

emplate

Vào: không có Ra: không có cloneVM POST /vm/{vmname}/clone Vào: application/xml

Ra: application/xml powerOnVM PUT /vm/{vmname}/powerOn Vào: không có

Ra: không có

powerOffVM PUT /vm/{vmname}/powerOff Vào: không có

Ra: không có

Ra: không có suspendVM PUT /vm/{vmname}/suspend Vào: không có

Ra: không có shutdownGuest PUT /vm/{vmname}/shutdown Vào: không có

Ra: không có restartGuest PUT /vm/{vmname}/restart Vào: không có

Ra: không có standbyGuest PUT /vm/{vmname}/standby Vào: không có

Ra: không có

Bảng 4: Các URI của các web services 4.4 Mô tả chi tiết các chức năng

4.4.1 Truy vấn danh sách các trung tâm dữ liệu

Mô tả Liệt kê danh sách tên của các trung tâm dữ liệu

URI http://servername/provisioning/dcs

Kiểu dữ liệu đầu vào Không có

Dữ liệu đầu vào Không có

Kiểu dữ liệu đầu ra Application/xml

Dữ liệu đầu ra Danh sách tên các datacenter:

Server: Apache-Tomcat/6.0

Location: http://localhost:8080/provisioning/dcs

<datacenters>

<datacenter>