Tìm hiểu và ứng dụng công nghệ Cloud Computing với nền tảng Google App Engine

Khái niệm điện toán đám mây Cloud ComputingTheo định nghĩa của Wikipedia thì: Cloud computing là môi trường tính toán dựa trên internet mà ở đó tất cả phần mềm, dữ liệu, tài nguyên được

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Bài thu hoạch môn: Điện toán lưới và Đám mây

Đề tài:

Tìm hiểu và ứng dụng công nghệ Cloud Computing với nền tảng Google App Engine

GVHD: PGS.TS: Nguyễn Phi Khứ HVTH: Vũ Thị Hường

MSHV: CH1301089

TP HCM, Tháng 06 năm 2014

Mục Lục

Lời mở đầu

Ngày nay công nghệ thông tin phát triển rất nhanh chóng, nắm giữ vai trò quan trọng trong việcthúc đấy sự tăng trưởng kinh tế, với sự ra đời của rất nhiều công nghệ mới, các dịch vụ CNTT đápứng nhu cầu của người dùng cũng như là các doanh nghiệp, Tuy nhiên, trong giai đoạn suy thoáikinh tế như hiện nay, thì việc ứng dụng một công nghệ hay một dịch vụ CNTT đáp ứng việc quản lýtốt, hiệu quả dữ liệu của riêng công ty cũng như dữ liệu khách hàng, đối tác là một trong những bàitoán được ưu tiên hàng đầu và đang không ngừng gây khó khăn cho doanh nghiệp Để có thể quản

lý được nguồn dữ liệu đó, ban đầu các doanh nghiệp phải đầu tư, tính toán rất nhiều loại chi phí nhưchi phí cho phần cứng, phần mềm, mạng, chi phí cho quản trị viên, chi phí bảo trì, sửa chữa,…Ngoài

ra họ còn phải tính toán khả năng mở rộng, nâng cấp thiết bị; phải kiểm soát việc bảo mật dữ liệucũng như tính sẵn sàng cao của dữ liệu Để giải quyết vấn đề trên thì chúng ta thấy được rằng nếu cómột nơi tin cậy giúp các doanh nghiệp quản lý tốt nguồn dữ liệu đó, các doanh nghiệp sẽ không cònquan tâm đến cơ sở hạ tầng, công nghệ mà chỉ tập trung chính vào công việc kinh doanh của họ thì

sẽ mang lại cho họ hiệu quả và lợi nhuận ngày càng cao hơn Khái niệm “điện toán đám mây”(Cloud Computing) đã ra đời trong hoàn cảnh đó và đang dần trở nên quen thuộc đối với các doanhnghiệp, đặc biệt là đối với các doanh nghiệp vừa và nhỏ

Trong khuôn khổ bài thu hoạch nhỏ này, em xin trình bày nền tảng điện toán đám mây GoogleApps Engine của hãng khổng lồ tìm kiếm Google trong việc xây dựng và triển khai ứng dụng Web

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Nguyễn Phi Khứ, là người đã trực tiếp giảngdạy, truyền đạt những kiến thức liên quan tới môn học, cung cấp thông tin, tư liệu cho chúng em.Tuy có nhiều cố gắng, nhưng với lượng kiến thức còn hạn hẹp không tránh khỏi thiếu sót trong quátrình thực hiện, mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy để em có thể hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Học viên

Vũ Thị Hường

Chương 1.

1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÁY1.1 Khái niệm điện toán đám mây (Cloud Computing)

Theo định nghĩa của Wikipedia thì: Cloud computing là môi trường tính toán dựa trên internet

mà ở đó tất cả phần mềm, dữ liệu, tài nguyên được cung cấp cho máy tính và các thiết bị khác theo nhu cầu

Hình 1.1 Mọi thứ đều tập trung vào đám mây

Đứng ở góc nhìn khoa học kỹ thuật cũng có nhiều định nghĩa khác nhau, trong đó có hai địnhnghĩa của Ian Foster và Rajkumar Buyya được dùng khá phổ biến và có nhiều điểm tương đồng

Theo Ian Foster: Cloud Computing là một mô hình điện toán phân tán có tính co giãn lớn mà

hướng theo co giãn về mặt kinh tế, là nơi chứa các sức mạnh tính toán, kho lưu trữ, các nền tảng và các dịch vụ được trực quan, ảo hóa và co giãn linh động, sẽ được phân phối theo nhu cầu cho các khách hàng bên ngoài thông qua Internet.

Theo Rajkumar Buyya: Cloud là một loại hệ thống phân bố và xử lý song gồm các máy tính ảo

kết nối với nhau và được cung cấp động cho người dùng như một hoặc nhiều tài nguyên đồng nhất dựa trên sự thỏa thuận dịch vụ giữa nhà cung cấp và người sử dụng.

Hình 1.2 Hình ảnh Cloud Computing

Cả hai định nghĩa trên đều định nghĩa Cloud Computing là một hệ phân bố, cung cấp các dạngtài nguyên ảo dưới dạng dịch vụ một cách linh động theo nhu cầu của người dùng trên môi trườnginternet

Theo Viện tiêu chuẩn và công nghệ quốc gia Bộ Thương mại Mỹ (NIST): Điện toán đám mây

là một mô hình cho phép truy cập mạng thuận tiện, theo nhu cầu đến một kho tài nguyên điện toán dùng chung, có thể định cấu hình (ví dụ như mạng, máy chủ, lưu trữ, ứng dụng) có thể được cung cấp và thu hồi một cách nhanh chóng với yêu cầu tối thiểu về quản lý hoặc can thiệp của nhà cung cấp dịch vụ.

Có rất nhiều định nghĩa về Cloud Computing, nhưng với người dùng thông thường thì có thểhiểu một cách đơn giản như sau: Điện toán đám mây là các phát triển dựa vào mạng Internet sửdụng các công nghệ máy tính Đây là một kiểu điện toán trong đó những tài nguyên tính toán và lưutrữ được cung cấp như những dịch vụ trên mạng Người dùng không cần biết hay có kinh nghiệmđiều khiển và vận hành những công nghệ này

1.2 Tính chất cơ bản

Cloud Computing có năm tính chất nổi bật so với mô hình truyền thống

1.2.1 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, hệthống 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 server,tăng dunglượng lưu trữ… mà không cần phải tương tác trực tiếp với nhà cung cấp dịch vụ, mọi nhu cầu vềdịch vụ đều được xử lý trên môi trường web (Internet)

1.2.2 Truy xuất diện rộng (Broad network access)

Cloud Computing cung cấp các dịch vụ thông qua môi trường internet Do đó, người dùng cókết nối internet là có thể sử dụng dịch vụ Hơn nữa, Cloud Computing ở dạng dịch vụ nên không đòi

hỏi khả năng xử lý cao ở phía client, vì vậy người dùng có thể truy xuất bằng các thiết bị di dộngnhư điện thoại, PDA, laptop… Với Cloud Computing người dùng không còn bị phụ thuộc vị trí nữa,

họ cóthể truy xuất dịch vụ từ bất kỳ nơi nào, vào bất kỳ lúc nào có kết nối Internet

1.2.3 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 “multitenant”,tài nguyên sẽ được phân phát động tùy theonhu 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 vụcho một khách hàng khác Ví dụ như khách hàng A thuê 10 CPU mỗingày từ 7 giờ đến 11 giờ, một khách hàng B thuê 10 CPU tương tự mỗi ngày từ 13 giờ đến 17 giờthì hai khách hàng này có thểdùng chung 10 CPU đó

Cloud Computing dựa trên công nghệ ảo hóa, nên các tài nguyên da phần là tài nguyên ảo Cáctài 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 nguyêntĩnh truyền thống

1.2.4 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 khảnăng tự động mở rộng hoặc thu nhỏ hệ thống tùy theo nhu cầu của người dùng Khi nhu cầu tăngcao, hệ thống sẽ tự mở rộng bằng cách thêm tài nguyên vào Khi nhu cầu giảm xuống, hệ thống sẽ tựgiảm bớt tài nguyên

Ví dụ: khách hàng thuê một Server gồm 10 CPU Thông thường do có ít truy cập nên chỉ cần 5CPU là đủ, khi đó hệ thống quản lý của nhà cung cấp dịch vụ sẽ tự ngắt bớt5 CPU dư thừa, kháchhàng không phải trả phí cho những CPU dư thừa này (những CPU này sẽ được cấp phát cho cáckhách hàng khác có nhu cầu) Khi lượng truy cập tăng cao, nhu cầu tăng lên thì hệ thống quản lý củanhà cung cấp dịch vụ sẽ tự “gắn” thêm CPU vào, nếu nhu cầu tăng vượt quá 10 CPU thì khách hàngphải trả phí cho phần vượt mức theo thỏa thuận với nhà cung cấp Khả năng co giãn giúp cho nhàcung cấp sử dụng tài nguyên hiệu quả, tận dụng triệtđể tài nguyên dư thừa, phục vụ đượcnhiềukhách hàng Đối với người sử dụng dịch vụ,khả năng co giãn giúp họ giảm chiphí do họ chỉ trả phícho những tài nguyên thực sự dùng

1.2.5 Điều tiết dịch vụ (Measured service)

Hệ thống Cloud Computing tự động kiểm soát và tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên (dunglượng lưu trữ, đơn vị xử lý, băng thông…) Lượng tài nguyên sử dụng có thể được theo dõi, kiểmsoát và báo cáo một cách minh bạch cho cả hai phía nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng

1.3 Các mô hình Coud Computing

Các mô hình Cloud Computing được phân thành hai loại:

• Các mô hình dịch vụ (Service Models): Phân loại các dịch vụ của các nhà cung cấpdịch vụ Cloud Computing

• Các mô hình triển khai (Deployment Models): Phân loại cách thức triển khai dịch vụCloud Computing đến với khách hàng.

1.3.1 Mô hình dịch vụ

Hiện tại có rất nhiều nhà cung cấp dịch vụ Cloud Computing cung cấp nhiều loại dịch vụ khácnhau Tuy nhiên có ba loại dịch vụ Cloud Computing cơ bản là:

• Dịch vụ cơ sở hạ tầng (Infrastructure as a Service - IaaS),

• Dịch vụ nền tảng(Platform as a Service – PaaS)

• Dịch vụ phần mềm (Software as a Service SaaS)

Cách phân loại này thường được gọi là “mô hình SPI”

Hình 1.3 Các loại dịch vụ Cloud Computing

Infrastructure as a Service – IaaS

Trong loại dịch vụ này, khách hàng được cung cấp những tài nguyên máy tính cơ bản(như bộ

xử lý, dung lượng lưu trữ, các kết nối mạng…) Khách hàng sẽ cài hệ điều hành, triển khai ứng dụng

và có thể nối các thành phần như tường lửa và bộ cân bằngtải Nhà cung cấp dịch vụ sẽ quản lý cơ

sở hạ tầng cơ bản bên dưới, khách hàng sẽ phải quản lý hệ điều hành, lưu trữ, các ứng dụng triểnkhai trên hệ thống, các kết nối giữa các thành phần

Platform as a Service – PaaS

Nhà cung cấp dịch vụ sẽ cung cấp một nền tảng (platform) cho khách hàng Khách hàng sẽ tựphát triển ứng dụng của mình nhờ các công cụ và môi trường p hát triển được cung cấp hoặc cài đặtcác ứng dụng sẵn có trên nền platform đó K hách hàng không cần phải quản lý hoặc kiểm soát các

cơ sở hạ tầng bên dưới bao gồm cả mạng, máy chủ, hệ điều hành, lưu trữ, các công cụ, môi trườngphát triển ứng dụng nhưng quản lý các ứng dụng mình cài đặt hoặc phát triển

Software as a Service – SaaS

Đây là mô hình dịch vụ mà trong đó nhà cung cấp dịch vụ sẽ cung cấp cho khách hàng mộtphần mềm dạng dịch vụ hoàn chỉnh Khách hàng chỉ cần lựa chọn ứng dụng phần mềm nào phù hợpvới nhu cầu và chạy ứng dụng đó trên cơ sở hạ tầng Cloud Mô hình này giải phóng người dùngkhỏi việc quản lý hệ thống, cơ sở hạ tầng, hệ điều hành… tất cả sẽ do nhà cung cấp dịch vụ quản lý

và kiểm soát để đả m bảo ứng dụng luôn sẵn sàng và hoạt động ổn định

Hình 1.4 Mô hình SPI

1.3.2 Mô hình triển khai

Các hình thức triển khai của điện toán đám mây: dựa vào nhu cầu của người dùng cũng như củaphía nhà cung cấp mà hình thành nên bốn phương thức triển khai điện toán đám mây trong thực tế :

• Đám mây công cộng ( Public Cloud)

• Đám mây cá nhân ( Private Cloud)

• Đám mây lai ( Hybrid Cloud)

• Đám mây cộng đồng ( Community Cloud)

Hình 1.5 Các mô hình triển khai Cloud Computing

Public Cloud

Đây là mô hình mà các dịch vụ Cloud được nhà cung cấp dịch vụ cung cấp cho mọi người sửdụng rộng rãi Các dịch vụ được cung cấp và quản lý bởi một nhà cung cấp dịch vụ và các ứng dụngcủa người dùng đều nằm trên hệ thống Cloud

Các dịch vụ Public Cloud hướng tới số lượng khách hàng lớn nên thường có năng lực về hạtầng cao, đáp ứng nhu cầu tính toán linh hoạt, đem lại chi phí thấp cho khách hàng Do đó kháchhàng của dịch vụ trên Public Cloud sẽ bao gồm tất cả các tầng lớp mà khách hàng cá nhân và doanhnghiệp nhỏ sẽ được lợi thế trong việc dễ dàng tiếp cận các ứng dụng công nghệ cap, chất lượng màkhông phải đầu tư ban đầu, chi phí sử dụng thấp, linh hoạt

Private Cloud

Trong mô hình Private Cloud, cơ sở hạ tầng và các dịch vụ được xây dựng để phục vụ cho một

tổ chức (doanh nghiệp) duy nhất Điều này giúp cho doanh nghiệp có thể kiểm soát tối đa đối với dữliệu, bảo mật và chất lượng dịch vụ

Hybrid Cloud

Hybrid Cloud là sự kết hợp của Public Cloud và Private Cloud Trong đó doanh nghiệp sẽ source” các chức năng nghiệp vụ và dữ liệu không quan trọng, sử dụng các dịch vụ Public Cloud đểgiải quyết và xử lý các dữ liệu này Đồng thời, doanh nghiệp sẽ giữ lại các chức năng nghiệp vụ và

“out-dữ liệu tối quan trọng trong tầm kiểm soát (Private Cloud)

Hình 1.6 Mô hình Community Cloud

Doanh nghiệp có thể chọn để triển khai các ứng dụng trên Public, Private hay Hybrid Cloud tùytheo nhu cầu cụ thể Mỗi mô hình đều có điểm mạnh và yếu của nó Các doanh nghiệp phải cân nhắcđối với các mô hình Cloud Computing mà họ chọn Và họ có thể sử dụng nhiều mô hình để giảiquyết các vấn đề khác nhau Nhu cầu về một ứng dụng có tính tạm thời có thể triển khai trên PublicCloud bởi vì nó giúp tránh việc phải mua thêm thiết bị để giải quyết một nhu cầu tạm thời Tương

tự, nhu cầu về một ứng dụng thường trú hoặc một ứng dụng có những yêu cầu cụ thể về chất lượngdịch vụ hay vị trí của dữ liệu thì nên triển khai trên Private hoặc Hybrid Cloud

1.4 Kiến trúc điện toán đám mây

Kiến trúc điện toán đám mây nhìn chung gồm có các thành phần chính như hình:

Hình 1.7 Kiến trúc Cloud Computing

Hạ tầng: Cơ sở hạ tầng (Infrastructure) của ĐTĐM là phần cứng được cung cấp như là các dịch

vụ, nghĩa là đượ c chia sẻ và có thể sử dụng lại dễ dàng Các tài nguyên phần cứng được cung cấptheo thời gian cụ thể theo yêu cầu Dịch vụ kiểu này giúp cho khách hàng giảm chi phí bảo hành, chiphí sử dụng,…

Lưu trữ (Storage): Lưu trữ đám mây là khái niệm tách dữ liệu khỏi quá trình xử lý và chúng

được lưu trữ ở những vị trí từ xa Lưu trữ đám mây cũng bao gồm cả các dịch vụ CSDL, ví dụ nhưBigTable của Google, SimpleDB của Amazon,…

Cloud Runtime: Là dịch vụ phát triển phần mềm ứng dụng và quản lý các yêu cầu phần cứng,

nhu cầu phần mềm Ví dụ nền dịch vụ như khung ứng dụng Web, web hosting,…

Dịch vụ: Dịch vụ đám mây là một phần độc lập có thể kết hợp với các dịch vụ khác để thực

hiện tương tác, kết hợp giữa các máy tính với nhau để thực thi chương trình ứng dụng theo yêu cầutrên mạng ví dụ các dịch vụ hiện nay như: Simple Queue Service, Google Maps, các dịch vụ thanhtoán linh hoạt trên mạng của Amazon,…

Ứng dụng: Ứng dụng đám mây (Cloud application) là một đề xuất về kiến trúc phần mềm sẵn

sàng phục vụ, nhằm loại bỏ sự cần thiết phải mua phần mềm, cài đặt, vận hành và duy trì ứng dụngtại máy bàn/thiết bị của người sử dụng Ứng dụng đám mây loại bỏ được các chi phí để bảo trì vàvận hành các chương trình ứng dụng

Hạ tầng khách hàng: (Client Infrastructure) là những yêu cầu phần mềm hoặc phần cứng để sử

dụng các dịch vụ ĐTĐM trên mạng Thiết bị cung cấp cho khách hàng có thể là trình duyệt, máytính để bàn, máy xách tay, điện thoại di động,…

1.5 Ưu - nhược điểm của điện toán đám mây

• Có thể truy nhập từ bất cứ thiết bị, máy tính có kết nối Internet

• Không giới hạn khả năng mở rộng Người dùng có thể mở rộng yêu cầu quy mô tínhtoán, dụng dung lượng lưu trữ lớn

• Khă năng tăng đáng kể tài nguyên cơ sở hạ tầng với chi phí thấp

• Làm việc cộng tác nhóm dễ dàng hơn, đặc biệt khi làm việc trên tài liệu và dự án

• Người sử dụng được ứng dụng phần mềm nhanh chóng

• Cập nhật phần mềm tự động, dễ dàng, nhanh chóng Tiết kiệm thời gian nâng cấp hệthống.

• Có khả năng giảm chi phí Người sử dụng thanh toán dịch vụ sử dụng “theo yêu cầu”hay “SaaS” trên cơ sở đăng ký, chứ không phải mua phần mềm”

• Không có chi phí cố định, tất cảcác chi phí biến đổi

• Tiết kiệm chi phí do việc sử dụng hiệu quả hơn phần cứng và điện năng

• ĐTĐM tốt cho:

o Môi trường làm việc hợp tác

o Khi có nhiều địa điểm làm việc và cần truy cập dữ liệu, ứng dụng theo nhu cầu

o Khi cần nhiều dung lượng lưu trữ, hoặc upscale, tính toán nhanh

o Khi muốn chia đều chi phí đồng đều theo thời gian

Nhược điểm

Để truy cập được vào đám mây và sử dụng các tiện ích mà đám mây cung cấp đòi hỏi thiết bịphải được kết nối vào mạng Internet Nghĩa là nếu không được kết nối với mạng, người dùng sẽkhông thể truy cập được bất cứ thứ gì kể cả tài liệu của chính họ Ngoài ra dữ liệu trên đám mây cóthể không bảo mật

1.6 Các nhà cung cấp

Hiện nay có một số nhà cung cấp điện toán đám mây, tiêu biểu có thể kể đến như: Google,IBM, Microsoft, Amazon, Salesforce…

1.7 Tổng kết chương

Chương này đã trình bày những khái niệm cơ bản về điện toán đám mây, kiến trúc, thành phần,

ưu nhược điểm của điện toán đám mây

Hiện nay có rất nhiều nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây Mỗi nhà cung cấp cung cấp cácđặc trưng riêng cho điện toán đám mây của họ Chương sau sẽ đi tìm hiểu cụ thể ứng dụng GoogleApp Engine của nhà cung cấp điện toán đám mây Google để thấy được lợi ích mà nó mang lại

Chương 2 TÌM HIỂU VỀ GOOGLE APPS ENGINE2.1 Giới thiệu về kho ứng dụng của Google (Google Apps)

Google apps là một bộ các trình ứng dụng hiệu quả dựa trên đám mây, giúp người sử dụng cóthể truy cập kết nối Internet từ bất kỳ máy tính vào và ở bất kỳ thời điểm nào Bản thân các dữ liệu

và các trình ứng dụng được vận hành bởi các trung tâm dữ liệu của Google Hiện đang có một sốphiên bản các ứng dụng Google như phiên bản miễn phí, phiên bản tiêu chuẩn, phiên bản giáo dục,phiên bản cho các tổ chức phi lợi nhuận và phiên bản dành cho chính phủ

Hình 2.8 các ứng dụng Google Apps

Một số ứng dụng trong Google apps:

• Gmail: là nền tảng email của Google và cung cấp cho người sử dụng 25GB lưu trữ.

• Google Calendar: là một công cụ quản lý dạng chương trình nghị sự, cho phép người

sử dụng sắp xếp và chia sẻ lịch trực tuyến và được đồng bộ hóa với thiết bị di động củangười sử dụng

• Google Docs: là một nhóm các công cụ giúp người sử dụng tạo mới văn bản, bảng

biểu, đồ thị và các bài thuyết trình

• Google Groups: là các nhóm do người sử dụng tạo ra, cho phép người sử dụng tạo và

quản lý các danh sách thư, chia sẻ nội dụng và tạo các lưu trữ có thể tìm kiếm được

• Google Sites: là một công cụ chp phép tạo mới các trang web dành cho mạng nội bộ và

các trang được quản lý theo nhóm

• Google Video: là công cụ chia sẻ video được bảo mật.

• Google Driver: dịch vụ lưu trữ, đồng bộ và chia sẻ dữ liệu nhanh chóng.

• …

2.2 Tìm hiểu Google App Engine

2.2.1 Giới thiệu