Luận văn Nghiên cứu các hệ thống lập lịch cấp phát tài nguyên ảo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
----------

NGHIÊN CỨU CÁC HỆ THỐNG LẬP LỊCH
CẤP PHÁT TÀI NGUYÊN ẢO

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Hà Nội - Năm 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO


Đề tài: Nghiên cứu các hệ thống lập lịch cấp phát tài nguyên ảo

MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................................2
LỜI CAM ĐOAN .......................................................... Error! Bookmark not defined.
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..............................................5
DANH MỤC CÁC BẢNG ..........................................................................................6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ....................................................................7
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................8
CHƢƠNG 1: BÀI TOÁN CẤP PHÁT TÀI NGUYÊN ẢO.....................................11
1.1. Giới thiệu ......................................................................................................11
1.2. Mô hình cấp phát tài nguyên ......................................................................12
1.3. Các phƣơng pháp tiếp cận ..........................................................................15
1.3.1. Phƣơng pháp dựa trên máy ảo (VM-based).....................................15
1.3.1.1. Cụm máy chủ ảo (VC - Virtual Cluster) .........................................15
1.3.1.2. Giải pháp Trung tâm dữ liệu (DB – Datacenter Based) ..................17
1.3.2. Phƣơng pháp dựa trên hợp đồng (LB – Lease Based) .....................18

1.3.3. Phƣơng pháp dựa trên công việc (JB-Job Based).............................19
1.4. Nhận xét ........................................................................................................20
CHƢƠNG 2: MÔ HÌNH HÓA TÀI NGUYÊN DỰA VÀO HỢP ĐỒNG ..............24
2.1. Mô hình tài nguyên ......................................................................................24
2.2. Hợp đồng ......................................................................................................25
2.2.1. Phân loại hợp đồng ...................................................................................27
2.2.1.1. Hợp đồng chạy nền (BE - Best Effort)............................................27
2.2.1.2. Hợp đồng đặt chỗ (AR - Advance Reservation) .............................28
2.2.1.3. Hợp đồng tức thời (Immediate) ......................................................28
2.2.2. Các thuộc tính của hợp đồng ....................................................................28
2.2.3. Các trạng thái của hợp đồng.....................................................................29
Học viên thực hiện: Phạm Tất Thành - CB120113 – 12BCNTT2

2


Đề tài: Nghiên cứu các hệ thống lập lịch cấp phát tài nguyên ảo
CHƢƠNG 3: .............................................................................................................30
LẬP LỊCH CẤP PHÁT TÀI NGUYÊN SỬ DỤNG MÁY ẢO ...............................30
3.1. Lập lịch các yêu cầu không có thời hạn hoàn thành ................................30
3.1.1. Phân phối máy ảo vào các máy đơn vật lý vào thời điểm cụ thể .............30
3.1.2. Hợp đồng chạy nền ..................................................................................32
3.1.3. Hợp đồng đặt chỗ và hợp đồng tức thời ...................................................33
3.2. Lập lịch sử dụng khả năng cho phép tạm chiếm ......................................34
3.3. Lập lịch có thời hạn hoàn thành .................................................................37
CHƢƠNG 4: .............................................................................................................40
CÀI ĐẶT CÁC THUẬT TOÁN LẬP LỊCH TRÊN HỆ THỐNG HAIZEA ĐỂ
GIẢI BÀI TOÁN LẬP LỊCH CẤP PHÁT TÀI NGUYÊN ẢO TRÊN ĐIỆN TOÁN
LƢỚI, ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY .............................................................................40
4.1. Tổng quan về Haizea ...................................................................................40

4.2. Kiến trúc Haizea ..........................................................................................42
4.3. Cài đặt thực nghiệm ....................................................................................48
4.3.1. Thực nghiệm các thuật toán lập lịch không có thời hạn hoàn thành .......48
4.3.1.1. Dữ liệu thực nghiệm........................................................................48
4.3.1.2. Tham số thực nghiệm ......................................................................48
4.3.1.3. Kết quả thực nghiệm .......................................................................49
4.3.2. Thực nghiệm các thuật toán lập lịch có thời hạn hoàn thành...................51
4.3.2.1. Dữ liệu thực nghiệm........................................................................51
4.3.2.2. Tham số thực nghiệm ......................................................................51
4.3.2.3. Kết quả thực nghiệm .......................................................................52
4.3.3. Nhận xét ...................................................................................................53
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .........................................56
5.1. Kết quả đạt đƣợc..........................................................................................56
3


Đề tài: Nghiên cứu các hệ thống lập lịch cấp phát tài nguyên ảo
5.2. Hạn chế .........................................................................................................56
5.3. Hƣớng phát triển .........................................................................................57
PHỤ LỤC: PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ....................................................58
1. Mô trƣờng thực nghiệm .................................................................................58
2. Luồng công việc ...............................................................................................58
3. Tạo tập tin cấu hình ........................................................................................60
4. Chạy thực nghiệm ...........................................................................................61
5. Xử lý dữ liệu thô ..............................................................................................62
6. Vẽ biểu đồ và bảng ..........................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................64

4

Đề tài: Nghiên cứu các hệ thống lập lịch cấp phát tài nguyên ảo

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ
viết tắt

Viết đầy đủ

Ý nghĩa

VM

Virtual Machine

Máy ảo.

VMbased

Virtual Machine
-Based

Phương pháp dựa trên máy ảo.

LB

Lease-Based

Phương pháp dựa trên lý thuyết hợp đồng.

JB

Job-Based

Phương pháp dựa trên lý thuyết công việc.

Cluster

Nhiều máy tính được kết nối chặt chẽ với nhau thông
qua kết nội mạng cục.

DB

DatacenterBased

Giải pháp trung tâm dữ liệu.

VC

Virtual Cluster

Cụm máy tính được cấu thành từ các máy ảo.

Lease

Hợp đồng thuê tài nguyên.

DeadLine

Mốc thời gian mà một công việc buộc phải được

hoàn thành.
Kỹ thuật trong chiến lược lập lịch để ưu tiên các công

Backfilling

việc đơn giản, có chi phí thấp thực hiện trước.

QoS

Quality - of Service

Dịch vụ cho thuê tài nguyên đảm bảo chất lượng hơn.

IaaS

Infrastructureas-a-Service

Cơ sở hạ tầng như là một dịch vụ.
Thuật ngữ đại diện cho tài nguyên cục bộ của một

Site

nhà cung cấp.

Node

Đại diện cho một máy tính vật lý.

BE

best-effort

Chạy nền.

AR

advancereservation

Đặt chỗ.

5


Đề tài: Nghiên cứu các hệ thống lập lịch cấp phát tài nguyên ảo

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 4.1: Ảnh hưởng của chiếm lấp lên các hợp đồng có thời hạn hẹp...................57

6


Đề tài: Nghiên cứu các hệ thống lập lịch cấp phát tài nguyên ảo

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Bảng tổng kết các phương pháp JB; VC; LB; DB ....................................21
Hình 3.1: Dành chỗ các máy đơn trước những hợp đồng đặt chỗ ............................38
Hình 3.2: Kỹ thuật backfilling thời gian trước hợp đồng đặt chỗ .............................39
Hình 3.3: Tạm treo trước và phục hồi sau một hợp đồng đặt chỗ ............................39

Hình 4.1: Các thành phần của Haizea .......................................................................42
Hình 4.2: Kết quả all-best-effort ...............................................................................50
Hình 4.3: Mức tận dụng tài nguyên trong luồng công việc BLUE2 và DS không có
chiếm lấp…………………………………………………………..……………….56

7


Đề tài: Nghiên cứu các hệ thống lập lịch cấp phát tài nguyên ảo

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong những năm qua, nhu cầu về tài nguyên điện toán đã trở thành một yêu
cầu then chốt trong cả các ngành khoa học lẫn công nghiệp. Trong nhiều trường
hợp, nhu cầu sử dụng tài nguyên chỉ tồn tại trong một thời gian ngắn. Ví dụ, một
nhà khoa học cần một lượng lớn các máy tính để chạy một trình mô phỏng trong vài
giờ vào một thời điểm cụ thể; một giảng viên muốn tạo một cụm máy tính cho sinh
viên sử dụng trong quá trình thực tập, vào những thời điểm nhất định trong tuần và
với cấu hình phần mềm nghiêm ngặt; hay một công ty truyền thông có thể cần sử
dụng một cơ sở hạ tầng để lưu trữ một số website, nhưng chưa thể tính trước được
cấu hình của máy chủ, vì điều này còn phụ thuộc vào mức độ truy cập của người
dùng vào các website đó.
Cho đến nay, có rất nhiều kiểu cấp phát tài nguyên như: hệ thống điện toán
lưới1, điện toán đám mây2 và các trung tâm dữ liệu cho thuê máy chủ. Khi thuê tài
nguyên ở một trong những nhà cung cấp kể trên, ta phải đồng ý các điều khoản sử
dụng của họ và có quyền quy định một vài cấu hình cho hợp đồng. Ví dụ, ta có thể
chỉ định phần mềm nào sẽ được chạy (bằng cách cung cấp ảnh đĩa chứa phần mềm)
khi yêu cầu tài nguyên từ hệ thống điện toán đám mây IaaS, như Amazon EC2. Các
trình lập lịch khối và điện toán lưới cung cấp một số quyền điều khiển trên các phần
mềm được thực thi. Tuy nhiên, hệ thống đám mây IaaS chỉ cho phép người dùng

yêu cầu tài nguyên sử dụng tức thời; không cung cấp khả năng đặt chỗ như các trình
lập lịch công việc và trình lập lịch trên hệ thống điện toán lưới.
Qua khảo sát các giải pháp cấp phát tài nguyên như: “Torque / Maui, Sun Grid
Engine3, LoadLeveler4, …”, thì hiện nay chưa có một giải pháp nào có thể cấp phát
tài nguyên đáp ứng cùng lúc nhiều trường hợp sử dụng khác nhau của người dùng
và vấn đề tận dụng tài nguyên cũng chưa được giải quyết một cách triệt để. Vì vậy,
1

/> />3
/>4
/>2

8


Đề tài: Nghiên cứu các hệ thống lập lịch cấp phát tài nguyên ảo
luận văn thực hiện tiến hành nghiên cứu tổng quan về bài toán cấp phát tài nguyên
ảo, cung cấp một định nghĩa mang tính công thức về một hợp đồng trong ngữ cảnh
của luận văn, đề xuất và cài đặt các thuật toán lập lịch các yêu cầu thuê tài nguyên
sử dụng máy ảo. Trên cơ sở kết quả đạt được, luận văn tổng kết so sánh và đánh giá
đưa ra hướng phát triển của đề tài trong tương lai.

2. Lịch sử nghiên cứu
Từ khi các hệ thống máy tính lớn bắt đầu được chia sẻ cho nhiều người dùng
vào những năm 1950, nhiều nhà khoa học đã nổ lực tìm ra giải pháp cho vấn đề
“Cấp phát tài nguyên”. Phương pháp cấp phát tài nguyên điện toán là một trong
những vấn đề thực tế kinh điển nhất trong khoa học máy tính và thập kỷ qua đã có
rất nhiều các giải pháp đã được đưa ra. Từ những hệ điều hành có khả năng điều
khiển người dùng nào sẽ được sử dụng CPU, cho đến những trình lập lịch tinh vi có
thể quản lý đến 10.000 các bộ vi xử lý trong một siêu máy tính để mô phỏng quỹ

đạo của thiên thạch hoặc mô hình biến đổi khí hậu toàn cầu.
Luận văn tìm hiểu một số vấn đề phát sinh khi cấp phát tài nguyên điện toán
với một hệ thống máy tính lưới và phương pháp giải quyết các vấn đề đó sử dụng
máy ảo và các thuật toán lập lịch cấp phát tài nguyên ảo.

3. Mục đích nghiên cứu
Luận văn tập trung tìm hiểu và đề xuất một kiến trúc quản trị tài nguyên có
khả năng hỗ trợ các kịch bản cấp phát tài nguyên ảo đồng thời một cách hiệu quả,
sử dụng máy ảo (VM - Virtual Machine) làm công cụ chính cùng với những thuật
toán lập lịch. Để đạt được các mục tiêu này, luận văn tập trung vào các nhiệm vụ cụ
thể sau:
-

Tìm hiểu mô hình cấp phát tài nguyên dựa trên lý thuyết hợp đồng (theo
dạng cho thuê) sử dụng máy ảo.

-

Tìm hiểu và đề xuất các thuật toán lập lịch các yêu cầu thuê tài nguyên sử
dụng máy ảo và các phương pháp để tối ưu tài nguyên cũng như tính toán
các chi phí phát sinh trong quá trình triển khai ảnh đĩa.

9


Đề tài: Nghiên cứu các hệ thống lập lịch cấp phát tài nguyên ảo

4. Đối tƣợng nghiên cứu
Luận văn tập trung vào tìm hiểu các hệ thống cấp phát tài nguyên đã có để
tìm ra những ưu điểm, nhược điểm của các hệ thống.

5. Phạm vi nghiên cứu
Luận văn tìm hiểu và đề xuất một kiến trúc quản trị tài nguyên có khả năng
hỗ trợ các kịch bản cấp phát tài nguyên ảo đồng thời một cách hiệu quả trong điện
toán lưới và điện toán đám mây, sử dụng máy ảo làm công cụ chính cùng với những
thuật toán lập lịch để hiện thực các mục tiêu.

6. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu tài liệu và các công nghệ liên quan.
- Tổng hợp các tài liệu lý thuyết về các mô hình lập lịch cấp phát tài nguyên sử
dụng máy ảo.
- Cài đặt mô phỏng trên hệ thống mã nguồn mở Haizea.

7. Nội dung của luận văn
Luận văn được bố cục thành 5 chương. Chương 1: Bài toán cấp phát tài
nguyên ảo; Chương 2: Mô hình hóa tài nguyên dựa vào hợp đồng; Chương 3: Lập
lịch cấp phát tài nguyên sử dụng máy ảo; Chương 4: Cài đặt các thuật toán lập lịch
trên hệ thống HAIZEA để giải bài toán lập lịch cấp phát tài nguyên ảo trên điện
toán lưới, điện toán đám mây; Chương 5: Kết luận và hướng phát triển.

10


Đề tài: Nghiên cứu các hệ thống lập lịch cấp phát tài nguyên ảo

CHƢƠNG 1: BÀI TOÁN CẤP PHÁT TÀI NGUYÊN ẢO

1.1. Giới thiệu
Trên thế giới, hầu hết phương pháp cấp phát tài nguyên của các hệ thống đều
tạo một hàng đợi theo thứ tự ưu tiên các công việc một cách hợp lý (đánh giá dựa

vào thời gian chờ hoặc mức độ tối ưu tài nguyên). Đây là những hệ thống lý tưởng
cho các trường hợp người dùng có thể chờ tới lượt sử dụng tài nguyên và một khi đã
có tài nguyên, họ sử dụng chúng trong một khoảng thời gian ngắn (có thể là vài
phút, vài tiếng hoặc vài ngày). Tuy nhiên, những hệ thống này hoàn toàn không
thích hợp với những trường hợp sử dụng khác, ví dụ như người dùng yêu cầu tài
nguyên ở những thời điểm cụ thể hoặc cần những tài nguyên được đảm bảo trong
một khoảng thời gian. Hiểu cách khác, những phương pháp cấp phát tài nguyên tại
thời điểm cụ thể hoặc ngay tức thời không tương thích với hệ thống chạy các công
việc khối.
Trong luận văn sử dụng khái niệm “hợp đồng - Lease” để đại diện cho một
hợp đồng giữa người thuê tài nguyên và nhà cung cấp tài nguyên. Việc thuê tài
nguyên điện toán ở đây có thể được hiểu là yêu cầu sử dụng tài nguyên phần cứng
(CPU, bộ nhớ, băng thông mạng, …) và môi trường phần mềm cần thiết trong một
khoảng thời gian nhất định (tính khả dụng). Khái niệm “hợp đồng” có khả năng
khắc phục được những nhược điểm trên. Thực tế, khái niệm này đã được sử dụng
trong nhiều lĩnh vực khác nhau của khoa học máy tính, đa phần là ở lĩnh vực mạng,
mặc dù chưa có chuẩn mực quốc tế nào cho khái niệm này.
Để giải quyết vấn đề này, luận văn tìm hiểu hệ thống cho thuê tài nguyên hỗ
trợ việc cấp phát tài nguyên ảo đa mục đích đồng thời quản trị tài nguyên một cách
hiệu quả theo nhiều tiêu chí khác nhau. Hệ thống này tập trung vào vấn đề cung cấp
đồng thời những công việc khối có thể “chạy nền”, tức là: khách hàng thuê tài
nguyên có thể đợi tới khi tài nguyên rảnh và “đặt chỗ”, tức là: tài nguyên được thuê
phải khả dụng tại thời điểm được yêu cầu trong hợp đồng. Trong việc cấp phát tài
nguyên dạng đặt chỗ, tiêu chí để xét tính hiệu quả đơn giản là tài nguyên có được
11


Đề tài: Nghiên cứu các hệ thống lập lịch cấp phát tài nguyên ảo
cấp phát đúng hạn hay không. Với các công việc chạy nền, tiêu chí đó phụ thuộc
vào tổng thời thời gian thực thi của công việc: nếu một công việc chạy 10 tiếng, và

trình lập lịch công việc có khả năng cung cấp tài nguyên cho công việc đó thực thi
nhanh hơn 1 tiếng, trình lập lịch đó được coi là hiệu quả. Nếu chúng ta chấp nhận
đặt chỗ cho tất cả tài nguyên từ 2 giờ chiều đến 4 giờ chiều, mọi yêu cầu chạy nền
được gửi tới trước hoặc trong khoảng thời gian đó có thể có tổng thời gian thực thi
cao hơn. Thực tế, mặc dù rất nhiều trình lập lịch công việc có hỗ trợ đặt chỗ nhưng
quản trị viên hệ thống chỉ sử dụng chúng một cách rất thận trọng bởi vì chúng ảnh
hưởng không tốt đến hiệu năng của các công việc đang chạy nền.
Do đó phương pháp tối ưu nhất để cung cấp nhiều kịch bản thuê tài nguyên
đồng thời và hiệu quả đó là sử dụng máy ảo. Các máy ảo có một số đặc tính thích
hợp với yêu cầu này. Nếu ta muốn cung cấp phần cứng theo yêu cầu, kỹ thuật ảo
hóa sẽ được sử dụng để phân mảnh một máy tính vật lý thành nhiều máy ảo. Hơn
nữa, ta còn có thể cung cấp yêu cầu phần mềm vì mỗi máy ảo có hệ điều hành và
môi trường phần mềm riêng. Vì vậy, giải pháp của vấn đề chính là khái niệm “hợp
đồng” và “kỹ thuật ảo hóa tài nguyên”. Để hoàn thiện ý tưởng này cần thực hiện
qua hai bước sau.
Bƣớc 1: Định nghĩa hợp đồng.
Bƣớc 2: Sử dụng máy ảo để cấp phát tài nguyên theo yêu cầu; đánh giá một
vài thuật toán lập lịch khai thác khả năng tạm treo, phục hồi, di dời của máy ảo để
cung cấp tài nguyên cho 3 loại hợp đồng: chạy nền, đặt chỗ và có thời hạn hoàn
thành.

1.2. Mô hình cấp phát tài nguyên
Ngày nay, tài nguyên điện toán đã trở thành nhu cầu tất yếu trong các ngành
khoa học và công nghiệp. Trong một số trường hợp, nhu cầu này chỉ mang tính tạm
thời. Như một nhà khoa học có thể yêu cầu một số lượng lớn các máy tính để chạy
chương trình mô phỏng chỉ trong vài giờ và sau đó không sử dụng đến nữa, hay một
giảng viên đại học có thể cần một cụm các máy tính phục vụ cho sinh viên trong
một vài buổi thí nghiệm, khoảng vài lần một tuần, với một cấu hình phần mềm nhất
12

Đề tài: Nghiên cứu các hệ thống lập lịch cấp phát tài nguyên ảo
định. Một công ty viễn thông có thể cần một cơ sở hạ tầng hiện hành để cung cấp
một số trang web, nhưng nhu cầu bổ sung tài nguyên cho cơ sở hạ tầng này không
thể biết trước được vì còn phải phụ thuộc vào tình trạng truy cập website, nghĩa là
những tài nguyên đó phải sẵn sàng phục vụ bất cứ khi nào có yêu cầu.
Những trường hợp sử dụng tài nguyên tạm thời ở trên đã nảy sinh ra vấn đề
làm sao để “Cấp phát tài nguyên một cách hiệu quả”. Vấn đề này đã được nghiên
cứu hàng thập kỷ nay, và những phương pháp tìm được chỉ ứng dụng cho một số
mô hình quản trị tài nguyên riêng lẻ. Ví dụ vấn đề chạy đa công việc trên một cụm
máy chủ đã được nghiên cứu rộng rãi và những hệ thống quản lý công việc được ra
đời như Sun Grid Engine5, LoadLeveler6… có thể sắp xếp các yêu cầu công việc
vào một hàng đợi và xét ưu tiên các công việc đó một cách hiệu quả (tận dụng tài
nguyên, thời gian đợi đáp ứng…). Những hệ thống như thế đáp ứng được yêu cầu
của nhà khoa học chạy các chương trình mô phỏng ở trên. Nhưng trong trường hợp
khác, như yêu cầu của giảng viên đại học hay công ty viễn thông đã được nhắc đến
thì hệ thống quản lý công việc lại không đáp ứng được một cách hiệu quả. Trong
khi đó, những phương pháp cấp phát tài nguyên khác phù hợp hơn lại không tương
thích với những yêu cầu tài nguyên điện toán hướng công việc.
Cho đến nay, vẫn chưa có giải pháp tổng quát nào có thể cấp phát tài nguyên
đáp ứng những trường hợp sử dụng khác nhau cùng một lúc. Để khắc phục vấn đề
này, luận văn sẽ tìm hiểu việc phối hợp hai yêu cầu sử dụng tài nguyên loại “chạy
nền - best effort” và “đặt chỗ - advance reservation” (sẽ được trình bày trong
chương 2 của luận văn). Trước đây, mức độ hiệu quả chủ yếu được xác định bằng
số lần đợi (hoặc những số liệu tương tự như mức giảm tốc độ hay tổng số thời gian
đợi), trong khi sau này lại được xác định bằng việc cấp phát tài nguyên tại thời điểm
chính xác mà không bị ngắt và cả hai cách xác định đều liên quan đến việc sử dụng
tối đa tài nguyên phần cứng và mức lợi nhuận hợp lý. Mặc dù các cách cấp phát tài

5

6

.
. />
13


Đề tài: Nghiên cứu các hệ thống lập lịch cấp phát tài nguyên ảo
nguyên loại chạy nền và đặt chỗ đều được nghiên cứu riêng biệt, nhưng cả hai đều
liên quan đến vấn đề tận dụng tài nguyên.
Luận văn tìm hiểu mô hình cấp phát tài nguyên ảo có thể hỗ trợ nhiều trường
hợp cấp phát tài nguyên một cách hiệu quả và đồng thời, tập trung vào trường hợp
chạy nền, đặt chỗ và thảo luận về mô hình dựa trên lý thuyết “hợp đồng” (“lease”)
thực thi bằng máy ảo. Mô hình này phải đáp ứng được những mục tiêu sau:
-

Mục tiêu 1: Cung cấp một hệ thống lý thuyết tập trung vào việc cấp phát
tài nguyên ảo một cách tổng quát.
Mặc dù hợp đồng đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực của khoa học máy

tính, đặc biệt là lĩnh vực mạng, nhưng chưa có một định nghĩa chung nào cho từ
“hợp đồng”. Tuy nhiên, hợp đồng nói chung trước tiên luôn cung cấp một khái niệm
về cấp phát tài nguyên ảo (băng thông mạng, tài nguyên phần cứng thô trong các
trung tâm dữ liệu) được tổ chức bởi một nhà cho thuê (hay một nhà cấp phát tài
nguyên) và được cung cấp cho người thuê (hay khách hàng sử dụng tài nguyên). Vì
vậy, khi đề xuất mô hình dựa trên lý thuyết hợp đồng, mục tiêu đề ra là khách hàng
có thể sử dụng khả năng cấp phát tài nguyên ảo với mục đích tổng quát, tức là:
không phải một mà là kết hợp nhiều trường hợp sử dụng đặc biệt.
-

Mục tiêu 2: Cung cấp phần cứng, phần mềm và tính khả dụng.
Cấp phát tài nguyên bao gồm 3 chỉ tiêu: tài nguyên phần cứng, phần mềm sẵn

có trên tài nguyên đó và thời gian những tài nguyên đó được bảo đảm khả dụng. Mô
hình cấp phát tài nguyên hoàn chỉnh phải cho phép người thuê xác định yêu cầu
thông qua 3 chỉ tiêu trên và nhà cung cấp tài nguyên có thể đáp ứng yêu cầu đó một
cách hiệu quả.
Tiếp theo là phần khảo sát những phương pháp tiếp cận hiện nay, gồm có
phương pháp dựa trên máy ảo (VM-based), phương pháp dựa trên lý thuyết hợp
đồng (Lease-based) và dựa trên lý thuyết công việc (Job-based). Sau cùng là thảo
luận về những hạn chế của những phương pháp này.

14


Đề tài: Nghiên cứu các hệ thống lập lịch cấp phát tài nguyên ảo

1.3. Các phƣơng pháp tiếp cận
1.3.1. Phƣơng pháp dựa trên máy ảo (VM-based)
Máy ảo được coi là phương tiện thích hợp trong việc quản lý tài nguyên bởi
khả năng cấp phát tài nguyên phần cứng, phần mềm và tính khả dụng.
Mặc dù máy ảo là một lựa chọn hấp dẫn, nhưng vẫn nảy sinh những khó khăn
nhất định liên quan đến chi phí sử dụng cho chính nó:
Chi phí chuẩn bị (ảnh đĩa của máy ảo đó cần phải được chuẩn bị hoặc được
chuyển đến máy đơn vật lý cần thiết).
Chi phí chạy (lưu vết phần mềm, phục hồi, di dời).
Một vài công trình đã nghiên cứu việc sử dụng máy ảo như một kỹ thuật cấp
phát tài nguyên ảo. Những phương pháp này sử dụng máy ảo để tạo thành các “cụm
máy chủ ảo” trên các trung tâm dữ liệu lớn.
1.3.1.1. Cụm máy chủ ảo (VC - Virtual Cluster)

Một số hệ thống đã áp dụng giải pháp dùng máy ảo để tạo cụm máy chủ ảo tại
đỉnh cơ sở hạ tầng hiện hành. Như hệ thống của Nishimura [7] có thể triển khai một
cluster gồm 190 máy đơn với thời gian rất thấp 40 giây bằng cách coi những môi
trường phần mềm là những gói nhị phân khi cài đặt trên những ảnh đĩa cùng loại.
Ngoài ra việc lưu trữ những gói nhị phân ngay trên các máy đơn giúp hệ thống có
thể giảm thiểu số lần vận chuyển ảnh đĩa từ nơi chứa gói khác. Phương pháp này chỉ
giới hạn với những môi trường phần mềm có thể cài đặt thành các gói nhị phân
nhưng vẫn có thể cung cấp khả năng khác triển khai ảnh đĩa máy ảo nhanh hơn nếu
thời gian cài đặt đủ ngắn.
Hệ thống của Yamasaki [8] đã cải tiến hệ thống này bằng cách phát triển một
mô hình dự tính trước thời gian cài đặt môi trường phần mềm mới trên một máy
đơn, cho phép trình lập lịch lựa chọn những máy đơn có thể giảm tối thiểu thời gian
cài đặt một cụm máy chủ ảo mới. Mô hình này có quan tâm đến tính không đồng
nhất của các máy đơn, sử dụng các tham số cho mỗi máy đơn (tần suất CPU và tốc
độ đọc/ghi đĩa) và hệ số kinh nghiệm để tính trước thời gian chuyển và cài đặt tất cả
những gói được yêu cầu, rồi sau đó khởi động lại máy đơn đó. Tuy nhiên, mô hình
15


Đề tài: Nghiên cứu các hệ thống lập lịch cấp phát tài nguyên ảo
này không tính đến chỉ tiêu khả dụng khi cấp phát tài nguyên mà giả định rằng tất
cả tài nguyên đều được yêu cầu tức thì.
Bộ công cụ Nimbus [9] có khả năng triển khai cụm máy chủ ảo với những cấu
hình mạng và phần mềm khác nhau, ngoại trừ việc cần phải đưa ảnh đĩa máy ảo vào
một cách thủ công mỗi khi triển khai vào một site mới.
Hệ thống của Fallenbeck [10] đã mở rộng trình lập lịch Sun Grid Engine để sử
dụng chức năng sao lưu hay phục hồi máy ảo, cho phép bắt đầu những công việc
lớn song song sớm hơn bằng cách tạm treo những máy ảo chạy theo kỳ và phục hồi
lại chúng sau khi hoàn thành những công việc đó. Còn Emeneker [11] thì đã mở
rộng trình lập lịch để hỗ trợ chạy công việc trong máy ảo, và khảo sát những chiến

lược lưu trữ khác nhau để triển khai ảnh đĩa trong cluster nhanh hơn. Tuy nhiên, hai
cách đó sử dụng máy ảo chỉ để hỗ trợ thực thi các công việc chạy nền, không lập
lịch cho việc truyền ảnh đĩa một cách riêng biệt.
Hệ thống của Walters [12] đã đề xuất một trình lập lịch coi máy ảo là trung
tâm gọi là UBIS. Trình lập lịch này có khả năng lập lịch cho cả hai loại công việc
khối truyền thống và công việc tương tác có độ ưu tiên cao bằng cách tận dụng khả
năng tạm treo hay phục hồi của máy ảo để chiếm đóng những công việc khối đang
chạy và cung cấp yêu cầu sắp đến cho những công việc tương tác. Trình lập lịch
UBIS không chỉ hỗ trợ loại công việc tương tác dễ dàng mà còn cung cấp những cải
thiện đáng kể (đến 500%) trong việc tận dụng tài nguyên và thời gian đáp ứng cho
loại công việc khối. Tuy nhiên UBIS không hỗ trợ loại tài nguyên đặt chỗ, thay đó
tập trung vào hỗ trợ loại công việc tương tác với những yêu cầu tài nguyên gần như
là tức thì (loại yêu cầu hoàn toàn cho phép UBIS chiếm đóng khi có yêu cầu loại
công việc tương tác). Việc hỗ trợ đặt chỗ theo cách đảm bảo thời gian bắt đầu phải
mô hình chi phí sử dụng và lập lịch cho những thao tác chiếm lấp hoàn thành trước
khi bắt đầu đặt chỗ.
Những hệ thống khác cũng nghiên cứu nhiều thách thức mới về triển khai và
chạy một cụm máy chủ ảo, (VIOLIN/VioCluster [13] [14], cấu hình tự động và tạo
ra máy ảo (InVIGO [15] và VMPlants [16]), và sự liên lạc giữa trình lập lịch cụm
16


Đề tài: Nghiên cứu các hệ thống lập lịch cấp phát tài nguyên ảo
máy chủ ảo và trình lập lịch cục bộ chạy trong một cụm máy chủ ảo (Maestro-trình
lập lịch 2 cấp của cụm máy chủ ảo [17]). Tuy nhiên, các hệ thống đó không khảo sát
được số công việc phối hợp yêu cầu chạy nền và đặt chỗ, và cũng không lập lịch
được tổng chi phí triển khai máy ảo một cách riêng biệt.
Tóm lại, những giải pháp ở trên dùng máy ảo để đạt hiệu quả cao đã đáp ứng
được mục tiêu 2. Tuy nhiên, tất cả đều hướng đến cấp phát tài nguyên cho loại công
việc khối (không cung cấp khả năng về cấp phát tổng quát ở mục tiêu 1), ngoại trừ

Walters[12] đã có cân nhắc đến số công việc phối hợp cả công việc khối và công
việc tương tác với những yêu cầu có tính khả dụng gần như tức thì.
1.3.1.2. Giải pháp Trung tâm dữ liệu (DB – Datacenter Based)
Trong khi những giải pháp đã trình bày ở trên tập trung vào việc tạo ra cụm
máy chủ ảo và hầu hết là với mục đích xử lý khối dựa trên công việc, thì những giải
pháp khác lại tập trung vào việc cấp phát tài nguyên theo kiểu cho thuê, nghĩa là
nhà cung cấp quản lý một trung tâm dữ liệu và cho phép khách hàng thuê từng phần
và sử dụng máy ảo. Bên cạnh đó, một cụm máy chủ ảo chỉ là một ứng dụng của tài
nguyên mà người dùng có thể tác động đến máy ảo. Trên khu vực lưu trữ của máy
chủ, các trung tâm dữ liệu gồm những tài nguyên ảo đã trở thành sự lựa chọn phổ
biến hàng năm nay. Ở đây, người dùng được cấp phát một bộ điều khiển hoàn chỉnh
toàn bộ tài nguyên mà không cần yêu cầu một máy chủ chuyên dụng trên mỗi máy
khách. Các trung tâm dữ liệu là sự lựa chọn phổ biến để lưu trữ các máy chủ
web/mail/DNS với giá cả thấp, nhưng thường họ yêu cầu những hợp đồng với
khoảng thời gian tối thiểu trong một tháng. Gần đây hơn, EC2 của Amazon đã giới
thiệu một khái niệm mới về điện toán đám mây (cloud computing), một khái niệm
cho phép cấp phát máy ảo tức thì với môi trường phần mềm được tùy chỉnh và tính
phí sử dụng theo giờ. Ngoài ra, còn có OpenNebula [18], Nimbus và Eucalyptus
[19] là những phần mềm mã nguồn mở có khả năng thay thế cho EC2 của Amazon,
sử dụng giao diện web service và cung cấp những chức năng giống nhau.
Từ khi phương pháp dựa trên trung tâm dữ liệu thực hiện quản lý từ hàng trăm
tới hàng ngàn cả máy chủ ảo và vật lý, thì việc quản lý cơ sở hạ tầng ảo trong trung
17


Đề tài: Nghiên cứu các hệ thống lập lịch cấp phát tài nguyên ảo
tâm dữ liệu đã trở thành một mối quan tâm lớn. Một số giải pháp như VMWare
VirtualCenter, Platform Orchestrator, Enomalism, hay OpenNebula cũng đã nảy
sinh ra vấn đề quản lý cơ sở hạ tầng ảo, cung cấp một platform điều khiển tập trung
việc triển khai và giám sát tự động máy ảo trong trung tâm dữ liệu. Những giải pháp

này nổi trội ở chỗ cung cấp cho người dùng môi trường phần mềm chính xác với
yêu cầu của họ và nhất là cung cấp rất nhiều sự lựa chọn về phần cứng. Tuy nhiên,
giải pháp đó lại phụ thuộc vào mô hình cấp phát tức thì, tức là tài nguyên được cấp
phát ngay lúc được yêu cầu mà không được yêu cầu trước cho một thời điểm nào đó
và trong trường hợp tài nguyên không sẵn sàng thì sẽ được đặt vào hàng đợi firstcome-first-serve.
Khi số công việc trong trung tâm dữ liệu chủ yếu bao gồm các máy chủ chạy
trong thời gian dài (khoảng chừng vài tháng) với yêu cầu tài nguyên có thể biến đổi,
thì có một số công trình lại khảo sát vấn đề làm thế nào để dùng ít máy chủ hơn
bằng cách hợp nhất nhiều máy chủ ảo thành những máy vật lý đơn. Giải pháp này
đòi hỏi phải mô tả công việc của máy chủ, dự đoán trước yêu cầu tài nguyên [20],
và hợp nhất nhiều máy chủ lại thành một máy đơn dựa trên những thông tin đã tìm
được theo cách khả năng vi phạm thỏa thuận cấp dịch vụ là thấp nhất. Việc hợp
nhất có thể thực hiện được khi xử lý yêu cầu dành cho máy chủ mới (hợp nhất tĩnh)
hay trong khi máy đang chạy (hợp nhất động [9], [21]), chủ yếu là sử dụng khả
năng di dời mạnh mẽ của máy ảo để ánh xạ máy ảo đến máy vật lý.
Mặc dù tất cả giải pháp trên sử dụng mô hình cho thuê tổng quát (theo mục
tiêu 1) cho phép người dùng yêu cầu cả phần cứng và môi trường phần mềm xác
định (theo mục tiêu 2).

1.3.2. Phƣơng pháp dựa trên hợp đồng (LB – Lease Based)
Grit [22] và các thành viên khác của nhóm Jeff Chase đã đề xuất ra phương
pháp cho thuê tài nguyên dựa trên hợp đồng. Tuy nhiên, hệ thống của họ lại tập
trung chủ yếu vào hợp đồng thuộc các liên hệ thống do hệ thống ORCA và Shirako
quản lý. Trong một hệ thống, những nhà cung cấp tài nguyên có thể đóng góp các
phần tài nguyên cho một hay nhiều nhà môi giới và những nhà môi giới này thay
18


Đề tài: Nghiên cứu các hệ thống lập lịch cấp phát tài nguyên ảo
phiên nhau giao cho khách hàng các vé để nhận được tài nguyên thực khi trình cho

nhà cung cấp. Hầu hết những hệ thống này đều coi máy ảo do hệ thống Cluster-OnDemand quản lý như là một, ví dụ về tài nguyên có khả năng phân chia (mặc dù
được nhấn mạnh rằng các hệ thống đó thích hợp với bất kỳ tài nguyên nào được
phân chia), gần đây những hệ thống đó đã tập trung vào thực thi công việc khối.
Hơn nữa, mặc dù cung cấp một hệ thống lý thuyết dành cho mô hình cho thuê tài
nguyên nhưng mô hình này lại tập trung vào những liên hệ thống, trong khi luận
văn chỉ tập trung vào cho thuê ở mức cục bộ (có nghĩa là trong một miền quản trị
đơn độc) cho phép giả định rằng trình lập lịch hợp đồng sẽ điều khiển tuyệt đối toàn
bộ tài nguyên.

1.3.3. Phƣơng pháp dựa trên công việc (JB-Job Based)
Trong các ngành khoa học và công nghiệp, cấp phát tài nguyên hầu hết được
dùng để chạy các công việc. Nhiều trình lập lịch công việc được phát triển hàng
năm nay như Maui7 [23], Moab8, LFS9, LoadLeveler10, PBS Pro11, và SGE12. Tuy
nhiên, hệ thống dựa trên lý thuyết công việc chỉ cung cấp tài nguyên có lợi khi chạy
một công việc. Do đó, mặc dù những hệ thống này có thể hỗ trợ cả tài nguyên loại
chạy nền và đặt chỗ, nhưng khách hàng vẫn yêu cầu tương tác với những tài nguyên
đó sử dụng mô hình quản lý công việc (không đáp ứng được mục tiêu 1). Ngoài ra,
những hệ thống này còn hỗ trợ giới hạn những môi trường phần mềm tùy chỉnh
(mục tiêu 2), cụ thể là chỉ giới hạn những môi trường phần mềm thích hợp với tài
nguyên phần cứng mà hệ thống cung cấp. Ngoại lệ duy nhất là Moab, hệ thống này
chỉ hỗ trợ khởi động máy ảo đã chứa môi trường phần mềm công việc yêu cầu. Tuy
nhiên, nhiều hệ thống nghiên cứu về vấn đề lập lịch công việc theo hướng tập trung
vào các thuật toán đã xác lập một số kết quả lập lịch chạy nền khả thi như làm thế
nào để lập lịch những hợp đồng đặt chỗ kết hợp với chạy nền. Trình lập lịch công
7

. />. />9
.
10
. />11

.
12
.
8

19


Đề tài: Nghiên cứu các hệ thống lập lịch cấp phát tài nguyên ảo
việc chủ yếu phụ thuộc vào hàng đợi để ưu tiên truy cập tài nguyên, sử dụng kỹ
thuật backfilling [24], [25], [26] (là một kỹ thuật trong chiến lược lập lịch. Trong
đó, nếu có nhiều công việc cần được thực hiện trong hàng đợi thì kỹ thuật này cho
phép một số công việc đơn giản, tốn ít chi phi có thể thực hiện trước để tận dụng tài
nguyên rảnh, miễn là nó không làm chậm trễ sự thực thi của những công việc đã đặt
chỗ trước) để đánh giá sắp xếp hàng đợi. Khi sử dụng kỹ thuật backfilling, trình lập
lịch có thể đặt chỗ trước đối với yêu cầu không thể đặt chỗ tức thì, cho phép những
yêu cầu đến sau nhảy lên trước hàng đợi miễn là sẽ hoàn thành trước những đặt chỗ
đã có. Các thuật toán lập lịch sử dụng trong luận văn phụ thuộc vào kỹ thuật
backfilling, nhưng được mở rộng nhờ tận dụng khả năng tạm treo và phục hồi của
máy ảo.
Phần tiếp theo, luận văn sẽ trình bày cách hỗ trợ đặt chỗ vào hệ thống dựa trên
lý thuyết công việc và cách tận dụng tài nguyên hợp lý. Mặc dù kỹ thuật lập lịch
chiếm đóng có thể giải quyết được một số vấn đề tận dụng của đặt chỗ nhưng không
thể đáp ứng hết các mục tiêu đã đặt ra ở trên. Cuối cùng là phần thảo luận về các
giải pháp lập lịch đa cấp sử dụng hệ thống dựa trên công việc làm công cụ cấp phát
tài nguyên ảo (sẽ đáp ứng được mục tiêu 1).

1.4. Nhận xét
Mặc dù các phương pháp mô tả ở trên có thể đáp ứng tốt trong hai mục tiêu đề
ra ở trên, nhưng chưa có một giải pháp nào có thể đáp ứng được tất cả. Hầu hết các

giải pháp này đều có thiếu sót như nhau, đó là chỉ tập trung vào cung cấp một chứ
không đầy đủ tất cả trường hợp sử dụng tài nguyên ảo.
Như đã nói ở trên, đặc biệt trong trường hợp chạy nền và đặt chỗ, mỗi loại đều
có cách đánh giá hiệu quả mâu thuẫn lẫn nhau. Do đó, các giải pháp nổi bật đều chỉ
hướng đến hỗ trợ một trường hợp sử dụng và đã hỗ trợ rất tốt. Trong một số trường
hợp, việc cung cấp mô hình tổng quát có thể tự ngăn cản hỗ trợ nhiều trường hợp; ví
dụ giải pháp dựa trên trung tâm dữ liệu như đám mây không cho phép khách hàng
xác định những ràng buộc khả dụng ngoại trừ loại khả dụng tức thì. Trong trường
hợp khác, mặc dù kiến trúc hệ thống có thể hỗ trợ đa trường hợp sử dụng, như trình
20


Đề tài: Nghiên cứu các hệ thống lập lịch cấp phát tài nguyên ảo
lập lịch công việc khối có thể hỗ trợ cả chạy nền và đặt chỗ, nhưng việc tận dụng tài
nguyên lại gây trở ngại khi kết hợp vào thực tế.
Điều này làm nảy sinh ra câu hỏi liệu việc phát triển một hệ thống có khả năng
hỗ trợ mô hình cho thuê với mục đích tổng quát thì có ý nghĩa gì không?
Mặc dù việc chuyên môn hóa tạo ra nhiều giải pháp ấn tượng (cả trong thực
nghiệm và sản xuất) nhưng lại gây thiệt hại cho các yêu cầu tài nguyên khắt khe
hơn như lập lịch hợp tác trên đa tài nguyên [27], [45], [46], ứng dụng điện toán
khẩn cấp [47], ứng dụng gồm nhiều luồng tác vụ độc lập có thể được thực thi hiệu
quả hơn bằng phương pháp đa lập lịch [44], [48], và đám mây cung cấp dịch vụ như
trong dự án Reservoir [49], yêu cầu đặt chỗ các tài nguyên đám mây tại các thời
điểm xác định để đáp ứng những thỏa thuận mức dịch vụ và những yêu cầu công
suất tối đa.

Hình 1.1: Bảng tổng kết các phương pháp JB; VC; LB; DB.
Mỗi cột tương ứng với mỗi mục tiêu đã đề ra ở phần trên, cột (mục tiêu 2)
được chia thêm thành 4 cột nhỏ đại diện cho 4 loại tài nguyên mà mỗi giải pháp
cung cấp: Phần cứng (HW), Phần mềm (SW), Chạy nền (BE) và Đặt chỗ (AR). Dấu

 có nghĩa giải pháp đáp ứng được mục tiêu đó, dấu  có nghĩa chưa đáp ứng được.

21


Đề tài: Nghiên cứu các hệ thống lập lịch cấp phát tài nguyên ảo
Một giải pháp có thể đáp ứng tất cả các mục tiêu đã nêu ở trên phải hỗ trợ rộng
rãi tất cả các trường hợp sử dụng tài nguyên trong khi cho phép nhà cung cấp duy trì
hỗ trợ các khách hàng hiện hành. Tuy nhiên, việc này lại làm nảy sinh các vấn đề
sau:
1. Lợi nhuận và bất lợi trong việc cho thuê tài nguyên mục đích tổng quát là gì?
Luận văn sẽ khảo sát các trường hợp cấp phát tài nguyên sử dụng máy ảo
trong một kiến trúc. Mặc dù các phần ở trên đã đề cập đến việc cho thuê tài nguyên
dùng máy ảo nhưng hầu hết các phương pháp đều dùng mô hình tài nguyên cơ bản
mà không chú ý đến chi phí triển khai cũng như chạy máy ảo và ngay cả khi chi phí
triển khai được tính đến khi lập lịch như trong hệ thống Nishimura và Yamasaki thì
cũng chỉ tập trung vào hiệu quả tức thì và không có hỗ trợ kết hợp nhiều loại cho
thuê khác nhau.
2. Chất lượng dịch vụ và giá cả trong cấp phát tài nguyên
Đôi khi cũng phải kết hợp đặt chỗ với dịch vụ cho thuê tài nguyên đảm bảo
chất lượng hơn (Quality-of-Service - QoS) bằng cách lập lịch công việc kèm theo
thời hạn hoàn thành. Phương pháp để thực hiện đảm bảo QoS bao gồm sử dụng kỹ
thuật chiếm đóng [38], [39], [40], đặt chỗ với thời gian ước lượng, không chính xác
[41], [39], [38] và khuyến khích các yêu cầu đòi hỏi hiệu suất tối đa [4]. Các hệ
thống của Siddiqui [42], và Castillo [43] cũng đã áp dụng hiệu quả đặt chỗ vào việc
cung cấp QoS.
Qua đó, vấn đề định giá cho tài nguyên trong các hệ thống hỗ trợ QoS cũng
được nảy sinh. Hệ thống của Singh [44] đã đề xuất một kế hoạch định giá cho loại
đặt chỗ rất thích hợp. Đó là việc đặt chỗ không chỉ tính giá theo kích cỡ, thời gian
sử dụng mà còn tính đến khoảng thời gian trì hoãn các công việc khác chạy. Hơn

nữa, hệ thống còn hỗ trợ nhiều thời điểm bắt đầu đặt chỗ thích hợp với nhiều giá cả
khác nhau để khách hàng có thể chọn lựa sao cho hợp lý với chi phí và sự cần thiết
của mình. Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn, khách hàng được xác định một
loại giá duy nhất bằng chiến lược định giá thích hợp để tăng tối đa lợi nhuận cho
nhà cung cấp.
22


Đề tài: Nghiên cứu các hệ thống lập lịch cấp phát tài nguyên ảo
Hệ thống “Đám mây” IaaS (Infrastructure-as-a-Service) cho phép khách hàng
mua được những khối lượng tài nguyên nhất định thông qua máy ảo với một vài bảo
đảm QoS, mặc dù không phải dành cho mỗi yêu cầu riêng biệt. Ví dụ hệ thống
Amazon EC2 đảm bảo tỉ lệ hoạt động hằng năm là 99,95%13 nhưng khách hàng
không thể yêu cầu được bảo đảm tuyệt đối như đặt chỗ hay thời hạn hoàn thành. Hệ
thống đám mây công cộng lớn như Amazon EC2 có thể không cần đến phải cung
cấp loại đặt chỗ hay thời hạn hoàn thành bởi vì tài nguyên của hệ thống này đủ lớn
để có thể cung cấp vô thời hạn tất cả các loại yêu cầu. Hơn nữa, cũng phải lưu ý về
các mức độ giá của Amazon. Trường hợp “On-demand” được cung cấp ngay lập
tức được tính với giá 0,085$ đến 2.88$ tùy thuộc vào loại máy ảo và hệ điều hành,
thích hợp cho các ứng dụng ngắn hạn, số công việc không báo trước và không được
ngắt. Trường hợp “Reserved” cho phép khách hàng chi trả thấp hơn giá tiền mỗi giờ
cho mỗi thể hiện trong thời hạn một hay ba năm nếu khách hàng trả trước cho
trường hợp đó, thích hợp cho các yêu cầu sử dụng lâu dài hay có khả năng báo
trước, hoặc là khả năng phục hồi sau sự cố. Trường hợp “Spot” thích hợp cho yêu
cầu tài nguyên có thời gian bắt đầu và kết thúc linh hoạt hoặc chỉ khả thi với loại giá
thấp, do đó mức độ đảm bảo QoS cũng thấp hơn so với loại On-demand. Trong luận
văn sẽ tìm hiểu mô hình thích hợp với các trường hợp yêu cầu QoS cao. Trong mô
hình này, các hợp đồng có giá biến đổi nhưng không giống trong trường hợp Spot
của Amazon và thuật ngữ hợp đồng cũng không bị vi phạm.
Phần tiếp theo của luận văn sẽ tìm hiểu mô hình tài nguyên dựa vào khái niệm

hợp đồng, để giải quyết các vấn đề này.

13

/>
23


Đề tài: Nghiên cứu các hệ thống lập lịch cấp phát tài nguyên ảo

CHƢƠNG 2: MÔ HÌNH HÓA TÀI NGUYÊN DỰA VÀO HỢP ĐỒNG
Chương này, luận văn trình bày về mô hình hóa tài nguyên dựa vào hợp đồng.
Phần 2.1 sẽ đưa ra định nghĩa cho thuê tài nguyên và cung cấp mô hình tài nguyên
chính thức. Tiếp theo, phần 2.2 sẽ định nghĩa những loại hợp đồng và các điều lệ
của hợp đồng.

2.1. Mô hình tài nguyên
Luận văn tập trung vào việc cho thuê tài nguyên ở một hệ thống cục bộ, định
nghĩa là site. Tập hợp các máy tính vật lý khả dụng (được định nghĩa là các máy

đơn), trong một site gọi là P. Mỗi máy đơn

P có một tập hợp tài nguyên và

thuộc tính đặc trưng: Resources và Attributes. Các tài nguyên của một máy đơn có
thể được cấp phát cho một hoặc một vài hợp đồng. Tập hợp các loại tài nguyên
trong một site được gọi là tập TR (ví dụ: TR = {memory, disk, …}). Một số lượng
xác định tài nguyên ký hiệu bằng r sẽ có các trường sau:
1. type[r]

TR: kiểu tài nguyên.

2. Một số tài nguyên có thể xuất hiện nhiều lần trong một máy đơn, ví dụ một
máy đơn chỉ có một bộ nhớ nhưng có thể có nhiều CPU. Thay vì mô hình
mỗi CPU là một tài nguyên riêng biệt, ta coi như đó là một tài nguyên duy
nhất với nhiều thể hiện (instance). Giá trị n[r]

là số lượng các thể hiện

của tài nguyên.
3. Số lượng tài nguyên trong mỗi thể hiện, q1[r], q2[r], …, qn[r]. Mỗi số lượng
là một số nguyên dương. Khi n[r] = 1, số lượng được ký hiệu là q[r].
Tập hợp các loại đặc tính trong một site được gọi là TA (ví dụ, TA={arch,vmm,
…}). Miền xác định của một thuộc tính kiểu TA được định nghĩa là Dom(TA) (ví dụ,

Dom(arch) = {x86, x64, x32, …}). Một thuộc tính có những trường sau đây:
1. type[a]
2. value[a]

TA, kiểu của thuộc tính.

Dom(type[a]), giá trị của thuộc tính.

24


Đề tài: Nghiên cứu các hệ thống lập lịch cấp phát tài nguyên ảo
Tập hợp tất cả tài nguyên khả dụng gọi là R và tập hợp các thuộc tính gọi là A.

P được định nghĩa với những trường sau đây:

Mỗi máy đơn
1. res[ ]
hơn

R, tập hợp các tài nguyên thuộc máy đơn . Không thể có nhiều
một

tài

nguyên

cùng

(
2. attr[ ]

loại

trên

một

máy

đơn.

)
A, tập hợp các thuộc tính của máy đơn x. Tương tự, không thể có

nhiều hơn một thuộc tính cùng loại trên cùng một máy đơn.
(

)

Trong các chương sau, luận văn giả thiết rằng một site có các tài nguyên đồng
bộ, mỗi máy đơn có p CPU, m MB bộ nhớ, d MB bộ nhớ ngoài, bi MB/s và bo
MB/s băng thông mạng vào và ra. Site này được định nghĩa như sau:
TR={proc, mem, disk, net-in, net-out}
(
(
(
(
(
(

2.2. Hợp đồng
Mỗi hợp đồng thuê tài nguyên là một sự thỏa thuận được thương lượng và có
thể thương lượng lại giữa nhà cung cấp tài nguyên và người thuê tài nguyên. Trong
đó, phía nhà cung cấp đồng ý cấp một khoảng tài nguyên khả dụng cho người dùng
dựa trên các điều lệ hợp đồng do phía người dùng trình bày. Trong đó:
Agreement (Sự thỏa thuận): là một sự dàn xếp giữa các bên dựa theo lợi ích
của mỗi bên. Trong ngữ cảnh của luận văn, chỉ có hai bên được nhắc tới là nhà cung
cấp tài nguyên và khách hàng sử dụng tài nguyên, ở đây lợi ích là sự truy cập vào
tài nguyên điện toán.
25