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

LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi vô cùng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo TS. Lê Văn Phùng
người thầy đã trực tiếp dành nhiều thời gian tận tình hướng 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 Trường 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 người thân, cùng bạn bè, đồng
nghiệp cơ quan, những người 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

Phạm Anh Dũng


MỤC LỤC


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

VM
CS
VMM
IaaS
SaaS
PaaS
OS
ECP
CLC
NC

PM

Virtual Machine
Cloud Scheduler
Virtual machine monitor
Infrastructure as a Service
Software as a service
Platform as a service
Operating System
Elastic Computing Platform
Cloud Controller
Node Controller
Physical machine

Máy ảo
Lập biểu đám mây
Màn hình máy ảo
Cở sở hạ tầng là một dịch vụ
Phần mềm là một dịch vụ
Nền tảng là một dịch vụ
Hệ điều hành
Nền tảng điện toán mềm dẻo
Bộ điều khiển đám mây
Bộ điều khiển nút
Máy vật lý


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu
hình

1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10
1.11
1.12
1.13
2.1
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10

Tên hình
Mô hình điện toán đám mây
Điện toán đám mây dưới góc nhìn 3D
Phân loại điện toán đám mây dựa vào vị trí
Mô hình phân lớp của kiến trúc IaaS

Sơ đồ truy cập tài nguyên phần cứng của các máy ảo
Minh họa máy ảo
Mô hình hosted - based
Kiến trúc Hypervisor-based
Kiến trúc ảo hóa Hybrid
Sơ đồ truy cập tài nguyên phần cứng của các máy ảo
Mô tả các tầng tài nguyên máy ảo trong ĐTĐM
Mô hình cơ bản của các tầng tài nguyên máy ảo trong ĐTĐM
Quản lý tắt máy ảo dùng kỹ thuật tắt máy động
Kiến trúc Tara
Mô hình thiết kế
Cấu hình Hadoop giả phân tán
Kiến trúc của HDFS
Kiến trúc Open Ubula
Kiến trúc oVirt
Kiến trúc ECP
Kiến trúc của EUCALYPTUS
Giao diện chính của chương trình thử nghiệm
Khởi tạo máy chủ ảo
Chọn thông số máy chủ ảo

Trang
5
6
8
10
14
16
19
19

20
21
23
24
26
33
56
58
59
60
61
62
63
65
66
66


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 trường ứng dụng ảo bằng
cách sử dụng các ứng dụng ảo như một cơ chế chia sẻ tài nguyên, thì bất cứ khi nào
được 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 người dùng, không phải tất cả

các tài nguyên cụm đều bận. Khi người dùng cần xử lý các ứng dụng dữ liệu lớn, họ
lại phải chờ cho một công việc phải được hoàn thành trước khi nhiệm vụ của mình
có thể được xử lý, người 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
trường cơ bản như thư viện, dữ liệu, những chương trình mà sẵn sàng phục vụ
người dùng tại bất kỳ cụm tài nguyên nào.
Vì vậy, các nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây cần phải có một phương
pháp để quản lý các máy chủ ảo.
Đồng thời, nhà cung cấp dịch vụ cần chứng mình cho người sử dụng thấy
rằng, dịch vụ điện toán đám mây theo mô hình mà mình đã xây dựng hoàn toàn có
thể đáp ứng được các tiêu chí như: hiệu suất, tốc độ cấp phát bộ nhớ, hiệu suất trao
đổi thông tin của các máy ảo tương tự như 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” dưới sự hướng dẫn của thầy TS. Lê Văn Phùng.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng 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
việc cài đặt các hệ thống, áp dụng các kịch bản tính toán phân tán vào các cụm ảo,

1


ví dụ như MapReduce framework cũng như các đánh giá và cải tiến. Để đạt được
điều này, cần phải nghiên cứu rất nhiều về lưới, đám mây, công nghệ ảo hóa, cụm
ảo, máy chủ hệ điều hành Linux, và các gói mã nguồn mở như Eucalyptus và
Hadoop, MapReduce.
3. Hướng 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 ưu 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 chương chính, phần kết luận, tài liệu
tham khảo và phụ lục được bố cục như sau:
Chương 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.
Chương 2. Một số cơ chế quản lý máy chủ ảo trong điện toán đám mây
Tìm hiểu về quản lý máy ảo trong điện toán đám mây, và một số cơ chế quản
lý máy chủ ảo trong điện toán đám mây.
Chương 3. Thử nghiệm
5. Phương 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 chương trình.
• Kiểm tra đánh giá kết quả.

2

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 được tri thức quản lý hiệu
quả máy chủ ảo, cân bằng tải, cước phí, chia sẻ tài nguyên trong hệ thống quản lý
cụm ảo, từ đó đề xuất những phương pháp khoa học để bảo đảm và nâng cao được
cơ chế quản lý các máy chủ ảo nhằm đáp ứng nhanh nhất, tốt nhất yêu cầu người dùng.
Kết quả các thí nghiệm dựa trên hệ thống được cài đặt sẽ thuyết phục người
sử dụng dịch vụ điện toán đám mây, tạo ra cảm giác an toàn, tin tưởng đối với dịch
vụ điện toán đám mây.

3


CHƯƠNG 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 người 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 lưu trữ (storage), nền tảng (platform) và các dịch vụ được trừu tượng hóa,
ảo hóa , có tính co dãn động và quản lý để cung cấp cho người 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
tương tác các dịch vụ được cung cấp.”
• Tự phục vụ theo yêu cầu: Người sử dụng có thể tự chủ trong quá trình
cung cấp khả năng tính toán mà không đòi hỏi có sự tương tác giữa con người 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 người dùng tại thời điểm khác nhau.

4


Hình 1.1 Mô hình điện toán đám mây

5


Theo định nghĩa của CISCO: "Điện toán đám mây là thông tin về nguồn tài
nguyên và dịch vụ được trừu tượng từ cơ sở hạ tầng cơ bản, cung cấp theo yêu cầu và
quy mô trong một môi người đa người sử dụng".
• Theo yêu cầu: Các nguồn tài nguyên được 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: Cung cấp dịch vụ các nguồn tài nguyên ảo vô hạn có sẵn
để đáp ứng được nhu cầu thực sự của nó.
• Theo môi trường đa người sử dụng: Các nguồn tài nguyên cung cấp cho
nhiều người sử dụng từ một hiện thực đơn nhất, tiết kiệm được chi phí cho quá trình
cung cấp.

Hình1.2 Điện toán đám mây dưới góc nhìn 3D

6

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 trường điện
toán đám mây có một tính chất tự sửa chữa. Trong trường 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
thường 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 người dùng-đó
là khái niệm dùng để chỉ nhiều người sử dụng đám mây trong cùng thời gian. Hệ
thống cho phép một số khách hàng chia sẻ cơ sở hạ tầng được phân bổ cho họ mà
không ai trong họ nhận biết về sự chia sẻ này. Điều này được 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 người sử dụng. Điều này được thực hiện theo cách mà trong đó sự riêng
tư của người 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 tưởng chính xác của khả năng mở rộng tuyến tính có thể được 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 hướng – những
dịch vụ như vậy được tạo ra từ những dịch vụ rời rạc khác. Rất nhiều dịch vụ rời rạc
như 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 được tạo

ra. Bằng việc sử dụng các dịch vụ đã được tạo ra trước đó, những dịch vụ khác có
thể được tạo ra từ đó.
e. Điều khiển SLA (Service level agreement)
Thông thường các doanh nghiệp có thỏa thuận về số lượng dịch vụ. Khả
năng mở rộng và các vấn đề có sẵn có thể làm cho các thỏa thuận này bị phá vỡ.
Tuy nhiên, các dịch vụ điện toán đám mây là hướng SLA, như việc khi hệ thống có

7


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 dưới. Môi trường điện toán đám mây là một môi trường 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 được dùng để phục vụ rất nhiều loại công việc có khối lượng khác
nhau từ tải nhỏ của một ứng dụng nhỏ cho đến tải rất nặng của một ứng dụng
thương 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 được 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).

Hình 1.3 Phân loại điện toán đám mây dựa vào vị trí

8


a. Public Cloud (đám mây công cộng)
Public Cloud được định nghĩa như sau:
• Cơ sở hạ tầng tính toán được lưu tại nhà cung cấp dịch vụ đó và có sự
chia sẻ cơ sở hạ tầng này giữa các tổ chức với nhau.
• Người dùng không nhìn thấy được 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 được định nghĩa như sau:
• Cơ sở hạ tầng tính toán được quyết định bởi khách hàng. Vì vậy, đương
nhiên khách hàng sẽ biết được 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 thường khách
hàng bỏ ra sẽ tốn hơn nhiều và nâng cao được 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 được định nghĩa như sau:
• Cơ sở hạ tầng được chia sẻ giữa các tổ chức có cùng một mối quan tâm
chung với nhau như bảo mật, thẩm quyền, chuyên môn…
• Được 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 người sử dụng trong Community Cloud

thường sẽ ít hơn Public Cloud nhưng sẽ tốn nhiều hơn Private Cloud.
d. Hybrid Cloud (đám mây lai)
Hybrid Cloud được định nghĩa như 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 được quản lý giống như Public
Cloud và các ứng dụng liên quan đến bảo mật được quản lý như Private Cloud.
Bùng nổ điện toán đám mây là thuật ngữ dùng để xác định một hệ thống tổ chức sử

9


dụng cơ sở hạ tầng riêng của mình cho việc sử dụng bình thường, nhưng lại sử dụng
điện toán đám mây trong giờ cao điểm. Các giai đoạn phát triển của cloud có thể
được trình bày tóm lược qua hình 1.3 gồm có 4 giai đoạn từ quá trình lưu 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.

Hình 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, người dùng sẽ có những
ưu điểm sau:
• Lợi ích về chi phí: Người dùng chỉ cần trả các chi phí liên quan tới vận
hành hệ thống và chi phí sử dụng có ứng dụng. Nghĩa là người 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 lượng phù hợp cho nhu
cầu sử dụng, dễ dàng thay đổi các khối lượng công việc với nhau.
• Cải thiện khả năng tự động hóa: Cung cấp đủ các dịch vụ cần thiết theo yêu
cầu người sử dụng.

• Tập trung vào khả năng cốt lõi: Nghiên cứu các lợi ích của nguồn tài

10


nguyên chung trong điện toán đám mây để cung cấp các dịch vụ cần thiết cho người sử
dụng dưới sự điều tiết và giám sát của cơ quan trực thuộc chính phủ.
• Tính bền vững: Điện toán đám mây có năng lượng tiêu thụ ít hơn so với
một trung tâm lưu trữ dữ liệu thông thường trong cùng phương diện lưu trữ dữ liệu.
b. Nhược điểm
Tuy nhiên, trước những ưu điểm khi sử dụng ứng dụng trên điện toán đám
mây, nó cũng có một số nhược điểm:
• Cần phải có đường truyền Internet tốc độ cao để thực hiện ứng dụng.
• Đáp ứng được 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 chưa vẫn đang chờ câu trả lời thuyết phục
như, tính riêng tư, các thông tin người dùng và dữ liệu được chứa trên điện toán
đám mây có đảm bảo được riêng tư, và liệu các thông tin đó có bị sử dụng vì một
mục đích nào khác không, điều đó vẫn chưa có câu trả lời thuyết phục.
• Tính sẵn dùng, liệu các dịch vụ đám mây có bị "treo" bất ngờ, khiến cho
người dùng không thể truy cập các dịch vụ và dữ liệu của mình trong những khoảng
thời gian nào đó khiến ảnh hưởng đến công việc?
• Mất dữ liệu, một vài dịch vụ lưu trữ dữ liệu trực tuyến trên đám mây
bất ngờ ngừng hoạt động hoặc không tiếp tục cung cấp dịch vụ, khiến cho người
dùng phải sao lưu dữ liệu của họ từ "đám mây" về máy tính cá nhân. Điều này sẽ
mất nhiều thời gian. Thậm chí một vài trường hợp, vì một lý do nào đó, dữ liệu người
dùng bị mất và không thể phục hồi được.
• Tính di động của dữ liệu và quyền sở hữu, một câu hỏi đặt ra, liệu
người dùng có thể chia sẻ dữ liệu từ dịch vụ đám mây này sang dịch vụ của đám mây
khác? Hoặc trong trường hợp không muốn tiếp tục sử dụng dịch vụ cung cáp từ đám

mây, liệu người dùng có thể sao lưu toàn bộ dữ liệu của họ từ đám mây? Và làm cách
nào để người dùng có thể chắc chắn rằng các dịch vụ đám mây sẽ không hủy toàn bộ
dữ liệu của họ trong trường hợp dịch vụ ngừng hoạt động.
• Khả năng bảo mật, vấn đề tập trung dữ liệu trên các "đám mây" là cách
thức hiệu quả để tăng cường bảo mật, nhưng mặt khác cũng lại chính là mối lo của
người sử dụng dịch vụ của điện toán đám mây. Bởi lẽ một khi các đám mây bị tấn

11


công hoặc đột nhập, toàn bộ dữ liệu sẽ bị chiếm dụng. Tuy nhiên, đây không thực sự
là vấn đề của riêng "điện toán đám mây", bởi lẽ tấn công đánh cắp dữ liệu là vấn đề
gặp phải trên bất kỳ môi trường nào, ngay cả trên các máy tính cá nhân.
1.1.2 Cấu 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 tương 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 như là
máy chủ (server) , kỹ thuật networking và không gian lưu 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 được bán theo nhu
cầu được tính theo giờ, khả năng cung cấp vô hạn và linh động theo nhu cầu và dịch vụ
hosting được quản lý bởi nhà cung cấp.
1.1.2.2. Các đặc điểm chính của IaaS
Các tài nguyên IaaS thì được phân phối như 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
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 thường có nhiều người thuê. IaaS có những mức dịch vụ khác nhau

12


đáp ứng cho tất cả nhu cầu của người dùng.
1.1.2.3.

Kiến trúc và hoạt động của IaaS trong điện toán đám mây

Khi thực thi một yêu cầu từ người 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.

13

Hình 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
hiện việc truy cập tài nguyên ở mức đầu tiên (top level). Nó quyết định có đủ tài

14


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 người 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 được sử dụng và có
sẵn mà có thể được 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 chưa 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 tượng về máy ảo (Virtual Machine
Abstraction) khi thực hiện ứng dụng, hệ điều hành, đồng bộ phần cứng trên các máy
ảo khác nhau.

15


Hình 1.6 Minh họa máy ảo
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 người sử dụng họ nhận biết và sử dụng các server ảo giống như 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 như vậy, nó chỉ sử dụng tài
nguyên được 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 như 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 tượng hóa và bao đóng. Đám mây cần phải chạy nhiều ứng dụng
của người dùng và tất cả những ứng dụng hiển thị như thể chúng đang được chạy
đồng thời và sử dụng tất cả tài nguyên có sẵn của cloud. Ảo hóa cung cấp mức độ
trừu tượng cần thiết như các tài nguyên tính toán, lưu trữ, tài nguyên mạng được
đồng nhất thành pool hoặc resource overlay. Ảo hóa cung cấp tính bao đóng cho ứng
dụng có thể được cấu hình, cài đặt, nâng cấp… để tăng tính bảo mật và quản lý tốt hơn.

16


Điện toán đám mây hướng 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
được sử dụng hiệu quả hơn.

• Khả năng cấu hình cao, nhiều ứng dụng yêu cầu tài nguyên khác nhau
như số lượng core, dung lượng bộ nhớ. Việc cấu hình này khó thực hiện được ở mức độ
phần cứng nhưng 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 hư hỏng cũng như khả năng nâng cấp mà không gây ngắt
quãng quá trình sử dụng dịch vụ của người 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 thường có thể được cache cho
việc dùng lại.
1.1.3.2. Lợi ích của giải pháp ảo hóa
Thông thường việc đầu tư cho một trung tâm công nghệ thông tin là rất tốn
kém. Chi phí đầu tư 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 được
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 mười máy chủ cho
mười ứng dụng thì chỉ cần mua một hoặc hai máy chủ có hỗ trợ ảo hóa thì vẫn có
thể chạy tốt mười 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 lưu trữ hệ thống nhanh
• Cân bằng tải và cung cấp tài nguyên linh hoạt
• Tiết kiệm
• Ảo hóa góp phần tăng cường 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
dạng dạng chính là: Host-based, Hypervisor-based (còn gọi là bare- metal

17


hypervisor, nó được chia nhỏ ra làm hai loại là Monothic Hypervisor và
Microkernel Hypervisor), Hybrid. Ngoài ra, tùy theo từng sản phẩm ảo hóa được
triển khai (như 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 được 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 được chia làm 4 lớp hoạt
động như 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.

18


Hình1.7 Mô hình hosted - based
b. Hypervisor-based:
Còn gọi là bare-metal hypervisor. Trong Mô hình này, lớp phần mềm
hypervisor chạy trực tiếp trên nền tảng phần cứng của máy chủ, không thông qua
bất kì một hệ điều hành hay một nền tảng nào khác. Qua đó, các hypervisor này có khả
năng điều khiển, kiểm soát phần cứng của máy chủ. Đồng thời, nó cũng có khả năng

quản lý các hệ điều hành chạy trên nó. Nói cách khác, các hệ điều hành sẽ chạy trên
một lớp nằm phía trên các hypervisor dạng baremetal.

Hình 1.8 Kiến trúc Hypervisor-based
Một hệ thống ảo hóa máy chủ sử dụng nền tảng Baremetal hypervisor bao
gồm 3 lớp chính:
Nền tảng phần cứng: Bao gồm các thiết bị nhập xuất, thiết bị lưu trữ (Hdd,
Ram), bộ vi xử lý CPU, và các thiết bị khác (các thiết bị mạng, vi xử lý đồ họa, âm
thanh…)
Lớp nền tảng ảo hóa Virtual Machine Monitor (còn gọi là hypervisor),
thực hiện việc liên lạc trực tiếp với nền tảng phần cứng phía dưới, quản lý và cung
cấp tài nguyên cho các hệ điều hành khác nằm trên nó.
Các ứng dụng máy ảo: Các máy ảo này sẽ lấy tài nguyên từ phần cứng,

19


thông qua sự cấp phát và quản lý của hypervisor, khi một hệ điều hành thực hiện
truy xuất hoặc tương tác tài nguyên phần cứng trên hệ điều hành chủ.
c. Hybrid
Hybrid là một kiểu ảo hóa mới hơn và có nhiều ưu điểm. Trong đó lớp ảo
hóa hypervisor chạy song song với hệ điều hành máy chủ. Tuy nhiên trong cấu trúc
ảo hóa này các máy chủ ảo vẫn phải đi qua hệ điều hành máy chủ để truy cập phần
cứng nhưng khác biệt ở chỗ cả hệ điều hành máy chủ và các máy chủ ảo đều chạy
trong chế độ hạt nhân. Khi một trong hệ điều hành máy chủ hoặc một máy chủ ảo
cần xử lý tác vụ thì CPU sẽ phục vụ nhu cầu cho hệ điều hành máy chủ hoặc máy
chủ ảo tương ứng. Lý do khiến Hyrbird nhanh hơn là lớp ảo hóa chạy trong trong
chế độ hạt nhân (chạy song song với hệ điều hành) trái với Virtual Machine
Monitor với lớp ảo hóa chạy trong trong chế độ người dùng (chạy như một ứng
dụng cài trên hệ điều hành).

Phương pháp ảo hóa Hybird được sử dụng trong hai sản phẩm ảo hóa phổ
biến của là Microsoft Virtual PC 2007 và Microsoft Virtual Server 2005 R2.

20


Hình 1.9 Kiến trúc ảo hóa Hybrid
1.1.3.4. Công nghệ máy ảo (Virtual Machine)
Máy ảo là một máy tính được cài trên một hệ điều hành khác hay một máy
tính khác. Một máy ảo cũng bao gồm phần cứng, các ứng dụng phần mềm và hệ điều
hành. Điều khác biệt ở đây là lớp phần cứng của máy ảo không phải là các thiết bị
thường mà chỉ là một môi trường hay phân vùng mà ở đó nó được cấp phát một số
tài nguyên như là chu kì CPU, bộ nhớ, ỗ đĩa….
Công nghệ máy ảo cho phép cài và chạy nhiều máy ảo trên một máy tính vật lý.
Mỗi máy ảo có một hệ điều hành máy khách riêng lẻ và được phân bố tài nguyên, ổ
cứng, card mạng và các tài nguyên phần cứng khác một cách hợp lý. Việc phân bố
tài nguyên này phụ thuộc vào nhu cầu của từng máy ảo ứng dụng và cũng tùy
thuộc vào phương pháp ảo hóa được dùng.
Đặc biệt khi máy ảo cần truy xuất tài nguyên phần cứng thì nó hoạt động
giống như một máy thật hoàn chỉnh. Vì chỉ là một tập tin được phân vùng trên ổ
đĩa nên việc di chuyển các máy ảo từ máy chủ này sang máy chủ khác là rất dễ dàng
và không cần quan tâm đến vấn đề tương thích phần cứng hay ảnh hưởng tới máy chủ.

Hình1.10 Sơ đồ truy cập tài nguyên phần cứng của các máy ảo

21