ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN LỚP CAO HỌC QUA MẠNG – KHÓA 6 TIỂU LUẬN MÔN HỌC: ĐIỆN TOÁN LƯỚI SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ ẢO HÓA GẮN LIỀN VỚI ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY Giảng viên: PGS.TS Nguyễn Phi Khứ Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Xuân An MSHV: CH1101002 TP. HCM, 06/2013 Tiểu luận môn điện toán lưới MỤC LỤC Trang 2 | Tiểu luận môn điện toán lưới 1. Giới thiệu Một hệ thống điện toán đám mây thường được xây dựng bởi những nhà cung cấp dịch vụ với kiến trúc là sự kết hợp của nhiều rất nhiều máy tính với nguồn tài nguyên xử lý và lưu trữ lớn, khả năng tùy biến linh hoạt và băng thông kết nối cao. Trên nền tảng các thiết bị đó nhà cung cấp dịch vụ sẽ có thể tùy biến cách khai thác như việc cấp phát và thu hồi tài nguyên dưới dạng phần cứng ảo, cấp phát tiến trình xử lý dịch vụ… Với các hệ thống điện toán đám mây thì người dùng không cần phải quan tâm đến tất cả các yếu tố kỹ thuật như hỏng hóc phần cứng, mất điện, bảo trì mạng định kỳ, … mà chỉ cần quan tâm đến khía cạnh sử dụng dịch vụ hay phần cứng ảo sao cho hiệu quả. Đi kèm và hỗ trợ một phần rất lớn cho sự phát triển bùng nổ của điện toán đám mây chính là công nghệ ảo hóa. Hiện tại bản chất của việc ảo hóa chính là việc khai thác các nguồn tài nguyên dùng chung sao cho hiệu quả nhất. Ảo hóa có thể được phân theo nhiều tiêu chí như ảo hóa ở cấp độ hệ điều hành, phần mềm, cấp độ dịch vụ, hoặc ảo hóa bộ nhớ, lưu trữ, mạng… Đứng dưới khía cạnh phục vụ cho nhiều người sử dụng thì hệ thống ảo hóa là một mạng lưới các node tính toán được quản lý và phân chia tài nguyên cho từng người dùng. Một trong những ví dụ của hế thống như thế ở cấp độ hệ điều hành chính là giải phải VMWare VSphere: Riêng với khía cạnh tính toán hiệu năng cao, ảo hóa được sử dụng để xây dựng một hệ thống máy tính lớn duy nhất từ nhiều máy thực nhỏ hơn, đây được gọi là ảo hóa Trang 3 | Tiểu luận môn điện toán lưới tổng hợp (Virtualization for aggregation), một trong những giải pháp ảo hóa để xây dựng một nền tảng ảo hóa ở cấp độ hệ điều được xây dựng bởi hãng ScaleMP: Trên các nền tảng kết hợp này người dùng có thể khai thác nguồn tài nguyên rất lớn trên một hệ điều hành duy nhất. Bài tiểu luận này sẽ trình bày về đặc điểm kỹ thuật, xu hướng phát triển và sự tác động tương hỗ giữa công nghệ ảo hóa và điện toán đám mây. 2. Định nghĩa ảo hóa và điện toán đám mây Để tạo điều kiện hiểu biết rõ ràng, chính xác về những gì là điện toán đám mây, chúng ta so sánh Điện toán đám mây với hai mô hình khác gần đây là: Điện toán gom cụm và điện toán mạng lưới. Trước tiên, chúng ta xem xét các định nghĩa tương ứng của ba mô hình. Sau đó phân biệt các đặc điểm cụ thể của nó và cuối cùng là làm nổi bật xu hướng tìm kiếm web gần đây của của các mô hình này. 2.1. Định nghĩa Một số nhà nghiên cứu máy tính đã thử đưa ra nhiều định nghĩa khác nhau về Cluster, Grid và Cloud. Dưới đây là một số định nghĩa mà chúng tôi nghĩ nó phổ biến và tồn tại được lâu. Đa số các nhà sản xuất phần cứng hay phần mềm đều đồng ý với định nghĩa về ảo hóa nói chung và công nghệ ảo hỏa nói riêng như sau: Ảo hóa là việc sử dụng các nguồn tài nguyên không phụ thuộc vào kíhc thước và đặc điểm vật lý, nhằm mục tiêu là có thể khai thác hiệu quả tài nguyên ấy để phục vụ cho nhiều người dùng. Với các loại hình điện toán đám mây thì Pfister và Buyya định nghĩa Cluster như sau: Trang 4 | Tiểu luận môn điện toán lưới  “Cluster làmột loại hệ thống song song và phân tán trong đó bao gồm một tập hợp các máy tính độc lập liên kết với nhau làm việc cùng nhau như một nguồn tài nguyên máy tính tích hợp duy nhất”. Buyya đưa ra một trong những định nghĩa phổ biến cho Grid, tạihội nghị GridPlanet, 2002, SanJose, Hoa Kỳ như sau:  “Grid là một loại hệ thống song song và phân tán cho phép chia sẻ, lựa chọn và tập hợp linh động các nguồn tài nguyên độc lập phân tán theo địa lý ngay lúc thực thiphụ thuộc vào sự sẳn có, khả năng, hiệu suất, chi phí và chất lượng dịch vụ của người sử dụng yêu cầu''. Trên cơ sở quan sát của chúng ta về bản chất của những gì Cloud hứa hẹn sẽ, chúng tôi đề xuất định nghĩa sau đây:  “Cloud là một loại hệ thống song song và phân tán bao gồm tập hợp các máy tính được kết nối và ảo hóa, tự động cung cấp và thể hiện như là một nguồn tài nguyên tính toán thống nhất dựa trên các thỏa thuận về mức độ dịch vụ được thiết lập thông qua thỏa thuận giữa nhà cung cấp dịch vụ và người dùng.'' Thoáng nhìn, Cloud xuất hiện như là sự kết hợp của Cluster và Grid. Tuy nhiên, thực tế trường hợp này là không đúng. Cloud rõ ràng là trung tâm dữ liệu thế hệ tiếp theo với các nút “ảo” thông qua công nghệ ảo hóa như máy ảo, linh động “cung cấp” theo yêu cầu từ một tập hợp nguồn tài nguyên riêng lẻ để đáp ứng về mức độ dịch vụ (service- level) cụ thể, được hình thành dưới một “thỏa thuận” và truy cập thông qua công nghệ dịch vụ Web như SOAP và REST. 2.2. Đặc điểm của các loại mô hình điện toán đám mây Các đặc điểm giúp phân biệt Cluster, Grid và Cloud được liệt kê trong Bảng 1. Các nguồn tài nguyên trong Cluster được đặt trong một miền quản trị duy nhất và bởi một thực thể duy nhất. Trong khi đó, trong hệ thống Grid, các tài nguyên được phân bố theo địa lý trên nhiều miền quản trị với các chính sách và mục tiêu quản lý khác nhau. Một khác biệt quan trọng giữa hệ thống Cluster và Grid phát sinh từ cách lập danh mục ứng dụng được thực hiện. Lập danh mục (schedulers) tronghệ thống Cluster có trách nhiệm tập trung vào nâng cao tổng thể hiệu suất hệ thống và tiện ích đối với toàn bộ hệ thống. Trang 5 | Tiểu luận môn điện toán lưới Ngược lại, lập danh mục trong hệ thống Grid được gọi là resource brokers, tập trung vào nâng cao hiệu suất của một ứng dụng cụ thể đáp ứng yêu cầu của người dùng. Nền tảng điện toán đám mây bao gồm đặc điểm của Cluster và Grid cùng với các đặc tính riêng và khả năng đặc biệt hỗ trợ mạnh mẽ đối với ảo hóa, khả năng kết hợp các dịch vụ linh động với giao diện Web và hỗ trợ mạnh mẽ cho người dùng các giá trị dịch vụ xây dựng trên Cloud như: tính toán, lưu trữ và dịch vụ ứng dụng. Vì vậy, Cloud hứa hẹn sẽ cung cấp dịch vụ cho người sử dụng mà không cần tham chiếu đến các cơ sở hạ tầng mà chúng được lưu trữ. Bảng 1: Những đặc điểm chính của hệ thống Cluster, Grid và Cloud 3. Kiến trúc của các hệ thống ảp dụng công nghệ ảo hóa 3.1. Ảo hóa hệ thống mạng - Khái niệm Chúng ta thường hay nghĩ tới các mạng Lan ảo (Vlan) khi nghe nói về ảo hóa mạng lưới. Nhưng đây chỉ là một khía cạnh trong lĩnh vực này. Thật ra ảo hóa mạng phức tạp hơn, và các kỹ thuật về ảo hóa trên hệ thống mạng vẫn đang được phát triển và hoàn thiện hơn. Trang 6 | Tiểu luận môn điện toán lưới Ảo hóa mạng, hình dung một cách đơn giản là gom các dịch vụ, các ứng dụng dựa trên nền người dùng/máy chủ, đưa chúng lên hệ thống mạng. Sau đó, các ứng dụng, dịch vụ này sẽ được gán và cung cấp vào các kênh phù hợp theo nhu cầu, hay ứng dụng cụ thể được đối tượng nào đó yêu cầu để sử dụng (Assign for request). - Mô hình hoạt động Có nhiều phương pháp để thực hiện việc ảo hóa hệ thống mạng.Các phương pháp này tùy thuộc vào các thiết bị hỗ trợ, tức là các nhà sản xuất thiết bị đó, ngoài ra còn phụ thuộc vào hạ tầng mạng sẵn có, cũng như nhà cung cấp dịch vụ mạng (ISP).Sau đây chúng tôi sẽ giới thiệu mô hình hoạt động của một vài phương pháp vẫn đang được nghiên cứu cũng như đã được triển khai bởi Cisco. - Ảo hóa lớp mạng (Virtualized overlay network) Trong mô hình này, nhiều hệ thống mạng ảo sẽ cùng tồn tại trên một lớp nền tài nguyên dùng chung. Các tài nguyên đó bao gồm các thiết bị mạng như Router, Switch, các dây truyền dẫn, NIC (network interface card).Việc thiết lập nhiều hệ thống mạng ảo này sẽ cho phép sự trao đổi thông suốt giữa các hệ thống mạng khác nhau, sử dụng các giao thức và phương tiện truyền tải khác nhau, ví dụ như mạng Internet, hệ thống PSTN, hệ thống Voip. Điều này làm tăng tính linh động trong hệ thống mạng, giúp doanh nghiệp – người dùng thoát khỏi sự trói buộc của thiết bị - hạ tầng vật lý. Trang 7 | Tiểu luận môn điện toán lưới Hình 1 Ảo hóa lớp mạng Chú thích: • Substrate link: Các liên kết vật lý nền tảng. • Sustrate router: Các router vật lý • Virtual link và Substrate router là các thiết bị và liên kết được ảo hóa. - Mô hình ảo hóa của Cisco Một giải pháp về ảo hóa hệ thống mạng được Cisco đưa ra, đó là phân mô hình ảo hóa ra làm 3 khu vực, với các chức năng chuyên biệt. Mỗi khu vực sẽ có các liên kết với các khu vực khác để cung cấp các giải pháp đến tay người dùng 1 cách thông suốt. Cụ thể như sau: • Khu vực quản lý truy nhập (Access Control): Có nhiệm vụ chứng thực người dùng muốn đăng nhập để sử dụng tài nguyên hệ thống, qua đó sẽ ngăn chặn các truy xuất không hợp lệ của người dùng; ngoài ra khu vực này còn kiểm tra, xác nhận và chứng thực việc truy xuất của người dùng trong vào các vùng hoạt động (như là VLan, Access list). Trang 8 | Tiểu luận môn điện toán lưới • Khu vực đường dẫn (Path Isolation): Nhiệm vụ của khu vực này là o duy trì liên lạc thông qua hạ tầng cấu trúc Layer 3 (tầng Network trong mô hình OSI); o vận chuyển liên lạc giữa các vùng khác nhau trong hệ thống. Trong các vùng này sử dụng giao thức khác nhau, như MPLs (Multiprotocol Label Switching) và VRF (Virtual Routing and Forwarding), do đó cần một cầu nối để liên lạc giữa chúng). o Ngoài ra, khu vực này có nhiệm vụ liên kết (maping) giữa các đường truyền dẫn với các vùng hoạt động ở hai khu vực cạnh nó là Access Control và Services Edge. • Khu vực liên kết với dịch vụ (Services Edge): Tại đây sẽ áp dụng những chính sách phân quyền, cũng như bảo mật ứng với từng vùng hoạt động cụ thể; đồng thời qua đó cung cấp quyền truy cập đến dịch vụ cho người dùng. Các dịch vụ có thể ở dạng chia sẻ hay phân tán, tùy thuộc vào môi trường phát triển ứng dụng và yêu cầu của người dùng. Hình 2 Kiến trúc ảo hóa mạng của Cisco Trang 9 | Tiểu luận môn điện toán lưới 3.2. Ảo hóa lưu trữ - Khái niệm Ngày nay, nhu cầu lưu trữ dữ liệu của người dùng, doanh nghiệp ngày càng tăng lên. Và hiền nhiên khi nhu cầu ấy tăng lên, chúng ta cần một số lượng đĩa cứng tăng tương ứng, cùng với sự phát triển dung lượng của các đĩa. Do đó, vấn đề bị phát sinh khi chúng ta có quá nhiều thiết bị lưu trữ vật lý cần được quản lý. Mặc dù có nhiều phương pháp được đề xuất để phục vụ cho việc quản lý này như RAID (Ghép nhiều đĩa cứng vật lý thành 1 đĩa cứng, qua đó gia tăng tốc độ đọc ghi và có khả năng chịu lỗi cao), NAS (Network-attached storage), và SAN (Storage-area networks), việc quản lý vẫn rất khó khăn và độ phức tạp cao. Do đó, khái niệm ảo hóa hệ thống lưu trữ (Storage virtualization) ra đời. Ảo hóa hệ thống lưu trữ, về cơ bản là sự mô phỏng, giả lập việc lưu trữ từ các thiết bị lưu trữ vật lý.Các thiết bị này có thể là băng từ, ổ cứng hay kết hợp cả 2 loại. Hình 3 Ảo hóa hệ thống lưu trữ Ảo hóa hệ thống lưu trữ mang lại các ích lợi như việc tăng tốc khả năng truy xuất dữ liệu, do việc trải rộng và phân chia các tác vụ đọc/viết trong mạng lưu trữ. Ngoài ra, việc mô phỏng các thiết bị lưu trữ vật lý cho phép tiết kiệm thời gian hơn thay vì phải định vị xem máy chủ nào hoạt động trên ổ cứng nào để truy xuất. - Mô hình hoạt động Ảo hóa hệ thống lưu trữ có thể được tổ chức theo ba dạng sau đây: Trang 10 | [...]... thống điện toán đám mây được thương mại hóa: Aneka Chúng tôi đang làm việc hướng tới thực hiện điện toán đám mây theo hướng thị trường sử dụng công nghệ NET dựa trên nền tảng quản lý tài nguyên theo hướng dịch vụ gọi là Aneka Anekaban đầu đượcphát triểnnhưmột công nghệ iện toán lưới chodoanh nghiệpthế hệ thứ 3 Gần đây, nhiều khả năng mới đã được thêm vào để bổ sung tính chất Trang 27 | Tiểu luận môn điện. .. rằng Điện toán đám mâylà một trong nhữngxu hướng công nghệnổi bật.Bởi vì,ngành công nghiệpmáy tínhchuyểnhướngcung cấpPlatform as a Service (PaaS)vàSoftware as a Service (SaaS)cho người dùngvàdoanh nghiệp tiếp cậntheo yêu cầubất kể thời gianvà địa điểm do đó sẽ c sự gia tăngtrongsố lượng các nền tảngĐiện toán đám mâycó sẵn.Gần đây,một số tổ chứckhoa họcv công nghiệpđãbắt đầu nghiên cứu ,phát triển công nghệvàcơ... chếphân phối tự độngcác tài Trang 19 | Tiểu luận môn điện toán lưới nguyênchonhiều yêu cầucùng lúc.Gần đây,chúng tôiđã phát triểncác cơ chếthỏa thuậntrên cơ sởluân phiêncung cấpgiao thứccho việc thiết lậpSLA Cơ chế này cótiềm năngchấp thuậncao với người dùngtronghệ thốngđiện toán đám mây ược xây dựngsử dụng máy ảo Dịch vụ thương mạicủacủa điện toán đám mây theo hướng thị trườngcó các khả năng sau: • Hỗ... cung cấp Điện toán đám mây để đáp ứngnhiều hơn các yêu cầu tính toán, họ sẽ yêu cầu QoS cụ thể sẽ được duy trì bởi các nhà cung cấp để đáp ứng các mục tiêu và duy trì hoạt động của họ.Các nhà cung cấpĐiện toán đám mâycần phải xem xétvàđáp ứngcác thông sốQoSkhác nhau cho mỗingười dùngcá nhânnhưthỏa thuận cụ thểtrongSLA Đểđạt được điều này, các nhà cung cấpĐiện toán đám mâykhông thể tiếp tụctriển khai... cứu ,phát triển công nghệvàcơ sở hạ tầngđiện toán đám mây Nỗ lựcnghiên cứubao gồm: Virtual Workspaces, OpenNebula và Reservoir.Trong phần này,chúng ta so sánh6nền tảngĐiện toán đám mây ại diệnnhư trong Bảng 2 Trang 25 | Tiểu luận môn điện toán lưới Bảng 2: So sánh các nền tảng Điện toán đám mây Amazon ElasticCompute Cloud (EC2) cung cấp một môi trường máy tínhảocho phép người dùngchạy các ứng dụngdựa... lập có hiệu quả với tự quản lý thay đổi trong các yêu cầu dịch vụ để đáp ứng cả hai đó là yêu cầu dịch vụ mới và nghĩa vụ dịch vụ hiện có, và • Tận dụng công nghệ máy ảo để tự động chia sẽ tài nguyên theo yêu cầu dịch vụ 5 Các nguồn tài nguyên được ảo hóa và việc quản lý tài nguyên trong điện toán đám mây Vì sự hài lòng của khách hàng là yếu tố đế đánh giá sự thành công trong ngành công nghiệp dịch... sở của các hệ thống điện toán trong tương lai Các nhà phân tích đã dự báo lạc quan về cách Điện toán đám mây sẽ thay đổi toàn bộ ngành công nghiệp máy tính Theo Merrill Lynch nghiên cứu gần đây, điện toán đám mây được trong đợi: "Thị trường sẽ mang đến lợi nhuận 160 tỷ USD, trong đó kinh doanh ứng dụng và hiệu suất của các ứng dụng chiếm 95 tỷ USD và 65 tỷ USD trong quảng cáo trực tuyến" Nghiên cứu củaMorgan... trợtốt hơnviệc thực thi theo hướngSLAphân phối tài nguyên choTrung tâm dữ liệuv Đám mây 6 Sự giao tiếp giữa các thệ thống điện toán đám mây với người dùng Các doanh nghiệp hiện đang sử dụng dịch vụ Đám mây để nâng cao khả năng mở rộng dịch vụ của họ và để đối phó với sự bùng nổ nhu cầu về tài nguyên.Tuy nhiên, hiện nay, giá cả của các nhà cung cấpdịch khônglinh hoạt, thườnggiới hạntỷ lệcố địnhhoặcbảng... vậynhà cung cấp điện toán đám mây không khuyến khích chia sẻ tài nguyêncủa họ vàhọ coitất cả cácyêu cầu dịch vụcó tầm quan trọngngang nhau.Thay vào đó,quản lý tài nguyêntheo hướng thị trườnglàcần thiếtđể điều tiếtcung cầunguồn tài nguyêntrên điện toán đám mâynhằm đạt đượctrạng thái cân bằng(cung = cầu), điều này sẽ mang lại lợi ích kinh tếchocả người dùngvàcác nhà cung cấp điện toán ám mâyvà thúc đẩyphân... trợtập hợptoàn diệncủa các công c phát triển ộc MicrosoftNETServices., quyềnvà Microsoft các giao thứcbao gồmdịch vụLive, SQLServices,MicrosoftSharePoint Trang 26 | Tiểu luận môn điện toán lưới ServicesvàMicrosoft Dynamics CRMServices Microsoft Azurecũng hỗ trợAPIWebnhư SOAPvà RESTđể cho phépcác nhà phát triểnphần mềmgiao tiếp giữacác công cụv công nghệ của Microsofthoặckhông phải của Microsoft Sunnetwork.com(Sun . CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN LỚP CAO HỌC QUA MẠNG – KHÓA 6 TIỂU LUẬN MÔN HỌC: ĐIỆN TOÁN LƯỚI SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ ẢO HÓA GẮN LIỀN VỚI ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY Giảng viên: PGS.TS. hướng phát triển và sự tác động tương hỗ giữa công nghệ ảo hóa và điện toán đám mây. 2. Định nghĩa ảo hóa và điện toán đám mây Để tạo điều kiện hiểu biết rõ ràng, chính xác về những gì là điện toán. lậpSLA. Cơ chế này cótiềm năngchấp thuậncao với người dùngtronghệ thốngđiện toán đám mây ược xây dựngsử dụng máy ảo. Dịch vụ thương mạicủacủa điện toán đám mây theo hướng thị trườngcó các khả năng