ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN _____  _____ BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC “TÍNH TOÁN LƯỚI” Đề tài: TÍNH TOÁN LƯỚI VÀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY Giao viên hướng dẫn : PGS. TS. Nguyễn Phi Khứ Học viên thực hiện: Nguyễn Thị Thu Thủy Mã số sinh viên: CH1101142 TP. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2013 MỤC LỤC CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN LƯỚI 6 1.1 Khái niệm tính toán lưới – Grid Computing 6 1.1.1 Khái niệm 6 1.1.2 Lịch sử 8 1.2 Phân loại mạng lưới 9 1.2.1 Departmental Grids 9 1.2.2 Enterprise Grids 9 1.2.3 Extraprise Grids 9 1.2.4 Global Grids 10 1.2.5 Compute Grids 10 1.2.6 Data Grids 10 1.2.7 Utility Grids 10 1.3 Kiến trúc grid 11 1.3.1 Tầng ứng dụng – Application layer 11 1.3.2 Tầng kết nối – Connectivity layer 11 1.3.3 Tầng kết hợp – Collective layer 12 1.3.4 Tầng tài nguyên – Rescource layer 13 1.3.5 Tầng chế tác – Fabric layer 13 1.4 Các thành phần của grid theo mô hình chức năng 14 1.4.1 Cổng tương tác - Grid portal 14 1.4.2 Thành phần bảo mật – Grid Security 14 1.4.3 Chức năng an ninh nút - Node Security Function 15 1.4.4 Bộ lập lịch – Scheduler 15 1.4.5 Thành phần môi giới – Broker 16 1.4.6 Quản lý, phân bổ tài nguyên – Grid resource allocation manager 16 1.4.7 Tài nguyên - Resource 17 1.4.8 Quản lý dữ liệu – Data management 17 1.4.9 Giao thức – Protocol 17 1.5 Các thành phần của grid theo mô hình vật lý 17 Bài thu hoạch “Tính toán lưới” GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phi Khứ SVTH: Nguyễn Thị Thu Thủy (CH1101142) 2 1.5.1 Thành phần mạng – Networks 17 1.5.2 Thành phần tính toán – Computation 17 1.5.3 Thành phần lưu trữ - Storage 18 1.5.4 Phần mềm và bản quyền – Software and License 18 1.5.5 Các thiết bị đặc biệt 18 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 19 2.1 Giới thiệu điện toán đám mây 19 2.1.1 Giới thiệu 19 2.1.2 Lịch sử 20 2.1.3 Đặc điểm 21 2.1.4 Mô hình 22 2.2 Các kiểu đám mây 26 2.3 Các công nghệ ảo hóa trong điện toán đám mây 27 2.3.1 Công nghệ ảo hóa (virtualization) 27 2.3.2 Công nghệ Web service và Service Oriented Architecture 30 2.3.3 Service flows và workflows 35 2.3.4 Web 2.0 36 2.4 So sánh điện toán đám mây và điện toán lưới 36 2.5 Ứng dụng điện toán đám mây trên thế giới 37 2.6 Ứng dụng điện toán đám mây tại Việt Nam 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 * * * Bài thu hoạch “Tính toán lưới” GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phi Khứ SVTH: Nguyễn Thị Thu Thủy (CH1101142) 3 LỜI MỞ ĐẦU Trong vài năm qua, Công nghệ thông tin (IT) đã bắt đầu một mẫu hình mới - điện toán đám mây. Mặc dù điện toán đám mây chỉ là một cách khác để cung cấp các tài nguyên máy tính, chứ không phải là một công nghệ mới, nhưng nó đã châm ngòi một cuộc cách mạng trong cách cung cấp thông tin và dịch vụ của các tổ chức. Lúc đầu điện toán trên máy tính lớn (mainframe) thống trị công nghệ thông tin. Cấu hình mạnh mẽ này cuối cùng đã cho ra đời mô hình khách-chủ. Công nghệ thông tin hiện đại ngày càng trở thành một chức năng của công nghệ di động, điện toán lan tỏa hoặc mọi nơi và tất nhiên, cả điện toán đám mây. Tuy nhiên, cuộc cách mạng này, giống như mọi cuộc cách mạng, có các thành phần của quá khứ mà từ đó nó phát triển lên. Vì vậy, để đưa điện toán đám mây vào đúng bối cảnh này, hãy nhớ rằng trong DNA của điện toán đám mây về cơ bản là sự tạo ra các hệ thống tiền thân của nó. Về nhiều mặt, sự thay đổi quan trọng này là vấn đề "trở lại tương lai" chứ không phải là sự kết thúc hẳn của quá khứ. Trong thế giới mới dũng cảm của điện toán đám mây, có chỗ cho sự cộng tác sáng tạo của công nghệ đám mây và cho các tiện ích đã qua thử thách của các hệ thống tiền thân đó, ví dụ như các máy tính lớn mạnh mẽ. Sự thay đổi thực sự ấy trong cách chúng ta tính toán mang lại các cơ hội to lớn cho nhân viên công nghệ thông tin để kiểm soát sự thay đổi và sử dụng chúng cho lợi ích cá nhân và tổ chức của họ. Trong báo cáo này, em xin trình bày những vấn đề cơ bản liên quan đến Tính toán lưới và điện toán đám mây để hiểu rõ hơn về nội dung của môn học. Bài thu hoạch “Tính toán lưới” GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phi Khứ SVTH: Nguyễn Thị Thu Thủy (CH1101142) 4 LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học vừa qua, chúng em đã nhận được sự quan tâm, động viên và tận tình dạy dỗ của thầy, đã cung cấp những kiến thức hết sức bổ ích và cần thiết để chuẩn bị cho các môn học tiếp theo ở khóa học. Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại học Công Nghệ Thông Tin, Ban Giám Hiệu đã tạo cho chúng em một môi trường học tập, rèn luyện đạo đức, nhân cách trong suốt thời gian học đã cung cấp những kiến thức cũng như những kinh nghiệm hết sức cần thiết cho việc học tập và nghiên cứu. Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS. TS. Nguyễn Phi Khứ, Thầy đã truyền đạt những kiến thức quý báu về môn học Tính toán lưới, tận tình hướng dẫn chúng em thực hiện tiểu luận môn này. Tuy nhiên, do những hạn chế về mặt thời gian, chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo tận tình của quý thầy cô và sự phản hồi góp ý của các bạn đối với những thiếu xót còn tồn tại trong tiểu luận này. Chúng em rất mong được sự đóng góp nhiệt tình của quý Thầy Cô để bài tiểu luận ngày càng được hoàn thiện hơn. Bài thu hoạch “Tính toán lưới” GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phi Khứ SVTH: Nguyễn Thị Thu Thủy (CH1101142) 5 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Bài thu hoạch “Tính toán lưới” GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phi Khứ SVTH: Nguyễn Thị Thu Thủy (CH1101142) 6 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN LƯỚI 1.1 Khái niệm tính toán lưới – Grid Computing 1.1.1 Khái niệm Tính toán lưới (Grid computing) là khái niệm về liên kết các tài nguyên phân tán để giải quyết các bài toán quy mô lớn. Các tài nguyên như supercomputers, clusters, cơ sở dữ liệu, đặc biệt các thiết bị khoa học (như radio telescopes) kết nối ở mức luận lý với nhau và biểu diễn như một tài nguyên chung cho người sử dụng. Định nghĩa tính toán lưới có nhiều định nghĩa sau: - Định nghĩa của Oracle: tính toán lưới là việc liên kết nhiều máy chủ và thiết bị lưu trữ thành một siêu máy tính nhằm tối ưu hóa được tính ưu việt của các hệ thống máy chủ cũng như hệ thống ứng dụng, nhờ đó giảm thiểu đến mức thấp nhất chi phí. - Định nghĩa của IBM: tính toán lưới là một môi trường tính toán ảo. Môi trường này cho phép bố trí song song, linh hoạt, chia sẻ, tuyển lựa, tập hợp các nguồn tài nguyên hỗn hợp về mặt địa lý, tùy theo mức độ sẵn sàng, hiệu suất, chi phí của các tài nguyên tính toán và yêu cầu về chất lượng dịch vụ của người sử dụng - Định nghĩa của liên minh điện toán lưới: môi trường tính toán lưới được hiểu như một hạ tầng kết nối hệ thống máy tính, hệ thống mạng, hệ thống cơ sở dữ liệu Bài thu hoạch “Tính toán lưới” GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phi Khứ SVTH: Nguyễn Thị Thu Thủy (CH1101142) 7 được sở hữu và quản lý bởi nhiều tổ chức, cá nhân nhằm cung cấp môi trường tính toán ảo duy nhất với hiệu năng cao cho người sử dụng. Tóm lại, có thể nói tính toán lưới là một công nghệ cho phép các tổ chức ảo chia sẻ tài nguyên phân tán theo một mục đích chung mà không yêu cầu phải có 1 trung tâm điều khiển tập trung.  Tổ chức ảo: có thể là một công ty, mở rộng cho đến tổ chức gồm nhiều thành viên nằm rải rác khắp mọi nơi trên thế giới.  Tài nguyên: có thể bao gồm tài nguyên tính toán như máy tính cá nhân, máy tính xách tay, trạm làm việc, máy chủ, nhóm máy tính (cluster), siêu máy tính hoặc có thể là tài nguyên lưu trữ như ổ đĩa cứng trong máy tính cá nhân, các thiết bị lưu trữ chuyên dụng như RAID. Các thiết bị đo lường, dò (sensor) cũng là một dạng tài nguyên cần chia sẻ, hoặc băng thông mạng, phần mềm cũng là tài nguyên của một tổ chức ảo. Môi trường tính toán lưới bao gồm:  Hệ thống bao gồm phần cứng, phần mềm, đường truyền và hàng bao nhiêu thiết bị khác… trong những không gian thích hợp tạo một môi trường tính toán gọi là môi trường lưới.  Môi trường bao gồm những cơ sở hạ tầng cực mạnh, những siêu máy chủ, những thiết bị lưu trữ lớn, những clusters, những phần mềm ứng dụng và sự quản trị hệ thống phức hợp;  Tính toán lưới xử lý song song, phân chia thời gian với các thuật toán tối ưu xử lý phân bố tài nguyên tính toán, lưu trữ… Tính toán lưới để làm gì?  Tính toán lưới là một giải pháp tập hợp tài nguyên tính toán chi phí thấp để thực hiện những bài toán lớn.  Hệ thống tính toán cho phép bố trí song song, linh hoạt, chia sẻ, tập hợp các nguồn tài nguyên hỗn hợp về mặt địa lý,  Grid có thể đạt đến quy mô toàn cầu và người sử dụng không cần biết vị trí nguồn tài nguyên Nhu cầu của người sử dụng Bài thu hoạch “Tính toán lưới” GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phi Khứ SVTH: Nguyễn Thị Thu Thủy (CH1101142) 8  Người dùng nào đó có thể truy nhập vào các tài nguyên như bộ xử lý, ổ lưu trữ, dữ liệu mà không cần biết các tài nguyên này nằm ở đâu, chúng dùng công nghệ gì, cấu hình phần cứng như thế nào  Tận dụng hiệu quả nguồn tài nguyên, liên kết nhiều máy chủ và thiết bị lưu trữ thành một siêu máy tính nhằm giảm thiểu đến mức thấp nhất chi phí. 1.1.2 Lịch sử Quá trình lịch sử ra đời của tính toán lưới có thể tóm tắt như sau: Cơ sở hạ tầng truyền thông của tính toán lưới là mạng Internet. Sau này WWW ra đời cuối những năm 80 đã tạo ra một cuộc cách mạng trong quá trình tính toán và chia sẻ thông tin trên mạng. Giao thức HTTP cùng với trình duyệt ngôn ngữ HTML đã cung cấp một cơ chế cho phép liên kết các văn bản và truy cập các thông tin trực uyến, dễ dàng và ở bất kỳ đâu. Công nghệ XML được ra đời vào những năm 1994, đây là một chuẩn mới cho quá trình trao đổi thông tin trên mạng. Công nghệ quang học đã cung cấp các dịch vụ và khả năng kết nối nhanh, rộng với chi phí hợp lý. Tốc độ mạng giữa những năm 1990 đã lên đến 2.4Bbps. Thông lượng lớn là nhân tố chính thúc đẩy hình thành công nghệ tính toán lưới. Vào những năm 1990, khi các máy tính, máy trạm và mạng tốc độ cao cùng với các thiết bị hiện đại khác ra đời làm nảy sinh nhu cầu gom nhóm các máy tính thành các cluster dùng cho công việc tính toán tốc độ cao. Sự xuất hiện của cluster chính là mầm mống của hệ thống tính toán ngang hàng và các lưới tính toán sau này. Lưới dữ liệu được bắt đầu năm 1999 với Globus Tookit 2.0+. Giai đoạn tiếp theo với sự ra đời của kiến trúc dịch vụ lưới mở rộng (OGSA) vào năm 2001 và sản Bài thu hoạch “Tính toán lưới” GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phi Khứ SVTH: Nguyễn Thị Thu Thủy (CH1101142) 9 phẩm Globus Tookit 3.0. Giai đoạn hiện tại tính từ những năm 2003 đến nay, được đánh giá bởi các cố gắng chuẩn hóa công nghệ và giao thức tính toán. Globus là một hạ tầng cung cấp các công cụ phần mềm để xây dựng tính toán mạng lưới và các ứng dụng khác dựa trên công nghệ Grid. Bộ công cụ Globus Toolkit không chỉ chứa các thành phần làm nền tảng cho một môi trường Grid mà còn bao gồm các công cụ hữu ích cho việc phát triển các chương trình grid. Các công cụ này được gọi chung là Globus Toolkit (GT) bao gồm các module công cụ có thể thực hiện được trên những môi trường khác nhau. 1.2 Phân loại mạng lưới Lưới thường được cài đặt ở nhiều dạng khác nhau, tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể theo cấu trúc tổ chức ảo và tài nguyên được chia sẽ. Một số dạng lưới như sau: 1.2.1 Departmental Grids - Cluster Grids: gồm một hoặc nhiều hệ thống kết hợp lại nhằm cung cấp một điểm truy xuất đơn cho người dùng. Nó phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu hiệu năng tính toán và băng thông lớn - Infra Grids: do IBM đề xuất nhằm định nghĩa một lưới tối ưu việc sử dụng tài nguyên trong một xí nghiệp 1.2.2 Enterprise Grids - Enterprise Grids: được triển khai trong các công ty lớn có chi nhánh ở nhiều nơi trên thế giới có nhu cầu chia sẽ tài nguyên. - Intra Grids: tài nguyên chia sẻ trong các nhóm khác nhau của một xí nghiệp tạo thành một intra grid. - Campus Grids: cho phép nhiều dự án hoặc nhiều bộ phận chia sẻ tài nguyên tính toán theo hướng cộng tác. 1.2.3 Extraprise Grids - Extra Grids: cho phép chia sẻ tài nguyên với các đối tác bên ngoài. Liên kết giữa các tổ chức này được thiết lập bằng các dịch vụ tin cậy. [...]... kiểu đám mây Đám mây công cộng - Public Cloud: Các đám mây công cộng là các dịch vụ đám mây được người bán cung cấp Chúng được lưu trữ đầy đủ và được nhà cung cấp bởi đám mây quản lý Đám mây riêng - Private Cloud : Các đám mây riêng là các dịch vụ đám mây được cung cấp trong doanh nghiệp Những đám mây này được doanh nghiệp quản lý Đám mây lai - Hybrid Cloud : Các đám mây lai là một sự kết hợp của các đám. .. của điện toán đám mây để trở thành một loại hàng hóa như điện, dịch vụ điện thoại hoặc khí tự nhiên Hàng hóa mà điện toán đám mây bán là khả năng tính toán với chi phí và phí tổn thấp hơn cho người dùng Điện toán đám mây đã sẵn sàng để trở thành dịch vụ siêu tiện ích tiếp theo Trình giám sát máy ảo (VMM- virtual machine monitor) cung cấp phương tiện để sử dụng đồng thời các tiện ích điện toán đám mây. .. TOÁN ĐÁM MÂY 2.1 Giới thiệu điện toán đám mây 2.1.1 Giới thiệu Điện toán đám mây là một giải pháp toàn diện cung cấp công nghệ thông tin như một dịch vụ Nó là một giải pháp điện toán dựa trên Internet ở đó cung cấp tài nguyên chia sẻ giống như dòng điện được phân phối trên lưới điện Các máy tính trong các đám mây được cấu hình để làm việc cùng nhau và các ứng dụng khác nhau sử dụng sức mạnh điện toán. .. chính là đám mây Phần mặt trước gồm có một máy tính khách hoặc mạng máy tính của doanh nghiệp và các ứng dụng được sử dụng để truy cập vào đám mây Phần mặt sau cung cấp các ứng dụng, các máy tính, các máy chủ và lưu trữ dữ liệu để tạo ra đám mây của các dịch vụ Khái niệm điện toán đám mây được xây dựng trên các tầng, mỗi tầng cung cấp một mức chức năng riêng Sự phân tầng này của các thành phần đám mây đã... chúng Những máy tính điện toán đầu tiên được các doanh nghiệp sử dụng cho các công việc như điều tra dân số, thống kê số liệu, kiểm soát giao dịch tài chính Thuật ngữ điện toán đám mây xuất hiện bắt nguồn từ ứng dụng điện toán lưới (grid computing) trong thập niên 1980, tiếp theo là điện toán theo nhu cầu (utility computing) và phần mềm dịch vụ (SaaS) Năm 1997, thuật ngữ Điện toán đám mây lần đầu tiên... Các đám mây lai là một sự kết hợp của các đám mây công cộng và riêng Những đám mây này thường do doanh nghiệp tạo ra và các trách nhiệm quản lý sẽ được phân chia giữa doanh nghiệp và nhà cung cấp đám mây công cộng 26 GVHD: PGS TS Nguyễn Phi Khứ SVTH: Nguyễn Thị Thu Thủy (CH1101142) Bài thu hoạch Tính toán lưới 2.3 Các công nghệ ảo hóa trong điện toán đám mây 2.3.1 Công nghệ ảo hóa (virtualization)... tài nguyên điện toán cần thiết để sử dụng Một lưới là một nhóm máy chủ mà trên đó nhiệm vụ lớn được chia thành những tác vụ nhỏ để chạy song song, được xem là một máy chủ ảo Với điện toán đám mây, các tài nguyên điện toán như máy chủ có thể được định hình động hoặc cắt nhỏ từ cơ sở hạ tầng phần cứng nền và trở nên sẵn sàng thực hiện nhiệm vụ, hỗ trợ những môi trường không phải là điện toán lưới như Web... giống như là nhiều hệ điều hành Trong điện toán đám mây, VMM cho phép những người dùng giám sát và do đó quản lý các khía cạnh của quá trình như là truy cập dữ liệu, lưu trữ dữ liệu, mã hóa, đánh địa chỉ, cấu trúc liên kết và di chuyển tải công việc Các mô hình dịch vụ điện toán đám mây:  Tầng cơ sở hạ tầng (Infrastructure as a Service – IaaS) là nền tảng của đám mây Nó gồm có các tài sản vật lý — các... Nguyễn Thị Thu Thủy (CH1101142) Bài thu hoạch Tính toán lưới thi hành trên một hệ thống cụ thể Với sự ra đời của điện toán đám mây, các tài nguyên được sử dụng như một máy tính gộp ảo Cấu hình hợp nhất này cung cấp một môi trường ở đó các ứng dụng thực hiện một cách độc lập mà không quan tâm đến bất kỳ cấu hình cụ thể nào 2.1.2 Lịch sử Ý tưởng về điện toán đám mây đã xuất hiện từ những năm 1960 Ý tưởng... Nguyễn Phi Khứ SVTH: Nguyễn Thị Thu Thủy (CH1101142) Bài thu hoạch Tính toán lưới nhờ tận dụng năng lực xử lý từ đám mây, các tính năng mới tốt hơn, nhà quảng bá có cơ hội cắt giảm chi phí, gia tăng sản xuất nội dung và giảm rủi ro 2.1.3 Đặc điểm Điện toán đám mây có những đặc điểm chính như sau: - Giảm chi phí: Chi phí được giảm đáng kể và chi phí vốn đầu tư được chuyển sang hoạt động chi tiêu Điều này . Service flows và workflows 35 2.3.4 Web 2.0 36 2.4 So sánh điện toán đám mây và điện toán lưới 36 2.5 Ứng dụng điện toán đám mây trên thế giới 37 2.6 Ứng dụng điện toán đám mây tại Việt Nam. VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 2.1 Giới thiệu điện toán đám mây 2.1.1 Giới thiệu Điện toán đám mây là một giải pháp toàn diện cung cấp công nghệ thông tin như một dịch vụ. Nó là một giải pháp điện toán. trình bày những vấn đề cơ bản liên quan đến Tính toán lưới và điện toán đám mây để hiểu rõ hơn về nội dung của môn học. Bài thu hoạch Tính toán lưới GVHD: PGS. TS. Nguyễn Phi Khứ SVTH: