Tiểu luận môn tính toán lưới Các công nghệtrong điện toán đám mây

Có lẽ, rất nhiều người trong và ngoài lĩnh vực công nghệ thông tin tự hỏi điện toán đám mây là gì, nó được dùng để làm gì, lợi ích cao như thế nào, công nghệ của nó ra sao, … Bài tiểu lu

Mục lục

Lời nói đầu 2

1 Định nghĩa điện toán đám mây 3

2 Ưu và nhược điểm 4

2.1 Ưu điểm 4

2.2 Nhược điểm 5

3 Kiến trúc 6

3.1 Mô hình phân lớp 6

3.2 Các mô hình dịch vụ 7

4 Các loại “đám mây” 9

5 Các đặc điểm của điện toán đám mây 11

6 Các công nghệ trong điện toán đám mây 13

6.1 Thiết kế kiến trúc của trung tâm dữ liệu 13

6.2 Hệ thống tập tin phân tán dựa trên đám mây 15

6.3 Khung ứng dụng phân tán dựa trên đám mây 16

7 Các sản phẩm thương mại 16

7.1 Ứng dụng cho máy tính 16

7.2 Một số dịch vụ cho di động 21

Kết luận 22

Tài liệu tham khảo 23

Đào Thị Phấn – CH1101118 Trang 2

Lời nói đầu

Trong những năm gần đây, cụm từ “điện toán đám mây” trở nên rất phổ biến Có lẽ, rất nhiều người trong và ngoài lĩnh vực công nghệ thông tin tự hỏi điện toán đám mây là

gì, nó được dùng để làm gì, lợi ích cao như thế nào, công nghệ của nó ra sao, …

Bài tiểu luận này nhằm mục tiêu giải đáp các câu hỏi trên, tức là tìm hiểu các nội dung cơ bản liên quan đến điện toán đám mây như: thế nào là đám mây, điện toán đám mây là gì, các ứng dụng của nó trong thực tiễn, và ưu nhược điểm của nó Ngoài ra, còn tìm hiểu kiến trúc cơ sở của điện toán đám mây, các công nghệ được sử dụng và phân loại chúng

Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Phi Khứ – Giảng viên môn học “Tính toán lưới” đã truyền đạt cho em những kiến thức vô cùng quý báu Em cũng xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô thuộc phòng đào tạo Sau đại học đã tạo điều kiện thuận lợi và các bạn đã giúp đỡ để em có thể hoàn thành môn học này

Học viên thực hiện Đào Thị Phấn

1 Định nghĩa điện toán đám mây

Ý tưởng chính đằng sau điện toán đám mây không phải là một cái mới John McCarthy trong những năm 1960 đã hình dung ra rằng thiết bị máy tính sẽ được cung cấp cho công chúng như một tiện ích Thuật ngữ “đám mây” cũng đã được sử dụng trong các ngữ cảnh khác nhau như mô tả mạng lưới ATM lớn trong những năm 1990 Tuy nhiên, đó

là sau khi Giám đốc điều hành của Google, Eric Schmidt, sử dụng các từ để mô tả mô hình kinh doanh cung cấp dịch vụ trên Internet trong năm 2006, thuật ngữ thực sự bắt đầu trở nên phổ biến Kể từ đó, điện toán đám mây đã được sử dụng chủ yếu như một thuật ngữ tiếp thị trong nhiều hoàn cảnh để đại diện cho rất nhiều ý tưởng khác nhau

Chắc chắn rằng việc thiếu một định nghĩa tiêu chuẩn của điện toán đám mây đã tạo

ra không ít bối rối cho rất nhiều người Vì lý do này, gần đây đã có nhiều nỗ lực nhằm tiêu chuẩn hóa định nghĩa của điện toán đám mây Ví dụ, các công việc trong [3] so với hơn 20 định nghĩa khác nhau từ nhiều nguồn khác nhau để xác nhận một định nghĩa tiêu chuẩn Sau đây là hai định nghĩa về điện toán đám mây, tuy nhiên định nghĩa của điện

toán đám mây được cung cấp bởi Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ (NIST: US National

Institute of Standards Technology), được đánh giá là bao gồm tất cả các khía cạnh quan

trọng của điện toán đám mây [1]:

• Định nghĩa của NIST về điện toán đám mây:

“Điện toán đám mây là một mô hình cho phép truy cập mạng theo yêu cầu một cách thuận tiện vào kho chia sẻ tài nguyên máy tính (như mạng, máy chủ, lưu trữ, ứng dụng và dịch vụ) có thể được cung cấp và phát hành nhanh chóng với chi phí quản lý tối thiểu hoặc tương tác cung cấp dịch vụ thấp nhất.”

• Định nghĩa của Wikipedia về điện toán đám mây [5]:

“Điện toán đám mây là tính toán dựa trên Internet, theo đó tài nguyên được chia sẻ, phần mềm và thông tin được cung cấp cho máy tính và các thiết bị khác theo yêu cầu.”

Đào Thị Phấn – CH1101118 Trang 4

Như vậy, thuật ngữ “đám mây” ở đây là cách nói ẩn dụ, nhằm chỉ mạng Internet (dựa vào cách 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

2 Ưu và nhược điểm

c) Không còn phụ thuộc vào thiết bị và vị trí địa lý, cho phép người dùng truy cập và

sử dụng hệ thống thông qua trình duyệt web ở bất kỳ đâu và trên bất kỳ thiết bị nào mà

họ sử dụng (chẳng hạn như máy tính hay điện thoại di động, …)

d) Chia sẻ tài nguyên và chi phí trên một địa bàn rộng lớn, mang lại nhiều lợi ích cho người dùng

e) Với độ tin cậy cao, không chỉ dành cho người dùng phổ thông, điện toán đám mây còn phù hợp với các yêu cầu cao và liên tục của các công ty kinh doanh và các nghiên cứu khoa học Tuy nhiên, một vài dịch vụ lớn của điện toán đám mây đôi khi rơi vào trạng thái quá tải, khiến hoạt động bị ngưng trệ Khi rơi vào trạng 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

f) Khả năng mở rộng được giúp cải thiện chất lượng các dịch vụ được cung cấp trên

“đám mây”

g) Khả năng bảo mật được cải thiện do sự tập trung về dữ liệu

h) Các ứng dụng của điện toán đám mây dễ dàng để sửa chữa và cải thiện về tính năng do chúng không được cài đặt cố định trên một máy tính nào

i) 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 việc định lượng giá cả của mỗi dịch vụ do điện toán đám mây cung cấp để người dùng có thể lựa chọn phù hợp.

b) Tính sẵn dùng: Cần trả lời câu hỏi các dịch vụ đám mây có bị “treo” bất ngờ, khiến cho người dùng không thể truy cập các dịch vụ và dữ liệu của mình trong những khoảng thời gian nào đó khiến ảnh hưởng đến công việc của họ hay không

c) Mất dữ liệu: Một vài dịch vụ lưu trữ dữ liệu trực tuyến trên đám mây bất ngờ ngừng hoạt động hoặc không tiếp tục cung cấp dịch vụ, 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 Thậm chí một vài trường hợp, vì một lý do nào đó, dữ liệu người dùng bị mất và không thể phục hồi được

d) Tính di động của dữ liệu và quyền sở hữu: Một câu hỏi đặt ra là, người dùng có thể chia sẻ dữ liệu từ dịch vụ đám mây này sang dịch vụ của đám mây khác Hoặc trong trường hợp không muốn tiếp tục sử dụng dịch vụ cung cấp từ đám mây, thì người dùng

có thể sao lưu toàn bộ dữ liệu của họ từ đám mây Và làm cách nào để người dùng có thể chắc chắn rằng các dịch vụ đám mây sẽ không hủy toàn bộ dữ liệu của họ trong trường hợp dịch vụ ngừng hoạt động

e) Khả năng bảo mật: Vấn đề tập trung dữ liệu trên các “đám mây” là cách thức hiệu quả để tăng cường bảo mật, nhưng mặt khác cũng lại chính là mối lo của người sử dụng dịch vụ của điện toán đám mây Bởi lẽ một khi các đám mây bị tấn công hoặc bị đột nhập, toàn bộ dữ liệu sẽ bị chiếm dụng Tuy nhiên, đây không thực sự là vấn đề của

cứng: Lớp

ả máy chủ vống làm má

ữ liệu Một

à kết nối vớờng gặp ở lớ quản lý tắc

8

bởi vì tấn crên các máy

ớp

úc của mộtứng (hardw

ền tảng (Pl

Hình 1: Kiến

p này chịu tvật lý, thiết

n trúc điện trách nhiệm

t bị định tuyhực tế, các l

ng điện toántrung tâm

à lớp ứng

toán đám m

m quản lý cyến (router)lớp phần cứhường chứaswitch, rout

mây các tài nguy), chuyển mứng thường hàng ngànter hoặc cácphần cứng,

yên vật lý cmạch (switc được thực

n máy chủ

c loại thiết b, khả năng

của đám ch), điện hiện tại được tổ

bị khác chịu lỗi

• Lớp cơ sở hạ tầng: Còn được gọi là lớp ảo hóa, các lớp cơ sở hạ tầng tạo ra một

kho lưu trữ và tài nguyên máy tính bằng cách phân vùng các tài nguyên vật lý sử dụng công nghệ ảo hóa như Xen [6], KVM (Kernel based Virtual Machine) [7] và VMware Các lớp cơ sở hạ tầng là một thành phần thiết yếu của điện toán đám mây, vì nhiều tính năng quan trọng, chẳng hạn như cấp phát tài nguyên động, chỉ được thực hiện thông qua công nghệ ảo hóa

• Lớp nền tảng: Được xây dựng bên trên lớp cơ sở hạ tầng, các lớp nền tảng bao

gồm hệ điều hành và mô hình ứng dụng Mục đích của lớp nền tảng là để giảm thiểu gánh nặng của việc triển khai các ứng dụng trực tiếp vào thùng chứa máy ảo Ví dụ, Google App Engine hoạt động ở lớp nền tảng để cung cấp hỗ trợ API để thực hiện lưu trữ, cơ sở

dữ liệu và business logic của các ứng dụng web điển hình

• Lớp ứng dụng: Ở cấp độ cao nhất của hệ thống phân cấp, lớp ứng dụng bao gồm

các ứng dụng điện toán đám mây thực tế Khác với các ứng dụng truyền thống, các ứng dụng điện toán đám mây có thể sử dụng chức năng tự động mở rộng quy mô để đạt được hiệu suất tốt hơn, khả năng sẵn sàng và chi phí vận hành thấp hơn

a) SaaS

SaaS là một loại ứng dụng có sẵn như là một dịch vụ cho người sử dụng, nó cung cấp phần mềm như một dịch vụ thông qua Internet, không cần cài đặt và chạy các ứng dụng trên các máy tính cục bộ nhằm đơn giản hóa việc bảo trì và hỗ trợ

Đào Thị Phấn – CH1101118 Trang 8

Một trong những khác biệt chính của việc sử dụng một ứng dụng SaaS là ứng dụng thường được sử dụng mà không cần nhiều sự thích nghi và tốt mà không cần tích hợp chặt chẽ với các hệ thống khác Các ứng dụng như thế có thể truy cập từ các thiết bị khách khác nhau bằng cách sử dụng giao diện khách đơn giản, ví dụ như một trình duyệt web, các nhà cung cấp dịch vụ thực hiện tất cả các hoạt động và bảo dưỡng từ lớp ứng dụng

Các ứng dụng là ứng cử viên tốt để được cung cấp như SaaS là kế toán, hội nghị truyền hình, quản lý quan hệ khách hàng và quản lý dịch vụ công nghệ thông tin Một trong những lợi ích của SaaS là chi phí thấp hơn, người dùng quen thuộc với www, tính sẵn có web và độ tin cậy

b) PaaS

PaaS cung cấp tất cả những gì cần thiết để xây dựng các ứng dụng trực tiếp từ Internet mà không cài đặt phần mềm cục bộ

Mô hình dịch vụ PaaS cho phép triển khai các ứng dụng mà không cần chi phí và

độ phức tạp của việc mua/quản lý phần cứng cơ bản và các lớp phần mềm

Một khách hàng có thể triển khai một ứng dụng trực tiếp trên cơ sở hạ tầng điện toán đám mây, mà không cần phải quản lý và kiểm soát cơ sở hạ tầng đó, bằng cách sử dụng ngôn ngữ lập trình và các công cụ hỗ trợ bởi một nhà cung cấp

Một khách hàng có kiểm soát các ứng dụng của PaaS và cấu hình của môi trường hosting PaaS hỗ trợ các giao diện phát triển web như Simple Object Access Protocol (SOAP) và Representational State Transfer (REST) Các giao diện cho phép xây dựng nhiều dịch vụ web (mash-up), và cũng có thể truy cập cơ sở dữ liệu và các dịch vụ tái sử dụng có sẵn trong mạng riêng

c) IaaS

IaaS cung cấp một cơ sở hạ tầng máy tính được xem là một nguồn tài nguyên cơ bản như sức mạnh xử lý, khả năng lưu trữ và mạng đến các khách hàng Thay vì xây dựng các trung tâm dữ liệu, mua máy chủ, phần mềm hay thiết bị mạng, một khách hàng có thể mua các tài nguyên như một dịch vụ đầy đủ từ bên ngoài

Một khách hàng không quản lý được cơ sở hạ tầng cơ bản nhưng có toàn quyền kiểm soát các hệ điều hành và các ứng dụng chạy trên nó

Mô hình IaaS thường cung cấp các hỗ trợ tự động theo yêu cầu khả năng tính toán

và các tài nguyên lưu trữ

4 Các loại “đám mây”

Có nhiều vấn đề cần xem xét khi di chuyển một ứng dụng doanh nghiệp vào môi trường điện toán đám mây Ví dụ, một số nhà cung cấp dịch vụ chủ yếu là quan tâm việc giảm chi phí hoạt động, trong khi những người khác có thể thích độ tin cậy cao và an ninh Theo đó, có nhiều loại “đám mây” khác nhau, mỗi loại có lợi ích và nhược điểm riêng của nó Sau đây là một số loại “đám mây”[1] [2]

• Public cloud (Đám mây công cộng)

Một đám mây, trong đó các nhà cung cấp dịch vụ cung cấp các nguồn tài nguyên của

họ như các dịch vụ cho công chúng Đám mây công cộng cung cấp nhiều lợi ích quan trọng để các nhà cung cấp dịch vụ, bao gồm cả không có vốn đầu tư ban đầu về cơ sở hạ tầng và chuyển dịch rủi ro đối với các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng Tuy nhiên, đám mây công cộng thiếu kiểm soát tốt về dữ liệu, mạng và thiết lập bảo mật, từ đó có thể làm giảm hiệu quả trong nhiều tình huống kinh doanh của các nhà cung cấp

• Private cloud (Đám mây cá nhân)

Còn được gọi là đám mây nội bộ, đám mây riêng được thiết kế để sử dụng độc quyền bởi một tổ chức duy nhất Một đám mây cá nhân có thể được xây dựng và quản lý bởi tổ chức hoặc các nhà cung cấp bên ngoài Một đám mây cá nhân cung cấp khả năng kiểm soát tốt hiệu suất, độ tin cậy và bảo mật Tuy nhiên, nó lại bị chỉ trích là tương tự như các trang trại máy chủ độc quyền truyền thống và không cung cấp các lợi ích như trường hợp không có chi phí đầu tư ban đầu

• Hybrid cloud (Đám mây lai)

Một đám mây lai là một sự kết hợp của các mô hình điện toán đám mây công cộng và

cá nhân để giải quyết những hạn chế của từng phương pháp Trong một đám mây lai, một phần của cơ sở hạ tầng dịch vụ chạy trong đám mây riêng trong khi phần còn lại chạy

Đào Thị Phấn – CH1101118 Trang 10

trong đám mây công cộng Đám mây lai cung cấp linh hoạt hơn những đám mây công cộng và cá nhân Cụ thể, nó cung cấp kiểm soát chặt chẽ hơn và bảo mật hơn so với dữ liệu ứng dụng đám mây công cộng, trong khi vẫn tạo điều kiện theo yêu cầu mở rộng dịch

vụ và thu hẹp Tuy nhiên, thiết kế một đám mây lai đòi hỏi phải có cách xác định phân chia tốt nhất giữa các thành phần đám mây công cộng và cá nhân

• Virtual private cloud (Đám mây riêng ảo)

Một giải pháp thay thế để giải quyết những hạn chế của các đám mây công và tư được gọi là Virtual Private Cloud (VPC) Một VPC về cơ bản là một nền tảng chạy trên đám mây công cộng Sự khác biệt chính là một VPC sử dụng công nghệ mạng riêng ảo (Virtual Private Network), cho phép các nhà cung cấp dịch vụ để thiết kế cấu trúc liên kết riêng của họ và thiết lập bảo mật như quy tắc tường lửa VPC về cơ bản là một thiết kế toàn diện hơn vì nó không chỉ ảo hóa máy chủ và các ứng dụng, mà còn là mạng lưới thông tin liên lạc cơ bản Ngoài ra, đối với hầu hết các công ty, VPC cung cấp chuyển đổi liền mạch từ một cơ sở hạ tầng dịch vụ độc quyền cho một cơ sở hạ tầng dựa trên đám mây, do tầng mạng ảo hóa

• Community cloud (Đám mây cộng đồng)

Một đám mây cộng đồng là một đám mây được tổ chức nhằm phục vụ cho một chức năng chung hoặc mục đích chung Nó có thể dành cho một tổ chức hoặc cho một số tổ chức, nhưng họ sẽ chia sẻ các mối quan tâm chung như nhiệm vụ của họ, chính sách, an ninh, nhu cầu tuân thủ quy định, v.v… Một đám mây cộng đồng có thể được quản lý bởi một số tổ chức liên hợp hoặc bởi một bên thứ ba (third party)

Đối với hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ, lựa chọn mô hình đám mây phải phụ thuộc vào kịch bản kinh doanh Ví dụ, ứng dụng khoa học tính toán chuyên sâu được triển khai tốt nhất trên đám mây công cộng cho hiệu quả chi phí Có thể cho rằng, có một số loại của các đám mây sẽ phổ biến hơn những loại khác Đặc biệt, nó được dự đoán rằng những đám mây lai sẽ có các loại chi phối đối với hầu hết các tổ chức [14] Tuy nhiên, đám mây riêng ảo đã bắt đầu trở nên phổ biến hơn kể từ khi nó xuất hiện trong năm 2009

5 Các đặc điểm của điện toán đám mây

Điện toán đám mây cung cấp một số tính năng nổi bật khác với tính toán dịch vụ truyền thống, sau đây là một số đặc điểm chính [1]:

9 Multi-tenancy: Trong một môi trường điện toán đám mây, các dịch vụ thuộc sở hữu của nhiều nhà cung cấp cùng nằm trong một trung tâm dữ liệu duy nhất Các vấn đề

về hiệu suất và quản lý các dịch vụ được chia sẻ giữa các nhà cung cấp dịch vụ và các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng

Các kiến trúc phân lớp của điện toán đám mây cung cấp sự phân chia trách nhiệm một cách rất tự nhiên: đó là, chủ sở hữu của mỗi lớp chỉ cần tập trung vào các mục tiêu cụ thể liên quan đến lớp này Tuy nhiên, multi-tenancy cũng đưa ra những khó khăn trong việc hiểu và quản lý sự tương tác giữa các bên liên quan khác nhau

9 Agility: cải thiện khả năng tái cung cấp nguồn lực cơ sở hạ tầng công nghệ của người dùng

9 Các API (Application Programming Interface) giúp tiếp cận với phần mềm cho phép máy tính để tương tác với các phần mềm điện toán đám mây theo cùng một cách mà giao diện người dùng truyền thống (ví dụ như sử dụng máy tính để bàn) hỗ trợ cho sự tương tác giữa con người và máy tính Hệ thống điện toán đám mây thường sử dụng REST (Representational State Transfer) dựa trên các API

9 Cost (Giảm chi phí): Doanh nghiệp sẽ có khả năng cắt giảm chi phí để mua bán, cài đặt và bảo trì tài nguyên Rõ ràng thay vì việc phải cử một chuyên gia đi mua máy chủ, cài đặt máy chủ, bảo trì máy chủ thì nay chẳng cần phải làm gì ngoài việc xác định chính xác tài nguyên mình cần và yêu cầu

9 Shared resource pooling (Chia sẻ nguồn tài nguyên): Các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng có kho tài nguyên tính toán có thể được tự động gán cho nhiều người dùng tài nguyên Khả năng giao (assign) tài nguyên động cung cấp tính linh hoạt cho các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng trong việc quản lý sử dụng tài nguyên của mình và chi phí vận hành Ví

dụ, một nhà cung cấp IaaS có thể tận dụng công nghệ di chuyển máy ảo để đạt được mức