cơ chế quản lý máy chủ ảo trong điện toán đám mây

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG



















LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Thái Nguyên –
2014


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

LỜI CẢM ƠN

Trƣớc hết, tôi vô cùng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo
ngƣời thầy đã trực tiếp dành nhiều thời gian tận tình hƣớng dẫn, cung cấp những
thông tin, tài liệu quý báu giúp đỡ tôi hoàn thành bản luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trƣờng Đại học Công nghệ thông
tin và Truyền thông - Đại học Thái Nguyên đã tạo nhiều điều kiện giúp tôi hoàn
thành luận văn này.
Sau cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến ngƣời thân, cùng bạn bè, đồng
nghiệp cơ quan, những ngƣời luôn cổ vũ động viên tôi hoàn thành bản luận văn tốt
nghiệp Thạc sĩ này.


Thái Nguyên, ngày 26 tháng 08 năm 2014
HỌC VIÊN







Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1 5
TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY VÀ BÀI TOÁN
QUẢN LÝ MÁY CHỦ ẢO 5
1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 5
1.1.1 Khái niệm về điện toán đám mây 5
13
1.1.3 Khái niệm và tổng quan về ảo hóa 16
1.2 BÀI TOÁN QUẢN LÝ MÁY CHỦ ẢO 24
1.2.1 Các phƣơng cách quản lý máy ảo trong điện toán đám mây trên thế giới 24
1.2.2 Vấn đề lựa chọn mô hình phù hợp để triển khai dịch vụ điện toán đám mây
của các nhà cung cấp tại Việt Nam 30
CHƢƠNG 2 33
33
2.1 CHIA SẺ TÀI NGUYÊN MÁY ẢO 33
2.1.1 Thiết lập một môi trƣờng ứng dụng ảo 33
2.1.2 sắp xếp lại độ phức tạp của các vấn đề 33
2.1.3 Uớc lƣợng hiệu suất của một nguồn lực đƣợc cung cấp 34
2.1.4 Thuật toán chia sẻ tài nguyên 35
2.2 CÂN BẰNG TẢI 37
2.2.1 Kỹ thuật cân bằng tải 37
2.2.2 Các thuật toán cân bằng tải 39
2.3 LẬP LỊCH CÔNG VIỆC 50
2.3.1 Thuật toán Lập lịch dựa trên Cân bằng tải 51
2.3.2 Thuật toán Lập lịch dựa trên thuật toán Giải thuật di truyền cải tiến . 53
CHƢƠNG 3 57
3.1 ĐẶT BÀI TOÁN 57
3.2 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ LỰA CHỌN CÔNG CỤ ĐỂ GIẢI QUYẾT BÀI

TOÁN 57
3.2.1 Thiết kế hệ thống 57
3.2.2 Thiết kế mạng 57

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

3.2.3 Cài đặt Eucalyptus 59
3.2.4 Cài đặt Hadoop 59
3.2.5 Sử dụng một số gói mã nguồn mở 62
3.2.6 Sử dụng thuật toán lập lịch dựa trên cân bằng tải để giải quyết bài toán 67
3.3 MỘT SỐ KẾT QUẢ 68
KẾT LUẬN 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT


VM
Virtual Machine
Máy ảo
CS
Cloud Scheduler
Lập biểu đám mây
VMM
Virtual machine monitor
Màn hình máy ảo
IaaS
Infrastructure as a Service

Cở sở hạ tầng là một dịch vụ
SaaS
Software as a service
Phần mềm là một dịch vụ
PaaS
Platform as a service
Nền tảng là một dịch vụ
OS
Operating System
Hệ điều hành
ECP
Elastic Computing Platform
Nền tảng điện toán mềm dẻo
CLC
Cloud Controller
Bộ điều khiển đám mây
NC
Node Controller
Bộ điều khiển nút
PM
Physical machine
Máy vật lý






Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

DANH MỤC CÁC HÌNH

Số hiệu hình
Tên hình
Trang
1.1
Mô hình điện toán đám mây
5
1.2
Điện toán đám mây dƣới góc nhìn 3D
6
1.3
Phân loại điện toán đám mây dựa vào vị trí
8
1.4
Mô hình phân lớp của kiến trúc IaaS
10
1.5
Sơ đồ truy cập tài nguyên phần cứng của các máy ảo
14
1.6

16
1.7
- based
19
1.8
Kiến trúc Hypervisor-based
19
1.9

20
1.10
Sơ đồ truy cập tài nguyên phần cứng của các máy ảo
21
1.11
ảo trong ĐTĐM
23
1.12

24
1.13

26
2.1

33
3.1

56
3.2
Cấu hình Hadoop giả phân tán
58
3.3

59
3.4

60
3.5

61
3.6

62
3.7
Kiến trúc của EUCALYPTUS
63
3.8
Giao diện chính của chƣơng trình thử nghiệm
65
3.9
Khởi tạo máy chủ ảo
66
3.10
Chọn thông số máy chủ ảo
66

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Tại Việt Nam, điện toán đám mây đang là chủ đề công nghệ mang tính thời sự
và có phần khá mới mẻ, sự am hiểu về điện toán đám mây nói chung và vấn đề quản
lý máy ảo trong điện toán đám mây nói riêng còn có phần hạn chế.
Lựa chọn mô hình hoạt động theo cơ chế nào để triển khai dịch vụ điện toán
đám mây là một bài toán quan trọng đối với nhà cung cấp dịch vụ.
Ví dụ, nếu triển khai theo cơ chế thiết lập một môi trƣờng ứng dụng ảo bằng
cách sử dụng các ứng dụng ảo nhƣ một cơ chế chia sẻ tài nguyên, thì bất cứ khi nào

đƣợc yêu cầu cung cấp nhiều tài nguyên hơn, hệ thống tự động triển khai thêm các
ứng dụng ảo khác.Với cách tiếp cận này liệu có gây lãng phí các nguồn tài nguyên không?
Trong toàn bộ thời gian đáp ứng yêu cầu của ngƣời dùng, không phải tất cả
các tài nguyên cụm đều bận. Khi ngƣời dùng cần xử lý các ứng dụng dữ liệu lớn, họ
lại phải chờ cho một công việc phải đƣợc hoàn thành trƣớc khi nhiệm vụ của mình
có thể đƣợc xử lý, ngƣời dùng nếu không thể sử dụng tất cả các cụm sẵn có sẽ gây
lãng phí nguồn lực.
Ngoài ra các máy chủ ảo còn cung cấp một lớp các phần mềm tạo thành môi
trƣờng cơ bản nhƣ thƣ viện, dữ liệu, những chƣơng trình mà sẵn sàng phục vụ
ngƣời dùng tại bất kỳ cụm tài nguyên nào.
Vì vậy, các nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây cần phải có một phƣơng
pháp để quản lý các máy chủ ảo.
Đồng thời, nhà cung cấp dịch vụ cần chứng mình cho ngƣời sử dụng thấy
rằng, dịch vụ điện toán đám mây theo mô hình mà mình đã xây dựng hoàn toàn có
thể đáp ứng đƣợc các tiêu chí nhƣ: hiệu suất, tốc độ cấp phát bộ nhớ, hiệu suất trao
đổi thông tin của các máy ảo tƣơng tự nhƣ các máy vật lý.
Từ những lý do trên tôi chọn và nghiên cứu thực hiện đề tài “Cơ chế quản lý máy
chủ áo trong Điện toán đám mây” dƣới sự hƣớng dẫn của thầy TS. Lê Văn Phùng.
2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu của luận văn là hệ thống máy chủ ảo trong điện toán
đám mây. Phạm vi nghiên cứu gói hẹp về cơ chế quản lý máy chủ ảo của hệ thống
quản lý cụm ảo thông qua việc xem xét các khía cạnh: Tính linh động, khả năng cân
bằng tải. Kết quả phối hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thao tác thực tế dẫn đến

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

2
việc cài đặt các hệ thống, áp dụng các kịch bản tính toán phân tán vào các cụm ảo,
ví dụ nhƣ MapReduce framework cũng nhƣ các đánh giá và cải tiến. Để đạt đƣợc
điều này, cần phải nghiên cứu rất nhiều về lƣới, đám mây, công nghệ ảo hóa, cụm

ảo, máy chủ hệ điều hành Linux, và các gói mã nguồn mở nhƣ Eucalyptus và
Hadoop, MapReduce.
3. Hƣớng nghiên cứu của đề tài:
Mục tiêu chính của luận văn này là nghiên cứu về cơ chế quản lý máy chủ ảo
trong điện toán đám mây. Vì vậy, nội dung luận văn cần phải làm rõ các nhiệm vụ
sau đây:
- Thể hiện rõ bản chất của EUCALYPTUS và Hadoop, Mapreduce.
- Chi tiết hóa các cơ chế của hệ thống quản lý cụm ảo và các gói mã nguồn mở.
- Cài đặt, cấu hình, nghiên cứu cơ chế quản lý máy chủ ảo của một số hệ thống
điện toán đám mây hiện hành.
- Chỉ ra ƣu điểm, khuyết điểm của các cơ chế, hệ thống (bao gồm cả phân tích
và đánh giá).
- Đề xuất cải tiến và làm sáng tỏ tính khả thi của nó.
4. Những nội dung nghiên cứu chính
Dự kiến luận văn gồm: Phần mở đầu, ba chƣơng chính, phần kết luận, tài liệu
tham khảo và phụ lục đƣợc bố cục nhƣ sau:
Chƣơng 1. Tổng quan về điện toán đám mây và bài toán quản lý máy chủ ảo
Tìm hiểu tổng quan về điện toán đám mây, trình bày các khái niệm, cấu trúc,
ảo hóa.
Chƣơng 2. Một số cơ chế quản lý máy chủ ảo trong điện toán đám mây
lý máy chủ ảo trong điện toán đám mây.
Chƣơng 3. Thử nghiệm
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Thu thập, phân tích và tổng hợp các thông tin, tài liệu liên quan đến đề tài
từ tất cả các nguồn.
Dựa theo ý kiến chuyên gia, lựa chọn và thể hiện giải quyết vấn đề.
Phân tích thiết kế các mô phỏng của chƣơng trình.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

3
Kiểm tra đánh giá kết quả.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

4
6. Ý nghĩa khoa học của đề tài
Luận văn nhằm mở rộng tri thức về bảo đảm khoa học máy tính nói chung,
đồng thời đem đến sự hiểu biết về cơ chế quản lý máy chủ ảo trong điện toán đám
mây nói riêng.
Ý nghĩa khoa học của đề tài thể hiện ở chỗ tổng hợp đƣợc tri thức quản lý hiệu
quả máy chủ ảo, cân bằng tải, cƣớc phí, chia sẻ tài nguyên trong hệ thống quản lý
cụm ảo, từ đó đề xuất những phƣơng pháp khoa học để bảo đảm và nâng cao đƣợc
cơ chế quản lý các máy chủ ảo nhằm đáp ứng nhanh nhất, tốt nhất yêu cầu ngƣời dùng.
Kết quả các thí nghiệm dựa trên hệ thống đƣợc cài đặt sẽ thuyết phục ngƣời
sử dụng dịch vụ điện toán đám mây, tạo ra cảm giác an toàn, tin tƣởng đối với dịch
vụ điện toán đám mây.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

5
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY VÀ BÀI TOÁN
QUẢN LÝ MÁY CHỦ ẢO
1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY
1.1.1 Khái niệm về điện toán đám mây
1.1.1.1 Các quan điểm về điện toán đám mây
Điện toán đám mây là mô hình điện toán sử dụng các công nghệ máy
tính và phát triển dựa vào mạng Internet. Dịch vụ điện toán đám mây hứa hẹn đáp
ứng mạnh mẽ nhu cầu điện toán của ngƣời dùng.

Theo định nghĩa của SYS-CON Media Inc: ―Điện toán đám mây là một hệ
thống bao gồm nhiều máy tính sao cho các tài nguyên gồm: nguồn điện (power),
khả năng lƣu trữ (storage), nền tảng (platform) và các dịch vụ đƣợc trừu tƣợng hóa,
ảo hóa , có tính co dãn động và quản lý để cung cấp cho ngƣời dùng qua Internet‖.
Theo định nghĩa của NIST: ―Điện toán đám mây là một mô hình phổ
biến, thuận lợi, có khả năng truy cập Internet để chia sẻ cấu hình về nguồn tài
nguyên một cách nhanh chóng và bắt đầu với một chi phí tối thiểu hoặc
tƣơng tác các dịch vụ đƣợc cung cấp.‖
Tự phục vụ theo yêu cầu: Ngƣời sử dụng có thể tự chủ trong quá trình
cung cấp khả năng tính toán mà không đòi hỏi có sự tƣơng tác giữa con ngƣời với
nhà cung cấp dịch vụ.
Độ co giãn cao: Nghĩa là có khả năng thay đổi nhanh chóng về quy mô
tùy thuộc vào nhu cầu cụ thể của ngƣời dùng tại thời điểm khác nhau.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

6


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

7

Theo định nghĩa của CISCO: "Điện toán đám mây là thông tin về nguồn tài
nguyên và dịch vụ đƣợc trừu tƣợng từ cơ sở hạ tầng cơ bản, cung cấp theo yêu cầu và
quy mô trong một môi ngƣời đa ngƣời sử dụng".
Theo yêu cầu: Các nguồn tài nguyên đƣợc cấp quyền ngay lập tức khi cần
thiết, bắt đầu khi không có yêu cầu và chỉ lập hóa đơn khi có sử dụng.
Theo quy mô: C
.

Theo môi trƣờng đa ngƣời sử dụng: Các nguồn tài nguyên cung cấp cho
nhiều ngƣời sử dụng từ một hiện thực đơn nhất, tiết kiệm đƣợc chi phí cho quá trình
cung cấp.


1.2 Điện toán đám mây dưới góc nhìn 3D

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

8

1.1.1.2 Sự khác biệt giữa điện toán đám mây và điện toán truyền thống
a. Tự Sửa Chữa
Bất kỳ ứng dụng hoặc dịch vụ nào đang chạy trong một môi trƣờng điện
toán đám mây có một tính chất tự sửa chữa. Trong trƣờng hợp ứng dụng thất bại,
luôn luôn có một dự phòng tức thời của ứng dụng sẵn sàng để cho công việc không
bị gián đoạn. Có nhiều bản sao của cùng một ứng dụng - mỗi bản cập nhật chính nó
thƣờng xuyên vì vậy ở những lần thất bại, có ít nhất một bản sao của ứng dụng có
thể lấy lên hoạt động mà thậm chí không cần thay đổi nhỏ nào trong trạng thái chạy
của nó.
b. Nhiều người sử dụng
Với điện toán đám mây, bất kỳ ứng dụng nào cũng hỗ trợ đa ngƣời dùng-đó
là khái niệm dùng để chỉ nhiều ngƣời sử dụng đám mây trong cùng thời gian. Hệ
thống cho phép một số khách hàng chia sẻ cơ sở hạ tầng đƣợc phân bổ cho họ mà
không ai trong họ nhận biết về sự chia sẻ này. Điều này đƣợc thực hiện bởi việc ảo
hóa các máy chủ trong một dải các máy tính và sau đó cấp phát các máy chủ
đến nhiều ngƣời sử dụng. Điều này đƣợc thực hiện theo cách mà trong đó sự riêng
tƣ của ngƣời sử dụng và bảo mật của dữ liệu của họ không bị tổn hại.
c. Khả năng mở rộng tuyến tính
Dịch vụ điện toán đám mây có khả năng mở rộng tuyến tính. Hệ thống có

khả năng phân chia các luồng công việc thành phần nhỏ và phục vụ nó qua cơ sở hạ
tầng. Một ý tƣởng chính xác của khả năng mở rộng tuyến tính có thể đƣợc lấy
từ thực tế là nếu một máy chủ có thể xử lý 1000 giao dịch trong một giây, thì hai
máy chủ có thể xử lý 2.000 giao dịch trong một giây.
d. Hướng dịch vụ
Hệ thống Điện toán đám mây là tất cả các dịch vụ theo định hƣớng – những
dịch vụ nhƣ vậy đƣợc tạo ra từ những dịch vụ rời rạc khác. Rất nhiều dịch vụ rời rạc
nhƣ vậy là sự kết hợp của nhiều dịch vụ độc lập khác với nhau để tạo dịch vụ này.
Điều này cho phép việc tái sử dụng các dịch vụ khác nhau sẵn có và đang đƣợc tạo
ra. Bằng việc sử dụng các dịch vụ đã đƣợc tạo ra trƣớc đó, những dịch vụ khác có
thể đƣợc tạo ra từ đó.
e. Điều khiển SLA (Service level agreement)
Thông thƣờng các doanh nghiệp có thỏa thuận về số lƣợng dịch vụ. Khả
năng mở rộng và các vấn đề có sẵn có thể làm cho các thỏa thuận này bị phá vỡ.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

9
Tuy nhiên, các dịch vụ điện toán đám mây là hƣớng SLA, nhƣ việc khi hệ thống có
kinh nghiệm đạt đỉnh của tải, nó sẽ tự động điều chỉnh chính nó để tuân thủ các thỏa
thuận ở cấp độ dịch vụ. Các dịch vụ sẽ tạo ra thêm những thực thể của ứng dụng
trên nhiều server để cho việc tải có thể dễ dàng quản lý.
f. Khả năng ảo hóa
Các ứng dụng trong điện toán đám mây hoàn toàn tách rời khỏi
phần cứng nằm bên dƣới. Môi trƣờng điện toán đám mây là một môi trƣờng ảo hóa
đầy đủ.
g. Linh hoạt
Một tính năng khác của các dịch vụ điện toán đám mây là chúng linh hoạt.
Chúng có thể đƣợc dùng để phục vụ rất nhiều loại công việc có khối lƣợng khác
nhau từ tải nhỏ của một ứng dụng nhỏ cho đến tải rất nặng của một ứng dụng

thƣơng mại.
1.1.1.3 Phân loại điện toán đám mây
Dựa vào tiêu chí vị trí nơi các cloud đóng vai trò là máy chủ, điện toán đám
mây đƣợc chia thành 4 loại: Private Cloud (đám mây riêng), Public Cloud (đám
mây công cộng), Hybrid cloud (đám mây lai) và Community Cloud (đám
mây truyền thông).

1.3

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

10
a. Public Cloud (đám mây công cộng)
Public Cloud đƣợc định nghĩa nhƣ sau:
Cơ sở hạ tầng tính toán đƣợc lƣu tại nhà cung cấp dịch vụ đó và có sự
chia sẻ cơ sở hạ tầng này giữa các tổ chức với nhau.
Ngƣời dùng không nhìn thấy đƣợc vị trí đặt máy chủ trong cơ sở hạ
tầng Điện toán đám mây.
Các nhà cung cấp dịch vụ public cloud có thể kể tới là: Amazon,
Winsdow Azure, Google Apps
b. Private Cloud (đám mây riêng)
Private Cloud đƣợc định nghĩa nhƣ sau:
Cơ sở hạ tầng tính toán đƣợc quyết định bởi khách hàng. Vì vậy, đƣơng
nhiên khách hàng sẽ biết đƣợc vị trí máy chủ đặt ở đâu và không có sự chia sẻ giữa
các tổ chức với nhau.
Do chỉ có mỗi khách hàng sử dụng nên chi phí thông thƣờng khách
hàng bỏ ra sẽ tốn hơn nhiều và nâng cao đƣợc tính bảo mật hơn Public Cloud. Điển
hình cho nhà cung cấp Private Cloud có thể kể tới là trang eBay.com.
c. Community Cloud (đám mây truyền thông)
Community Cloud đƣợc định nghĩa nhƣ sau:

Cơ sở hạ tầng đƣợc chia sẻ giữa các tổ chức có cùng một mối quan tâm
chung với nhau nhƣ bảo mật, thẩm quyền, chuyên môn
Đƣợc quản lý nội bộ bởi những tổ chức trong nhóm hoặc giao cho bên
thứ ba (a third-party) đáng tin cậy để quản lý.
Vị trí đặt máy chủ có thể ở trong hoặc ngoài nhóm.
Chi phí bỏ ra của những ngƣời sử dụng trong Community Cloud
thƣờng sẽ ít hơn Public Cloud nhƣng sẽ tốn nhiều hơn Private Cloud.
d. Hybrid Cloud (đám mây lai)
Hybrid Cloud đƣợc định nghĩa nhƣ sau:
Đây là sự kết hợp giữa hai hay nhiều loại cloud kể trên (Private
Cloud, Public Cloud, Community Cloud) để hình thành nên một Hybrid Cloud.
Do có sự kết hợp trên nên máy chủ đƣợc quản lý giống nhƣ Public
Cloud và các ứng dụng liên quan đến bảo mật đƣợc quản lý nhƣ Private Cloud.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

11
Bùng nổ điện toán đám mây là thuật ngữ dùng để xác định một hệ thống tổ chức sử
dụng cơ sở hạ tầng riêng của mình cho việc sử dụng bình thƣờng, nhƣng lại sử dụng
điện toán đám mây trong giờ cao điểm. Các giai đoạn phát triển của cloud có thể
đƣợc trình bày tóm lƣợc qua hình 1.3 gồm có 4 giai đoạn từ quá trình lƣu trữ dữ liệu
tự phát ở nhiều trung tâm khác nhau cho đến hình thành quá trình sử dụng chung
các nguồn ứng dụng qua sự kết hợp của nhiều loại cloud khác nhau.

1.4 Mô hình phân lớp của kiến trúc IaaS
1.1.1.4 Phân tích ưu và nhược điểm của điện toán đám mây
a. Ưu điểm

Khi sử dụng các ứng dụng trên điện toán đám mây, ngƣời dùng sẽ có những
ƣu điểm sau:

Lợi ích về chi phí: Ngƣời dùng chỉ cần trả các chi phí liên quan tới vận
hành hệ thống và chi phí sử dụng có ứng dụng. Nghĩa là ngƣời dùng sử dụng bao
nhiêu thì chỉ cần trả chi phí cho mục đích đó mà thôi.
Tính linh hoạt: Nhanh chóng cung cấp dung lƣợng phù hợp cho nhu
cầu sử dụng, dễ dàng thay đổi các khối lƣợng công việc với nhau.
Cải thiện khả năng tự động hóa: Cung cấp đủ các dịch vụ cần thiết theo yêu
cầu ngƣời sử dụng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

12
Tập trung vào khả năng cốt lõi: Nghiên cứu các lợi ích của nguồn tài
nguyên chung trong điện toán đám mây để cung cấp các dịch vụ cần thiết cho ngƣời sử
dụng dƣới sự điều tiết và giám sát của cơ quan trực thuộc chính phủ.
Tính bền vững: Điện toán đám mây có năng lƣợng tiêu thụ ít hơn so với
một trung tâm lƣu trữ dữ liệu thông thƣờng trong cùng phƣơng diện lƣu trữ dữ liệu.

b. Nhược điểm

Tuy nhiên, trƣớc những ƣu điểm khi sử dụng ứng dụng trên điện toán đám
mây, nó cũng có một số nhƣợc điểm:
Cần phải có đƣờng truyền Internet tốc độ cao để thực hiện ứng dụng.
Đáp ứng đƣợc yêu cầu về bảo mật và cấu hình của hệ thống.
Khả năng cộng tác giữa các điện toán đám mây của nhiều tổ chức khác nhau.
Và cũng có rất nhiều câu hỏi chƣa vẫn đang chờ câu trả lời thuyết phục
nhƣ, tính riêng tƣ, các thông tin ngƣời dùng và dữ liệu đƣợc chứa trên điện toán
đám mây có đảm bảo đƣợc riêng tƣ, và liệu các thông tin đó có bị sử dụng vì một
mục đích nào khác không, điều đó vẫn chƣa có câu trả lời thuyết phục.
Tính sẵn dùng, liệu các dịch vụ đám mây có bị "treo" bất ngờ, khiến cho
ngƣời dùng không thể truy cập các dịch vụ và dữ liệu của mình trong những khoảng

thời gian nào đó khiến ảnh hƣởng đến công việc?
Mất dữ liệu, một vài dịch vụ lƣu trữ dữ liệu trực tuyến trên đám mây
bất ngờ ngừng hoạt động hoặc không tiếp tục cung cấp dịch vụ, khiến cho ngƣời
dùng phải sao lƣu dữ liệu của họ từ "đám mây" về máy tính cá nhân. Điều này sẽ
mất nhiều thời gian. Thậm chí một vài trƣờng hợp, vì một lý do nào đó, dữ liệu ngƣời
dùng bị mất và không thể phục hồi đƣợc.
Tính di động của dữ liệu và quyền sở hữu, một câu hỏi đặt ra, liệu
ngƣời dùng có thể chia sẻ dữ liệu từ dịch vụ đám mây này sang dịch vụ của đám mây
khác? Hoặc trong trƣờng hợp không muốn tiếp tục sử dụng dịch vụ cung cáp từ đám
mây, liệu ngƣời dùng có thể sao lƣu toàn bộ dữ liệu của họ từ đám mây? Và làm cách
nào để ngƣời dùng có thể chắc chắn rằng các dịch vụ đám mây sẽ không hủy toàn bộ
dữ liệu của họ trong trƣờng hợp dịch vụ ngừng hoạt động.
Khả năng bảo mật, vấn đề tập trung dữ liệu trên các "đám mây" là cách

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

13
thức hiệu quả để tăng cƣờng bảo mật, nhƣng mặt khác cũng lại chính là mối lo của
ngƣời 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 trƣờng nào, ngay cả trên các máy tính cá nhân.
1.1.2 C u trúc điện toán đám mây
1.1.2.1. Khái niệm IaaS
IaaS là một mô hình dịch vụ mà sẽ cung cấp các thiết bị nhằm hỗ trợ hoạt động hệ
thống cho khác hàng. Các thiết bị đó bao gồm kho dữ liệu, phần cứng, máy chủ và
các thành phần networking. Nhà cung cấp sẽ làm chủ các thiết bị và chịu trách
nhiệm cho việc hoạt động và bảo trì hệ thống. Khách hàng sẽ trả tiền cho các hợp đồng
dịch vụ đó.
Các bản hợp đồng ở các mức dịch vụ khác nhau : đối với từng nhu cầu

khác nhau mà các khách hàng có thể chọn những dịch vụ thích hợp. Ứng với các
dịch vụ đó sẽ có những hợp đồng tƣơng ứng.
Khi sử dụng dịch vụ IaaS thì phải trả phí.
IaaS đều dựa trên các hoạt động của máy ảo. Cơ chế của việc sử dụng các
thiết bị ảo trong điện toán đám mây thì rất thích hợp bởi vì nó có nhiều lợi ích trong
việc chia sẻ, quản lý tài nguyên.
IaaS tập trung chủ yếu vào việc cho thuê các thiết bị phần cứng nhƣ là
máy chủ (server) , kỹ thuật networking và không gian lƣu trữ hơn là mua và cài đặt
nó trong trung tâm dữ liệu của riêng bạn. IaaS cần có internet. Điện toán đám mây liên
quan tới việc phân phối các dịch vụ máy chủ. Một dịch vụ cloud thì có 3 điểm khác nhau
chính so với dịch vụ hosting truyền thống trên internet. Đó là : nó đƣợc bán theo nhu
cầu đƣợc tính theo giờ, khả năng cung cấp vô hạn và linh động theo nhu cầu và dịch vụ
hosting đƣợc quản lý bởi nhà cung cấp.
1.1.2.2. Các đặc điểm chính của IaaS
Các tài nguyên IaaS thì đƣợc phân phối nhƣ là dịch vụ. Các tài nguyên đó là:
các máy chủ (server), thiết bị networking, bộ nhớ, CPU, không gian vùng nhớ, .v.v.
Cơ sở hạ tầng thay đổi động : bạn có thể điều chỉnh các tài nguyên theo yêu cầu
sử dụng của bạn. IaaS trong cloud sẽ đáp ứng nhanh chóng việc tăng hay giảm tài

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

14
nguyên một cách dễ dàng. Có chi phí biến đổi nghĩa là tùy vào nhu cầu sử dụng khác
nhau thì các khách hàng sẽ trả trên các dịch vụ đó. Không cố định chi phí cho bất cứ
dịch vụ nào. IaaS thƣờng có nhiều ngƣời thuê. IaaS có những mức dịch vụ khác nhau
đáp ứng cho tất cả nhu cầu của ngƣời dùng.
1.1.2.3. Kiến trúc và hoạt động của IaaS trong điện toán đám mây
Khi thực thi một yêu cầu từ ngƣời sử dụng, công việc đó có thể thực hiện song song
và chia sẽ tài nguyên để đáp ứng yêu cầu càng nhanh càng tốt.
Hoặc là có thể truy cập các kho dữ liệu khác nhau để có thể thỏa mãn nhu cầu của

khách hàng. IaaS trong đám mây phải đảm bảo về sự thực thi (performance) và
hiệu quả chi phí trong khi bảo trì các điều khiển trung tâm và khả năng tăng tài nguyên
để bảo đảm dịch vụ không bị gián đoạn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

15

1.5 Sơ đồ truy cập tài nguyên phần cứng của các máy ảo

Có 03 thành phần chính trong kiến trúc của hệ thống cloud. Đó là: cloud
manager, cluster manager và computer manager
Cloud manager là điểm truy cập vào cloud nơi mà các nhà thuê bao đăng
ký tài khoản, quản lý các tài nguyên mà họ thuê từ cloud và truy cập dữ liệu. Nó thực

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

16
hiện việc truy cập tài nguyên ở mức đầu tiên (top level). Nó quyết định có đủ tài
nguyên để đáp ứng yêu cầu khách hàng hay không và cluster manager sẽ thực hiện
yêu cầu. Cloud manager cũng thực hiện các luật trên cloud đối với yêu cầu từ khách
hàng.
Cluster manager: Chịu trách nhiệm vận hành các máy thông qua
network. Cluster manager sẽ nhận lệnh / queries truy cập tài nguyên từ cloud
manager và xác định tài nguyên nào có thể đáp ứng yêu cầu từ ngƣời sử dụng . Sau
đó hiện thực truy cập tài nguyên.
Computer manager: Hợp tác với hypervisor chạy trên mỗi hệ thống máy
tính trong một cluster. Trong việc đáp ứng các queries từ Cluster manager. Cluster
manager trả về thông tin trạng thái liên quan đến tài nguyên đƣợc sử dụng và có
sẵn mà có thể đƣợc sử dụng.

1.1.3 Khái niệm và tổng quan về ảo hóa
1.1.3.1. Khái niệm ảo hóa
Ảo hoá là công nghệ tiên tiến nhất trong một loạt các cuộc cách mạng công
nghệ nhằm tăng mức độ ảo hóa hệ thống cho phép tăng hiệu suất làm việc của máy tính
lên một cấp độ chƣa từng có.
Công nghệ ảo hóa cho phép nhiều hệ điều hành cùng hoạt động đồng thời
trên một máy vật lý thông qua màn hình máy ảo (Virtual machine monitor - VMM
hoặc hypervisors)
Hình 1.6 minh họa một cách trừu tƣợng về máy ảo (Virtual Machine
Abstraction) khi thực hiện ứng dụng, hệ điều hành, đồng bộ phần cứng trên các máy
ảo khác nhau.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

17

1.6
Ảo hóa hệ thống máy chủ tức là ta tiến hành phân chia một server thành
nhiều server ảo hoặc kết hợp nhiều máy chủ vật lý thành một máy chủ logic, đối
với ngƣời sử dụng họ nhận biết và sử dụng các server ảo giống nhƣ một máy vật lý
độc lập có đủ các tài nguyên cần thiết (bộ vi xử lý, bộ nhớ, kết nối mạng, ), trong
khi các server ảo không hề có những tài nguyên độc lập nhƣ vậy, nó chỉ sử dụng tài
nguyên đƣợc gán từ máy chủ vật lý.
Ở đây, bản chất thứ nhất là các server ảo sử dụng tài nguyên của máy chủ
vật lý, bản chất thứ hai là các server ảo có thể hoạt động nhƣ một server vật lý độc lập.
Ảo hóa đã trở thành một thành phần không thể thiếu trong mọi đám mây dựa
trên khả năng trừu tƣợng hóa và bao đóng. Đám mây cần phải chạy nhiều ứng dụng
của ngƣời dùng và tất cả những ứng dụng hiển thị nhƣ thể chúng đang đƣợc chạy
đồng thời và sử dụng tất cả tài nguyên có sẵn của cloud. Ảo hóa cung cấp mức độ
trừu tƣợng cần thiết nhƣ các tài nguyên tính toán, lƣu trữ, tài nguyên mạng đƣợc

đồng nhất thành pool hoặc resource overlay. Ảo hóa cung cấp tính bao đóng cho ứng
dụng có thể đƣợc cấu hình, cài đặt, nâng cấp để tăng tính bảo mật và quản lý tốt hơn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

18
Điện toán đám mây hƣớng đến ảo hóa trong hiện thực vì một số lý do sau:
Nhiều ứng dụng có thể chạy trên cùng một server, tài nguyên có thể
đƣợc sử dụng hiệu quả hơn.
Khả năng cấu hình cao, nhiều ứng dụng yêu cầu tài nguyên khác nhau
nhƣ số lƣợng core, dung lƣợng bộ nhớ. Việc cấu hình này khó thực hiện đƣợc ở mức độ
phần cứng nhƣng là dễ dàng trong ảo hóa. Ví dụ: VMware.
Khả năng sẵn sàng của ứng dụng cao. Ảo hóa cung cấp khả năng phục
hồi nhanh sau những hƣ hỏng cũng nhƣ khả năng nâng cấp mà không gây ngắt
quãng quá trình sử dụng dịch vụ của ngƣời dùng.
Khả năng đáp ứng cao. Ảo hóa cung cấp các cơ chế theo dõi và bảo trì
tài nguyên một cách tự động, một số tài nguyên thông thƣờng có thể đƣợc cache cho
việc dùng lại.
1.1.3.2. Lợi ích của giải pháp ảo hóa
Thông thƣờng việc đầu tƣ cho một trung tâm công nghệ thông tin là rất tốn
kém. Chi phí đầu tƣ mua các máy chủ cấu hình mạnh và các phần mềm bản quyền
là rất đắt đỏ. Trong thời buổi kinh tế khó khăn hiện nay doanh nghiệp nào cũng
muốn cắt giảm và hạn chế tối đa các chi phí không cần thiết mà vẫn đáp ứng đƣợc
năng suất và tính ổn định của hệ thống. Thế nên việc ứng dụng ảo hóa trở thành nhu
cầu cần thiết của bất kì doanh nghiệp lớn hay nhỏ. Thay vì mua mƣời máy chủ cho
mƣời ứng dụng thì chỉ cần mua một hoặc hai máy chủ có hỗ trợ ảo hóa thì vẫn có
thể chạy tốt mƣời ứng dụng trên. Điều này cho ta thấy sự khác biệt giữa hệ thống
ảo hóa và không ảo hóa. Bên cạnh đó việc ứng dụng ảo hóa còn đem lại những lợi ích
sau đây:
Quản lý đơn giản

Triển khai nhanh
Phục hồi và lƣu trữ hệ thống nhanh
Cân bằng tải và cung cấp tài nguyên linh hoạt
Tiết kiệm
Ảo hóa góp phần tăng cƣờng tính liên tục
1.1.3.3. Kiến trúc ảo hóa
Xét về kiến trúc hệ thống, các kiến trúc ảo hóa hệ thống máy chủ có thể ở các

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

19
dạng dạng chính là: Host-based, Hypervisor-based (còn gọi là bare- metal
hypervisor, nó đƣợc chia nhỏ ra làm hai loại là Monothic Hypervisor và
Microkernel Hypervisor), Hybrid. Ngoài ra, tùy theo từng sản phẩm ảo hóa đƣợc
triển khai (nhƣ VMWare, Microsoft HyperV, Citrix XEN Server) mà mức độ ảo hóa
cụ thể sẽ khác nhau.
Các kiến trúc ảo hóa máy chủ bao gồm:
a. Kiến trúc Hosted-based:
Còn gọi là hosted hypervisor, kiến trúc này sử dụng một lớp hypervisor chạy
trên nền tảng hệ điều hành, sử dụng các dịch vụ đƣợc hệ điều hành cung cấp để phân
chia tài nguyên tới các máy ảo. Nếu ta xem hypervisor này là một lớp phần mềm riêng
biệt, thì các hệ điều hành khách của máy ảo sẽ nằm trên lớp thứ 3 so với phần cứng
máy chủ.
Một hệ thống ảo hóa sử dụng Mô hình Hosted-based đƣợc chia làm 4 lớp hoạt
động nhƣ sau:
Nền tảng phần cứng
Hệ điều hành Host
Hệ thống màn hình máy ảo - virtual machine monitor (hypervisor)
Các ứng dụng máy ảo: Sử dụng tài nguyên do hypervisor quản lý.