Nghiên cứu và triển khai điện toán đám mây riêng bằng Hyper-V

3. Đối tượng phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

- Lý thuyết liên quan tới công nghệ điện toán đám mây.

- Lý thuyết về công nghệ ảo hóa chung

- Các bộ công cụ để có thể xây dựng nên một hệ thống điện toán đám mây.

Phạm vi nghiên cứu:

Những nghiên cứu về điện toán đám mây trên toàn thế giới. Đặc biệt là các bài báo, giáo trình, báo cáo của những người làm việc trong ngành công nghệ thông tin. Và những tài liệu về điện toán đám mây trên website của các công ty cung cấp các dịch vụ điện toán đám mây.

4. Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng các tài liệu có được trên mạng và qua giáo trình, luận văn về điện toán đám mây của các trường khác để tập hợp lại những ý hay vào đề tài.

Nghiên cứu các hệ thống mạng của các công ty, tổ chức ở Việt Nam để so sánh với một hệ thống triển khai điện toán đám mây.

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 93 trang tài liệu này.

Phỏng vấn những người làm việc trong lĩnh vực IT để tìm thêm thông tin, đúc rút kinh nghiệm và xem ý kiến của họ về điện toán đám mây.

Phân tích, thống kê về mức độ ứng dụng, mức độ hiệu quả của công nghệ điện toán đám mây tại các doanh nghiệp.

5. Ý nghĩa khoa học thực tiễn

Đề tài này sẽ giúp cho những ai muốn tìm hiểu về điện toán đám mây có thể hiểu rõ bản chất của nó. Biết được các loại điện toán đám mây, cách thức hoạt động của chúng. Đồng thời có thể tự mình xây dựng một mô hình điện toán đám mây riêng bằng hyper-V. Từ đó sẽ nắm được cách thức xây dựng một mô hình điện toán đám mây và có thể áp dụng vào công việc sau này.

Việc ứng dụng công nghệ điện toán đám mây làm tận dụng tối đa nguồn tài nguyên đáp ứng được nhu cầu của các doanh nghiệp giúp cho sự phát triển của doanh nghiệp bền vững. Từ đó giúp cho nước ta phát triển theo kịp các nước khác.

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY

1.1 Định nghĩa

Theo wikipedia: “Điện toán đám mây (Cloud Computing) là một mô hình điện toán có khả năng co giãn (scalable) linh động và các tài nguyên thường được ảo hóa để cung cấp như một dịch vụ trên mạng Internet”.

Theo Gartner: “Mô hình điện toán nơi mà khả năng mở rộng linh hoạt về công nghệ thông tin được cung cấp như một dịch vụ cho nhiều khách hàng đang sử dụng các công nghệ trên Internet”.

Theo Ian Foster: “Một mô hình điện toán phân tán có tính co giãn lớn mà hướng theo co giãn về mặt kinh tế, là nơi chứa các sức mạnh tính toán, kho lưu trữ, các nền tảng (platform) và các dịch vụ được trực quan, ảo hóa và co giãn linh động, sẽ được phân phối theo nhu cầu cho khách hàng bên ngoài thông qua Internet”.

Hình 1.1: Mọi thứ đều tập trung vào “đám mây”

Điện toán đám mây là các phát triển dựa vào mạng Internet sử dụng các công nghệ máy tính. Đây là một kiểu điện toán trong đó những tài nguyên tính toán và lưu trữ được cung cấp như những dịch vụ trên mạng. Người dùng không cần biết hay có kinh nghiệm điều khiển và vận hành những công nghệ này.

Điện toán đám mây bao gồm: Phần mềm hoạt động như dịch vụ (SAAS: Software as a service), nền tảng như một dịch vụ (PAAS: Platform as a service), Dịch vụ Web và những xu hướng công nghệ mới. Chúng đều dựa vào mạng Internet để đáp ứng nhu cầu sử dụng của người dùng. Những ví dụ tiêu biểu về điện toán đám mây là Salesforce.com và Google Apps. Chúng cung cấp những ứng dụng thương mại trực tuyến, được truy cập thông qua trình duyệt web, trong khi dữ liệu và phần mềm được lưu trên đám mây.

Đám mây là hình ảnh ẩn dụ cho mạng Internet và là sự trừu tượng cho những cơ sở hạ tầng phức tạp mà nó che giấu.

Điện toán đám mây thường bị nhầm lẫn với điện toán lưới (grid computing) (một loại hình điện toán phân tán được tạo bởi các mạng máy tính nhỏ hoặc các cặp máy tính, hoạt động phối hợp với nhau để thực hiện các chức năng rất lớn), điện toán theo nhu cầu (utility computing) (khối những tài nguyên máy tính, như các bộ xử lý và bộ nhớ, trong vai trò một dịch vụ trắc lượng tương tự với các công trình hạ tầng kỹ thuật truyền thống) và điện toán tự trị (autonomic computing) (các hệ thống máy tính có khả năng tự quản lý).

Trên thực tế, việc triển khai các cơ sở hạ tầng cho điện toán đám mây dựa trên các đặc điểm của điện toán lưới, điện toán theo nhu cầu và điện toán tự trị. Điện toán đám mây có thể được xem như là giai đoạn tự nhiên tiếp theo từ mô hình điện toán lưới.

1.2 Mô hình các lớp dịch vụ

Dịch vụ Cloud Computing rất đa dạng và bao gồm tất cả các lớp dịch vụ điện toán từ cung cấp năng lực tính toán trên dưới máy chủ hiệu suất cao hay các máy chủ ảo, không gian lưu trữ dữ liệu, hay một hệ điều hành, một công cụ lập trình, hay một ứng dụng kế toán…Các dịch vụ cũng được phân loại khá đa dạng, nhưng mô hình dịch vụ Cloud Computing phổ biến nhất có thể được phân thành 3 nhóm: Dịch vụ hạ tầng (IAAS), dịch vụ nền tảng (PAAS) và dịch vụ phần mềm (SAAS).

Hình 1.2: Mô hình các lớp dịch vụ

1.2.1 Dịch vụ hạ tầng IAAS (Infrastructure as a service)

Dịch vụ IaaS cung cấp dịch vụ cơ bản bao gồm năng lực tính toán, không gian lưu trữ, kết nối mạng tới khách hàng. Khách hàng (cá nhân hoặc tổ chức) có thể sử dụng tài nguyên hạ tầng này để đáp ứng nhu cầu tính toán hoặc cài đặt ứng dụng riêng cho người sử dụng. Với dịch vụ này khách hàng làm chủ hệ điều hành, lưu trữ và các ứng dụng do khách hàng cài đặt. Khách hàng điển hình của dịch vụ IaaS có thể là mọi đối tượng cần tới một máy tính và tự cài đặt ứng dụng của mình.

Ví dụ điển hình về dịch vụ này là dịch vụ EC2 của Amazon. Khách hàng có thể đăng ký sử dụng một máy tính ảo trên dịch vụ của Amazon và lựa chọn một hệ thống điều hành (ví dụ, Windows hoặc Linux) và tự cài đặt ứng dụng của mình.

1.2.2 Dịch vụ nền tảng PAAS (Platform as a service)

Dịch vụ PaaS cung cấp nền tảng điện toán cho phép khách hàng phát triển các phần mềm, phục vụ nhu cầu tính toán hoặc xây dựng thành dịch vụ trên nền tảng cloud đó. Dịch vụ PaaS có thể được cung cấp dưới dạng các ứng dụng lớp giữa (middleware), các ứng dụng chủ (application server) cùng các công cụ lập trình với ngôn ngữ lập trình nhất định để xây dựng ứng dụng. Dịch vụ PaaS cũng có thể được xây dựng riêng và cung cấp cho khách hàng thông qua một API riêng. Khách hàng xây dựng ứng dụng và tương tác với hạ tầng Cloud Computing thông qua API đó. Ở mức PaaS, khách hàng không quản lý nền tảng Cloud hay các tài nguyên lớp như hệ điều hành, lưu giữ ở lớp dưới. Khách hàng điển hình của dịch vụ PaaS chính là các nhà phát triển ứng dụng (ISV).

Dịch vụ App Engine của Google là một dịch vụ PaaS điển hình, cho phép khách hàng xây dựng các ứng dụng web với môi trường chạy ứng dụng và phát triền dựa trên ngôn ngữ lập trình Java hoặc Python.

1.2.3 Dịch vụ phần mềm SAAS (Software as a service)

Dịch vụ SaaS cung cấp các ứng dụng hoàn chỉnh như một dịch vụ theo yêu cầu cho nhiều khách hàng với chỉ một phiên bản cài đặt. Khách hàng lựa chọn ứng dụng phù hợp với nhu cầu và sử dụng mà không cần quan tâm tới hay bỏ công sức quản lý tài nguyên tính toán bên dưới.

Dịch vụ SaaS nổi tiếng nhất phải kể đến là Salesforce.com với các ứng dụng cho doanh nghiệp mà nổi bật nhất là CRM. Các ứng dụng SaaS cho người dùng cuối phổ biến là các ứng dụng Office online của Microsoft hay Google Docs của Google.

1.3 Cách thức hoạt động

Để hiểu cách thức hoạt động của “đám mây”, tưởng tượng rằng “đám mây” bao gồm 2 lớp: Lớp back-end và lớp Front-end:

Hình 1.3: Minh họa cách thức hoạt động của đám mây

Lớp Front-end là lớp người dùng, cho phép người dùng sử dụng và thực hiện thông qua giao diện người dùng. Khi người dùng truy cập các dịch vụ trực tuyến, họ sẽ phải sử dụng thông qua giao diện từ lớp Front-end, và các phần mềm sẽ được chạy trên lớp Back-end nằm ở “đám mây”. Lớp Back-end bao gồm các cấu trúc phần cứng và phần mềm để cung cấp giao diện cho lớp Front-end và được người dùng tác động thông qua giao diện đó.

Bởi vì các máy tính trên “đám mây” được thiết lập để hoạt động cùng nhau, do vậy các ứng dụng có thể sử dụng toàn bộ sức mạnh của các máy tính để có thể đạt được hiệu suất cao nhất. Điện toán đám mây cũng đám ứng đầy đủ tính linh hoạt cho người dùng. Tuy thuộc vào nhu cầu, người dùng có thể tăng thêm tài nguyên mà các đám mây cần sử dụng để đáp ứng, mà không cần phải nâng cấp thêm tài nguyên phần cứng như sử dụng máy tính cá nhân. Ngoài ra, với điện toán đám mây, vấn đề hạn chế của hệ điều hành khi sử dụng các ứng dụng không còn bị ràng buộc, như cách sử dụng máy tính thông thường.

1.4 Các tính chất cơ bản

1.4.1 Tự phục vụ theo nhu cầu (On-demand Self-Service)

Mỗi khi có nhu cầu, người dùng chỉ cần gửi yêu cầu thông qua trang web cung cấp dịch vụ, hệ thống của nhà cung cấp sẽ đáp ứng yêu cầu của người dùng. Người dùng có thể tự phục vụ yêu cầu của mình như tăng thời gian sử dụng Server, tăng dung lượng lưu trữ,… Mà không cần phải tương tác trực tiếp với nhà cung cấp dịch vụ, mọi nhu cầu về dịch vụ đều được xử lý trên môi trường web (Internet).

1.4.2 Truy xuất diện rộng (Broad Network Access)

Cloud Computing cung cấp dịch vụ thông qua môi trường Internet. Do đó người dùng có kết nối Internet là có thể sử dụng dịch vụ. Hơn thế nữa, Cloud Computing ở dạng dịch vụ nên không đòi hỏi khả năng xử lý cao ở phía Client, vì vậy người dùng có thể truy xuất bằng các thiết bị di động như điện thoại, PDA, laptop,… Với Cloud Computing người dùng không còn bị phụ thuộc vị trí nữa, họ có thể truy xuất dịch vụ từ bất kỳ nơi nào, vào bất kỳ lúc nào có kết nối internet.

1.4.3 Dùng chung tài nguyên (Resoure Pooling)

Tài nguyên của nhà cung cấp dịch vụ được dùng chung, phục vụ cho nhiều người dùng dựa trên mô hình “Multi-tenant”. Trong mô hình “Multi-tenant”, tài nguyên sẽ được phân phát động tùy theo nhu cầu của người dùng. Khi nhu cầu của một khách hàng giảm xuống thì phần tài nguyên dư thừa sẽ được tận dụng để phục vụ cho một khách hàng khác. Ví dụ như khách hàng A thuê 10 CPU mỗi ngày từ 7 giờ đến 11 giờ, một khách hàng B thuê 10 CPU tương tự mỗi ngày từ 13 giờ đến 17 giờ thì hai khách hàng này có thể dùng chung 10 CPU đó.

Hình 1.4: Minh họa việc sử dụng chung tài nguyên

Cloud Computing dựa trên công nghệ ảo hóa, nên các tài nguyên đa phần là tài nguyên ảo. Các tài nguyên ảo này sẽ được cấp phát động theo sự thay đổi nhu cầu của từng khách hàng khác nhau. Nhờ đó nhà cung cấp dịch vụ có thể phục vụ nhiều khách hàng hơn so với cách cấp phát tài nguyên tĩnh truyền thống.

1.4.4 Khả năng có giãn (Rapid Elasticity)

Đây là tính chất đặc biệt nhất, nổi bật nhất và quan trọng nhất của Cloud Computing. Đó là khả năng tự động mở rộng hoặc thu nhỏ hệ thống tùy theo nhu cầu của người dùng. Khi nhu cầu tăng cao, hệ thống sẽ tự mở rộng bằng cách thêm tài nguyên vào. Khi nhu cầu giảm xuống, hệ thống tự giảm bớt tài nguyên.

Ví dụ: Khách hàng thuê một server gồm 10 CPU. Thông thường do có ít truy cập nên chỉ cần 5 CPU là đủ, khi đó hệ thống quản lý của nhà cung cấp dịch vụ sẽ tự ngắt bớt 5 CPU dư thừa, khách hàng không phải trả phí cho những CPU dư thừa này (những CPU dư thừa này sẽ được cấp phát cho các khách hàng khác có nhu cầu). Khi lượng truy cập tăng cao, nhu cầu tăng lên thì hệ thống quản lý của nhà cung cấp dịch vụ sẽ tự “gắn” thêm CPU vào. Nếu nhu cầu tăng vượt quá 10 CPU thì khách hàng phải trả phí cho phần vượt mức theo thỏa thuận với nhà cung cấp.

Khả năng co giãn giúp cho nhà cung cấp tài nguyên hiệu quả, tận dụng triệt để tài nguyên dư thừa, phục vụ được nhiều khách hàng. Đối với người sử dụng dịch vụ, khả năng co giãn giúp họ giảm chi phí do họ chỉ trả chi phí cho những tài nguyên thực sự dùng.

1.4.5 Điều tiết dịch vụ (Measured Service)

Hệ thống Cloud Computing 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.

1.5 Các ưu điểm và nhược điểm

1.5.1 Ưu điểm

- Chi phí thấp: Chi phí đầu tư ban đầu về cơ sở hạ tầng, máy móc và nguồn nhân lực của người sử dụng điện toán đám mây được giảm đến mức thấp nhất.

- Tốc độ xử lý nhanh: cung cấp cho khách hàng những dịch vụ nhanh chóng và giá thành rẻ dựa trên nền tảng cơ sở cơ sở hạ tầng tập trung (đám mây).

- Di động: Không còn phụ thuộc vào thiết bị và vị trí địa lý, người dùng có thể truy cập và sử dụng hệ thống thông qua trình duyệt web ở bất kỳ nơi đâu và trên bất kỳ thiết bị nào mà họ sử dụng (chẳng hạn PC hoặc thiết bị điện thoại di động,…)

- Độ tin cậy cao: Không chỉ dành cho người dùng phổ thông, điện toán đám mây còn phù hợp với các yêu cầu cao và liên tục của các công ty kinh doanh và nghiên cứu khoa học. Tuy nhiên, một vài dịch vụ lớn của điện toán đám mây đôi khi rơi vào trạng thái quá tải, khiến hoạt động bị ngưng trệ. Khi rơi vào trạng thái này, người dùng không có khả năng để xử lý các sự cố mà phải nhờ vào các chuyên gia từ “đám mây” tiến hành xử lý.

- Khả năng mở rộng: giúp cải thiện chất lượng các dịch vụ được cung cấp trên “đám mây”.

- Khả năng bảo mật do sự tập trung về dữ liệu.

- Các ứng dụng trên điện toán đám mây dễ dàng sửa chữa và cải thiện về tính năng bởi lẽ chúng không được cài đặt cố định trên một máy tính nào.

- Tài nguyên được sử dụng của điện toán đám mây luôn được quản lý và thống kê trên từng khách hàng và ứng dụng, theo từng ngày, từng tuần, từng tháng. Điều này đảm bảo cho việc định lượng giá cả của mỗi dịch vụ do điện toán đám mây cung cấp để người dùng có thể lựa chọn phù hợp.

1.5.2 Nhược điểm

- Tính riêng tư: Các thông tin người dùng và dữ liệu được chứa trên điện toán đám mây có đảm bảo quyền riêng tư và liệu các thông tin đó có bị sử dụng bởi một mục đích khác không?