ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐẠO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG
________________
BÁO CÁO THU HOẠCH MÔN HỌC
TÍNH TOÁN LƯỚI
Đề tài:
Tìm hiểu tổng quan về điện toán đám
mây và giới thiệu một số công nghệ
điện toán đám mây của các hãng lớn
Giảng viên : PGS.TS. Nguyễn Phi Khứ
Sinh viên thực hiện: Tăng Chí Tâm
MSSV : CH1101130
Lớp : CH06
TP. HCM, NĂM 2013
Mục Lục
1. Tổng quan về công nghệ điện toán đám mây
(Cloud Computing)
1.1. Khái niệm điện toán đám mây (ĐTĐM)
Theo Wikipedia thì ĐTĐM là môi trường tính toán dựa trên internet mà ở đó tất
cả phần mềm, dữ liệu, tài nguyên được cung cấp cho máy tính và các thiết bị khác theo
nhu cầu
Hình 1. Mọi thứ đều tập trung vào đám mây
(trích từ: />ecosystem/)
Đứng ở góc nhìn khoa học kỹ thuật cũng có nhiều định nghĩa khác nhau, trong
đó có hai định nghĩa của Ian Foster và Rajkumar Buyya được dùng khá phổ biến và có
nhiều điểm tương đồng.
Theo Ian Foster: Cloud Computing là 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 và các dịch vụ được trực quan, ảo hóa và co giãn linh động,
sẽ được phân phối theo nhu cầu cho các khách hàng bên ngoài thông qua Internet.
biến nhất trong lĩnh vực điện toán đám mây
Như vậy, cơ sở hạ tầng linh động là mấu chốt quan trọng trong việc hỗ
trợ tính mềm dẻo của việc cấp phát và thu hồi dịch vụ theo yêu cầu của người
sử dụng một cách nhanh chóng nhất mà vẫn duy trì sự an toàn và độ tin cậy cao
của hệ thống.
1.2.2. Môi trường điện toán hướng dịch vụ (IT service-centric approach)
Điều này tương phản hoàn toàn với mô hình truyền thống mà ta đã biết.
Trong hầu hết các trường hợp, người sử dụng thường chỉ muốn sử dụng vài
dịch vụ hay ứng dụng với mục đích cố định và có thời hạn; họ không muốn bị
sa lầy vào việc quản lý hệ thống và môi trường mạng. Với điện toán đám mây,
người sử dụng có thể lựa chọn dịch vụ hay ứng dụng mình thích mà không phải
chịu đựng sự có mặt những thứ không cần thiết khác. Không những thế họ cũng
có thể hủy dịch vụ bất cứ lúc nào khi không còn nhu cầu sử dụng nữa. Mặt
khác, những vấn đề liên quan đến việc cài đặt, cấu hình, hay bảo trì hay nâng
cấp hệ thống giờ đây trở nên đơn giản hơn rất nhiều vì dịch vụ từ "đám mây" sẽ
làm nhiệm vụ đó giúp họ.
5
Hình 4. Người dùng có thể lựa chọn dịch vụ tùy theo nhu cầu (chẳng hạn sử dụng
phần mềm văn phòng trên Microsoft Office365 với giá vài dollars gồm những tính
năng cơ bản thay vì mua cả bộ phần mềm Office với giá hàng trăm dollars gồm hàng
trăm tính năng không dùng đến bao giờ)
Như vậy, cách tiếp cận hướng dịch vụ của điện toán đám mây sẽ giúp
cho người sử dụng thực hiện công việc được nhanh hơn, dễ dàng hơn và đồng
thời cũng tiết kiệm được đáng kể chi phí.
1.2.3. Mô hình sử dụng tự phục vụ (Self-service based usage model)
Việc tương tác với các "đám mây" vẫn đòi hỏi người sử dụng tự phục vụ
ở mức độ nhất định. Những công việc mà người dùng tự phục vụ điển hình là:
tải dữ liệu lên máy chủ (upload), cá nhân hóa giao diện, cài đặt, cấu hình, tinh
chỉnh hệ thống theo nhu cầu; v.v Những dịch vụ hỗ trợ người dùng tự phục vụ
thường có giao diện dễ sử dụng, có tính trực quan để họ có thể quản lý hiệu quả
ghi lại thông tin về lượng sử dụng và gửi lại báo cáo hay tích hợp với các hệ
thống thanh toán của khách hàng.
Lợi ích về phía người sử dụng có thể thấy là việc tiết kiệm chi phí nhờ
trả tiền theo mức độ sử dụng. Còn đối với nhà cung cấp, cách tính này cho phép
họ theo dõi và tối ưu hóa được chi phí quản lý và vận hành hệ thống.
Để có thể hình dung một cách đơn giản nhất về những đặc trưng này, chúng ta
hãy liên tưởng mỗi "đám mây" là một máy bán bánh pizza tự động trong đó mỗi
bánh pizza được coi là một dịch vụ (pizza as service). Khi đó các đặc trưng của
một máy bán hàng tự động sẽ được thể hiện trong hình dưới đây:
Hình 6. Các đặc trưng cơ bản của một mô hình dịch vụ bán bánh pizza tự động.
8
1.3. Mô hình các lớp dịch vụ
Dịch vụ ĐTĐM 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 da dạng, nhưng các mô hình dịch vụ
ĐTĐM phổ biến nhất có thể được phân thành 3 nhóm: Dịch vụ hạ tầng (Infrastructure
as a Service - IaaS), Dịch vụ nền tảng (Platform as a Service - PaaS) và Dịch vụ phần
mềm (Software as a Service - SaaS).
Hình 7. Các tầng điện toán đám mây được nhúng trong các thành phần "là một dịch
vụ"
1.3.1. Dịch vụ hạ tầng IaaS (Infrastructure as a Service - IaaS)
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
Public Cloud. Đây là mô hình mà hạ tầng ĐTĐM được một tổ chức sỡ hữu và
cung cấp 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
10
chung tài nguyên tính toán, mạng và lưu trữ. Do vậy, hạ tầng ĐTĐM được thiết
kế để đảm bảo cô lập về dữ liệu giữa các khách hàng và tách biệt về truy cập.
Các dịch vụ Public Cloud hướng tới số lượng khách hàng lớn nên thường có
năng lực về hạ tầng cao, đáp ứng nhu cầu tính toán linh hoạt, đem lại chi phí thấp cho
khách hàng. Do đó khách hàng của dịch vụ trên Public Cloud sẽ bao gồm tất cả các
tầng lớp mà khách hàng cá nhân và doanh nghiệp nhỏ sẽ được lợi thế trong việc dễ
dàng tiếp cận các ứng dụng công nghệ cao, chất lượng mà không phải đầu tư ban đầu,
chi phí sử dụng thấp, linh hoạt.
1.4.2. Đám mây “doanh nghiệp” (Private Cloud)
Đám mây doanh nghiệp (Private Cloud) là mô hình trong đó hạ tầng đám
mây 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).
11
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 ĐTĐM. 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 ra thị trường.
1.4.3. Đám mây “chung” (Community Cloud)
Đám mây chung (Community Cloud) là mô hình trong đó hạ tầng đám
mây 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 với các dịch vụ Public
Cloud và chia sẻ chung một hạ tầng ĐTĐM để nâng cao hiệu quả đầu tư và sử
dụng.
những khoảng thời gian nào đó khiến ảnh hưởng đến công việc?
- Mất dữ liệu: Một vài dịch vụ lưu trữ dữ liệu trực tuyến trên đám mây
bất ngờ ngừng hoạt động hoặc không tiếp tục cung cấp dịch vụ, khiến cho
người dùng phải sao lưu dữ liệu của họ từ “đám mây” về máy tính cá nhân.
Điều này sẽ mất nhiều thời gian. Thậm chí một vài trường hợp, vì một lý do nào
đó, dữ liệu người dùng bị mất và không thể phục hồi được.
14
- Tính di động của dữ liệu và quyền sở hữu: Một câu hỏi đặt ra, liệu
người dùng có thể chia sẻ dữ liệu từ dịch vụ đám mây này sang dịch vụ của
đám mây khác? Hoặc trong trường hợp không muốn tiếp tục sử dụng dịch vụ
cung cấp từ đám mây, liệu người dùng có thể sao lưu toàn bộ dữ liệu của họ từ
đám mây? Và làm cách nào để người dùng có thể chắc chắn rằng các dịch vụ
đám mây sẽ không hủy toàn bộ dữ liệu của họ trong trường hợp dịch vụ ngừng
hoạt động.
- Khả năng bảo mật: Vấn đề tập trung dữ liệu trên các “đám mây” là
cách thức hiệu quả để tăng cường bảo mật, nhưng mặt khác cũng lại chính là
mối lo của người sử dụng dịch vụ của điện toán đám mây. Bởi lẽ một khi các
đám mây bị tấn công hoặc đột nhập, toàn bộ dữ liệu sẽ bị chiếm dụng. Tuy
nhiên, đây không thực sự là vấn đề của riêng “điện toán đám mây”, bởi lẽ tấn
công đánh cắp dữ liệu là vấn đề gặp phải trên bất kỳ môi trường nào, ngay cả
trên các máy tính cá nhân.
15
2. Giới thiệu một số công nghệ ĐTĐM của các hãng lớn
1. Công nghệ Google App Engine
2.1.1 Tổng quan về Google App Engine
“Google App Engine” (GAE) là một nền tảng hosting bao gồm web
server, cơ sở dữ liệu BigTable and kho lưu trữ file GFS. GAE cho phép bạn viết
ứng dụng web dựa trên cơ sở hạ tầng của Google. Nghĩa là bạn không cần quan
tâm là trang web bạn được lưu trữ như thế nào (kể cả database đi kèm), mà chỉ
cần quan tâm đến việc phát triển ứng dụng theo các API do Google cung cấp.
người dùng gửi một yêu cầu truy cập vào ứng dụng thông qua giao thức HTTP.
Khi App Engine nhận được yêu cầu, nó sẽ xác định ứng dụng dựa vào tên miền,
hoặc tên miền con của .appspot.com (cung cấp miễn phí mỗi ứng dụng) hoặc là
một tên miền riêng của chúng ta đã được đăng kí và thiết lập với Google Apps.
App Engine lựa chọn một máy chủ từ nhiều máy chủ để xử lý các yêu cầu đó.
Sau đó, App Engine sẽ gửi các yêu cầu đã nhận được từ người dùng đến ứng
dụng phù hợp để xử lý, sau khi đã xử lý xong các ứng dụng này sẽ gửi dữ liệu
trả về cho App Engine, App Engine sẽ nhận dữ liệu phản hồi từ các ứng dụng
và trả về cho người dùng thông qua trình duyệt web.
Theo góc nhìn của ứng dụng, môi trường thực thi chỉ xuất hiện và tồn tại
khi bắt đầu một yêu cầu và sẽ biến mất khi yêu cầu đó được đáp ứng xong. App
Engine cung cấp tối thiểu 2 cách thức lưu trữ dữ liệu tồn tại giữa các yêu cầu ,
nhưng các cơ chế này tồn tại bên ngoài môi trường thực thi. Môi trường thực thi
sẽ không duy trì trạng thái giữa các yêu cầu, hoặc ít nhất không mong muốn các
trạng thái sẽ được duy trì giữa các yêu cầu. App Engine có thể phân phát lưu
lượng truy cập trong nhiều server, vì nó cần phải đáp ứng cho nhiều yêu cầu xử
lý như nhau, bất kể có bao nhiêu lưu lượng truy cập nó sẽ xử lý cùng một lúc.
Bản thân GAE có cơ chế để quản lý các trạng thái của từng yêu cầu
trong mỗi ứng dụng dưới dạng Sandbox (người phát triển không biết rõ cơ chế
bên trong nhưng hỗ trợ người phát triển những dịch vụ cần thiết). Điều này cho
phép App Engine xử lý một yêu cầu với một máy chủ mà nó mong muốn trong
ước tính của nó để trả về phản hồi nhanh nhất. Không có cách nào để đảm bảo
rằng phần cứng trên cùng một máy chủ sẽ xử lý hai lần yêu cầu, ngay cả khi các
yêu cầu đến cùng từ một client, và đến khá nhanh chóng.
17
Sandboxcho phép App Engine chạy nhiều ứng dụng trên cùng một máy
chủ, trong đó hành vi của một ứng dụng không làm ảnh hưởng đến các ứng
dụng khác. Ngoài ra để giới hạn quyền truy cập đến hệ điều hành, môi trường
thực thi cũng giới hạn việc sử dụng CPU và bộ nhớ. App Engine giữ các giới
hạn này linh hoạt và chặt chẽ hơn các giới hạn này để các ứng dụng sử dụng
GAE thông qua lối vào (Front End). Một ứng dụng chủ (App Master) sẽ điều
khiển, lập lịch cho tất cả các yêu cầu. Nếu yêu cầu truy cập tệp tin tĩnh, yêu cầu
sẽ gửi đến dịch vụ các tệp tĩnh (Static Flies). Nếu yêu cầu nội dung động, yêu
cầu sẽ được gửi tới ứng dụng của mình trên GAE, thông qua các thư viện APIs,
ứng dụng có thể truy cập tới các dịch vụ lưu trữ (Datastore), dịch vụ lưu trữ bộ
nhớ (Memcache), dịch vụ thao tác ảnh (Image manipulation), … Mỗi dịch vụ
có chức năng và hoạt động riêng biệt, không phụ thuộc lẫn nhau. Khi xây dựng
ứng dụng với ngôn ngữ Java, GAE hỗ trợ thư viện kết hợp thư viện chuẩn Java
cho phép ứng dụng truy cập vào các dịch vụ tương ứng.
Hình8 . Kiến trúc GAE
2. Công nghệ ĐTĐM của Amazone
2.2.1. Amazon Web Services
Amazon Web Services là tập hợp các dịch vụ cung cấp cho người lập
trình có khả năng truy cập tới hạ tầng kiến trúc tính toán kiểu sẵn sàng-để-sử
dụng (ready-to-use) của Amazon. Các máy tính có nền tảng vững chắc đã được
xây dựng và tinh chế qua nhiều năm của Amazon bây giờ là có thể cho phép bất
cứ ai cũng có quyền cập tới Internet. Amazon cung cấp một số dịch vụ Web
nhưng trong loạt bài viết này chỉ tập trung vào các dịch vụ khối hợp nhất
(building-block) cơ bản, cái mà đáp ứng được một số yêu cầu cốt lõi của hầu
hết các hệ thống như: lưu trữ, tính toán, truyền thông điệp và tập dữ liệu.
19
Bạn có thể xây dựng các ứng dụng phức tạp và gồm nhiều phần khác
nhau bằng cách sử dụng các chức năng phân tầng với các dịch vụ đáng tin cậy,
hiệu quả khối hợp nhất được cung cấp bởi Amazon. Các dịch vụ Web mà tồn tại
bên trong đám mây phía bên ngoài môi trường của bạn và có khả năng thực
hiện là rất cao.
Có hai mức độ được hỗ trợ cho người dùng của Amazon Web Services:
• Hỗ trợ dựa trên diễn đàn tự do từ nhân viên Amazon, người điều
khiển các diễn đàn thảo luận Amazon
• Hỗ trợ các cặp đóng gói cái, cung cấp kiểu một-tới-một và kiểu
2.2.3. Dịch vụ Amazon Elastic Compute Cloud (EC2)
Amazon EC2 là dịch vụ Web cho phép bạn yêu cầu các máy ảo trong
vòng một vài phút và dễ dàng thay đổi khả năng của bạn hoặc tải xuống dựa
trên nhu cầu. Bạn chỉ cần phải trả chi phí cho khoảng thời gian mà bạn sử dụng.
Nếu bạn muốn tăng khả năng tính toán của bạn nên, bạn có thể nhanh chóng
tiếp cận khởi tạo máy áo và sau đó chấm dứt chúng khi mà nhu cầu của bạn
giảm đi.
Những trường hợp mà dựa trên Linux® và có thể chạy trên bất kỳ ứng
dụng nào hoặc phần mềm nào bạn muốn. Bạn có thực hiện điều khiển cho từng
trường hợp cụ thể. Môi trường của EC2 là được xây dựng trên cùng mã nguồn
mở Xen hypervisor, cái được phát triển tại trường Đại học Cambridge. Amazon
cho phép bạn tạo ra hình ảnh máy Amazon (AMIs) cái thực hiện hành động như
là các khuôn mẫu cho các ví dụ của bạn. Truy cập với các ví dụ có thể được
điều khiển bằng việc xác định được các quyền cho phép. Bạn cũng có thể làm
bất cứ cái gì bạn muốn với chúng tuy chỉ có một hạn chế duy nhất là yêu cầu
bạn cần sử dụng dựa trên Linux. Thời gian gần đây, khi mà Open Solaris được
công bố trong một quan hệ đối tác với Sun Microsoftsystem, nhưng phần lớn
21
các thương mại miễn phí và có sẵn được xây dựng cho EC2 đều dựa trên nền
tảng Linux.
Amazon EC2 cung cấp chính xác quy mô máy tính cái cho phép dễ dàng
để thay đổi quy mô tài nguyên tính toán của bạn lên và xuống. Bạn hoàn toàn
kiểm soát được môi trường tính toán cái mà chạy trong trung tâm dữ liệu của
Amazon. Amazon cung cấp năm kiểu của các máy chủ; để cho phép bạn chọn
lựa một trong các loại này phù hợp với ứng dụng cần thiết của bạn. Các máy
chủ cung cấp từ loại đơn lõi x86 đến loại tám lõi x86_64. Bạn có thể thay thế
các trường hợp trong các mô hình địa lý khác nhau hoặc trong các vùng mà từ
chỗ đảm bảo thực hiện đến chỗ có thể thất bại. Amazon cũng chỉ dẫn khái niệm
của địa chỉ IP thay đổi cho phép làm việc với địa chỉ động.
2.2.4. Khả năng truyền thông điệp tin cậy của Amazon Simple Queue
dụng để lưu trữ và khôi phục các giá trị khóa. Mỗi một tập hợp các giá trị khóa
cần phải có một tên một mục duy nhất; các mục là được phân chia vào từng
miền khác nhau. Mỗi một mục có thể lưu giữ lên tới 256 cặp giá trị khóa của dữ
liệu. Bạn có thể thực thi các truy vấn dựa trên tập dữ liệu của bạn trong từng
miền khác nhau. Các truy vấn dựa theo từng miền là không được hỗ trợ bởi
SDB.
SDB là một cách đơn giản để sử dụng và cung cấp hầu hết các chức năng
của cơ sở dữ liệu quan hệ. Sự duy trì là đơn giản hơn nhiều so với cơ sở dữ liệu
điển hình bởi vì không cần phải cài đặt hoặc định dạng. Amazon quan tâm
nhiều tới tất cả các việc liên quan đến quản trị. Dữ liệu là được tự động đánh
chỉ mục bởi Amazon và là sẵn có cho bạn tại bất kỳ thời điểm nào từ bất kỳ chỗ
nào. Một lợi thế quan trọng của khóa là không được sử dụng cho các sơ đồ đó
là khả năng chèn dữ liệu vào khi đang hoạt động và thêm các cột hoặc các khóa
động.
SDB là một phần của cơ sở hạ tầng Amazon, và khả năng mở rộng được
thực hiện một cách tự động đối với bạn tùy từng tình huống. Bạn có thể tự do
tập trung sự chú ý của bạn vào một số thứ quan trọng. Một lần nữa, bạn chỉ phải
trả chi phí chỉ cho tập dữ liệu tài nguyên mà bạn sử dụng.
23
2.3. Công nghệ ĐTĐM của Microsoft (Windows Azure)
2.3.1. Giới thiệu
Windows Azure, hệ điều hành “đám mây” mà Microsoft giới thiệu vào
cuối tháng 10 năm 2008 tại hội nghị PDC 2008 vẫn còn mang nhiều bí ẩn.
Azure là gì? Nó sẽ hoạt động ra sao? Trong chuyên đề này, chúng tôi sẽ giải đáp
phần nào về hệ điều hành Windows Azure và các thành phần cơ bản để phát
triển một ứng dụng trên nó.
Windows Azure, tên mã Red Dog, là nền tảng cho việc phát triển những
ứng dụng hoạt động trong “đám mây”. Nói cách khác, Windows Azure là cơ sở
cho nền tảng các dịch vụ Azure (Azure Services Platform), được Microsoft phát
triển nhằm mang đến cho cộng đồng các nhà phát triển ứng dụng cơ hội được
Studio, ASP.Net, .NET Framework và cập nhật thêm một vài công nghệ mới mà
Microsoft sẽ phổ biến trong thời gian sắp tới. .NET Services và SQL Services
sẽ cung cấp những khả năng “hướng đám mây” mới và Azure Tool cho Visual
Studio, cung cấp các mẫu (template) làm nền tảng xây dựng (Azure SDK).
Ngoài ra, công cụ “Oslo” mới từ Microsoft sẽ trợ giúp với các ứng dụng phân
phối kiểu mẫu bao gồm một ngôn ngữ lập trình mới với tên gọi “M.”. Azure
cũng sẽ hỗ trợ các công cụ và ngôn ngữ thứ ba như Eclipse, Ruby, PHP và
Python cũng như các tiêu chuẩn và cổng như SOAP, REST hay XML.
25
Copyright: Tài liệu đại học ©