Tiểu luận môn điện toán lưới và đám mây TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ CLOUD COMPUTING

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
Tiểu luận môn: Điện toán lưới và đám mây
TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ CLOUD
COMPUTING
GVHD: PGS.TS Nguyễn Phi
Khứ
HVTH: Nguyễn Phương Thanh
Diệu
MSHV: CH1301085
TPHCM – 06/2014
Tìm hiểu công nghệ Cloud Computing
MỤC LỤC
2

Tính toán lưới Trang 2
Tìm hiểu công nghệ Cloud Computing
Ngày nay công nghệ thông tin phát triển rất nhanh chóng, nắm giữ vai trò quan
trọng trong việc thúc đấy sự tăng trưởng kinh tế, với sự ra đời của rất nhiều công
nghệ mới, các dịch vụ CNTT đáp ứng nhu cầu của người dùng cũng như là các
doanh nghiệp Tuy nhiên, trong giai đoạn suy thoái kinh tế như hiện nay, thì việc
ứng dụng một công nghệ hay một dịch vụ CNTT đáp ứng việc quản lý tốt, hiệu quả
dữ liệu của riêng công ty cũng như dữ liệu khách hàng, đối tác là một trong những
bài toán được ưu tiên hàng đầu và đang không ngừng gây khó khăn cho doanh
nghiệp. Để có thể quản lý được nguồn dữ liệu đó, ban đầu các doanh nghiệp phải
đầu tư, tính toán rất nhiều loại chi phí như chi phí cho phần cứng, phần mềm, mạng,
chi phí quản trị, chi phí bảo trì, sửa chữa… Ngoài ra họ còn phải tính toán khả năng
mở rộng, nâng cấp thiết bị; phải kiểm soát việc bảo mật dữ liệu cũng như tính sẵn
sàng cao của dữ liệu. Để giải quyết vấn đề trên chúng ta thấy được rằng nếu có một
nơi tin cậy giúp các doanh nghiệp quản lý tốt nguồn dữ liệu đó, các doanh nghiệp sẽ
không còn quan tâm đến cơ sở hạ tầng, công nghệ mà chỉ tập trung chính vào công

việc kinh doanh của họ thì sẽ mang lại cho họ hiệu quả và lợi nhuận ngày càng cao
hơn. Khái niệm “cloud computing” (điện toán đám mây) đã ra đời trong hoàn cảnh
đó và đang dần trở nên quen thuộc đối với các doanh nghiệp, đặc biệt là đối với các
doanh nghiệp vừa và nhỏ.
Vậy “cloud computing” là gì ? Nó có thể giải quyết bài toán trên như thế nào
và có những đặc điểm nổi bật gì ? Chúng ta sẽ đi qua các phần sau để nắm rõ vấn đề
này. Do khả năng và kiến thức có hạn, nên bài báo cáo còn nhiều sai sót.
Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Phi Khứ đã giảng dạy và
hướng dẫn để hoàn thành bài báo cáo này.
3

Tính toán lưới Trang 3
Tìm hiểu công nghệ Cloud Computing
I. Tổng quan về Cloud Computing
1. Khái niệm Cloud Computing
Theo Wikipedia: “Điện toán đám mây (cloud computing) là 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
(tương tự như mạng điện)”.
Hình 1: Sơ đồ Điện toán đám mây
Theo Viện tiêu chuẩn và công nghệ quốc gia Bộ Thương mại Mỹ
(NIST): “Điện toán đám mây là một mô hình cho phép truy cập mạng
thuận tiện, theo nhu cầu đến một kho tài nguyên điện toán dùng chung, có
thể định cấu hình (ví dụ như mạng, máy chủ, lưu trữ, ứng dụng) có thể được
cung cấp và thu hồi một cách nhanh chóng với yêu cầu tối thiểu về quản lý
hoặc can thiệp của nhà cung cấp dịch vụ”.
2. Tính chất cơ bản
Theo NIST định nghĩa có 5 tính chất sau:
4

Tính toán lưới Trang 4
Tìm hiểu công nghệ Cloud Computing
 Tự phục vụ theo nhu cầu (On-demand self-service): người dùng tự
chọn khả năng tính toán như máy chủ, lưu trữ mạng, mà không cần
sự tương tác của con người với mỗi nhà cung cấp dịch vụ.
 Truy xuất diện rộng (Broad network access): có thể truy cập thông
qua điện thoại di động, máy tính bảng, máy tính xách tay, và máy trạm.
 Dùng chung tài nguyên (Resource pooling): nguồn tài nguyên vật lý
và ảo hóa tự động được cấp phát theo nhu cầu của người dùng.
 Khả năng co giãn (Rapid elasticity): có thể tăng giảm tài nguyên
theo nhu cầu.
 Điều tiết dịch vụ (Measured service): hệ thống đám mây tự động
kiểm soát và tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên.
3. Mô hình dịch vụ
Cloud computing ra đời để giải quyết các vấn đề sau:
 Vấn đề lưu trữ dữ liệu: Dữ liệu được lưu trữ tập trung ở các kho dữ liệu
khổng lồ. Các công ty lớn như Microsoft, Google có hàng chục kho dữ liệu
trung tâm nằm rải rác khắp nơi trên thế giới. Các công ty lớn này sẽ cung
cấp các dịch vụ cho phép doanh nghiệp có thể lưu trữ và quản lý dữ liệu của
họ trên các kho lưu trữ trung tâm.
 Vấn đề về sức mạnh tính toán: có 2 giải pháp chính:
 Sử dụng các siêu máy tính (super-computer) để xử lý tính toán.
 Sử dụng các hệ thống tính toán song song, phân tán, tính toán
lưới (grid computing).
 Vấn đề về cung cấp tài nguyên, phần mềm: Cung cấp các dịch vụ như SaaS
(Software as a Service), PaaS (Platform as a Service), IaaS (Infrastructure
as a Service).
3.1. SaaS - Software as a Service
Là một mô hình triển khai ứng dụng mà ở đó người cung cấp cho phép
người dụng sử dụng dịch vụ theo yêu cầu. Những nhà cung cấp SaaS có thể

5

Tính toán lưới Trang 5
Tìm hiểu công nghệ Cloud Computing
lưu trữ ứng dụng trên máy chủ của họ hoặc tải ứng dụng xuống thiết bị
khách hàng, vô hiệu hóa nó sau khi kết thúc thời hạn. Các chức năng theo
yêu cầu có thể được kiểm soát bên trong để chia sẻ bản quyền của một nhà
cung cấp ứng dụng thứ ba.
Hình 2: Mô hình dịch vụ Cloud Computing
3.2. PaaS - Platform as a Service
Cung cấp nền tảng tính toán và một tập các giải pháp nhiều lớp. Nó hỗ
trợ việc triển khai ứng dụng mà không quan tâm đến chi phí hay sự phức tạp
của việc trang bị và quản lý các lớp phần cứng và phần mềm bên dưới.
Cung cấp tất cả các tính năng cần thiết để hỗ trợ chu trình sống đầy đủ của
việc xây dựng và cung cấp một ứng dụng và dịch vụ web sẵn sàng trên
Internet mà không cần bất kì thao tác tải hay cài đặt phần mềm cho những
người phát triển, quản lý tin học, hay người dùng cuối. Nó còn được biết
đến với một tên khác là cloudware.
Cung cấp dịch vụ nền tảng (PaaS) bao gồm những điều kiện cho qui
trình thiết kế ứng dụng, phát triển, kiểm thử, triển khai và lưu trữ ứng dụng
6

Tính toán lưới Trang 6
Tìm hiểu công nghệ Cloud Computing
có giá trị như là dịch vụ ứng dụng như cộng tác nhóm, sắp xếp và tích hợp
dịch vụ web, tích hợp cơ sở dữ liệu, bảo mật, khả năng mở rộng, quản lý
trạng thái, phiên bản ứng dụng, các lợi ích cho cộng đồng phát triển và
nghiên cứu ứng dụng. Những dịch vụ này được chuẩn bị như là một giải
pháp tính hợp trên nền web.
3.3. IaaS - Infrastructure as a Service

Người dùng có thể truy cập đến phần cứng của hệ thống mạng máy
tính. Cung cấp nhiều nguồn tài nguyên như firewall, load balancer, địa chỉ
IP, nhưng hệ điều hành và các ứng dụng sẽ do bạn cài đặt và cập nhật. Điều
này giúp người dùng linh hoạt hơn trong việc sử dụng tài nguyên của mình.
IaaS xuất hiện rộng rãi bởi các nhà cung cấp Amazon, Memset, Google,
Windows… Một cách giúp quản lý IaaS dễ dàng hơn là phát triển các
template cho các dịch vụ đám mây nhằm tạo ra một bản kế hoạch chi tiết để
xây dựng hệ thống ready-to-use, và tránh tình trạng di chuyển giữa các đám
mây khác nhau.
7

Tính toán lưới Trang 7
Tìm hiểu công nghệ Cloud Computing
4. Mô hình triển khai
Hình 3: Các mô hình triển khai
4.1. Private Cloud
Cơ sở hạ tầng và các dịch vụ được xây dựng để phục vụ cho một tổ
chức (doanh nghiệp) duy nhất. Điều này giúp cho doanh nghiệp có thể kiểm
soát tối đa đối với dữ liệu, bảo mật và chất lượng dịch vụ.
8

Tính toán lưới Trang 8
Tìm hiểu công nghệ Cloud Computing
4.2. Community Cloud
Cơ sở hạ tầng và các dịch vụ được xây dựng để phục vụ cho một cộng
đồng nào đó sử dụng. Ví dụ, một cộng đồng doanh nghiệp chung ngành
nghề, 1 nhóm các trường đại học, …).
4.3. Public Cloud
Các dịch vụ Cloud được nhà cung cấp dịch vụ cung cấp cho mọi người
sử dụng rộng rãi. Các dịch vụ được cung cấp và quản lý bởi một nhà cung

cấp dịch vụ và các ứng dụng của người dùng đều nằm trên hệ thống Cloud.
4.4. Hybrid Cloud
Hybrid Cloud là sự kết hợp của hai hoặc nhiều mô hình triển khai.
Trong đó doanh nghiệp sẽ “out-source” các chức năng nghiệp vụ và dữ liệu
9

Tính toán lưới Trang 9
Tìm hiểu công nghệ Cloud Computing
không quan trọng, sử dụng các dịch vụ Public Cloud để giải quyết và xử lý
các dữ liệu này. Đồng thời, doanh nghiệp sẽ giữ lại các chức năng nghiệp vụ
và dữ liệu tối quan trọng trong tầm kiểm soát (Private Cloud).
5. Kiến trúc Cloud Computing
Hình 4: Mô hình kiến trúc Cloud Computing
Cơ sở hạ tầng (Infrastructure): là phần cứng được cung cấp như là các dịch vụ,
nghĩa là được chia sẻ và có thể sử dụng lại dễ dàng. Các tài nguyên phần cứng được
10

Tính toán lưới Trang 10
Tìm hiểu công nghệ Cloud Computing
cung cấp theo thời gian, theo nhu cầu cụ thể. Loại dịch vụ này giúp cho khách hàng
giảm chi phí bảo hành, chi phí sử dụng…
Lưu trữ (Storage): Lưu trữ đám mây là khái niệm tách dữ liệu khỏi quá trình
xử lý và chúng được lưu trữ ở những vị trí từ xa. Lưu trữ đám mây cũng bao gồm cả
các dịch vụ CSDL, ví dụ như BigTable của Google, SimpleDB của Amazon…
Cloud Runtime: Là dịch vụ phát triển phần mềm ứng dụng và quản lý các nhu
cầu phần cứng - phần mềm. Ví dụ nền tảng dịch vụ như web framework, web
hosting…
Ứng dụng đám mây (Cloud application): là một đề xuất về kiến trúc phần mềm
sẵn sàng phục vụ, nhằm loại bỏ việc mua phần mềm, cài đặt, vận hành và duy trì
ứng dụng tại máy bàn/thiết bị của người dùng. Ứng dụng đám mây loại bỏ được các

chi phí để bảo trì và vận hành các chương trình ứng dụng.
Hạ tầng khách hàng (Client Infrastructure): là những yêu cầu phần mềm hoặc
phần cứng để sử dụng các dịch vụ Cloud trên mạng. Thiết bị cung cấp cho khách
hàng có thể là trình duyệt, máy tính, thiết bị di động…
II. So sánh giữa Grid và Cloud
Phần này tập trung so sánh giữa Grid và Cloud ngang qua nhiều khía
cạnh từ kiến trúc, mô hình bảo mật, mô hình thương mại, mô hình lập trình,
ảo hóa, mô hình dữ liệu, mô hình tính toán và ứng dụng. Cả hai mô hình
tính toán về mặt tổng quát thì giống nhau nhưng trong cụ thể thì có một số
điểm khác biệt.
1. Mô hình thương mại (Business Model)
Mô hình thương mại truyền thống trong các phần mềm trước đây là
hình thức tính phí theo máy tính. Trong Cloud mô hình tính phí linh hoạt
hơn nhiều, người dùng chỉ cần trả theo nhu cầu sử dụng. Ngoài ra Cloud
còn hỗ trợ khả năng mở rộng hệ thống mang tính kinh tế, tức là người sử
dụng có thể triển khai với hệ thống ngày một lớn hơn với chi phí phù hợp.
Người dùng trong tương lai chỉ cần một thẻ tín dụng đã có thể truy cập theo
11

Tính toán lưới Trang 11
Tìm hiểu công nghệ Cloud Computing
nhu cầu đến hàng 100,000 bộ xử lý qua hàng chục trung tâm dữ liệu trải
khắp thế giới.
Mô hình thương mại của Grid là hướng đến các dự án nghiên cứu trong
môi trường học thuật như các đại học, viện nghiên cứu, phòng thí nghiệm
của chính phủ. TeraGrid làm một ví dụ điển hình cho hình thức thương mại
của Grid, sử dụng hàng chục Grid khác nhau từ các viện nghiên cứu trong
cùng một quốc gia. Khi một tổ chức nào đó gia nhập vào TeraGrid thì sẽ có
thể truy cập đến các Gird khác và đồng thời có thể sử dụng tài nguyên, kết
quả thí nghiệm… trên hệ thống Grid này. Mô hình này đã được ứng dụng

rộng rải nhiều nơi trên thế giới.
Có nhiều nỗ lực để xây dựng mô hình kinh tế Grid cho cơ sở hạ tầng
Grid toàn cầu, nó hỗ trợ thương mại, chuyển nhượng, cung cấp dịch vụ theo
nhu cầu sử dụng, rủi ro và chi phí, sở thích của người dùng…
2. Kiến trúc (Architecture)
Grid tập trung vào việc tích hợp các tài nguyên sẵn có gồm phần cứng,
hệ điều hành, quản lý tài nguyên cục bộ và cở sở hạ tầng an ninh.
Để hỗ trợ sự phát triển tổ chức ảo (Virtual Organizations) – một thực
thể luận lý có thể nhận ra và chia sẻ các tài nguyên phân tán như trong cùng
một tổ chức, Grid đã định nghĩa và cung cấp một tập các giao thức chuẩn,
phần mềm trung gian (middleware), bộ công cụ và các dịch vụ được xây
dựng trên các giao thức này. Những vấn đề chính được quan tâm là khả
năng hoạt động liên kết và tính an toàn trên cơ sở hạ tầng Grid vì các tài
nguyên đến từ các miền quản trị khác nhau, có cả chính sách sử dụng tài
nguyên cục bộ và toàn cục, các nền tảng và cấu hình phần cứng và phần
mềm khác nhau.
Grid cung cấp các giao thức và dịch vụ với 5 lớp khác nhau như hình
minh họa sau:
12

Tính toán lưới Trang 12
Tìm hiểu công nghệ Cloud Computing
Hình 5: Kiến trúc của Grid và Cloud.
 Lớp Fabric: cung cấp truy cập tới các loại tài nguyên khác nhau
như tính toán, tài nguyên lưu trữ và mạng, kho mã nguồn…
 Lớp Connectivity: định nghĩa các chuẩn giao tiếp thông tin và
chứng thực chính cho các giao tác mạng dễ dạng và an toàn hơn.
 Lớp Resourcce: định nghĩa các giao thức cho việc phát hành, phát
minh, chuyển nhượng, giám sát, thanh toán chi phí cho các hoạt
động trên các tài nguyên riêng biệt.

 Lớp Collective: nắm giữ sự tương tác giữa các tài nguyên, dịch vụ
thư mục (như MDS) cho phép giám sát và phát hiện ra các tài
nguyên tổ chức ảo hóa
 Lớp Application: gồm các ứng dụng người dùng được xây dựng
trên đỉnh của các giao thức trên và API và hoạt động trong môi
trường ảo hóa.
Cloud được phát triển để giải quyết những bài toán tính toán mở rộng
qua Internet trong đó một số giả thiết là khác biệt so với Grid. Cloud được
xem như là nguồn tài nguyền tính toán và lưu trữ lớn, được truy cập thông
qua các giao thức chuẩn và qua lớp trừu tượng. Cloud được xây dựng trên
các giao thức sẵn có như Web Services (WSDL, SOAP) và một số công
13

Tính toán lưới Trang 13
Tìm hiểu công nghệ Cloud Computing
nghệ Web 2.0 như REST, RSS, AJAX Thực tế, Cloud được hiện thi trên
những công nghệ Grid đã tồn tại hàng thập niên của cộng đồng Grid.
Có nhiều phiên bản định nghĩa kiến trúc Cloud. Nhưng để so sánh với
kiến trúc Grid nên chúng ta hướng vào kiến trúc 4 lớp sau (xem hình 5):
 Lớp Fabric: chứa các tài nguyên phần cứng như tài nguyên tính
toán, tài nguyên lưu trữ và tài nguyên mạng.
 Lớp Unified Resource: chứa các tài nguyên được trừu tượng hóa
(ảo hóa) để kết nối với lớp trên và với người dùng cuối như tài
nguyên được tích hợp (hệ thống tập tin, hệ cơ sở dữ liệu…).
 Lớp Platform: thêm vào các công cụ chuyên dụng, phần mềm trung
gian và dịch vụ ở trên lớp Unified Resource.
 Lớp Application: chứa các ứng dụng chạy trên Cloud.
Kiến trúc của Cloud hướng đến ba mô hình dịch vụ sau: Software as a
Service – SaaS, Platform as a Service – PaaS, Infrastructure as a Service –
IaaS.

3. Quản lý tài nguyên
Quản lý tài nguyên là vấn đề quyết định khả năng hoạt động của hệ
thống và nó không thể thiếu trong các hệ thống lớn như Grid và Cloud.
Trong phần này, chúng ta đề cập đến những thách thức chính mà cả Grid và
Cloud phải đối mặt để thấy được điểm tương đồng và khác biệt trong hai
mô hình này.
3.1. Mô hình tính toán (Compute Model)
Hầu hết các Grid sử dụng mô hình tính toán batch-scheduled cùng với
một bộ quản lý tài nguyên cục bộ như PBS, Condor, SGE để quản lý tài
nguyên tại các vị trí của Grid, và người dùng gửi các batch job (thông qua
GRAM) để yêu cầu một số tài nguyên. Nhiều Grid buộc các batch job nhận
dạng người dùng và chứng nhận công việc nào sẽ được thực thi nhằm mục
14

Tính toán lưới Trang 14
Tìm hiểu công nghệ Cloud Computing
đích bảo mật, số bộ xử lý cần, và thời gian cấp phát. Chẳng hạn trong
trường hợp một chương trình cần 100 bộ xử lý và thực thi trong 60 phút, nó
phải đợi đến khi hệ thống có đủ 100 bộ xử lý và rảnh trong 60 phút. Mô
hình tính toán trong Cloud hoàn toàn khác, tất cả người dùng được sử dụng
tài nguyên cùng lúc, đồng thời vẫn đảm bảo được chất lượng dịch vụ cho
người dùng. Đây cũng là một trong những thách thức của Cloud về khả
năng mở rộng khi số lượng người dùng lớn.
1.1. Mô hình dữ liệu (Data Model)
Trong khi một số người mạnh dạn khẳng định Internet Computing tương lai sẽ
tập trung vào Cloud Computing. Cloud sẽ chủ yếu cung cấp các dịch vụ như lưu trữ,
tính toán, và tất cả các loại tài nguyên khác. Chúng tôi hình dung rằng Internet
Computing thế hệ tiếp theo sẽ đi theo mô hình tam giác thể hiện trong hình 6.
Vai trò của Cloud Computing không cần đề cập tiếp, nhưng tầm quan trọng của
Client Computing thì không thể bỏ qua vì một vài lý do sau:

 Về bảo mật, người dùng sẽ không muốn chạy các ứng dụng quan trọng trên
Cloud và gửi các dữ liệu nhạy cảm để xử lý và lưu trữ trên Cloud.
 Người dùng muốn hoàn thành công việc ngay cả khi Internet và Cloud bị
chậm hay rớt mạng.
 Công nghệ đa nhân (multi-core technology) cũng mang đến cho người dùng
nhiều hệ thống con mạnh mẽ trong tương lai.
Hình 6: Mô hình tam giác của Internet Computing thế hệ tiếp theo.
15

Tính toán lưới Trang 15
Tìm hiểu công nghệ Cloud Computing
Cộng đồng Grid quan tâm tới tầm quan trọng của dữ liệu cách đây một
thập kỷ trước. Data Grid đã được thiết kế dành riêng cho các ứng dụng
chuyên về dữ liệu, với khái niệm dữ liệu ảo hóa giữ vai trò then chốt. Dữ
liệu ảo hóa nắm giữ mối quan hệ giữa dữ liệu, chương trình và tính toán và
quy định các kiểu trừu tượng.
3.2. Vị trí dữ liệu (Data locality)
Một thách thức lớn cho bài toán mở rộng ứng dụng để hiệu quả hơn là
vị trí của dữ liệu với các tài nguyên sẵn có - việc di chuyển dữ liệu liên tục
ở xa về các bộ xử lý gây nghẽn cổ chai. Quá trình nhập xuất (I/O) dữ liệu từ
xa có khác biệt lớn với I/O trên dữ liệu cục bộ và gây ảnh hưởng trực tiếp
đến hiệu năng của hệ thống. Để đạt được khả năng mở rộng tốt ở quy mô
Internet cho Cloud và Grid, dữ liệu được phân tán trên nhiều máy tính và
quá trình tính toán phải thực thi ở nơi tốt nhất để chi phí truyền thông tin là
tối thiểu. Đây là hướng được Cloud quan tâm giải quyết. Quá trình xử lý dữ
liệu được sắp xếp lưu trữ dữ liệu: khi cần xử lý một tập tin, job scheduler sẽ
gọi dịch vụ storage metadata để lấy nút chính ứng với mỗi chunk, sau đó
lập lịch xử lý trên nút đó, vì vậy vấn đề “data locality” sẽ được giải quyết
một cách hiệu quả.
Với Grid, dữ liệu được lưu trữ trên các hệ thống tập tin chia sẻ (như

NFS, GPFS, PVFS, Luster) nên không dễ dàng áp dụng. Đây cũng là một
điểm yếu của Grid so với Cloud.
3.3. Kết hợp tính toán và quản lý dữ liệu
Vị trí của dữ liệu chỉ hiệu quả khi mà số lượng người dùng và qui mô
chưa thực sự lớn. Khi hệ thống ngày càng mở rộng thì vấn đề kết hợp tính
toán và quản lý dữ liệu trở thành yếu tố quan trọng cho việc cải thiện hiệu
năng. Lập lịch cho các tác vụ tính toán gần với dữ liệu và để tiết kiệm chi
phi di chuyển dữ liệu. Data-aware scheduler và dữ liệu phân tán gần với bộ
16

Tính toán lưới Trang 16
Tìm hiểu công nghệ Cloud Computing
xử lý để đạt được khả năng mở rộng và hiệu năng tốt. Kiến trúc quản lý dữ
liệu thì quan trọng nhằm đảm bảo việc thực thi quản lý dữ liệu phù hợp với
mọi kích thước tập dữ liệu trong cùng một lúc. Gird đã có các mô hình tập
trung cho các ứng dụng dữ liệu khổng lồ, còn Cloud thì sẽ phải đối mặt với
vấn đề này trong tương lai.
3.4. Ảo hóa (Virtualization)
Đây là công nghệ được khai thác mạnh mẽ trong hầu hết các Cloud. Không
giống như mô hình tính toán của Grid, Cloud phải chạy nhiều ứng dụng đa người
dùng (lên tới hàng ngàn, hàng triệu người) và tất cả các ứng dụng này phải được
chạy đồng thời và có thể sử dụng mọi tài nguyên sẵn có trên Cloud. Công nghệ ảo
hóa cung cấp mức trừu tượng thiết yếu để hợp nhất các cấu trúc bên dưới (tính toán
thô, lưu trữ, tài nguyên mạng). Đồng thời ảo hóa còn cho phép đóng gói mỗi ứng
dụng để có thể cấu hình, triển khai, bắt đầu, di chuyển, tạm dừng, tiếp tục, dừng
hẳn và cung cấp thêm khả năng bảo mật, quản lý, và cô lập tốt hơn. Grid không
dựa vào công nghệ ảo hóa nhiều như Cloud, nhưng để đảm bảo được tính riêng tư
cho các tổ chức ảo trên tài nguyên thì công nghệ ảo hóa cũng được sử dụng trong
Grid chẳng hạn như Nimbus.
3.5. Giám sát (Monitoring)

Một thách thức khác mà công nghệ ảo hóa mang lại cho Clouds đó là việc
giám sát tài nguyên. Vấn đề giám sát tài nguyên trên Cloud chưa được tổ chức trực
tiếp như Grid. Grid đưa ra các mô hình tin cậy khác nhau để người dùng được ủy
quyền có thể truy cập và duyệt các tài nguyên trên các Grid khác nhau. Hơn nữa,
Grid không có độ trừu tượng cao và tận dụng ảo hóa như Cloud, ví dụ hệ thống giám
sát phân tán (và phân cấp) Ganglia có thể theo dõi toàn bộ các cluster và Grid khá
hiệu quả và được chấp nhận rộng rãi trong cộng đồng Grid. Khả năng giám sát tài
nguyên của Cloud gặp nhiều thách thức do mục tiêu đề ra là việc cân bằng quá trình
giám sát các ứng dụng thương mại, quản lý máy chủ doanh nghiệp, giám sát máy ảo,
17

Tính toán lưới Trang 17
Tìm hiểu công nghệ Cloud Computing
bảo trì phần cứng Do đó trong tương lai gần Cloud sẽ hướng đến việc cung cấp
khả năng tự bảo trì, cấu hình và quản lý về tay người dùng.
3.6. Nguồn gốc dữ liệu (Provenance)
Provenance ám chỉ tới nguồn gốc, lai lịch của sản phẩm dữ liệu, bao gồm tất cả
các nguồn dữ liệu, sản phẩm dữ liệu trung gian, và các thủ tục đã sử dụng trong sản
phẩm dữ liệu. Thông tin nguồn gốc cần thiết trong nhận thức, khám phá, xác minh,
chia sẻ sản phẩm dữ liệu nào đó, cũng như trong các ứng dụng và chương trình.
Trong Grid, quản lý nguồn gốc được xây dựng thành hệ thống workflow từ rất sớm
như Chimera cho tới các hệ thống workflow hiện đại như Swift, Kepler và VIEW để
hỗ trợ khám phá và tái sử dụng các kết quả khoa học. Ngược lại, Cloud còn chưa
khai thác lĩnh vực này và có nhiều thách thức trong việc theo vết dữ liệu thông qua
các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau (khác nền tảng và chính sách tiếp cận), các lớp
trừu tượng phần mềm và phần cứng khác nhau của một nhà cung cấp.
4. Mô hình lập trình (Programming Model)
Về cơ bản mô hình lập trình trong môi trường Grid không khác biệt so với các
môi trường lập trình song song và phân tán truyền thống. Nó có một số vấn đề phức
tạp như nhiều miền quản trị, tài nguyên không đồng bộ, tính ổn định và hiệu năng,

điểu khiển ngoại lệ trong môi trường có tính linh động cao Mục tiêu chính của
Grid là hướng tới khả năng mở rộng cao cho các ứng dụng khoa học, nó phải mở
rộng để tận dụng số lượng tài nguyên lớn và thực thi vừa nhanh vừa hiệu quả. Do dó
các chương trình cần phải hoàn thành một cách chính xác nên phải xem xét đến độ
tin cậy và khả năng kháng lỗi trong môi trường Grid.
Ngoài các môi trường lập trình truyền thống như MPI, Globus Toolkit, còn có
một mô hình lập trình được quan tâm gần đây là MapReduce. MapReduce thật ra chỉ
là một mô hình lập trình song song khác nhằm vào các hệ thống với số lượng dữ liệu
lớn. Nó được xây dựng dựa trên hai từ hàm chính là “map” và “reduce” mượn từ các
ngôn ngữ hàm. Hàm “map” áp dụng phép toán cụ thể lên mỗi tập dữ liệu và sinh ra
một tập dữ liệu mới. Hàm “reduce” ngược lại sẽ hợp các dữ liệu lại. Một hiện thực
mã mở của mô hình này là Hadoop và đang được quan tâm trong Cloud.
18

Tính toán lưới Trang 18
Tìm hiểu công nghệ Cloud Computing
Cloud về khái quát chấp nhận các Web Services APIs, nơi mà người dùng cấu
hình và lập trình dịch vụ Cloud dựa trên các API được trình bày trong Web Services.
Các giao thức HTTP và SOAP là những giao thức chuẩn được chọn trong các dịch
vụ này. Mặc dù Cloud chấp nhận một số giao thức chung như HTTP và SOAP, khả
năng tích hợp và liên kết giữa các dịch vụ lẫn ứng dụng vẫn là một thách thức lớn
khi người dùng làm việc với các nhà cung cấp Cloud khác nhau.
5. Mô hình ứng dụng (Application Model)
Grid hỗ trợ nhiều loại ứng dụng từ high performance computing (HPC) cho tới
high throughput computing (HTC). Những ứng dụng HPC thực thi hiệu quả những
bài toán song song trên hệ thống cục bộ không qua internet; những ứng dụng này sử
dụng giao diện truyền tin (MPI) để đạt được độ truyền thông liên tiến trình cần thiết.
Có một số lớp ứng dụng như Multiple Program Multiple Data (MPMD), MTC, tính
toán khả năng, tính toán theo như cầu…
Theo lý thuyết Cloud Computing cũng hỗ trợ các loại ứng dụng như trong

Grid. Nhưng các ứng dụng HPC trong Cloud không đạt được hiệu quả như trong
Grid, vì chúng yêu cầu tốc độ kết nối nhanh và độ trễ thấp. Vì thế Cloud còn trong
quá trình sơ khai, và còn nhiều vấn đề cần giải quyết.
Science Gateway là các công cụ được cộng đồng phát triển, các ứng dụng, các
bộ dữ liệu được tích hợp thông qua portal hoặc một bộ các ứng dụng. Gateway cung
cấp nhiều khả năng truy cập tới workflow, ảo hóa, khám phá tài nguyên… thông qua
trình duyệt web. Gateway khoa học bắt đầu phát triển trên công nghệ Web 2.0. Trình
duyệt web và công nghệ Web 2.0 sẽ giữ vai trò trung tâm khi người dùng tương tác
với Grid và Cloud trong tương lai.
6. Mô hình bảo mật (Security Model)
Cloud hầu như bao gồm nhiều trung tâm dữ liệu riêng cùng một tổ chức, với
mỗi trung tâm dữ liệu, cấu hình phần cứng và phần mềm, các nền tảng hỗ trợ thì
đồng nhất hơn so với môi trường Grid. Tuy nhiên Grid xây dựng trên giả định rằng
các nguồn tài nguyên là không đồng nhất và động, và mỗi Grid có tên miền riêng
của mình và tự chủ hoạt động. Vì vậy, bảo mật đã được thiết kế trong cơ sở hạ tầng
19

Tính toán lưới Trang 19
Tìm hiểu công nghệ Cloud Computing
Grid cơ bản. Khóa công khai dựa trên giao thức GSI (Grid Security Infrastructure)
được sử dụng để xác thực, bảo vệ thông tin và ủy quyền. CAS (Community
Authorization Service) được thiết kế để ủy quyền tài nguyên cấp cao.
Mô hình bảo mật của Cloud hiện tại đơn giản và kém bảo mật hơn các mô hình
sẵn có của Grid. Tiêu biểu là Cloud dựa trên Web tạo ra tài khoản người dùng, cho
phép họ đặt lại mật khẩu và nhận mật khẩu mới thông qua email trong một môi
trường không mã hóa và không an toàn. Chú ý rằng, người dùng có thể dễ dàng sử
dụng Cloud ngay lập tức với chỉ một thẻ tín dụng hay địa chỉ email. Ngược lại hoàn
toàn, Grid hạn chế hơn về tính bảo mật. Chẳng hạn, mặc dù thông qua Web để tạo
tài khoản người dùng, thông tin nhạy cảm về tài khoản, mật khẩu được yêu cầu giao
tiếp giữa người với người để xác nhận rõ ràng người dùng được ủy quyền.

Tính bảo mật là một vấn đề quan trọng được quan tâm nhiều trong Cloud
Computing. Có 7 điểm chính mà một người dùng Cloud cần chú ý khi quyết định sử
dụng:
 Truy cập bởi người dùng có quyền hạn: Việc xử lý dữ liệu nhạy cảm bên
ngoài doanh nghiệp cần đảm bảo rằng chúng chỉ được truy cập và sử dụng
bởi người có quyền hạn.
 Tuân thủ quy định : Người dùng cần phải biết được nhà cung cấp Cloud có
thực hiện các thao tác ngoài luồng trên dữ liệu của họ hay không.
 Vị trí dữ liệu: Do người dùng không biết nơi lưu trữ dữ liệu của họ, nhà
cung cấp Cloud phải đảm bảo lưu trữ và xử lý dữ liệu đúng theo thỏa thuận
pháp lý ban đầu và phải tuân thủ yêu cầu về tính riêng tư của người dùng.
 Sự tách biệt về dữ liệu: Dữ liệu giữa các người sử dụng khác nhau phải
được lưu trữ riêng biệt.
 Khôi phục: Nhà cung cấp Cloud phải có cơ chế sao lưu và khôi phục dữ liệu
trong trường hợp có hư hại xảy ra.
 Hỗ trợ kiểm tra: Các dịch vụ Cloud rất khó kiểm tra, nếu như điều đó là
quan trọng với người dùng thì nhà cung cấp dịch vụ cũng phải có cơ chế hỗ
trợ.
 Tính lâu dài: Dữ liệu trên Cloud phải tồn tại lâu dài bền vững ngay khi nhà
cung cấp Cloud bị thu mua bởi một công ty khác.
20

Tính toán lưới Trang 20
Tìm hiểu công nghệ Cloud Computing
III. Amazon Web Services
21

Tính toán lưới Trang 21
Tìm hiểu công nghệ Cloud Computing
1. Giới thiệu:

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 ở đây 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.
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 có khả năng thực hiện rất
cao. Lúc đó việc chi trả chỉ dựa trên những gì sử dụng mà không cần phải trả trước
các chi phí và vốn đầu tư ban đầu, không cần phải mất chi phí cho bảo trì bởi vì
phần cứng được duy trì và phục vụ bởi Amazon.
Cơ sở hạ tầng ảo là cỗ máy san đường khổng lồ trong thế giới chịu chi phối từ
web ngày nay. Trong một phút, có thể nhanh chóng kết hợp thành một nền tảng hạ
tầng mà có thể sẽ mất hàng tuần để làm việc đó trong một cửa hàng công nghệ thông
tin trong thế giới thực. Điểm quan trọng là, cơ sở hạ tầng là mềm dẻo và có thể thay
đổi lên hay xuống tùy theo nhu cầu. Các công ty trên thế giới đang chuẩn bị để sử
dụng tính toán mềm dẻo này.
Khi sử dụng các dịch vụ amazon, các doanh nghiệp có thể tập trung vào các ý
tưởng kinh doanh thay vì quan tâm đến sự hao mòn của một lượng lớn các máy chủ
của họ, ví dụ lo lắng về khả năng chạy ra ngoài không gian đĩa, v.v. Theo ước tính
của Amazon, các doanh nghiệp sử dụng hơn 70% thời gian của họ trong việc xây
dựng và bảo trì hạ tầng cơ sở, trong khi chỉ sử dụng 30% thời gian để làm việc với
các ý tưởng thực sự để tạo ra sức mạnh của doanh nghiệp. Amazon lo lắng về các
vấn đề chi tiết cơ bản của phần cứng và hạ tầng cơ sở — và làm thế nào để có được
hiệu quả cao
2. Các thành phần chính:
Các thành phần chính của hạ tầng cơ sở cái mà cung cấp hầu hết các khối xây dựng

cơ bản phổ biến cần thiết cho hầu hết các ứng dụng không tầm thường:
II.1. Lưu trữ (Storage):
Mọi người đều cần phải lưu trữ — cho các tệp, các tài liệu, các dữ liệu tải về của
người dùng hoặc các bản sao lưu. Có thể tiến hành lưu trữ bất kỳ các ứng dụng cần
22

Tính toán lưới Trang 22
Tìm hiểu công nghệ Cloud Computing
thiết trong Amazon Simple Storage Service (S3) và nhận được các lợi ích với nó như
có khả năng mở rộng, đáng tin cậy và với mức chi phí thấp cho việc lưu trữ.
II.2. Tính toán (Computing):
Amazon Elastic Compute Cloud (EC2) cung cấp khả năng để mở rộng tài nguyên
tính toán lớn lên hoặc giảm xuống dựa trên nhu cầu và tạo ra khả năng cung cấp
dịch vụ mới một cách dễ dàng.
II.3. Gửi thông điệp (Messaging):
Thực hiện tách riêng các thành phần ứng dụng bằng cách sử dụng khả năng không
giới hạn của việc truyền thông điệp được cung cấp bởi Amazon Simple Queue
Service (SQS).
II.4. Tập hợp dữ liệu (Datasets)
Amazon SimpleDB (SDB) cung cấp khả năng mở rộng, lập chỉ mục, khả năng lưu
trữ mà không cần bảo trì, cùng với việc thực hiện xử lý và truy vấn với tập hợp dữ
liệu.
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 hỗ trợ thông
qua điện thoại và là cách thận trọng hơn cách yêu cầu trợ giúp
Amazon cung cấp các giao diện chuẩn dựa trên SOAP và REST để tương tác với
từng dịch vụ. Các thư viện phát triển hoặc là từ Amazon hoặc từ một trong các ngôn
ngữ cho phép, như Ruby, Python, Java™, Erlang và PHP, để thực hiện trao đổi với

các dịch vụ này. Các công cụ dòng lệnh là cũng có thể để thực hiện quản lý tài
nguyên tính toán trên EC2. Giao diện REST là dễ dàng sử dụng; bạn có thể sử dụng
chương trình bên phía máy khách được viết bằng bất cứ ngôn ngữ nào dưới dạng
giao thức HTTP để cho phép thực hiện gửi yêu cầu tới các dịch vụ Web.
3. Amazon Web Services:
III.1.Lưu trữ với Amazon S3:
Amazon Simple Storage Service (S3) cung cấp các giao diện dịch vụ Web cho việc
lưu trữ và khôi phục dữ liệu. Dữ liệu được cho ở bất kỳ loại nào và có thể được lưu
trữ và truy cập đến từ bất kỳ vị trí nào thông qua Internet. Có thể lưu trữ không giới
hạn một lượng lớn các đối tượng trong S3 với kích thước của mỗi đối tượng trong
khoảng từ 1 byte tới 5 GB. Các lưu trữ là có thể ở trong Hoa Kỳ hoặc trong Liên
Minh Châu Âu. Có thể chọn vị trí lưu trữ cho các đối tượng khi tạo ra buckets, cái
mà tương tự như khái niệm của thư mục trong hệ thống xử lý. Dữ liệu được lưu trữ
an toàn bằng cách sử dụng cùng hạ tầng cơ sở lưu trữ Amazon sử dụng sức mạng
của mình trên toàn thế giới với một mạng lưới các trang Web thương mại điện tử.
23

Tính toán lưới Trang 23
Tìm hiểu công nghệ Cloud Computing
Sự hạn chế truy cập có thể được xác định cho từng đối tượng được lưu trữ trong S3,
và các đối tượng này có thể được truy cập với các yêu cầu HTTP đơn giản. Thậm
chí ta có thể tạo ra các đối tượng để tải về bằng cách sử dụng giao thức BitTorrent.
S3 giải phóng hoàn toàn về các lo lắng cho không gian lưu trữ, truy cập vào dữ liệu,
hoặc bảo vệ dữ liệu. Ta thậm chí không phải đối phó với chi phí của việc bảo trì các
máy chủ lưu trữ. Amazon đảm bảo ở mức độ cao khả năng lưu trữ các tệp vì thế nó
luôn luôn sẵn sàng bất kỳ khi nào cần đến chúng. Các thỏa thuận cấp độ dịch vụ
được cung cấp bởi Amazon cho S3 là lên tới 99,9% thời gian chạy máy hàng tháng.
III.2.Elastic computing với Amazon EC2:
Amazon EC2 là dịch vụ Web cho phép yêu cầu các máy ảo trong vòng một vài phút
và dễ dàng thay đổi khả năng hoặc tải xuống dựa trên nhu cầu. Chỉ cần phải trả chi

phí cho khoảng thời gian sử dụng. Nếu muốn tăng khả năng tính toán của nên, có
thể nhanh chóng tiếp cận khởi tạo máy áo và sau đó chấm dứt chúng khi mà nhu cầu
giảm đi.
Những trường hợp mà dựa trên Linux® và có thể chạy trên bất kỳ ứng dụng nào
hoặc phần mềm nào ta muốn. Ta 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 tạo ra hình ảnh
máy Amazon (AMIs) cái thực hiện hành động như là các khuôn mẫu cho các ví dụ.
Truy cập với các ví dụ có thể được điều khiển bằng việc xác định được các quyền
cho phép. Cũng có thể làm bất cứ cái gì ta muốn tuy chỉ có một hạn chế duy nhất là
yêu cầu 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 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 lên và xuống. Ta hoàn toàn kiểm soát được môi trường
tính toán những gì chạy trong trung tâm dữ liệu của Amazon. Amazon cung cấp
năm kiểu của các máy chủ; để cho phép ta chọn lựa một trong các loại này phù hợp
với ứng dụng cần thiết. . Các máy chủ cung cấp từ loại đơn lõi x86 đến loại tám lõi
x86_64. 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.
III.3.Khả năng truyền thông điệp tin cậy của Amazon Simple
Queue Service:
Amazon Simple Queue Service (SQS) cung cấp khả năng truy cập tới hạ tầng kiến
trúc thông điệp đảm bảo được sử dụng bởi Amazon. Người dùng có thể thực hiện
gửi và nhận các thông điệp từ bất cứ nơi nào bằng cách sử dụng các yêu cầu HTTP
đơn giản dựa trên REST. Không cần phải cài đặt hay thực hiện cấu hình gì. Người
dùng có thể tạo ra một lượng không giới hạn của các hàng đợi và gửi một lượng

24

Tính toán lưới Trang 24
Tìm hiểu công nghệ Cloud Computing
không giới hạn các tin nhắn. Các tin nhắn được lưu trữ bởi Amazon thông qua nhiều
máy chủ và các trung tâm dữ liệu để cung cấp khả năng dư thừa và đáng tin cậy từ
hệ thống nhắn tin. Mỗi một tin nhắn có thể chứa lên tới 8KB dữ liệu văn bản. Chỉ sử
dụng các ký tự dạng Unicode với nguyên tắc sau phải tuân thủ
#x9 | #xA | #xD | [#x20 to #xD7FF] | [#xE000 to #xFFFD] | [#x10000 tới
#x10FFFF].
Mỗi một hàng đợi có thể phải định dạng xác định khoảng thời gian timeout (hạn thời
gian), cái được sử dụng để điều khiển cách truy cập tới hàng đợi bởi nhiều người
đọc khác nhau. Mỗi một ứng dụng đọc một thông điệp từ hàng đợi, thông điệp này
sẽ không được đọc bởi bất kỳ một người đọc khác cho đến khi khoảng thời gian
timeout kết thúc. Thông điệp sẽ được lặp lại trong hàng đợi sau một khoảng thời
gian timeout được xác định sau đó nó được giữ bởi một bộ xử lý đọc khác.
SQS tích hợp rất tốt với các Amazon Web Sercives khác. Nó cung cấp một cách nào
đó để xây dựng hệ thống riêng biệt nơi mà EC2 của ta có thể trao đổi với các hệ
thống khác bằng cách gửi thông điệp tới SQS và phối hợp các luồng làm việc. Ta
cũng có thể sử dụng các hàng đợi để xây dựng hạ tầng tự phục hồi, tự động mở rộng
dựa trên EC2 cho các ứng dụng của bạn. Có thể bảo đảm các thông điệp trong hàng
đợi tránh bị truy cập trái phép bằng cách sử dụng cơ chế xác thực được cung cấp
bởi SQS.
III.4.Xử lý tập hợp dữ liệu với Amazon Simple DB:
Amazon SimpleDB (SDB) là dịch vụ Web cho phép lưu trữ, xử lý và truy vấn tập
hợp dữ liệu có cấu trúc. Ở đây không phải là một cơ sở dữ liệu quan hệ theo cách
tiếp cận truyền thống mà ở mức độ cao hơn dưới dạng các sơ đồ, với dữ liệu ít cấu
trúc lưu trữ trong các đám mây và trong đó bạn có thể sử 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. 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 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.
25

Tính toán lưới Trang 25