Xây dựng mô hình tính toán chi phí thuê phòng máy thực tập ảo trong trường đại học trên nền điện toán đám mây công cộng

Luận văn của tôi tập trung vào việc mô hình hóa bài toán tính chi phí thuê máy ảo của các nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám công cộng từ đó tìm ra nhà cung cấp dịch vụ với chi phí thuê

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC & KỸ THUẬT MÁY TÍNH

-

CAO VĂN LỢI

XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CHI PHÍ THUÊ PHÒNG MÁY THỰC TẬP ẢO TRONG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÊN NỀN ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY CÔNG CỘNG

CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG THÔNG TIN QUẢN LÝ

MÃ SỐ CHUYÊN NGÀNH: 60.48.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2012

2

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA- ĐHQG- HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ Trần Văn Hoài

Cán bộ chấm nhận xét 1: Tiến sĩ Huỳnh Tường Nguyên

Cán bộ chấm nhận xét 2: Tiến sĩ Nguyên Quang Châu

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 25 tháng 12 năm 2012

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 PGS TS Thoại Nam, CT

2 TS Huỳnh Tường Nguyên, PB1

3 TS Nguyễn Quang Châu, PB2

4 TS Trần Văn Hoài, UV

5 TS Lê Thanh Vân, TK

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: CAO VĂN LỢI MSHV: 10320985

Ngày, tháng, năm sinh: 06/07/1980 Nơi sinh: Tp.HCM

Chuyên ngành: Hệ Thống Thông Tin Quản Lý Mã số: 60 48 01

I TÊN ĐỀ TÀI:

Xây dựng mô hình tính toán chi phí thuê phòng máy thực tập ảo trong trường đại học trên nền điện toán đám mây công cộng

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

Xây dựng quy trình tính toán chi phí Xây dựng mô hình tính toán chi phí và hiện thực mô hình

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 2/7/2012

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/11/2012

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TIẾN SĨ TRẦN VĂN HOÀI

Tp.HCM, ngày… tháng… năm … CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA (Họ tên và chữ ký)

4

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên trong luận văn này tôi xin gửi tới Tiến sĩ Trần Văn Hoài, người thầy đã rất nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này, lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất Sự hướng dẫn của thầy là một yếu tố không thể thiếu trong sự thành công của luận văn hôm nay Một lần nữa, cảm ơn thầy rất nhiều

Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ của thầy Hải ở phòng máy A5 đã giúp tôi có được dữ liệu thực hành thực tế của trường

Tôi cũng xin cảm ơn quý thầy cô Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính và Phòng Sau Đại Học Trường Đại Học Bách Khoa đã tham gia giảng dạy, quản lý lớp học và truyền đạt kiến thức cho tôi trong quá trình học tập

Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, và các đồng nghiệp đã động viên, giúp

đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này

Tp Hồ Chí Minh, ngày 1 tháng 3 năm 2013 Học viên cao học khóa 2010

Cao Văn Lợi

5

TÓM TẮT

Trong bối cảnh Internet ngày càng phát triển, việc ảo hóa và ứng dụng của điện toán đám mây càng ngày càng nhiều thì việc xây dựng phòng máy thực hành trong trường đại học đã có thêm một sự lựa chọn mới, đó chính là xây dựng phòng máy thực hành ảo dựa trên nền điện toán đám mây công cộng Và để đi đến quyết định đầu tư vào việc xây dựng phòng máy ảo thay vì một phòng máy truyền thống thì vấn đề đầu tiên cần phải xem xét đó chính là chi phí chẳng hạn chi phí đầu tư, chi phí vận hành Mục tiêu của luận văn chính là xây dựng một quy trình và mô hình tính toán chi phí thuê máy ảo cho trường đại học dựa trên nền điện toán đám mây công cộng Luận văn của tôi tập trung vào việc mô hình hóa bài toán tính chi phí thuê máy ảo của các nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám công cộng từ đó tìm ra nhà cung cấp dịch vụ với chi phí thuê thấp nhất Trong quá trình xây dựng mô hình, tôi sẽ thiết lập các thông số đầu vào, xây dựng hàm mục tiêu, thiết lập các ràng buộc… sao cho thỏa mãn các điều kiện từ lịch thực hành của sinh viên trong trường đại học chẳng hạn cấu hình máy ảo, số lượng máy, số giờ thực hành… Sau khi mô hình hóa được bài toán, tôi sẽ sử dụng phần mềm của bên thứ ba giải bài toán để tìm

ra nhà cung cấp với chi phí thấp nhất Với chi phí tìm được, người quản lý có thể dễ dàng đi đến quyết định có đầu tư vào xây dựng phòng máy ảo hay không và nếu có thì quyết định chọn sử dụng dịch vụ của nhà cung cấp nào

6

ABSTRACT

In the context of that the Internet is growing so quickly and application of cloud computing in business is more and more popular, there is a new option for constructing a computer lab in the university, which is a virtual lab based on public cloud computing services And to make a decision whether to invest a virtual lab instead of a normal one, the first thing which must be considered is cost such as investment cost, operating cost Objectives of my thesis are to build a process and

a model calculating cost of renting virtual machines of public cloud service providers such as Amazon, Atlantic My thesis focuses on modeling the problem

of computing rental cost for virtual machines of public cloud service providers and from which figures out a service with lowest rental cost To model the problem, I'm going to set up input parameters, a objective function and constraints that satisfy conditions from the practicing schedules of students in the university such as virtual machine configuration, the number of virtual machines, the number of practicing hours, etc… After modeling the problem, I will use third party software to solve the problem, finding a provider with the lowest cost With that cost, managers will be easy to make a decision on investing a virtual lab or not and if so, decide to use which service provider

7

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu khoa học của tôi Các kết

quả của luận văn là trung thực và chưa từng được ai khác công bố trong bất kỳ công trình nào

Tp Hồ Chí Minh, ngày 1 tháng 3 năm 2013 Người thực hiện

Cao Văn Lợi

8

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

CSDL: Cơ sở dữ liệu hay Database

NCSU: North Carolina State University – Đại học bang North Carolina LP: Linear Programming – Quy hoạch tuyến tính

VCL: Virtual Computing Laboratory – Phòng thực tập ảo

IaaS: Infrastructure as a Service- Dịch vụ cung cấp cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin

PaaS: Platform as a Service

9

DANH MỤC THUẬT NGỮ

On-Demand: dịch vụ thuê máy ảo theo giờ Chi phí phải trả là chi phí sử dụng máy

ảo theo giờ

Reserved: dịch vụ thuê máy ảo theo dạng đặt trước trong một thời gian nhất định Chi phí phải trả bao gồm chi phí trả trước và chi phí tính theo giờ sử dụng

Cloud computing: Dịch vụ cung cấp máy ảo cho người sử dụng Người sử dụng truy xuất máy ảo thông qua Internet

Rapid elasticity: Khả năng thay đổi phần cứng một cách linh hoạt, một đặc tính của cloud computing

On-demand-self-service: cơ chế tự phục vụ mà các nhà cung cấp dịch vụ cloud computing đưa ra phục vụ người sử dụng, mục đích là để người sử dụng có thể tự điều chỉnh phần cứng theo ý muốn mà không cần thông qua sự trợ giúp của nhà cung cấp

Broad network access: dịch vụ cloud computing được sử dụng thông qua mô trường Internet do đó có thể nói là không bị giới hạn về không gian và thời gian

Resource pooling: nguồn tài nguyên dùng chung cho tất cả các máy ảo của tất cả người sử dụng

Measure service: dịch vụ do lường thông tin sử dụng tài nguyên của các máy ảo Public cloud: loại hình điện toán đám mây dược cung cấp bởi các nhà cung cấp dịch

vụ như Amazon, Elastichost, Atlantic…

Private cloud: loại hình điện toán đám mây do công ty, tổ chức tự mình xây dựng, vận hành và sử dụng

Community cloud: loại hình điện toán đám mây do một cộng đồng dân cư xây dựng, vận hành và sử dụng

Hybrid Cloud: loại hình điện toán đám mây kết hợp giữa private cloud và public cloud để tận dụng ưu điểm của 2 loại hình này

Open source: các phần mềm được viết và mọi người đều có thể tải về để sử dụng hoặc thay đổi mã nguồn

10

MỤC LỤC

PHẦN 1 MỞ ĐẦU 12

I Động cơ nghiên cứu 12

II Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn 16

III Phương pháp nghiên cứu 17

IV Bố cục luận văn 17

PHẦN 2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 19

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 19

I Công nghệ ảo hóa 19

II Điện toán đám mây 20

III Các mô hình điện toán đám mây 23

IV Ứng dụng của điện toán đám mây 26

V Bài toán phân bố 29

VI Quy hoạch tuyến tính 29

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH 31

I Tình hình hiện tại của phòng máy thực tập trong trường 31

II Mô hình phòng máy ảo và quy trình tính chi phí 32

III Chính sách giá 33

IV Mô hình khái niệm 36

V Mô hình toán học 40

CHƯƠNG 3 HIỆN THỰC, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 48

I Hiện thực 48

II Thử nghiệm và phân tích kết quả 53

III Đánh giá mô hình 64

11

PHẦN 3 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 67

I Kết luận 67

II Hướng phát triển 67

PHẦN 4 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

Phụ lục A 71

Phụ lục B 72

Phụ lục C 73

PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 74

QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 74

QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC 74

12

I Động cơ nghiên cứu

1 Xuất phát từ yêu cầu thực tế

Trường đại học Bách Khoa là một trong những trường đại học hàng đầu tại Việt Nam với hơn 20.000 học viên và hơn 1.000 giảng viên Trong quá trình giảng dạy, yêu cầu về phòng máy vi tính dùng cho việc thực tập trong các môn học là rất lớn Đầu mỗi học kỳ, các khoa sẽ gửi yêu cầu về phòng máy thực tập cho phòng đào tạo, phòng đào tạo sau đó sẽ gửi yêu cầu và lịch thực hành xuống ban quản lý phòng máy Ban quản lý phòng máy sẽ tiến hành chuẩn bị máy tính cùng với các phần mềm phục vụ cho việc thực hành Sau khi công việc chuẩn bị hoàn tất, phòng máy

đó sẽ dành cho việc thực tập trong suốt học kỳ Và trong mỗi lần thực tập, mỗi học viên sẽ được sử dụng một máy

Để đáp ứng nhu cầu về phòng máy thực tập phục vụ nhu cầu giảng dạy, trường đại học Bách Khoa có xây dựng 3 cụm máy tính [27], đó là cụm A5, C6 và B1 như hình 1.1

• Cụm A5 có 100 máy tính trong đó có 10 máy SUN, chia làm 4 phòng máy và một phòng máy chủ Phòng 1 có 21 máy, phòng 2 có 10 máy PC và 10 máy Sun Ultra, phòng 3 có 19 máy, phòng 4 có 40 máy, phòng 5 có 4 máy chủ

• Cụm C6 có 84 máy, chia làm 2 phòng máy và một phòng máy chủ Phòng 1

có 40 máy, phòng 2 có 40 máy và phỏng 3 có 4 máy chủ

• Cụm B1 có 1 phòng máy với với 41 máy trong đó có 1 máy chủ

Trong cả ba cụm máy chủ, cấu hình của các máy không đồng đều, hơn phân nửa là cấu hình khá thấp Theo thời gian các máy này sẽ xuống cấp và sự đòi hỏi của về phần cứng các hệ điều hành mới và phần mềm mới ngày càng cao nên yêu cầu nâng cấp là điều bắt buộc

Bên cạnh đó, vì một vài lý do khách quan số lượng sinh viên tham gia thực hành cũng không phải lúc nào cũng đầy đủ Điều này dẫn tới sự lãng phí về máy móc, thiết bị Hoặc số lượng sinh viên thực hành ít hơn so với số máy tính có trong phòng máy nên cũng dẫn tới sự lãng phí về tài nguyên thiết bị

13

Hình 1.1 Vị trí các phòng máy trong trường Bách Khoa Ngoài ra khi có sự cố xảy ra đối với máy tính, nếu lỗi phần mềm thì thời gian khắc phục cũng khá lâu còn nếu lỗi phần cứng thì tốn nhiều thời gian hơn nữa, có thể tính bằng ngày hoặc bằng tuần Điều này làm giảm khả năng đáp ứng của phòng máy với nhu cầu thực hành

Từ những lý do trên, tôi tiến hành tìm hiểu những phòng máy thực hành ở các trường đại học trên thế giới để tìm kiếm một giải pháp khác linh hoạt hơn và một giải pháp mà tôi đặc biệt quan tâm đó chính là ảo hóa phòng máy thực tập Tôi chọn giải pháp này vì nó đã được ứng dụng thành công ở nhiều trường đại học trên thế giới Phụ lục A ghi nhận lại điều này

Phòng máy thực tập ảo không có nghĩa là không có các máy tính thật như ta thường thấy Các máy tính vẫn có, tuy nhiên lúc này chúng chỉ đóng vai trò là thiết bị đầu cuối để truy cập tới các máy tính ảo, máy tính ảo này sẽ đảm nhiệm tất cả các công việc của máy tính thật Phòng máy thực tập ảo có ưu điểm sau

• Có thể truy cập vào phòng máy bất cứ lúc nào, ở đâu, chỉ cần họ có kết nối internet là có thể sử dụng được

• Việc quản lý phòng máy này cũng đơn giản, linh hoạt hơn

• Khi sự cố xảy ra đối với một máy tính ảo, người quản trị có thể dễ dàng tạo

ra một máy tính ảo khác thay thế

Trong Phần 2, Chương 1, tôi sẽ trình bày chi tiết hơn về ảo hóa, điện toán đám mây nói chung và dịch vụ điện toán đám mây công cộng nói riêng

Để có cái nhìn rõ hơn về hai loại phòng máy thực tập tôi đưa ra một ví dụ so sánh đơn giản về chi phí đầu tư giữa hai loại phòng máy thực tập

• Phòng máy thực tập truyền thống với cấu hình tham khảo từ phòng máy của trường đại học Bách Khoa Cấu hình máy thật: RAM 2GB, 160GB HDD, Intel Dual Core 2.0 Ghz Theo giá cả trên thị trường hiện nay [28], với cấu hình máy như trên và thêm thiết bị màn hình thì tổng chi phi thiết bị là vào khoảng 700$

• Phòng máy ảo được xây dựng trên dịch vụ điện toán đám mây công cộng, giá tham khảo từ Amazon EC2 [13] Cấu hình máy ảo: RAM 2GB, 160 GB HDD, 1 virtual core Và cấu hình máy thật đầu cuối: RAM 512MB, 20GB HDD, Intel P4 1.8Ghz

Có cho máy đầu cuối

Chi phí kết nối internet Có thể không

Bảng 1.1 So sánh 2 loại hình phòng máy thực tập

Từ những vấn đề thực tế trên cho thấy phòng máy thực tập ảo là một giải pháp khả thi có thể thay thế cho phòng máy hiện tại Tuy nhiên, để thuyết phục được các nhà quản lý nên đầu tư xây dựng phòng máy thực tập ảo thì một trong những thông tin đầu tiên họ cần biết đó là chi phí đầu tư là bao nhiêu? Để trả lời câu hỏi này thì tôi phải tính được chi phí thuê máy ảo từ các nhà cung cấp dịch vụ và đây chính là lí do

15

tôi chọn đề tài: Xây dựng mô hình tính toán chi phí thuê phòng máy thực tập ảo trong trường đại học dựa trên nền công nghệ điện toán đám mây công cộng Thông tin về chi phí này có thể giúp người quản lý ra quyết định đầu tư xây dựng phòng thực hành ảo hay không

2 Xuất phát từ mục đích nghiên cứu khoa học

Để xây dựng phòng máy thực tập ảo, rất đơn giản đó chính là thuê sử dụng dịch vụ điện toán đám mây công cộng từ các nhà cung cấp như Amazon, Atlatic Tuy nhiên, thuê như thế nào là hợp lý, là kinh tế nhất, dĩ nhiên phải đáp ứng đầy đủ nhu cầu thực hành? Và bài toán thuê máy ảo chính là bài toán mà tôi quan tâm và cần phải giải quyết

Tôi bắt đầu bằng một ví dụ đơn giản: nhu cầu thuê 3 máy ảo và có 4 nhà cung cấp dịch vụ Rõ ràng, tôi có thể thuê một máy ảo tại bất kỳ nhà cung cấp nào với một giá định trước, và như vậy tôi có đồ thị sau

Hình 1.2 Đồ thị biểu diễn kết quả thuê máy ảo từ các nhà cung cấp

Đây là bài toán phân bố tổng quát (Generalized assignment problem) [14], một bài toán khá phức tạp Và việc thuê máy ảo như thế nào cho hợp lý chính là một dạng của bài toán phân bố tổng quát này với sự khác biệt là có bao gồm yếu tố thời gian Bởi vì nếu chi đơn giản là thuê để đáp ứng nhu cầu về số máy mà không quan tâm đến thời gian sử dụng thì sẽ dẫn tới sự lãng phí tài nguyên, cũng tức là làm tăng chi

16

phí Chính vì vậy, tôi phải thuê máy ảo dựa trên lịch thực hành để tránh lãng phí tài nguyên không cần thiết Tôi xét ví dụ sau: Theo lịch thực hành mà tôi có được từ phòng máy tính của trường, việc thực hành chỉ diễn ra trong một số giờ, ngày nhất định trong tuần Vì vậy, không mất tính tổng quát, giả sử tôi có đồ thị sau ở Hình 1.3: trục x chỉ thời gian, các tháng trong năm; trục y chỉ tổng số máy được sử dụng trong các lần thực hành trong mỗi tháng

Như vậy tôi sẽ ứng dụng kiến thức khoa học quản lý ứng dụng để phân tích và giải bài toán phân bổ tài nguyên có liên quan tới yếu tố thời gian Và đây chính là động lực về mặt nghiên cứu khoa học để tôi chọn đề tài “Xây dựng mô hình tính toán chi phí thuê phòng máy thực tập ảo trong trường đại học dựa trên nền công nghệ điện toán đám mây công cộng”

Hình 1.3 Đồ thị biểu diễn việc sử dụng phòng máy theo thời gian

Trong phần tiếp theo, tôi sẽ trình bày những vấn đề tôi đã nghiên cứu trong luận văn này

II Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn

1 Phạm vi của luận văn

Trong luận văn này, chi phí thuê phòng máy thực tập ảo trong trường đại học chỉ bao gồm chi phí thuê máy ảo từ các nhà cung cấp dịch vụ Nghĩa là chi phí này chỉ

là chi phí đầu tư ban đầu, không bao gồm các loại chi phí khác như chi phí quản lý, chi phí con người…

50 30 20 40 90 150

80 70 60

17

2 Mục tiêu của luận văn

Như đã trình bày ở trên, xuất phát từ thực tế đó chinh là giúp cho người quản lý có thông tin về giá để ra quyết định đầu tư xây dựng phòng máy ảo hay không cho nên mục tiêu của đề tài chính là xây dựng được mô hình tính toán chi phí và hiện thực

mô hình này

3 Nhiệm vụ của luận văn

Trong phạm vi luận văn, tôi sẽ xác lập các yếu tố đầu vào và các kết quả đầu ra mong muốn sau đó tập trung giải quyết bài toán xây dựng mô hình tính chi phí dựa trên các yếu tố này

Cũng trong phạm vi luận văn tôi sẽ đưa ra quy trình tính toán và xây dựng mô hình tính chi phí ở cả hai mức: mức khái niệm và mức toán học Sau đó tôi sẽ tiến hành hiện thực, thử nghiệm và đánh giá mô hình

III Phương pháp nghiên cứu

Tôi sử dụng phương pháp bàn giấy nghiên cứu về công nghệ ảo hóa, mô hình Virtual Computing Laboratory [16], điện toán đám mây, đặc biệt là điện toán đám mây công cộng Từ đó kết hợp với yêu cầu thực tế của trường đại học Bách Khoa

và ứng dụng khoa học ứng dụng cũng như kinh nghiệm bản thân, tôi sẽ xây dựng

mô hình tính chi phí thuê phòng máy thực tập ảo trên nền điện toán đám mây công cộng

Bên cạnh đó, tôi cũng sử dụng thêm phương pháp thực nghiệm để tiến hành hiện thực và thử nghiệm mô hình dựa trên dữ liệu thực tế và ghi chép kết quả Sau cùng tôi sẽ phân tích đánh giá dựa trên các tiêu chí đã định ra và rút ra kết luận về mô hình mà tôi đã xây dựng

IV Bố cục luận văn

Trong luận văn tôi sẽ trình bày 4 phần

Phần 1: Mở đầu

Phần này tôi trình động cơ nghiên cứu từ yêu cầu thực tế của trường Bách Khoa và

từ động cơ nghiên cứu khoa học là giải bài toán phân bố tổng quát và quy hoạch nguyên có liên quan đến yếu tố thời gian Từ đó nêu lý do chọn đề tài, mục tiêu của luận văn, và phương pháp nghiên cứu

Phần 2: Nội dung nghiên cứu

Chương 2: Xây dựng quy trình và mô hình

Trong chương này, tôi sẽ đưa ra quy trình triển khai phòng máy ảo trên nền điện toán đám mây công cộng và trình bày việc xây dựng mô hình khái niệm và mô hình toán học nhằm giải quyết bài toán về chi phí Mục tiêu của phần này chính là định

ra quy trình tính toán, các yêu cầu đầu vào, đầu ra và các ràng buộc về mặt ngữ nghĩa cũng như mặt toán học

Chương 3: Hiện thực, Thử nghiệm và Đánh giá

Sau khi đã hoàn tất chương 2, tôi sẽ hiện thực mô hình đã được xây dựng; tiến hành thử nghiệm với dữ liệu thật và ghi chép kết quả đạt được; định ra các tiêu chí đánh giá và tiến hành đánh giá các kết quả đạt được từ thử nghiệm Từ đó rút ra kết luận

về mô hình đã xây dựng

Phần 3: Kết luận và hướng phát triển

Trong phần này, tôi tổng kết lại những vấn đề tôi đã làm được trong phạm vi luận văn và hướng phát triển của luận văn

Phần 4: Tài liệu tham khảo

Tôi kết thúc phần mở đầu ở đây Trong phần tiếp theo tôi sẽ trình bày nội dung đã, đang và sẽ nghiên cứu trong luận văn

2 Vì sao phải ảo hóa?

Ảo hóa ngày nay rất phổ biến trên toàn thế giới Việc áp dụng công nghệ ảo hóa nhằm tiết kiệm không gian sử dụng, nguồn điện và giải pháp tỏa nhiệt trong trung tâm dữ liệu Ngoài ra việc giảm thời gian thiết lập máy chủ máy trạm, kiểm tra phần mềm trước khi đưa vào hoạt động cũng là một trong những mục đích chính khi thực hiện ảo hóa Đồng thời việc nâng cấp cũng được thực hiện một cách dễ dàng linh hoạt Bênh cạnh đó, với những khó khăn trong thời kỳ khủng khoảng khiến viêc ảo hóa càng được chú ý vì nó có thể giúp giảm thiểu chi phí Ảo hóa được coi là một công nghệ giúp cho các tổ chức có thể cắt giảm chi tiêu hiệu quả với khả năng tận dụng tối đa năng suất của các thiết bị phần cứng

3 Ưu điểm và nhược điểm của ảo hóa

a Ưu điểm

Sử dụng hiệu quả phần cứng thông qua việc hợp nhất các hệ thống khác nhau vào một máy chủ vật lý giúp giảm chi phí phần cứng, tiết kiệm không gian, tiết kiệm thời gian quản lý và chi phí hoạt động:

• Chi phí phần cứng và chi phí hoạt động giảm khoảng 50%, năng lượng tiêu thụ giảm 80% Tiết kiệm hơn $3,000 mỗi năm cho mỗi máy chủ được ảo hóa

và giảm 70% thời gian chuẩn bị máy chủ mới [03]

• Cung cấp dịch vụ IT dựa trên yêu cầu, không phụ thuộc vào phần cứng, hệ điều hành, ứng dụng hoặc nền tảng cung cấp bởi các nhà cung cấp dịch vụ

Ưu điểm này mang lại nhiều ý nghĩa đối với môi trường giáo dục, đặc biệt đối với những cơ sở trong nguồn ngân sách giới hạn, khó khăn trong việc mở rộng các

20

phòng thực hành trong khi nhu cầu đòi hỏi nhiều môi trường thực hành khác nhau cho sinh viên.Ví dụ, ảo hóa cho phép một máy chủ có thể chạy nhiều hệ điều hành khác nhau như Linux và Windows chẳng hạn

Ưu điểm khác của ảo hóa là khả năng dễ phục hồi của các máy ảo (sandboxing of the VMs), và sandboxing khá đặc biệt quan trọng trong môi trường giáo dục Ví dụ, sinh viên với tính khám phá, thường hay sử dụng và sửa đổi các chức năng không đúng cách có thể dẫn đến lỗi hệ thống nghiêm trọng Rõ ràng, việc phục hồi máy tính ảo rõ ràng là dễ dàng và nhanh chóng hơn đối với một máy vật lý [04]

b Nhược điểm

Nhược điểm dễ thấy khi hợp nhất các hệ thống vào máy chủ thông qua công nghệ

ảo hóa là sự phụ thuộc vào tính ổn định của máy chủ Nếu có bất kỳ sự cố nào xảy

ra trên máy chủ như lỗi phần cứng, phần mềm, hệ điều hành, ứng dụng thì có thể ảnh hưởng đến tất cả các máy ảo đang chạy trên máy chủ này

4 Các giải pháp ảo hóa

Ngày nay có rất nhiều giải pháp ảo hóa, tiêu biểu là các giải pháp của Xen, một phần mềm mã nguồn mở miễn phí [05]; KVM (Kernal –based Virtual Machine) cũng là một phần mềm mã nguồn mở [06]; hay VMWare Workstation [03] cung cấp công nghệ ảo hóa ở lớp phần cứng Để biết thêm chi tiết vui lòng xem thêm trong các tài liệu phần tham khảo

II Điện toán đám mây

1 Định nghĩa

Thuật ngữ "cloud computing" ra đời giữa năm 2007 không phải để nói về một trào lưu mới, mà để khái quát lại các hướng đi của cơ sở hạ tầng thông tin vốn đã và đang diễn ra từ mấy năm qua Theo Wikipedia: “Cloud computing là một mô hình điện toán có khả năng co giãn (scalable) linh động và các tài nguyên thường được

ảo hóa được cung cấp như một dịch vụ trên mạng Internet”.Quan niệm này có thể được diễn giải một cách đơn giản: các nguồn điện toán khổng lồ như phần mềm, dịch vụ sẽ nằm tại các máy chủ ảo (đám mây) trên Internet thay vì trong máy tính gia đình và văn phòng (trên mặt đất) để mọi người kết nối và sử dụng mỗi khi họ cần Với các dịch vụ sẵn có trên Internet, doanh nghiệp không phải mua và duy trì hàng trăm, thậm chí hàng nghìn máy tính cũng như phần mềm Họ chỉ cần tập trung sản xuất bởi đã có người khác lo cơ sở hạ tầng và công nghệ thay họ [07]

Hình 2.1 Mô hình Cloud computing là một thu

gần đây Có khá nhiều đị

định nghĩa của Ian Foster

có nhiều điểm tương đồ

phân bố, cung cấp các tài nguyên

cầu của người sử dụng trên môi trư

cách thêm hoặc giảm bớt tài nguyên)

Khả năng co giãn nhanh và linh ho

mây service tận dụng tài nguyên dư th

dùng giảm chi phí vì họ ch

21

Hình 2.1 Mô hình điện toán đám mây [30]

t thuật ngữ được nhắc khá nhiều trong thế ịnh nghĩa khác nhau về điện toán đám mây, trong đó, có hai

a Ian Foster [08] và Rajkumar Buyya [09] được dùng khá ph

ồng Cả hai đều định nghĩa điện toán đám mây

p các tài nguyên ảo dưới dạng dịch vụ một các linh đ

ng trên môi trường Internet

n của điện toán đám mây

có 5 tính chất cơ bản nổi bật so với mô hình truy

Hình 2.2 Các tính chất cơ bản của điện toán đám mây

ãn (Rapid elasticity)

a Điện toán đám mây là khả năng tự động mở

ầu người dùng (hệ thống sẽ tự mở rộng hoặ

t tài nguyên)

ãn nhanh và linh hoạt giúp cho nhà cung cấp dịch vụ

ng tài nguyên dư thừa phục vụ được nhiều khách hàng, ngưchỉ phải trả tiền cho những tài nguyên thực s

giới công nghệ , trong đó, có hai

c Truy xuất diện rộng (Broad network ac

Điện toán đám mây cung c

cần khách hàng có kết n

đám mây ở dạng dịch vụ

(client), vì vậy người sử

điện thoại, PDA, laptop…

d Dùng chung tài nguyên (Resource pooling)

Tài nguyên của nhà cung c

hàng dựa trên mô hình “multi

được phân phát động tùy theo nhu c

theo nhu cầu (On-demand self-service)

u thông qua trang web cung cấp dịch vụ, hệngười dùng có thể tự phục vụ như: tăng – giảợng lưu trữ, … mà không cần phải trực tiế

c là mọi nhu cầu khách hàng đều được xử lý trên internet

ng (Broad network access) cung cấp các dịch vụ thông qua môi trường internet Do đó, ch

t nối internet là có thể sử dụng dịch vụ Hơn n

ụ nên không đòi hỏi khả năng xử lý cao ở phía máy khách dụng dịch vụ có thể truy xuất bằng các thiết b

i, PDA, laptop…

Dùng chung tài nguyên (Resource pooling)

a nhà cung cấp dịch vụ được dùng chung, phục vụ cho nhi

a trên mô hình “multi-tenant” Trong mô hình “multi-tenant”, tài nguyên s

ng tùy theo nhu cầu của khách hàng Khi nhu cầu c

ần tài nguyên dư thừa sẽ được tận dụng để phnhư khách hàng A thuê 10 CPU mỗi ngày t

t khách hàng B thuê 10 CPU tương tự mỗi ngày từ lúc 13 githì hai khách hàng này có thể dùng chung 10 CPU đó

Hình 2.3 Tài nguyên được dùng chung trong điện toán đám mây

t bị di dộng như

cho nhiều khách tenant”, tài nguyên sẽ

u của một khách phục vụ cho một

i ngày từ lúc 7 giờ đến lúc 13 giờ đến lúc

n toán đám mây

23

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

III Các mô hình điện toán đám mây

Trong phần này, tôi sẽ trình bày các loại hình dịch vụ của điện toán đám mây, các hình thức triển khai của chúng và cuối cùng là những thuận lợi và khó khăn khi sử dụng công nghệ điện toán đám mây

Điều mới mẻ mang tính đột phá của cloud computing không nằm ở bản chất công nghệ mà là mô hình hướng dịch vụ, mang lại sự thay đổi trong nhận thức về cách cung cấp dịch vụ (cho nhà cung cấp) và cách sử dụng dịch vụ (cho người sử dụng) Tất cả được đưa đến người sử dụng dưới hình thức dịch vụ, từ nguồn cung ứng điện toán có hàng ngày, đơn giản giống như nguồn cung ứng điện, nước

Tổng quát, mô hình điện toán đám mây được phân nhóm làm 2 loại:

1 Mô hình dịch vụ (Service Models):

Mặc dù hiện nay trên thế giới có rất nhiều nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây cung cấp các dịch vụ khác nhau, nhưng nhìn chung có 3 loại dịch vụ điện toán đám mây cơ bản:

• Infrastructure as a Service

Dịch vụ này cung cấp cho người sử dụng thuê các tài nguyên hạ tầng (ví dụ như các máy ảo, dung lượng lưu trữ) theo nhu cầu sử dụng Nói cách khác, người sử dụng được cung cấp những tài nguyên máy tính cơ bản, và sẽ cài hệ điều hành, triển khai ứng dụng…Nhà cung cấp dịch vụ sẽ quản lý cơ sở hạ tầng bên dưới, người sử dụng sẽ phải quản lý hệ điều hành, lưu trữ, các ứng dụng triển khai trên hệ thống… Dịch vụ lưu trữ Amazon S3, hay tài nguyên điện toán Amazon EC2, IBM Blue Cloud là những ví dụ của IaaS

• Platform as a Service

Dịch vụ này cung cấp môi trường phát triển phần mềm đã có sẵn để người sử dụng có thể thiết lập và tự phát triển trên nền tảng đó các ứng dụng hay các dịch vụ của mình Người sử dụng 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 trường phát triển ứng dụng nhưng quản lý các ứng dụng

24

mình cài đặt hoặc phát triển Microsoft Azure, Google App Engine, Amazon Relation Databse Services là những ví dụ của PaaS

• Software as a Service (SaaS): dịch vụ cung cấp phần mềm

Dịch vụ này cung cấp cho người sử dụng các ứng dụng đã được cài đặt và cấu hình sẵn trên điện toán đám mây Người sử dụng chỉ việc dùng từ xa các ứng dụng, thay vì phải cài đặt, cấu hình trên các máy trạm của họ Mô hình này giải phóng người sử dụng khỏi 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 đảm bảo ứng dụng luôn sẵn sàng và hoạt động ổn định Ví dụ cho loại hình này là các ứng dụng trên nền Web, hoặc các ứng dụng tại chỗ nhưng sử dụng tài nguyên (xử lý, lưu trữ) qua mạng Internet Google Apps, Gmail, Facebook là một vài ví dụ điển hình của SaaS

2 Mô hình triển khai (Deployment Models):

Cho dù sử dụng loại mô hình dịch vụ nào đi nữa thì cũng có bốn mô hình triển khai chính là: Public Cloud, Private Cloud, Community Cloud và Hybrid Cloud

• Public cloud

Đây là mô hình mà hạ tầng điện toán đám mây được một tổ chức sở hữu và cung cấp dưới dạng dịch vụ rộng rãi cho tất cả các khách hàng thông qua hạ tầng mạng Internet hoặc các mạng công cộng diện rộng Các ứng dụng khác nhau chia sẻ chung tài nguyên tính toán, mạng và lưu trữ Do vậy, hạ tầng điện toán đám mây được thiết kế để đảm bảo cô lập về dữ liệu giữa các khách hàng và tách biệt về truy cập

Với mô hình này người sử dụng dịch vụ sẽ được lợi là chi phí đầu tư thấp, giảm thiểu rủi ro do nhà cung cấp dịch vụ đã gánh vác nhiệm vụ quản lý hệ thống, cơ sở

hạ tầng, bảo mật… Một lợi ích khác của mô hình này là cung cấp khả năng co giãn (mở rộng hoặc thu nhỏ) theo yêu cầu của người sử dụng

Tuy nhiên, điện toán đám mây công cộng có một trở ngại, đó là vấn đề mất kiểm soát về dữ liệu và vấn đề an toàn dữ liệu Trong mô hình này mọi dữ liệu đều nằm trên dịch vụ cloud do nhà cung cấp dịch vụ cloud đó bảo vệ và quản lý Chính điều này khiến cho khách hàng, nhất là các công ty lớn cảm thấy không an toàn đối với những dữ liệu quan trọng của mình khi sử dụng dịch vụ cloud

Đối với một phòng thực tập ảo trong một trường đại học thì dữ liệu tuy cũng quan trọng nhưng ở mức độ không cao, chủ yếu là ở phạm vi thực hành của sinh viên Vì vậy vấn đề an toàn dữ liệu không phải là vấn đề lớn trong trường hợp này Và với

25

lợi ích về chi phi đầu tư cũng như khả năng mở rộng hoặc thu nhỏ theo yêu cầu sử dụng thì mô hình này hoàn toàn phù hợp để triển khai phòng máy thực tập ảo trong một trường đại học

• Private Cloud

Private cloud là mô hình trong đó hạ tầng cloud được sở hữu bởi một tổ chức và phục vụ cho người dùng của tổ chức đó Private cloud có thể được vận hành bởi một bên thứ ba và hạ tầng đám mây có thể được đặt bên trong hoặc bên ngoài tổ chức sở hữu (tại bên thứ ba kiêm vận hành hoặc thậm chí là một bên thứ tư)

Private cloud được các tổ chức, doanh nghiệp lớn xây dựng cho mình nhằm khai thác ưu điểm về công nghệ và khả năng quản trị của điện toán đám mây Với private cloud, các doanh nghiệp tối ưu được hạ tầng IT của mình, nâng cao hiệu quả

sử dụng, quản lý trong cấp phát và thu hồi tài nguyên, qua đó giảm thời gian đưa sản phẩm sản xuất, kinh doanh cũng như dịch vụ thương mại ra thị trường

Như vậy, mặc dù mặc dù tốn chi phí đầu tư nhưng private cloud lại cung cấp cho doanh nghiệp khả năng kiểm soát và quản lý chặt chẽ những dữ liệu quan trọng

• Community Cloud

Community cloud là mô hình trong đó hạ tầng cloud được chia sẻ bởi một số tổ chức cho cộng đồng người dùng trong các tổ chức đó Các tổ chức này do đặc thù không tiếp cận tới các dịch vụ điện toán đám mây công cộng và chia sẻ chung một

hạ tầng điện toán đám mây để nâng cao hiệu quả đầu tư và sử dụng

• Hybrid Cloud

Như trình bày trên, pulic cloud và private cloud có ưu và nhược điểm riêng Điện toán đám mây công cộng dể áp dụng, chi phí thấp nhưng không an toàn Ngược lại, private cloud an toàn hơn nhưng tốn chi phí và khó áp dụng Do vậy, việc kết hợp hai mô hình này lại với nhau sẽ khai thác ưu điểm cùng từng mô hình Đó là ý tưởng hình thành mô hình hybrid cloud

Khó khăn khi áp dụng hybrid cloud là làm sao triển khai cùng một ứng dụng trên hai phía public và private cloud, sao cho ứng dụng có thể kết nối, trao đổi dữ liệu để hoạt động hiệu quả

Tóm lại, việc triển khai ứng dụng trên mô hình public, private, community hay hybrid cloud là tùy theo nhu cầu cụ thể Mỗi mô hình đều có điểm mạnh và yếu của

nó Các doanh nghiệp phải cân nhắc đối với các mô hình điện toán đám mây mà họ chọn Và họ có thể sử dụng nhiều mô hình để giải quyết các vấn đề khác nhau Nhu

26

cầu về một ứng dụng có tính tạm thời có thể triển khai trên điện toán đám mây công cộng bởi vì nó giúp tránh việc phải mua thêm thiết bị để giải quyết một nhu cầu tạm thời Trong khi đó, với những nhu cầu về một ứng dụng thường trú hoặc một ứng dụng có những yêu cầu cụ thể về chất lượng dịch vụ hay vị trí của dữ liệu thì nên triển khai trên private hoặc hybrid cloud

IV Ứng dụng của điện toán đám mây

1 Virtual Computing Laboratory- Private cloud

a Hệ thống VCL

Virtual Computing Laboratory [16], sản phẩm của trường đại học Bắc Carolina (North Carolina State University), là một hiện thực của mô hình Private Cloud, cung cấp các tài nguyên ảo bao gồm tài nguyên tính toán, lưu trữ và phần mềm VCL cung cấp dịch vụ cho hơn 30.000 sinh viên và giảng viên của trường [15]

Hình 2.4 Trang chủ VCL [16]

Đặc điểm nổi bật của VCL là:

• Hiện thực đơn giản và dễ bảo trì

• Tính linh hoạt, bảo mật và hiệu quả về chi phí

• Dễ tiếp cận tài nguyên nhờ công nghệ ảo hóa

• Cung cấp các dịch vụ tài nguyên rất linh hoạt thông qua các ―ảnhǁ (image)

b Mô hình hoạt động của VCL

Theo [15], có bốn thành phần cơ bản trong mô hình của VCL:

• Giao diện cho người dùng truy cập (có thể dựa trên nền web hoặc API)

27

• Một công cụ quản lý tài nguyên (VCL Manager) trong đó bao gồm việc lập lịch, theo dõi hiệu suất, quản lý mạng ảo, bảo mật…

• Một kho lưu trữ ảnh

• Các phần cứng vật lý (tính toán, lưu trữ và kết nối mạng)

Mô hình VCL đơn giản nhưng rất hiệu quả Người dùng tương tác với hệ thống thông qua giao diện web Mọi yêu cầu từ phía ngươì sử dụng sẽ được VCL Manager xử lý và trả ra kết quả cho người dùng

Ưu điểm của VCL

Theo phân tích của [11], VCL có các ưu điểm chính: phần mềm được triển khai và truy cập dễ dàng; đơn giản hóa việc quản lý bản quyền; các máy tính truy cập vào VCL có thể là các máy cấu hình thấp do việc tính toán hiệu năng cao được thực hiện ở server và một số lợi ích khác

Hạn chế còn tồn tại

Nhược điểm lớn nhất của VCL chính là thời gian đáp ứng còn chậm thông thường phải mất từ 20 phút đến 45 phút [11] Một hạn chế khác chính là việc sử dụng IBM Tivoli Monitor Tivoli là sản phẩm dạng ―of-the-shelf của IBM, nếu không được

hỗ trợ từ IBM thì chúng ta không thể sử dụng được [11] Và một số hạn chế khác được nêu ra ở đây [11]

2 Dự án phòng thí nghiệm ảo của trường đại học Bách Khoa- Private cloud

Trường đại học Bách Khoa cũng đã triển khai một dự án “Thiết kế và xây dựng hạ tầng phần mềm hệ thống phòng thí nghiệm ảo (virtual lab)” [23]

Theo báo cáo này, tính đến thời điểm 4/2012, dự án đã triển khai và đang tiến hành thử nghiệm với một môn học

28

Kết quả đạt được khá tốt tuy nhiên vẫn còn nhiều vấn đề cần phải giải quyết như quản lý thành phần hạ tầng mạng, hỗ trợ các bài thực hành của nhiều môn học, hỗ trợ chức năng đăng ký giờ và bài thực hành

Như vậy ta có thể thấy điện toán đám mây, trong trường hợp này là private cloud, thật sự có thể đáp ứng rất tốt nhu cầu trong môi trường đại học Tuy nhiên mô hình này đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu khá cao, chi phí bảo trì lớn và chi phí vận hành cũng lớn, đồng thời một yếu tố cần phải kể đến nữa đó là thời gian khá dài để hiện thực bao gồm thời gian thiết kế, xây dựng, thử nghiệm, đánh giá và cuối cùng mới đưa vào sử dụng

3 Ứng dụng của public cloud

Như đã trình bày ở trên, private cloud bên cạnh những ưu điểm còn tồn đọng những vấn đề về chi phí và thời gian xây dựng Một giải pháp khác mà có thể khắc phục các vấn đề trên đó chính là public cloud, chúng ta hoàn toàn có thể sử dụng public cloud của các nhà cung cấp có sẵn trên thế giới như Amazon, Atlantic, Elastichost… với mức chi chi phí sử dụng bao nhiêu trả bấy nhiêu, điều này sẽ giúp cho chi phí đầu tư ban đầu thấp, không cần lo lắng về chi phí vận hành và bảo trì thiết bị hay hệ thống mạng…

Hiện nay trên thế giới, public cloud đã được nhiều công ty lớn sử dụng trong các hoạt động thương mại của họ Những đánh giá của ban lãnh đạo các công ty [31] đó cho thấy ứng dụng public cloud đã đem lại những thành công cho họ trong việc xây dựng hệ thống công nghệ thông tin phục vụ mục đích kinh doanh

Bên cạnh đó, trong phụ lục B tôi cũng liệt kê những công ty, tổ chức lớn trên thế giới đã và đang sử dụng dịch vụ public cloud cho những hoạt động kinh doanh chính của họ

Như vậy, public cloud mặc dù có những yếu điểm của nó nhưng với những ưu thế

về chi phí và thời gian triển khai đã trở thành giải pháp khả thi cho việc xây dựng các hệ thống thông tin của các công ty và doanh nghiệp Dựa trên những thông tin này, tôi hoàn toàn tin tưởng rằng, việc ứng dụng public cloud để xây dựng phòng máy thực tập ảo cho trường đại học Bách Khoa là hoàn toàn khả thi

Vấn đề tiếp theo được đặt ra là, chi phí đầu tư ban đầu cụ thể sẽ là bao nhiêu? Để trả lời được cầu hỏi này, tôi phải tiến hành tính toán chi phi thuê máy ảo cần sử dụng cho mục đích thực hành của trường Tôi có một bên là yêu cầu về số máy ảo và thời gian sử dụng cần thuê, một bên là danh sách các nhà cung cấp dịch vụ, yêu cầu tính

29

chi phi thuê thấp nhất chính là một bài toán phân bố tài nguyên Bài toán phân bố là gì? Phương pháp giải ra sao? Tôi xin trình bày những vấn đề này ở phần sau

V Bài toán phân bố

Bài toán phân bố- Assignment problem [24] là một bài toán tối ưu cơ bản trong toán học Một bài toán phân bố tổng quát nhất được phát biểu như sau:

Có nhiều nhà cung cấp (agents) và nhiều yêu cầu (tasks) Một agent có thể thực hiện bất kỳ task nào với một chi phí nhất định Yêu cầu đặt ra là phải hoàn thành tất cả các yêu cầu đặt ra bằng cách gán một agent với một task hay một task chỉ được thực hiện bởi một agent, sao cho tổng chi phí là nhỏ nhất

Bài toán phân bố có thể giải được bằng giải thuật Simplex [32], tuy nhiên trong phạm vi luận văn, tôi sẽ không đề cập tới cách giải về mặt toán học bài toàn này mà chỉ quan tâm tới các phương pháp giải sẵn có và sử dụng chúng để giải quyết bái toán đặt ra trong luận văn

Mặt khác, bài toán trong luận văn mà tôi phải giải quyết là một biến thể của bài toán phân bố này, nhưng khác biệt ở chỗ nó còn có thêm một yếu tố nữa đó là yếu tố về mặt thời gian, thuê máy ảo của nhà cung cấp trong khoảng thời gian nào đó

Và để giải bài toán này tôi tiến hành mô hình hóa bài toán dưới dạng bài toán quy hoạch tuyến tính – LP Vậy LP là gì? Ích lợi của nó như thế nào trong việc giải bài toán của tôi? Phần sau tôi sẽ trình bày về vấn đề này

VI Quy hoạch tuyến tính

Quy hoạch tuyến tính- Linear Programming [17] là một phương pháp toán học chỉ

ra cách thức để đạt được mục tiêu tốt nhất (có thể là tối đa lợi nhuận hoặc tối thiểu chi phí) trong một mô hình toán học cho trước LP là một trường hợp đặc biệt của bài toán quy hoạch

Hay nói một cách khác, LP là một kỹ thuật tối ưu hóa một hàm mục tiêu nào đó với các ràng buộc tuyến tính

Bài toán LP được diễn đạt dưới dạng sau:

Hàm mục tiêu

min
்Ràng buộc

 ≤ 

.MPS mà tôi sẽ sử dụng trong mô hình

cung cấp bản quyền miễn phí cho l

tôi chọn Gurobi cho đề tài lu

30

 0

trong các ràng buộc của hàm mục tiêu

n cho phép toán ma trận nghịch đảo

p các biến cần phải xác định

n tính này cũng có cách giải và có nhiều tổ

i thành công và tạo ra những phần mềm giải riêng bi

ng open source có, dạng thương mại cũng có Những tên tu

bi (thương mại nhưng miễn phí cho học thuật) [18], CPLEX (thương

n phí cho học thuật) [34] và CBC&CGL (open source)

mà tôi thực hiện trong luận văn sẽ được xây ddùng một phần mềm của bên thứ ba, Gurobi, mong muốn

dụng phương pháp toán học mà đã được chBranch and Bound [02], trong việc giải bài toán quy

m này hỗ trợ nhiều định dạng, kể cả định dạng cơ b

ng trong mô hình Đồng thời phần mềm này rất d

n phí cho lĩnh vực giáo dục Chính vì những lý do này tài luận văn của mình

ổ chức khoa học

i riêng biệt Những phần

ng tên tuổi điển , CPLEX (thương

và CBC&CGL (open source) [33]

c xây dựng theo mô

để giải bài toán

31

I Tình hình hiện tại của phòng máy thực tập trong trường

Trường đại học Bách Khoa là một trong những trường đại học lớn Việt Nam với hơn 20.000 học viên và 1.000 giảng viên Với qui mô lớn như vậy, nhu cầu về phòng máy thực hành cũng rất lớn Để đáp ứng lại nhu cầu này, cụ thể, trường đã xây dựng 3 cụm phòng máy [27], A5, B1 và C6, với tổng cộng gần 200 máy tính và máy chủ để phục vụ nhu cầu thực hành

Phòng máy hoạt động dựa trên lịch thực hành được đưa xuống từ phòng đào tạo đại học hoặc sau đại học Khi nhận được lịch thực hành thì nhân viên quản lý phòng máy sẽ tiến hành cài đặt các phần mềm cần thiết cho từng máy, và phòng máy sau khi cài đặt sẽ được dành riêng cho môn học đó trong suốt học kỳ

Từ các thông tin trên, tôi nhân thấy một vấn đề nảy sinh đó là những máy này ngay tại thời điểm mua có thể là máy có cấu hình rất mạnh, nhưng theo thời gian các máy này sẽ xuống cấp, cụ thể tại thời điểm hiện tại, cấu hình của hầu hết các máy tính trong các phòng thực hành là khá thấp so với công nghệ hiện nay Trong khi đó, sự đòi hỏi về phần cứng của những ứng dụng mới xuất hiện tăng lên Vì vậy chi phí cho sự bảo trì, và nâng cấp là điều bắt buộc

Mặt khác số lượng phòng máy nhiều và số máy lớn như vậy đòi hỏi phải có nhiều nhân viên phòng máy, ít nhất là 1 phòng máy 1 người Dẫn tới trường phải chịu thêm một khoản chi phí vận hành phòng máy

Một vấn đề nữa đó là thời gian để cài đặt, xử lý sự cố hoặc bảo trì, thay mới là khá lâu vì liên quan tới chi phí thay mua thiết bị thay thế, lịch sử dụng phòng máy… Vậy thì với yêu cầu không quá khắt khe về phòng thực tập thì một câu hỏi đặt ra là bên cạnh giải pháp xây dựng phòng máy thực tập như hiện tại thì còn giải pháp nào khác hay không? Câu trả lời là có, đó là giải pháp xây dựng phòng máy thực tập ảo bằng cách thuê máy ảo được từ dịch vụ điện toán đám mây công cộng của các nhà cung cấp như Amazon, Elastichost… Với giải pháp này, trường có thể sẽ giảm được chi phí đầu tư ban đầu với phương thức, xài bao nhiêu tài nguyên trả bấy nhiêu chi phí; khi sự cố xảy ra thì đã có nhà cung cấp lo việc sửa sửa chữa; khi có nhu cầu nâng cấp thì việc nâng cấp được tiến hành nhanh chóng thông qua các công cụ quản

lý máy ảo trên Web; đồng thời việc vận hành và quản lý phòng máy ảo cũng sẽ đơn giản hơn nhiều, số lượng nhân viên quản lý phòng máy ảo sẽ giảm so với số lượng nhân viên quản lý quản lý phòng máy truyền thống

32

Với giải pháp phòng máy thực hành ảo thì chi phí đầu tư ban đầu là bao nhiêu? Để trả lời cho câu hỏi này, một quy trình tính chi phí phải được thực hiện và quy trình này sẽ được trình bày ngay ở phần dưới đây

II Mô hình phòng máy ảo và quy trình tính chi phí

1 Mô hình phòng máy ảo

Phòng máy thực tập ảo bao gồm 2 thành phần chính là phòng máy đầu cuối và phòng máy ảo

Phòng máy đầu cuối có chức năng dùng đề truy xuất tới các máy ảo được thuê tại các nhà cung cấp dịch vụ public cloud Các máy đầu cuối do chỉ đảm nhiệm một chức năng như vậy nên cấu hình dành cho máy đầu cuối không cao Về mặt kỹ thuật, máy chỉ cần đảm bảo có kết nối Internet và chạy được chương trình có chức năng remote desktop để truy xuất vào các máy ảo Các máy đầu cuối này có thể là các máy trong phòng thực hành trong trường hoặc các máy tính cá nhân (laptop, PC) của sinh viên

Phòng máy ảo là các máy ảo được thuê tại nhà cung cấp, chỉ được bật lên khi có nhu cầu thực hành và được tắt/xóa khi hết nhu cầu nhằm giảm thiểu tối đa chi phí

2 Quy trình tính chi phí

Từ hoạt động thực tiễn trong quản lý phòng máy của trường đại học Bách Khoa như nhận lịch thực hành từ phòng đào tạo, cài đặt các phần mềm theo yêu cầu trên mỗi máy… tôi vạch ra một quy trình dành cho việc tính toán chi phí thuê máy ảo và sử dụng phòng máy ảo sát với thực tế như sau:

Bước 1: Sau khi nhận lịch thực hành từ phòng đạo tạo đại học hoặc sau đại học, nhân viên phòng máy sẽ tiến hành tạo ảnh máy ảo với đầy đủ các phần mềm yêu cầu Bước này được nhân viên phòng máy thực hiện thủ công như đang làm trong hiện tại

Bước 2: Tiến hành thử ảnh máy ảo trên phần cứng yêu cầu hoặc xác định phần cứng tối ưu cho ảnh máy ảo Bước này cũng thực hiện như đang làm trong hiện tại, được nhân viên phòng máy tiến hành thủ công dựa vào kinh nghiệm và kiến thức của họ Kết quả của bước này chính là cấu hình của máy đáp ứng nhu cầu thực hành

33

Bước 3: Từ lịch thực hành, tính toán ra số máy ảo cần có, thời gian thực hành Bước này tôi sẽ viết một chương trình hỗ trợ làm tự động trích và lưu dữ liệu cần thiết xuống database nhằm phục cho bước 4

Bước 4: Kết hợp các thông số đầu vào từ bước 2, dữ liệu của bước thứ 3 và một số thông số đầu vào khác, tất cả được đưa vào mô hình tính toán chi phí để cho ra kết quả nhà cung cấp dịch vụ nào có chi phí thấp nhất là bao nhiêu

Bước 5: Tiến hành quyết định chọn nhà cung cấp dịch vụ sau đó liên hệ để tiến hành thuê với các thông tin ở trên: số máy ảo, thời gian sử dụng, loại dịch vụ Bước này có thể được thực hiện bởi bộ phận quản lý

Bước 6: Khi có buổi thực hành, nhân viên phòng máy mở từng máy ảo cho từng sinh viên nhằm giảm thiểu việc máy ảo mở lên mà không có sinh viên sử dụng Khi kết thúc buổi thực hành, mọi máy ảo nếu không có nhu cầu sử dụng phải được xóa

để giảm tối đa chi phí

Trong các bước trên tôi sẽ tập trung vào bước 3 và bước 4; bước 1 và 2 xem như sẽ được hoàn thành bởi nhân viên phòng máy và kết quả của bước 2 sẽ là một file máy ảnh với cấu hình phần cứng tương ứng Bước 5 và 6 thuộc về lĩnh vực ra quyết định

và cách thức quản lý máy ảo trên điện toán đám mây công cộng nên tôi sẽ không đề cập trong phạm vi luận văn

- Đối với loại hình dịch vụ On-demand, chi phí được tính theo giờ sử dụng, tùy theo cấu hình của máy ảo và chi phí vào ra của lưu lượng dữ liệu

- Đối với loại Reserved, chi phí được tính bằng tổng chi phí cố định và chi phí theo giờ sử dụng tùy theo cấu hình máy ảo Điều kiện để sử dụng loại Reserved

là thời gian thuê máy ảo phải đủ dài Chẳng hạn đối với Amazon, thời gian thuê tối thiểu là 1 năm Tuy nhiên không phải nhà cung cấp nào cũng có loại dịch vụ này Đối với những nhà cung cấp không có loại hình dịch vụ này, tôi đặt chi phí

cố định và chi phí theo giờ sử dụng rất cao tương ứng là 9999.99 và 99.99 Điều

34

này đơn giản chỉ là một dấu hiệu để chỉ ra nhà cung cấp này không có loại hình dịch vụ Reserved, đồng thời khi sử dụng trong mô hình, dịch vụ của nhà cung cấp này sẽ không được chọn

- Ngoài chi phí thuê máy ảo, còn có chi phí cho băng thông đi vào và đi ra từ nhà cung cấp dịch vụ

Dưới đây là bảng các loại hình dịch vụ của một số nhà cung cấp

On-demand

Reserved Discount

36

Storm

Configuration On-demand

(per hour) CPU RAM HDD

Chi tiết hơn tại: https://www.stormondemand.com/pricing/

Từ chính sách giá này, tôi sẽ tổng hợp công thức tính chi phí thuê máy ảo được trình bày trong những phần sau

IV Mô hình khái niệm

1 Phân tích

Lịch thực hành phòng máy hiện tại là do phong đào tạo tổng hợp nhu cầu thực hành

từ các khoa gửi lên Lịch thực hành này sau đó sẽ gửi lại cho các khoa và gửi xuống cho nhân viên quản lý phòng máy theo dõi, giám sát và hỗ trợ thực hiện Nhiệm vụ của bước 3 là từ lịch thực hành này tôi phải xác định được số máy ảo cần có và thời gian sử dụng cụ thể Tôi xét ví dụ với một lịch thực hành cụ thể và giản lược ở mức một môn học sau đây Lịch thực hành đầy đủ với số lượng môn học và thời lượng thực hành nhiều hơn rất nhiều được trình bày ở phụ lục C

37

Thứ Tên GV Mã môn Tên môn Nhóm ss Tiết bắt đầu Tuần 4-Tư Nguyễn Văn Hiệp 501126 Thực hành nhập môn đtoán A01 43 -78 - 45 78 1 4-Tư Nguyễn Văn Hiệp 501126 Thực hành nhập môn đtoán A01 43 -78 - 6 234567