GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Trong những năm gần đây, sự phát triển của điện toán đám mây mở ra một cách thức truy cập, sử dụng dễ dàng các tài nguyên máy tính cho người dùng dưới dạng dịch vụ với
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Ks Nguyễn Huynh
Thành phố Hồ Chí Minh – Tháng 8/2013
Trang 2Danh sách các cán bộ tham gia thực hiện đề tài
(Ghi rõ học hàm, học vị, đơn vị công tác gồm bộ môn, Khoa/Trung tâm)
1 TS Lê Thanh Vân, Bộ môn Hệ thống và mạng, Khoa KH&KT máy tính
2 ThS Nguyễn Lê Duy Lai, Bộ môn Hệ thống và mạng, Khoa KH&KT máy tính
3 KS Nguyễn Huynh, Bộ môn Hệ thống và mạng, Khoa KH&KT máy tính
Trang 3MỤC LỤC
MỤC LỤC 3
I. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 4
II. NỘI DUNG TRIỂN KHAI 5
2.1 Khảo sát hiện trạng về điện toán đám mây tại Việt Nam 5
2.2 Một số cơ chế tính cước người sử dụng tài nguyên ĐTĐM 6
2.2.1 Google Cloud 6
2.2.2 IBM Cloud 9
2.2.3 Amazon Cloud 10
2.3 Đề xuất mô hình tính chi phí cho tài nguyên sử dụng 11
2.4 Triển khai hệ thống: 13
2.4.1 Thiết kế hệ thống: 13
2.4.2 Triển khai hệ thống: 18
Chi phí thực của điện toán đám mây: 19
III. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 23
IV. KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 24
TÀI LIỆU THAM KHẢO 25
PHỤ LỤC 26
Trang 4I GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Trong những năm gần đây, sự phát triển của điện toán đám mây mở ra một cách thức truy cập, sử dụng dễ dàng các tài nguyên máy tính cho người dùng dưới dạng dịch vụ với chi phí thích ứng, linh hoạt, ít tốn kém hơn Người dùng không phải lo lắng về các vấn đề
về kỹ thuật, bảo trì hệ thống cũng như sự hạn chế về cơ sở hạ tầng Họ đăng ký dịch vụ trên đám mây và chỉ phải trả cho những gì họ sử dụng ở mức giá rẻ hơn, không quan tâm đến chi phí cao đối với sự đầu tư cơ sở hạ tầng cho hệ thống, bảo trì, nâng cấp, sao lưu và lưu trữ, …
Có nhiều khái niệm về một hệ thống điện toán đám mây (ĐTĐM) nhưng nhìn chung
có thể xem ĐTĐM là một tập hợp nhiều máy tính vật lý phục vụ các yêu cầu tài nguyên từ người sử dụng dưới hình thức cung cấp các máy ảo (VM) Việc phân bổ các VM hiệu quả đáp ứng nhiều mục tiêu cho cả chủ sở hữu các nguồn tài nguyên và người sử dụng sẽ dẫn đến sự thành công của một hệ thống ĐTĐM [1,3]
Một số yếu tố chính tạo nên sự thành công của đám mây gồm có: tối đa mức hiệu quả đáp ứng, tối thiểu sự tiêu hao năng lượng, cân bằng được lợi nhuận của nhà cung cấp cũng như sự hài lòng của khách hàng về sự đáp ứng nhanh cùng các chính sách giá [2,4]
Từ những yếu tố đó, việc xây dựng được một công cụ quản lý và giám sát tài khoản người
sử dụng tài nguyên hệ thống một cách hợp lý, hiệu quả đáp ứng mọi nhu cầu của người sử dụng là cá nhân hay tố chức là hết sức cần thiết Qua đó người sử dụng hệ thống có thể dễ dàng tiếp cận, hiểu rõ và sử dụng công nghệ Điện toán đám mây một cách hiệu quả để đáp ứng thỏa mãn và nhu cầu của mình Với các dịch vụ sẵn có trên đám mây, cá nhân và doanh nghiệp không phải trả chi phí để đầu tư hệ thống máy tính cũng như phần mềm cần thiết Điều mà người dùng thật sự quan tâm là với các yêu cầu sử dụng đặt ra, họ phải trả một khoản chi phí là bao nhiêu, và chi phí đó dựa vào những yếu tố nào quyết định để họ
có thể điều chỉnh giá cả phù hợp với nhu cầu sử dụng cũng như túi tiền của mình
Nhìn nhận vấn đề thực tế trên, đề tài đề xuất xây dựng công cụ quản lý tài khoản, giám sát và tính cước người sử dụng tài nguyên cho hệ thống điện toán đám mây với các mục tiêu chính:
- Xây dựng và triển khai một hệ thống mang tính thử nghiệm dựa trên mô hình điện toán đám mây
Trang 5- Trên hệ thống này sẽ xây dựng một hệ thống quản lý có khả năng tạo, cấp phát và quản lý các máy ảo tự động theo yêu cầu của người dùng
- Xây dựng công cụ quản lý thời gian đăng nhập và tính cước tùy theo thời gian và tài nguyên sử dụng của người dùng
Để thực hiện triển khai hệ thống với các mục tiêu đã đặt ra như trên, toàn bộ hệ thống sẽ được chia ra làm 3 module khác nhau, bao gồm:
- Web servlet Open BKCloud: Cổng thông tin giữa người dùng và hệ thống giúp người dùng tạo tài khoản, đăng nhập, đưa ra các yêu cầu và làm việc với máy ảo được cấp phát bởi hệ thống
- Hệ cơ sở dữ liệu: Nơi lưu trữ các yêu cầu, tài khoản, thời gian đăng nhập, chi phí tùy theo tài nguyên và thời gian sử dụng
- Bộ Request manager: Đóng vai trò quản lý và xử lý các yêu cầu của người dùng, đồng thời tiến hành việc triển khai máy ảo, cài đặt hệ điều hành và cài đặt ứng dụng tự động
II NỘI DUNG TRIỂN KHAI
2.1 Khảo sát hiện trạng về điện toán đám mây tại Việt Nam
Cùng với xu hướng chung của sự phát triển điện toán đám mây, Việt Nam đang dần tiếp cận các kỹ thuật công nghệ thông qua các dự án của một số doanh nghiệp nước ngoài như IBM, Intel … ĐTĐM 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… Hầu hết các nhà lãnh đạo công nghệ thông tin đều khá kỳ vọng khi nhận định về công nghệ này Các chuyên gia trong ngành nhận định rằng với sự thâm nhập và mở rộng hoạt động của các nhà cung cấp dịch vụ tại Việt Nam, điện toán đám mây sẽ phát triển thuận lợi
Tại Việt Nam, IBM là doanh nghiệp tiên phong khai trương trung tâm điện toán đám mây vào tháng 9/2008 với khách hàng đầu tiên là là Công ty cổ phần công nghệ và truyền thông Việt Nam (VNTT) Tiếp theo sau, FPT ký kết với Microsoft châu Á-Trend Micro để hợp tác phát triển "đám mây" ở châu Á Nhận định về hợp tác này, đại diện Trend Micro cho rằng, điện toán đám mây sẽ đem lại cơ hội cho Việt Nam bởi công nghệ hoàn toàn
Trang 6mới sẽ giúp giới trẻ Việt Nam vốn rất năng động sẽ có thêm điều kiện sáng tạo và phát huy tài năng của mình
Ngày càng có nhiều nhà cung cấp hạ tầng và giải pháp chú ý đến thị trường Việt Nam như: HP, IBM, Oracle, Microsoft Các doanh nghiệp trong nước do đó càng có cơ hội tiếp cận thông tin để tìm kiếm giải pháp tối ưu, tận dụng lại hạ tầng và thiết bị đang sẵn có của doanh nghiệp
2.2 Một số cơ chế tính cước người sử dụng tài nguyên ĐTĐM
Nhằm có cơ sở để giải quyết bài toán chi phí sử dụng tài nguyên, đề tài tham khảo các mô hình tính cước hiện có như Google cloud, IBM cloud và Amazone cloud ĐTĐM tập trung tối đa vào việc sử dụng công nghệ ảo hóa cung cấp các tài nguyên cơ sở hạ tầng : phần cứng, phần mềm… như một dịch vụ Người dùng gởi các yêu cầu tài nguyên (phần cứng và phần mềm) đến các hệ thống, hệ thống sẽ tính toán ước lượng các khoản chi phi tương ứng để người dùng tham khảo và có sự lựa chọn phù hợp cho nhu cầu sử dụng và tài chính của mình [5,6]
2.2.1 Google Cloud
Google Apps là một dịch vụ của Google cung cấp chức năng tương tự như bộ phần mềm văn phòng truyền thống Các dịch vụ điện toán đám mây bao gồm: Gmail, Google Calendar, Talk, tài liệu và trang web
Các Apps Premier Edition cho phép bạn trỏ tên miền của công ty bạn để nó có vẻ như là các dịch vụ được lưu trữ trên máy chủ của công ty bạn Với Google Premium Edition, bạn không còn cần phải mua, khắc phục sự cố hoặc duy trì bất kỳ phần cứng máy chủ hoặc phần mềm công cụ văn phòng, qua đó cắt giảm chi phí IT của bạn đáng kể Lệ phí của Google được giới hạn chỉ 50 USD / người dùng / năm, và nó có thể cung cấp cho người dùng cài đặt và chỉnh sửa theo ý mình Cơ sở dữ liệu tương thích với Microsoft Outlook và các chương trình có liên quan khác
Để thấy rõ lợi nhuận khi sử dụng google cloud ta so sánh chi phí khi triển khai Microsoft Exchange 2007 cơ bản và những chi phí có thể tiết kiệm với Google Apps,
Trang 8Hình 1: So sánh chi phí tính toán mô hình Google Apps và Microsoft Exchange 2007
Người dùng có thể kiểm tra và so sánh giá cả và chi phí của 2 mô hình trên trang chủ của Google Apps:
http://www.google.com/apps/intl/vi/business/messaging_value.html
Trang 92.2.2 IBM Cloud
- Tính toán chi phí theo giờ :
Hình 2: Tính cước phí theo tài nguyên giờ sử dụng
Trang 10- Tính toán theo chuyển giao dữ liệu
Hình 3: Tính cước phí theo dung lượng dữ liệu in-out
2.2.3 Amazon Cloud
Amazon chủ yếu tính cước sử dụng theo 2 cách:
- Tính cước phí theo mỗi giờ sử dụng :
Hình 4: Tính cước phí theo mỗi giờ sử dụng
Trang 11- Tính cước phí theo sự truyền tải dữ liệu
Hình 5: Tính cước theo phí truyền tải dữ liệu
Qua sự khảo sát ba hệ thống tính cước trên, đề tài sẽ đề xuất mô hình tính cước ở phần nội dung tiếp theo
2.3 Đề xuất mô hình tính chi phí cho tài nguyên sử dụng
Trong việc tạo ra một mô hình kinh tế của một ứng dụng, xác định tất cả các chi phí là một công việc hết sức quan trọng Ta có thể thêm các chi phí thành phần khác nhau
để tính toán tổng chi phí sở hữu ứng dụng (TCP)
Dưới đây là một danh sách khá toàn diện về chi phí thành phần có thể, với :
- Chi phí máy chủ (A): Với tất cả các thành phần phần cứng khác, chúng ta
đang đặc biệt quan tâm đến chi phí hàng năm của quyền sở hữu (bao gồm cả
hỗ trợ phần cứng cộng với chi phí khấu hao)
- Chi phí lưu trữ (B): Một chi phí theo tỷ lệ trên toàn bộ hệ thống mạng lưu
trữ (SAN) hoặc lưu trữ gắn mạng (NAS) cần phải được xác định, bao gồm cả quản lý và hỗ trợ chi phí cho phần cứng
- Chi phí mạng lưới (C): Hãy nhớ rằng ngay cả khi một ứng dụng di chuyển
vào trong đám mây, nó vẫn có thể sinh ra lưu lượng mạng
- Chi phí lưu trữ và sao lưu (D): Chi phí sao lưu và lưu trữ dữ liệu khi di
chuyển ứng dụng vào đám mây
Trang 12- Chi phí phục hồi thiệt hại (E): Trên lý thuyết, các dịch vụ đám mây sẽ có khả
năng phục hồi thiệt hại riêng, do đó có thể có một khoản tiết kiệm đáng kể về khắc phục thiệt hại
- Chi phí trung tâm dữ liệu và cơ sở hạ tầng (F): Một loạt các chi phí bao
gồm cả điện, mặt bằng, làm mát, xây dựng bảo trì cần phải được tính toán, nhưng rất khó để chuyển xuống đến các ứng dụng cụ thể Vì lý do đó, cố gắng
để tính toán một yếu tố không gian chung cho mọi ứng dụng
- Chi phí nền tảng (G): Các chi phí bảo dưỡng hàng năm cho các môi trường
hoạt động ứng dụng cần phải được biết đến và được tính như một phần của tổng chi phí
- Chi phí bảo trì phần mềm (phần mềm) (H) : Bao gồm chi phí bảo trì hàng
năm của phần mềm
- Chi phí trợ giúp hỗ trợ chung (I) : Tìm hiểu về hỗ trợ các yêu cầu khác nhau
chính là chìa khóa để đưa ra quyết định ngay trên đám mây
- Chi phí hoạt động hỗ trợ nhân sự (J) : Có một thiết lập toàn bộ chi phí hoạt
động hằng ngày liên kết với bất kỳ ứng dụng đang thực thi nào, một số trong
đó hỗ trợ một ứng dụng nhất định, chẳng hạn như điều chỉnh cơ sở dữ liệu và quản lý hiệu suất
- Chi phí cơ sở hạ tầng phần mềm (K) : Một thiết lập toàn bộ phần mềm quản
lý cơ sở hạ tầng được sử dụng trong cài đặt bất kỳ, và nó có một chi phí liên quan
Dưới đây là một công thức tổng quát tính chi phí theo hàng năm, tuy nhiên cần phải được điều chỉnh tuỳ theo tình hình thực tế cho phù hợp
∑(Cost of Application in a Cloud Computing Data Center)
= A + B + C + D + E + F + G + I + J + K
Trang 132.4 Triển khai hệ thống:
2.4.1 Thiết kế hệ thống:
Chúng tôi xây dựng một hệ thống mạng cục bộ (LAN) với hai máy Server Blackmun và Server Midas, các máy PC đóng vai trò là kho lưu trữ dữ liệu hỗ trợ cho việc cài đặt ứng dụng tự động và chia sẻ ứng dụng, đồng thời các máy này cũng sẽ dùng để triển khai máy ảo và cài đặt ứng dụng Bên cạnh đó, client 1 đóng vai trò một máy của người dùng cuối
Mô hình vật lý của hệ thống được thể hiện ở hình 6 :
Hình 6 : Mô hình vật lý các module trong hệ thống
Trang 14Mô hình thiết kế luận lý
Hình 7 : Thiết kế luận lý của hệ thống
Các module chính trong hệ thống bao gồm:
- Web Interface : giao diện chính đóng vai trò nhận và xử lý yêu cầu của người
dùng
- RequestManager: Bộ não của hệ thống: cập nhật thông tin, thực hiện yêu cầu của
người dùng như ra lệnh triển khai máy ảo, cấu hình cài đặt phần mềm tự động
- Wrapper API : xử lý các lệnh request thành các API đưa về server xử lý
- Blackmun Server : Tài nguyên phần cứng, phần mềm của hệ thống, gồm các Iso
cũng như Software đã được tích hợp vào hệ thống, nhận nhiệm vụ triển khai các máy ảo theo yêu cầu từ module RequestManager
- Midas Server: Xử lý tính cước ban đầu khi nhận request từ user và tính toán tổng
chi phí sau khi user sử dụng hệ thống
2 : Người dùng đăng ký, login và sử dụng dịch vụ bằng cách điền thông tin
chi tiết về nhu cầu sử dụng mà hệ thống cung cấp Bên cạnh đó gởi thông
Trang 15tin start hay stop khi nhận được máy ảo với thông tin tương ứng đã được cung cấp bởi Blackmun Server
3 : Xác nhận là user thường hay user admin, đồng thởi gởi request xuống
khối Request Manager
11, 12 : xử lý các lệnh request thành các API
6 : gởi thông tin request về phần cứng cũng như phần mềm và thời gian sử
dụng dịch vụ Midas Server
8 : gởi thông tin request về phần cứng cũng như phần mềm và các yêu cầu
là start hay stop máy ảo của người dùng về Blackmun Server
9, 10 : gởi thông tin về mức phí ban đầu mà người dùng phải chi trả khi
đăng ký sử dụng dịch vụ với thông số yêu cầu và mức phí sử dụng khi
người dùng bắt đầu khởi động máy ảo
7 : cung cấp máy ảo tương ứng với thông số mà người dùng đăng ký, đồng thời khởi động hay dừng lại máy ảo theo yêu cầu người sử dụng
4, 5 : hiển thị hóa đơn mà Midas Server gởi về, và thông tin máy ảo mà Blackmun Server tổng hợp được
1 : đáp ứng yêu cầu người dùng
Web Interface sẽ nhận request từ người dùng, đồng thời cập nhật thông tin request
trên bộ Request Manager một cách liên tục Bên cạnh đó, khi người sử dụng muốn truy vấn thông tin về máy ảo trong tài khoản của họ, Web Interface sẽ kết nối vào cơ sở dữ liệu của Blackmun Server thông qua bộ Request Manager để truy vấn thông tin và phản hồi lại cho người dùng Chi tiết về Web Interface sẽ được tôi đề cập trong phần hiện thực
Request Manager là một linux daemon kiểm tra định kỳ Nếu có một request mới
được cập nhật, hệ thống sẽ truy vấn lấy thông tin và xử lý request đó
Một request trong hệ thống có thể thuộc một trong các dạng sau:
- Request về máy ảo, chứa những thông tin yêu cầu của người dùng bao gồm cấu hình phần cứng (CPU, RAM, HDD, I/O) và hệ điều hành (OS) muốn được hỗ trợ, cùng với những ứng dụng muốn được cài đặt tự động trên máy ngay khi được cấp phát máy ảo lần đầu tiên
Trang 16- Request chứa yêu cầu của người sử dụng về thông tin ứng dụng mà người dùng muốn cài đặt thủ công
- Request chứa thông tin về ứng dụng mà người dùng muốn chia sẻ thông qua kho ứng dụng chia sẻ
Với chu kỳ liên tục, Request Manager quét các yêu cầu một lần, thực hiện các nhiệm vụ sau:
- Tìm các yêu cầu triển khai máy ảo của người dùng mà vẫn chưa được xử lý Nếu kết quả trả về là tồn tại những yêu cầu như vậy thì hệ thống sẽ tiến hành triển khai các yêu cầu vừa tìm được, đồng thời đánh dấu yêu cầu vừa tìm được trên hệ thống là đã xử lý
- Nếu kết quả triển khai máy ảo thành công thì sẽ tiếp tục quét cơ sở dữ liệu một lần nữa để tìm các yêu cầu về cài đặt phần mềm chưa được xử lý Nếu kết quả trả về là tồn tại những yêu cầu phần mềm chưa được xử lý thì hệ thống sẽ tiến hành kiểm tra xem máy ảo đã sẵn sàng để cài đặt phần mềm hay chưa Nếu máy
ảo đã sẵn sàng thì việc cài đặt tự động các ứng dụng lên máy sẽ được thực hiện
và các yêu cầu sẽ được đánh dấu là đã xử lý Nếu xuất hiện lỗi trong quá trình cài đặt phần mềm, hệ thống sẽ thông báo cho người dùng biết
- Trong trường hợp việc triển khai máy ảo không thành công thì hệ thống sẽ thông báo lỗi và sẽ đợi đến lần quét tiếp theo để xử lý yêu cầu lại lần nữa
Wrapper API: các hàm thủ tục gọi từ xa nhằm giải mã yêu cầu từ người dùng tới
hai server chính là Blackmun Server và Midas Server thông qua bộ Request Manager Bên cạnh đó mã hóa các yêu cầu gởi về để bộ Request Manager xử lý cung cấp thông tin cho người sử dụng
Blackmun Server bao gồm hai kho dữ liệu Một kho dữ liệu chứa các ứng dụng
dùng để cài đặt tự động và một kho lưu trữ các ứng dụng chia sẻ do người sử dụng tải lên Một kho dữ liệu là tài nguyên về phần cứng, sử dụng cho việc triển khai các máy ảo Sau khi thực hiện xong việc cài đặt ứng dụng và triển khai thành công các máy ảo, Web Interface sẽ cập nhật thông tin vào Request Manager để gửi xuống Midas Server thực hiện tính toán chi phí tương ứng với từng yêu cầu gởi xuống của người dùng