LUẬN văn MẠNG máy TÍNH điện toán đám mây và bài toán xếp lịch biểu với giải thuật di truyền

LỜI CẢM ƠN
šo›
Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, quý Thầy Cô của trường Đại
Học Cần Thơ, đặc biệt là quý Thầy Cô trong khoa Công Nghệ Thông Tin và Truyền
Thông đã tận tình giảng dạy, trang bị cho em những kiến thức cần thiết trong những
năm học tập tại trường.
Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy Phan Thượng Cang đã tận tình
hướng dẫn giúp đỡ em trong suốt thời gian làm luận văn này. Với sự định hướng
chính xác và sự chỉ bảo cặn kẽ nhiệt tình của thầy, em đã tiếp thu vấn đề rất nhanh
và là động lực để em tiếp tục cố gắng.
Con xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ và anh hai đã tạo mọi điều kiệ n
về vật chất, tinh thần, động viên, khích lệ và hỗ trợ con trong suốt thời gian qua
Em xin chân thành cảm ơn các bạn trong nhóm làm luận văn đã nhiệt tình
động viên, đóng góp ý kiến và đặc biệt gởi lời cám ơn chân thành đến người bạn
gái, người luôn bên cạnh giúp đỡ em về mặt tình thần trong những lúc khó khăn
nhất.
Mặc dù đã cố gắng hoàn thành luận văn với tất cả sự nổ lực của bản thân
nhưng chắc chắn không tránh khỏi sai sót. Kính mong quý Thầy Cô và các bạn tận
tình chỉ bảo đóng góp ý kiến.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn và luôn mong nhận được sự đóng
góp quý báu của tất cả mọi người

Cần Thơ, ngày 10 tháng 05 năm 2010
Sinh viên thực hiện

Huỳnh Quốc Thái


NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

šo›

................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày…..tháng…..năm 2010
Cán bộ hướng dẫn,

Ths. Phan Thượng Cang


NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
šo›

................................................................................................................................

................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày…..tháng…..năm 2010
Cán bộ phản biện,

Ts. Lê Quyết Thắng


NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
šo›

................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................

................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày…..tháng…..năm 2010
Cán bộ phản biện,

Ts. Ngô Bá Hùng


TÓM TẮT
---o0o---

Việc giải quyết bài toán xếp lịch biểu nói chung và bài toán xếp lịch biểu cho
một trường Đại học theo học chế tín chỉ nói riêng luôn là một bài toán khó và phức
tạp. Vấn đề nan giải của bài toán không những nằm ở thuật toán mà còn ở vấn đề xử
lý một số lượng lớn dữ liệu cùng với các quy định, các ràng buộc phức tạp, đa dạng
về môn học, phòng học, giáo viên, lịch bận của từng giáo viên…
Việc xếp thời khóa biểu cho trường Đại học bằng phương pháp ứng dụng
giải thuật di truyền gặp nhiều trở ngại từ những hạn chế của máy tính cục bộ. Bởi

vì, giải thuật này đòi hỏi một không gian bộ nhớ và tài nguyên tính toán đủ lớn để
tiến hành mô phỏng sự tiến hóa, điều mà các máy tính đơn lẻ khó có thể đáp ứng
được khi số lượng các ràng buộc và dữ liệu càng tăng. Một đặc tính của giải thuật
này là tính khả thi song song, mỗi một quần thể sinh học có thể chạy độc lập trên
các máy tính khác nhau để mô phỏng quá trình tiến hóa khác nhau của sinh giới.
Vậy để giải quyết vấn đề trên cần có một giải pháp hiệu quả để triển khai và ứng
dụng vào thực tiễn.
Xuất phát từ thực tế đó, công nghệ điện toán đám mây được xem là một
trong những giải pháp khả thi để giải quyết bài toán trên. Điện toán đám mây hay
điện toán máy chủ ảo là mô hình điện toán sử dụng các công nghệ máy tính và phát
triển dựa vào mạng Internet. Khi đó, một khối lượng khổng lồ công việc tính toán
và mô phỏng sự tiến hóa được chuyển từ các trung tâm dữ liệu riêng đến máy chủ
ảo. Các nguồn tài nguyên điện toán bao gồm phần cứng, phần mềm, mạng, lưu
trữ,… được phân tán, đảm bảo tính sẵn sàng cao, an ninh và chất lượng.
Đề xuất xây dựng một đám mây cung cấp dịch vụ xếp lịch với giải thuật di
truyền và các dịch vụ thông tin cho một trường Đại học theo học chế tín chỉ. Dự án
này được tiến hành với trình tự các công việc như sau: nghiên cứu công nghệ điện
toán đám mây, xây dựng đám mây cục bộ, xây dựng dịch vụ thông tin đám mây cho
bài toán xếp lịch, xây dựng dịch vụ đám mây lập lịch biểu với giải thuật di truyền.
Ứng dụng được viết bằng ngôn ngữ lập trình C++, PHP, Shell Script và Action
Script, chạy trên hệ điều hành Linux 64 bit và chọn Eucalyptus làm cơ sở hạ tầng
cho công nghệ Điện Toán Đám Mây. Ở phía máy khách , người dùng sử dụng một
trình duyệt để truy cập vào hệ thống.


Việc xây dựng các dịch vụ đám mây trên cho phép người dùng có thể thực
hiện nhanh chóng và dễ dàng trên máy tính có cấu hình thấp hay thiết bị cầm tay kết
nối Internet mà không cần quan tâm đến khả năng xử lý và lưu trữ dữ liệu trên thiết
bị đó. Bên cạnh đó, chúng có thể được kết hợp với các dịch vụ khác để tạo nên hệ
thống mới theo yêu cầu khác nhau của các trường Đại học hay nhà nghiên cứu.

Chúng ta có thể tiếp tục phát triển các dịch vụ này theo mô hình khách hàng-dịch
vụ.


ABSTRACT
---o0o---

The problem of schedule in general and schedule for an university attending in
credit system in particular is always a difficult and complex one. The difficulty not
only exists in the algorithm but also presents in prcocessing a large amount of data
with regulations, complex binding, diverse subjects, classrooms, teachers, teacher's
busy time...
Using the genetic algorithm for university scheduling encountered many obstacles
from the limitations of local computer. Performance of the algorithm requires much
memory and computing resources to simulate evolution when the number of
constraints and data increase. This can not be performed on a single machine. A
feature of the algorithm is executable in parallel. That means each biological
population can be run independently on different computers to simulate the
evolution of the living world. Therefore, in order to solve this problem, there should
be an effective solution to develop and apply on real situations.
Departing from that practice, cloud computing technology is the most perfect
solution to solve the problem. Cloud computing or virtual server computing is a
computing model using computer technology and developing based on Internet. A
huge amount of computation and simulation of evolution is transferred from the
private data center to virtual server machines. Computer resources including
computer hardware, software, network, storage, etc… are distributed to make sure
high availability, security and quality.
In this thesis, we propose to build a private cloud and develop cloud services such
as scheduling service using a genetic algorithm and information services for
universities attending in credit system. The project was conducted in the following

order: research cloud computing technology, build private cloud, develop
information services on the cloud, develop cloud service scheduling using a genetic
algorithm. The system has written in C++, PHP, Shell Script and Action Script, run
on Linux 64bit operating system, and select Eucalyptus as the infrastructure for
cloud computing technology. On the client side, users use a browser to access this
system.


Developing the cloud services allow users to quickly and easily access the system
from PCs or portable devices connected to the Internet without regard to their
processing and storage capacity. Besides, the cloud services can be combined with
other services to create new systems as required by different universities or
researchers. We can continue to develop the services follow customers-service
bussiness model.


DANH MỤC
Một số thuật ngữ.
Các chữ viết tắt.
Các hình ảnh.


CÁC THUẬT NGỮ
Protocol – giao thức quy định cách thức liên lạc giữa các thành phần thông qua hệ
thống mạng
Server – máy chủ cung cấp dịch vụ
Client – máy khách sử dụng dịch vụ
Cloud Computing – Công nghệ điện toán đám mây
Chief Information Officer (CIO) – nhà quản lý công nghệ thông tin
Service Level Agreements (SLAs) – cấp độ thỏa thuận dịch vụ

Cluster - Tập hợp các node liên kết với Cluster controller. Có một hoặc nhiều
Cluster trong hệ thống UEC.
Cluster Controller (CC) - Là một thành phần của Eucalyptus để quản lý tài
nguyên máy node. Dịch vụ này được cung cấp bởi gói eucalyptus-cc.
Eucalyptus - Elastic Utility Computing Architecture for Linking Your Programs To
Useful Systems. Một dự án mã nguồn mở, ban đầu được phát triển bởi Đại học
California tại Santa Barbara, bây giờ được hỗ trợ bởi Eucalyptus Systems, một đối
tác của Canonical.
Node - là một máy vật lý mà các máy ảo chạy trên nó, cùng với dịch vụ Node
controller. Trong mô hình UEC mặc định các CPU phải hỗ trợ VT và có thể chạy
được Hypervisor của KVM.


CÁC TỪ VIẾT TẮT
XML - eXtensible Markup Language
SOAP - Simple Object Access Protocol
WSDL - Web Service Description Language
UDDI - Universal Description, Discovery, and Integration
SDL - Service Description Language
HTTP – HyperText Tranfer Protocol
TCP/IP – Transmission Control Protocol
SMTP - Simple Mail Transfer Protocol
HTML – HyperText Markup Language
JMS - Java Message Service
B2B - Business to Business
B2C - Business to Customer
W3C - World Wide Web Consortium
SGML - Standard Generalized Markup Language
CC - Cluster controller.

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1:

IBM 5150 - Tổ tiên của chiếc máy tính cá nhân hiện đại. ......................10

Hình 2:

Windows Azure - Hệ điều hành trên mây của Microsoft........................11

Hình 3:

Tất cả mọi thứ đều được tập trung vào đám mây ...................................13

Hình 4:

Tương lai của Cloud: SKY COMPUTING ............................................14

Hình 5:

Các dạng kiến trúc của đám mây ...........................................................18

Hình 6:

Đám mây cá nhân..................................................................................19

Hình 7:

Đám mây công cộng..............................................................................20

Hình 8:

Đám mây lai..........................................................................................21

Hình 9:

Mô hình ảo hóa toàn phần – Full Virtualization.....................................39

Hình 10: Mô hình ảo hóa song song – Paravirtualization......................................40
Hình 11: Siêu máy tính Cray................................................................................50
Hình 12: Sơ đồ tổng quát của giải thuật di truyền.................................................56
Hình 13: Mô hình tổng quan web service .............................................................76
Hình 14: Các nhân tố của dịch vụ web .................................................................77
Hình 15: Chồng (stack) giao thức của dịch vụ web ..............................................78
Hình 16: Kiến trúc chi tiết của dịch vụ web..........................................................78
Hình 17: Cấu trúc WSDL.....................................................................................80
Hình 18: Giao tiếp của ứng dụng trong SOAP......................................................85
Hình 19: Cấu trúc một thông điệp SOAP .............................................................85
Hình 20: Mô hình dịch vụ web truyền thống ........................................................86
Hình 21: Mô hình dịch vụ web tổng quan của hệ thống xếp thời khóa biểu..........88
Hình 22: Mô hình chi tiết các dịch vụ đám mây của hệ thốngxếp thời khóa biểu..91


MỤC LỤC

MỤC LỤC ............................................................................................................15
CHƯƠNG I .............................................................................................................1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ...................................................................................1
1. Giới thiệu .......................................................................................................1
2. Lịch sử giải quyết vấn đề................................................................................3

3. Mục tiêu cần đạt .............................................................................................4
4. Phạm vi đề tài.................................................................................................5
4.1. Phần lý thuyết ...........................................................................................5
4.2. Phần ứng dụng ..........................................................................................5
5. Phương pháp nghiên cứu và hướng giải quyết ................................................6
5.1. Làm việc theo nhóm..................................................................................6
5.2. Đối với phân hệ PH00 ...............................................................................7
5.3. Đối với phân hệ PH01 ...............................................................................7
6. Bố cục của quyển luận văn .............................................................................8
CHƯƠNG II..........................................................................................................10
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................................10
1. TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY ..............................................10
1.1. Xu hướng tiến hóa của công nghiệp máy tính..........................................10
1.2. Định nghĩa về điện toán đám mây ...........................................................12
1.3. Các đặc thù của điện toán đám mây.........................................................16
1.4. Các dạng kiến trúc của đám mây .............................................................17
1.5. Lợi ích của điện toán đám mây................................................................22
1.6. Trở ngại của điện toán đám mây..............................................................23
1.7. Điện toán đám mây và Điện toán lưới .....................................................25
1.8. Một số nhà cung cấp điện toán đám mây hiện nay...................................29
2. CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY ................................35
2.1. Phần mềm như là một dịch vụ (Software as a Service - SaaS) .................35
2.2. Nền tảng như là một dịch vụ (Platform as a Service - PaaS) ....................35


2.3. Cơ sở hạ tầng như là một dịch vụ (Infrastructure as a Service - IaaS) ......35
2.4. Khả năng lưu trữ như là một dịch vụ (Data as a Service - DaaS) .............36
2.5. Sức mạnh xử lý như là một dịch vụ (Processing Power as a Service PPaaS) ...........................................................................................................37
3. YÊU CẦU VỀ KIẾN TRÚC CỦA ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY .....................38
3.1. Ảo hóa (virtualization) ............................................................................38

3.2. Chuẩn hóa (standardization)....................................................................42
3.3. Tự động hóa (automation).......................................................................43
4. GIẢI THUẬT DI TRUYỀN (GENETIC ALGORITHM – GA) ...................44
4.1. Số ngẫu nhiên..........................................................................................44
4.2. Bộ sinh số ngẫu nhiên .............................................................................47
4.3. Ứng dụng của ngẫu nhiên trong tính diện tích hình bất kỳ .......................48
4.4. Từ ngẫu nhiên đến giải thuật di truyền ....................................................50
4.5. Giải thuật di truyền..................................................................................52
4.6. Các nguyên lý trong giải thuật di truyền..................................................56
4.7. Lịch sử về giải thuật di truyền .................................................................58
CHƯƠNG III ........................................................................................................60
NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .........................................................60
1. XÂY DỰNG VÀ THIẾT LẬP ĐÁM MÂY CÁ NHÂN...............................60
2. XÂY DỰNG CÁC DỊCH VỤ THÔNG TIN ĐÁM MÂY ............................61
2.1. Giới thiệu bài toán...................................................................................61
2.2. Thiết kế mô hình ứng dụng......................................................................65
2.3. Dịch vụ web (web service) ......................................................................76
2.4. Xây dựng dịch vụ thông tin đám mây ......................................................86
CHƯƠNG IV ........................................................................................................99
KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................................99
1. KẾT LUẬN..................................................................................................99
1.1. Kết quả đạt được của nhóm .....................................................................99
1.2. Kết quả đạt được và hạn chế của cá nhân .............................................100
2. Hướng phát triển của đề tài.........................................................................101
PHỤ LỤC: Demo các giao diện các dịch vụ. .....................................................102
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................105


Điện toán đám mây và Bài toán xếp lịch biểu với Giải thuật di truyền

CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
1. Giới thiệu
Khi đề cập đến khái niệm Điện Toán Đám Mây (Cloud Computing), người ta
thường liên tưởng đến tiền thân của nó là khái niệm Điện Toán Lưới ( Grid
computing). Vì vậy trước khi đến với Điện Toán Đám Mây chúng ta cần phải tìm
hiểu Điện Toán Lưới.
Với những tiến bộ trong nền công nghiệp sản xuất phần cứng máy tính, các thế hệ
máy tính ngày nay đã trở nên mạnh và rẻ hơn rất nhiều so với các thế hệ trước đây .
Cùng với sự hữu ích, máy tính đã trở nên phổ biến khắp nơi trên thế giới, đi sâu vào
mọi công việc của con người, từ công việc hàng ngày, công sở, kinh doanh đến sản
xuất, nghiên cứu khoa học. Do đó số lượng máy tính hiện nay trên khắp thế giới là
rất lớn với tổng năng lực xử lý và lưu trữ trên toàn hành tinh là khổng lồ.
Tuy nhiên, các ứng dụng ngày nay chỉ mới sử dụng được một phần rất nhỏ năng lực
xử lý và lưu trữ. Đó là vì chúng chỉ chạy trên các máy tính cục bộ, đơn lẻ, phân tán
và rải rác khắp nơi trên toàn cầu, từ đó dẫn đến lãng phí rất lớn. Một câu hỏi được
đặt ra là làm sao tận dụng tốt hơn năng lực của máy tính.
Mặt khác con người ngày càng đối mặt với nhiều vấn đề lớn và phức tạp trong khoa
học, thương mại,… mà chúng đòi hỏi năng lực xử lý tính toán và lưu trữ ngày một
lớn hơn.
Chúng ta phải đối mặt với những vấn đề không dễ tìm ra lời giải như:
ü Hệ thống của chúng ta sẽ hoạt động như thế nào khi khối lượng xử lý công
việc của nó đột nhiên tăng lên vài ngàn lần?
ü Chúng ta sẽ làm gì với ổ cứng khi lượng khách hàng đột ngột tăng đột biến?
ü Có chắc là hệ thống của chúng ta luôn hoạt động tốt?
ü Nếu hệ thống của chúng ta không hoạt động thì phải làm gì?
ü Trang bị một siêu máy tính tốn bao nhiêu tiền?
Một máy tính đơn, một nhóm các máy tính phân cụm (cluster) hay thậm chí một
siêu máy tính chuyên dụng cũng không thể đáp ứng được nhu cầu tính toán, lưu trữ

SVTH: Huỳnh Quốc Thái

GV: Ths. Phan Thượng Cang

1


Điện toán đám mây và Bài toán xếp lịch biểu với Giải thuật di truyền
ngày càng lớn như vậy. Một số bài toán cũng có thể được giải quyết nhưng rất khó
khăn, với chi phí rất cao mà không phải quốc gia, tổ chức nào cũng thực hiện được,
đặc biệt là các nước đang phát triển. Còn những bài toán khác có thể nói là không
thể giải quyết được với công nghệ tính toán hiện nay.
Thực tế đó khiến người ta nảy sinh ý tưởng phải kết hợp các máy tính phân tán khắp
nơi trên thế giới trở thành một siêu máy tính khổng lồ nhằm tận dụng năng lực tính
toán, lưu trữ hiện đang lãng phí để giải quyết các bài toán phức tạp trên đây với chi
phí thấp hơn.
Trước đây, khi các công nghệ mạng chưa phát triển thì ý tưởng trên hầu như chưa
thực hiện được. Nhưng hiện nay, các công nghệ mạng máy tính đã phát triển vượt
bậc, ý tưởng về "siêu máy tính" toàn cầu đã có cơ sở để trở thành hiện thực. Đến
những năm cuối thế kỷ XX, các dự án nghiên cứu đầu tiên về lĩnh vực này đã khai
sinh ra công nghệ Grid Computing.
Ngày nay, đối với các công ty hay doanh nghiệp, việc quản lý tốt dữ liệu của riêng
công ty cũng như dữ liệu khách hàng và đối tác là một trong những bài toán được
ưu tiên hàng đầu và đang không ngừng gây khó khăn cho họ. Đối với nhà khoa học
việc giải các bài toán có khối lượng xử lý lớn như nhận dạng, khai phá dữ liệu,…
đang gặp phải những giới hạn với cơ sở hạ tầng hiện có. Để có thể giải quyết được
những trở ngại đó, ban đầu họ phải đầu tư và tính toán rất nhiều loại chi phí cho
phần cứng, phần mềm, mạng, chi phí cho quản trị viên, 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 dùng cao của dữ liệu.

Từ một bài toán điển hình như vậy, chúng ta thấy rằng nếu có một nơi tin cậy giúp
con người dễ dàng quản lý tốt nguồn dữ liệu , xử lý nhanh các tác vụ phức tạp để
cho phép họ không còn quan tâm đến cơ sở hạ tầng, công nghệ mà chỉ tập trung
chính vào công việc nghiệp vụ của mình. Như thế sẽ mang lại cho họ hiệu quả và
lợi nhuận cao hơn, thuật ngữ "Cloud Computing" ra đời bắt nguồn từ hoàn cảnh
này.
Thuật ngữ "Cloud Computing" còn được bắt nguồn từ ý tưởng đưa tất cả mọi thứ
như dữ liệu, phần mềm, tính toán, … lên trên mạng Internet. Chúng ta sẽ không còn
trông thấy các máy PC, máy chủ của riêng các doanh nghiệp để lưu trữ dữ liệu,
phần mềm nữa mà chỉ còn một số các "máy chủ ảo" tập trung trên mạng.

SVTH: Huỳnh Quốc Thái

GV: Ths. Phan Thượng Cang

2


Điện toán đám mây và Bài toán xếp lịch biểu với Giải thuật di truyền
Các "máy chủ ảo" sẽ cung cấp các dịch vụ giúp cho doanh nghiệp có thể quản lý dữ
liệu dễ dàng hơn và sẽ chỉ trả chi phí cho những gì mà họ sử dụng. Họ không cần
phải đầu tư nhiều vào cơ sở hạ tầng cũng như quan tâm nhiều đến công nghệ. Xu
hướng này sẽ cung cấp rất nhiều tiện ích cho các doanh nghiệp hay nhà nghiên cứu
mà ở họ không có cơ sở hạ tầng mạng, máy chủ để lưu trữ và quản lý dữ liệu tốt.
2. Lịch sử giải quyết vấn đề
"Cloud" là một thuật ngữ được mượn từ Telephony. Khoảng thập niên 90 của thế kỷ
trước, đường dây điện thoại (mà ngày nay là đường truyền Internet) đã được bố trí
dày đặt giữa mọi miền trên thế giới. Sau đó , những công ty điện thoại đường dài bắt
đầu cung cấp dịch vụ Mạng Riêng Ảo (Virtual Private Network - VPN) cho việc
trao đổi thông tin. Các công ty viễn thông này đã có thể cung cấp dịch vụ trên nền

Mạng Riêng Ảo trên cùng một băng thông, và họ bảo đảm bằ ng đường dây điện
thoại cố định này sẽ có giá rất rẻ.
Sở dĩ họ làm được việc đó là vì họ có thể định tuyến trên mạng qua một bộ tiện ích
cân bằng tải, điều đó giúp cho băng thông mạng hiệu quả hơn. Từ đó, việc xác định
một cách chính xác tuyệt đối dữ liệu nào đang được tải trên đường dây nào là việc
làm bất khả thi. Biểu tượng "Đám Mây" đã xuất hiện để mô tả hình thái mơ hồ cho
cách thức hoạt động này, và "Điện Toán Đám Mây" đã mở rộng chiếc máy chủ đơn
lẻ thành một khái niệm "siêu máy tính", phát triển trên một cơ sở hạ tầng mạng
vững chắc cùng với bộ tiện ích cân bằng tải.
Thế kỷ XX, khái niệm cơ sở của Điện Toán Đám Mây phải kể đến năm 1960, khi
John McCarthy phát biểu về chuyện "điện toán một ngày nào đó sẽ trở thành tiện
ích công cộng". Năm 1997, định nghĩa đầu tiên được phát biểu bởi Ramnath K.
Chellappa, ông cho rằng "Điện toán sẽ tiến hóa ở những nơi giới hạn về máy tính
chỉ là những giới hạn về nhân tố kinh tế chứ không chỉ dừng lại ở mức độ giới hạn
kỹ thuật". Thuật ngữ "Đám Mây" đã lần đầu tiên xu ất hiện trong lĩnh vực thương
mại vào khoảng thập niên 90 trên những hệ thống mạng ATM (Asynchronous
Transfer Mode ).
Đám mây to (Loud Cloud), phát biểu năm 1999 bởi Marc Andreessen, là một trong
những thử nghiệm về thương mại hóa bằng Điện Toán Đám Mây với Cơ sở hạ tầng
như là một Dịch vụ. Khi qua thế kỷ XXI, thuật ngữ "Điện Toán Đám Mây" bắt đầu
phổ biến rộng rãi hơn, mặc dù tiêu điểm của nó đến nay vẫn còn giới hạn trong
SaaS – Phần mềm như là một dịch vụ, và nhà cung cấp được gọi với thuật ngữ là
"Nhà cung cấp dịch vụ ứng dụng" (Application Service Providers – ASP's).
SVTH: Huỳnh Quốc Thái

GV: Ths. Phan Thượng Cang

3

Điện toán đám mây và Bài toán xếp lịch biểu với Giải thuật di truyền
Những năm đầu của thế kỷ XXI, Microsoft mở rộng khái niệm SaaS bằng cách phát
triển Dịch Vụ Web (Web Service). IBM đã có phát biểu chi tiết hơn về những khái
niệm có liên quan vào năm 2001 trong Bản tuyên ngôn Điện toán Tự trị (Autonomic
Computing Manifesto). Nó mô tả các kỹ thuật tự trị cao cấp như: Tự kiểm tra (selfmonitoring), Tự bảo toàn (self-healing), Tự cấu hình (self-configuring), Tự tối ưu
hóa (self-optimizing) trong việc quản lý hệ thống IT phức tạp với sự không đồng
nhất về Vùng chứa dữ liệu, Máy chủ, Ứng dụng, Mạng, Cơ chế an ninh, và các phần
tử khác của hệ thống có thể ảo hóa trong môi trường công nghiệp máy tính.
Amazon đóng một vai trò then chốt trong việc phát triển Điện Toán Đám Mây bằng
cách cách tân các trung tâm dữ liệu của họ sau dot-com bubble. Họ cũng như hầu
hết các mạng máy tính khác, chỉ sử dụng khoản 10% sức chứa thực của mình, và họ
đã nhận ra sự lãng phí khổng lồ tiềm ẩn phía trong quần thể máy chủ của họ. Việc
nghiên cứu và tìm ra kiến trúc đám mây đóng một vai trò đầy ý nghĩa, giúp hệ thống
của họ có thể thêm bớt các chức năng dể dàng và nhanh chóng hơn mô hình cũ. Từ
2005, họ bắt đầu cung cấp hệ thống của mình thông qua Amazon Web Service, là
một hình thức của tính toán tiện ích. Sự hình thành của Amazon Web Service là một
dấu nhấn huyền thoại trong việc đơn giản hóa kỹ thuật phân tán dịch vụ.
Năm 2007, Google, IBM và một số trường Đại học triển khai dự án nghiên cứu về
Điện Toán Đám Mây trên diện rộng. Giữa năm 2008, Gartner thấy một cơ hội tiềm
ẩn trong Điện Toán Đám Mây, "thành hình các mối quan hệ giữa người dùng dịch
vụ IT và những người bán chúng", và nhận ra "Tổ chức đang chuyển hướng từ phần
cứng và phần mềm của công ty thành mô hình hướng cơ sở dịch vụ", cho nên
"chuyển hướng sang Điện Toán Đám Mây… sẽ có tác động lớn đến sự phát triển
sản phẩm IT trong một số lĩnh vực và suy giảm đáng kể trong một số lĩnh vực
khác".
3. Mục tiêu cần đạt
Nhằm tìm hiểu và góp phần vào việc phát triển ứng dụng công nghệ Điện Toán
Đám Mây vào thực tiễn, đề tài được thực hiện với một số mục tiêu:
ü Tìm hiểu về công nghệ ĐTĐM hiện nay để có một bức tranh tổng quan về
công nghệ, các vấn đề, các hướng giải quyết chủ yếu của nó nhằm làm tiền

đề tham khảo cho việc ứng dụng phát triển công nghệ Cloud trong tương lai.
ü Tìm hiểu mô hình, kiến trúc, môi trường, cách thức lập trình và phát triển
ứng dụng trên nền tảng điện toán đám mây Eucalyptus.

SVTH: Huỳnh Quốc Thái

GV: Ths. Phan Thượng Cang

4


Điện toán đám mây và Bài toán xếp lịch biểu với Giải thuật di truyền
ü Xây dựng một đám mây cá nhân và cài đặt một số dịch vụ cơ bản trên đám
mây.
ü Xây dựng ứng dụng và dịch vụ trên đám mây: Giải bài toán xếp lịch bằng
giải thuật di truyền.
4. Phạm vi đề tài
4.1. Phần lý thuyết
ü Nghiên cứu về các thành phần, kiến trúc, của một đám mây.
ü Xu hướng tiếp hóa của công nghiệp máy tính.
ü Các đòi hỏi cho một kiến trúc đám mây.
ü Nghiên cứu bài toán xếp lịch và giải thuật di truyền.
4.2. Phần ứng dụng
ü Nghiên cứu về cách thức và quy trình xây dựng một đám mây, các dịch vụ
ứng dụng trên nó.
ü Triển khai đám mây và các dịch vụ trên nó.
ü Xây dựng ứng dụng cụ thể trên điện toán đám mây: xếp lịch biểu với giải
thuật di truyền cho trường Đại học theo học chế tín chỉ.
Đây là một đề tài lớn cần có sự phối hợp giữa các thành viên trong nhóm. Nội dung
công việc được phân thành những phân hệ cụ thể như sau:

Mã
phân
hệ

Tên phân
hệ

Mô tả

Người thực Thời
hiện
lượng

Tìm hiểu, thu thập, nghiên cứu và
phân tích nội dung các tài liệu về
điện toán đám mây.
PH00

Nghiên cứu
công nghệ
điện toán
đám mây

Định hướng và lựa chọn cơ sở hạ
tầng, platform, phần mềm nguồn mở
cần thiết để thiết lập một đám mây
cục bộ.

Cả nhóm

03
tháng

Xác định các tính chất và khảo sát
hiệu năng của hệ thống đám mây cục
bộ đã thiết lập.

SVTH: Huỳnh Quốc Thái

GV: Ths. Phan Thượng Cang

5


Điện toán đám mây và Bài toán xếp lịch biểu với Giải thuật di truyền
Tìm hiểu, phân tích, thiết kế một mô
hình đám mây tổng quan phù hợp với
điều kiện vật chất của khoa.
PH01

PH02

Xây dựng
đám mây
cục bộ

Xây dựng
dịch vụ
thông tin

đám mây
cho bài toán
xếp lịch

Cài đặt và cấu hình một số dịch vụ
đám mây.
Triển khai ứng dụng trên điện toán
đám mây để minh chứng tính hiệu
quả của mô hình phát triển ứng dụng
trên điện toán đám mây.
Phân tích thiết kế hệ thống thông tin
cho quản lý đào tạo của một trường
Đại học theo quy chế tín chỉ.
Phân tích, thiết kế và xây dựng các
dịch vụ thông tin đám mây.

Nguyễn
Minh
Hùng

Huỳnh
Quốc
Thái

02
tháng

02
tháng

Triển khai các dịch vụ thông tin lên
đám mây.
Tìm hiểu phân tích bài toán xếp lịch
với giải thuật di truyền.
Lập trình giải thuật di truyền.

PH03

Xây dựng
dịch vụ đám
mây lập lịch
biểu với giải
thuật di
truyền

Thiết kế và xây dựng dịch vụ đám
mây lập lịch biểu với giải thuật di
truyền mà bên trong nó các thể hiện
có khả năng chạy song song trên đám
mây.
Xây dựng bộ cân bằng tải cho bài
toán.

Trương
Cao
Hồng

02
tháng

Vận

Kiểm thử hệ thống và thống kê, đánh
giá hiệu suất của bài toán được triển
khai trên mây.

5. Phương pháp nghiên cứu và hướng giải quyết
5.1. Làm việc theo nhóm
Phân chia thời gian, công việc hợp lý trong quá trình làm luận văn. Lên kế hoạch và
báo cáo tiến độ làm việc của các thành viên trong nhóm, từ đó xem xét và điều
chỉnh tiến độ cho phù hợp.

SVTH: Huỳnh Quốc Thái

GV: Ths. Phan Thượng Cang

6


Điện toán đám mây và Bài toán xếp lịch biểu với Giải thuật di truyền
Trong quá trình làm việc có sự giúp đỡ lẫn nhau giữa các thành viên trong nhóm,
đồng thời tranh thủ sự quan tâm giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn.
5.2. Đối với phân hệ PH00
Được sự hổ trợ về mặt cơ sở hạ tầng của khoa, chúng tôi đã được cấp 06 máy tính
để bàn với cấu hình sau:
§ CPU: Intel Core 2 Duo E8400 3.00 Ghz (Virtualization supported)
§ RAM: 2 x 1GB
§ HDD: 160 GB
§ LAN: 100 Mbps
Cùng với 02 laptop, chúng tôi đã phân chia nguồn tài nguyên này như sau:

§ 01 máy để bàn dùng làm bộ điều khiển đám mây (cloud controller).
§ 04 máy để bàn dùng làm các nút của đám mây (cloud node).
§ 01 máy để bàn và 02 laptop dùng làm máy phát triển phần mềm, trong đó
máy để bàn này còn làm máy chủ proxy, phối hợp với USB 3G (trả tiền thuê
bao ngày, 12000/ngày) kết để nối ra mạng Internet.
Giai đoạn này chúng tôi đã nghiên cứu cách thức để đưa một ứng dụng lên platform
của Google và đã deploy thành công ứng dụng nhỏ trên Google AppEngine. Tuy
nhiên, việc sử dụng các API của hãng này không giúp nhóm chúng tôi hiểu được
bản chất bên trong của đám mây, nên chúng tôi đã bỏ nhiều thời gian để nghiên cứu
cách thức tạo một cơ sở hạ tầng và platform không phụ thuộc vào platform của
Google. Sau 03 tháng để nghiên cứu và tìm hiểu, chúng tôi đã xây dựng được đám
mây trên 03 platform khác nhau: Eucalyptus, OpenNebula và XenCloud. Cuối cùng,
Eucalyptus đã được chọn làm platform chính thức của luận văn bởi tính tương thích
với dịch vụ EC2 và S3 của Amazon là cao nhất.
5.3. Đối với phân hệ PH01
Trong phân hệ này, Tôi đã nghiên cứu và phân tích các mô hình đám mây phổ biến
hiện nay như: Amazon EC2, Google App, Salesforce, UEC. Để từ đó chọn ra mô
hình đám mây phù hợp với điều kiện thực tế và xây dựng nó.
Sau khi việc xây dựng đám mây, Tôi thảo luận với Thầy hướng dẫn và các thành
viên khác trong nhóm về các thành phần dịch vụ sẽ triển khai trên đám mây. Từ đó
cấu hình đám mây với những dịch vụ đã phân tích.
SVTH: Huỳnh Quốc Thái

GV: Ths. Phan Thượng Cang

7


Điện toán đám mây và Bài toán xếp lịch biểu với Giải thuật di truyền
Để chứng minh tính hiệu quả của điện toán mây, Tôi đã thảo luận với Thầy hướng

dẫn và các thành viên nhóm đồng thời đưa ra một số ứng dụng cụ thể để chứng
minh tính hiệu quả đó như: ứng dụng biên tập video, ứng dụng diệt virus trực tuyến,
ứng dụng xếp lịch biểu, ứng dụng quản lý trường học, ứng dụng khai thác thông tin
internet…
Xếp lịch biểu là một trong những vấn đề nan giải, cấp thiết hiện nay, bài toán này
không những phức tạp về giải thuật mà còn đòi hỏi khả năng tính toán khổng lồ và
không gian bộ nhớ làm việc lớn. Việc xây dựng ứng dụng xếp lịch biểu trên điện
toám đám mây là ý tưởng đột phá mang tính thực tế cao. Do đó Tôi và nhóm thực
hiện đề tài đã quyết định xây dựng ứng dụng xếp lịch biểu triển khai trên điện toán
đám mây để chứng minh tính hiệu quả mà điện toán đám mây đem lại.
Hai phân hệ còn lại được thực hiện bởi hai thành viên còn lại của nhóm.
6. Bố cục của quyển luận văn
Nội dung của quyển luận văn được chia làm 04 chương và 01 phụ lục:
Chương 1: Giới thiệu tổng quan
Giới thiệu tổng quan về đề tài và sự cần thiết của việc nghiên cứu đề tài này,
đồng thời cũng nêu lên mục tiêu và hướng tiếp cận. Cuối cùng là nêu lên
tổng quan về nội dung của từng chương trong quyển luận văn này.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Trình bày các khái niệm chính trong đề tài, cụ thể là điện toán đám mây và
giải thuật di truyền. Chương này sẽ giải đáp các câu hỏi như điện toán đám
mây là gì, có những lợi ích và trở ngại gì khi sử dụng nó không, gồm có
những thành phần nào, có bao nhiêu dạng kiến trúc đám mây, quy trình xây
dựng một đám mây ra sao. Đồng thời còn đưa ra một cái nhìn tổng quát về
giải thuật di truyền như nó dùng để làm gì, có cơ chế hoạt động như thế nào
và các bước để giải một bài toán theo giải thuật di truyền ra sao.
Chương 3: Nội dung và kết quả nghiên cứu .
Trong chương này tôi trình bày các nội dung cũng như kết quả mà tôi đã
nghiên cứu về diện toán đám mây bao gồm tìm hiểu, phân tích, thiết kế một
mô hình đám mây tổng quan phù hợp với điều kiện vật chất của khoa, cài đặt
và cấu hình một số dịch vụ đám mây, triển khai ứng dụng trên điện toán đám

SVTH: Huỳnh Quốc Thái

GV: Ths. Phan Thượng Cang

8


Điện toán đám mây và Bài toán xếp lịch biểu với Giải thuật di truyền
mây để minh chứng tính hiệu quả của mô hình phát triển ứng dụng trên điện
toán đám mây.
Chương 4: Kết quả và hướng phát triển
Tổng kết những kết quả đạt được và những mặt hạn chế của đề tài, đồng thời
định hướng phát triển hệ thống trong tương lai.
Phụ lục: Demo hệ thống đám mây với bài toán xếp lịch.

SVTH: Huỳnh Quốc Thái

GV: Ths. Phan Thượng Cang

9