(Luận văn thạc sĩ ) mô hình toán học biểu diễn thuật toán cân bằng tải trên điện toán đám mây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
------------------------------------------------

Nguyễn Thị Thanh Thúy

MÔ HÌNH TOÁN HỌC BIỂU DIỄN THUẬT
TOÁN CÂN BẰNG TẢI TRÊN ĐIỆN TOÁN
ĐÁM MÂY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

TP. Hồ Chí Minh, năm 2020


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
------------------------------------------------

Nguyễn Thị Thanh Thúy

MÔ HÌNH TOÁN HỌC BIỂU DIỄN THUẬT
TOÁN CÂN BẰNG TẢI TRÊN ĐIỆN TOÁN
ĐÁM MÂY

Chuyên ngành :
Khoa học máy tính
Mã số chuyên ngành: 60480101
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Người hướng dẫn khoa học

PGS.TS Trần Công Hùng
TP. Hồ Chí Minh, năm 2020


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan rằng luận văn: “Mô hình toán học biểu diễn thuật toán cân bằng
tải trên điện toán đám mây” là công trình nghiên cứu của chính tôi.
Ngoại trừ những tài liệu tham khảo được trích dẫn trong luận văn này, Tôi
cam đoan rằng toàn phần hay những phần nhỏ của luận văn này chưa từng được
công bố hoặc được sử dụng để nhận bằng cấp ở những nơi khác.
Không có sản phẩm/nghiên cứu nào của người khác được sử dụng trong luận
văn này mà không được trích dẫn theo đúng quy định.
Luận văn này chưa bao giờ được nộp để nhận bất kỳ bằng cấp nào tại các
trường đại học hoặc cơ sở đào tạo khác.
Tp Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 01 năm 2020

Học viên thực hiện luận văn

Nguyễn Thị Thanh Thúy


ii

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu thực hiện luận văn, ngoài nỗ lực
của bản thân, tôi đã nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình quý báu của quý Thầy Cô,
cùng với sự động viên và ủng hộ của gia đình, bạn bè và đồng nghiệp. Với lòng
kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới:

Ban Giám hiệu, Phòng đào tạo sau đại học và quý Thầy Cô Khoa công nghệ
thông tin, trường Đại học Mở thành phố Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện thuận
lợi giúp tôi hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS Trần Công Hùng, người thầy kính
yêu đã hết lòng giúp đỡ, hướng dẫn, động viên, tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá
trình thực hiện và hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp trong cơ quan đã
động viên, hỗ trợ tôi trong lúc khó khăn để tôi có thể học tập và hoàn thành luận
văn.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, nỗ lực, nhưng do thời gian và kinh nghiệm
nghiên cứu khoa học còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất
mong nhận được sự góp ý của quý Thầy Cô cùng bạn bè đồng nghiệp để kiến thức
của tôi ngày một hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!


iii

TÓM TẮT
Điện toán đám mây làm cho ngành công nghệ thông tin thay đổi và phát triển
vượt bậc. Nó là một tiện ích giúp phần cứng và phần mềm trở nên hấp dẫn hơn như
một dịch vụ. Nó cũng là giải pháp cho doanh nghiệp khi muốn tiết kiệm chi phí mà
chất lượng dịch vụ vẫn được đảm bảo. Một trong những vấn đề giúp cho điện toán
đám mây thành công chính là kỹ thuật cân bằng tải, năng động trong các thuật toán
cân bằng tải sao cho giảm thiểu được thời gian, tiền bạc, mà vẫn hiệu quả công viêc
là hết sức cần thiết.
Cân bằng tải là chúng ta nghĩ ngay đến làm thế nào để phân phối các nhiệm vụ
giữa các nút một cách công bằng, tận dụng hiệu quả tài nguyên để tránh gây lãng
phí. Nhằm nghiên cứu vấn đề này luận văn “Mô hình toán học biểu diễn thuật
toán cân bằng tải trên điện toán đám mây” tập trung nghiên cứu kỹ thuật cân bằng

tải để phân bổ tác vụ cần xử lý đến nguồn tài nguyên sao cho lợi ích nhất . Kỹ
thuật này cần môi trường có thể mô phỏng các thành phần của đám mây như
Broker, Datacenter, Máy ảo, Cloudlets…Do đó Cloud Analyst là công cụ mà luận
văn dùng để mô phỏng. Chúng ta có thể đánh giá, phân tích và đưa ra các hạn chế
cũng như ưu điểm của thuật toán từ đó có thể đề xuất cải tiến cho thuật toán trong
tương lai.


iv

ABSTRACT

Cloud computing makes the information technology industry change and
boom. It is a utility that makes hardware and software more attractive as a service. It
is also a solution for businessmen who want to save costs while ensuring the quality
of service. One of the issues that make cloud computing successful is the dynamic
load balancing techniques in load balancing algorithms to minimize time and
money, while still having the job efficiency, necessary.
Load balancing means that we immediately think about how to distribute tasks
between nodes fairly, efficiently leveraging resources to avoid wasting. In order to
study this problem, the dissertation "Mathematical model of performing load
balancing algorithm on cloud computing " focuses on load balancing techniques to
allocate the task to be handled to resources in a way that benefits. Most useful, this
technique requires an environment that can simulate cloud components such as
Broker, Datacenter, Virtual Machine, Cloudlets, etc. Therefore, Cloud Analyst is
the tool that the dissertation uses to simulate. We can evaluate, analyze and
introduce limitations as well as advantages of the algorithm from which we can
propose improvements to the algorithm in the future.

v

MỤC LỤC
Lời cam đoan ..............................................................................................................i
Lời cảm ơn .................................................................................................................ii
Tóm tắt ..................................................................................................................... iii
Mục lục ....................................................................................................................... v
Danh mục hình và đồ thị ...................................................................................... viii
Danh mục bảng .......................................................................................................... x
Danh mục viết tắt .....................................................................................................xi
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ...................................................................................... 1
1.1 Cơ sở hình thành luận văn .....................................................................................1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu ..............................................................................................3
1.3 Câu hỏi nghiên cứu ...............................................................................................4
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .........................................................................4
1.5 Phương pháp nghiên cứu.......................................................................................4
1.6 Ý nghĩa nghiên cứu ...............................................................................................5
1.7 Kết cấu luận văn ....................................................................................................6
1.8 Kết luận chương 1 .................................................................................................6
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ............................................ 7
2.1 Tổng quan về điện toán đám mây .........................................................................7
2.2 Tổng quan về cân bằng tải trong điện toán đám mây. ........................................14


vi

2.3 Bộ công cụ mô phỏng thuật toán cân bằng tải Cloud Analyst [12] ....................18
2.3.1 Các thành phần chính của Cloud Analyst ............................................................. 18
2.3.2 Ưu điểm của công cụ Cloud Analyst ..................................................................... 26
2.4 Kết luận chương 2 ...............................................................................................27

CHƯƠNG 3: CÁC THUẬT TOÁN TIÊU BIỂU VÀ CÔNG TRÌNH LIÊN
QUAN ĐẾN CÂN BẰNG TẢI ............................................................................... 28
3.1 Các thuật toán tiêu biểu .......................................................................................28
3.1.1 Thuật toán Round-Robin ........................................................................................... 28
3.1.2 Thuật toán Weighted Round-Robin ....................................................................... 29
3.1.3 Thuật toán Active Monitoring Load Balancer .................................................... 30
3.1.4 Thuật toán Throttled ................................................................................................... 31
3.2 Các công trình liên quan đến cân bằng tải gần đây .............................................34
3.3 Kết luận chương 3 ...............................................................................................41
CHƯƠNG 4: THUẬT TOÁN ĐỀ XUẤT ITA VÀ MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ
KẾT QUẢ. ............................................................................................................... 42
4.1 Thuật toán đề xuất ITA .......................................................................................42
4.1.1 Giới thiệu chung .......................................................................................................... 42
4.1.2 Thuật toán Throttled cải tiến (ITA) trong cân bằng tải ..................................... 42
4.1.2.1 Mô hình nghiên cứu ........................................................................................ 42
4.1.2.2 Sơ đồ thuật toán Throttled cải tiến (ITA) .................................................. 44
4.1.2.3 Đánh giá thuật toán ITA................................................................................. 47


vii

4.2 Mô phỏng chương trình và đánh giá kết quả của thuật toán ITA .......................47
4.2.1 Giới thiệu chung .......................................................................................................... 47
4.2.2 Môi trường mô phỏng thực nghiệm ....................................................................... 47
4.2.3 Thực nghiệm và kết quả đạt được........................................................................... 51
4.3 Kết luận chương 4 ...............................................................................................58
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN ...................................................................................... 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 61

viii

DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Tính cấp thiết của cân bằng tải trong điện toán đám mây ...........................3
Hình 2.1 Cloud Computing ........................................................................................9
Hình 2.2 Cấu trúc ba mô hình dịch vụ cơ bản của điện toán đám mây ....................11
Hình 2.3 Máy ảo và trình giám sát máy ảo ..............................................................13
Hình 2.4 Phân loại thuật toán cân bằng tải trong Cloud Computing ........................16
Hình 2.5 Trình mô phỏng Cloud Analyst .................................................................18
Hình 2.6 Thành phần chính của Cloud Analyst ........................................................19
Hình 2.7 Mô tả một data center .................................................................................23
Hình 2.8 Sơ đồ thiết kế các lớp của CloudSim .........................................................26
Hình 3.1 Sơ đồ hoạt động nguyên lý của thuật toán Throttled .................................33
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thuật toán TMA .......................................39
Hình 3.3 Thuật toán lập lịch Max-Min cải tiến.........................................................40
Hình 4.1 Sơ đồ thuật toán ITA ..................................................................................44
Hình 4.2 Nguyên lý hoạt động của thuật toán ITA ...................................................45
Hình 4 3 Thông số cấu hình Datacenter và máy ảo ..................................................51
Hình 4.4 Cấu hình và chi phí Datacenter ..................................................................51
Hình 4.5 Chi tiết cấu hình vật lý host của Datacenter...............................................51
Hình 4.6 Thông số cấu hình Cơ sở người dùng (2UB) .............................................52
Hình 4.7 Biểu đồ so sánh ITA với các thuật toán khác trường hợp 1......................52


ix

Hình 4.8 Thông số cấu hình trường hợp 2 ................................................................53
Hình 4.9 Biểu đồ so sánh ITA với các thuật toán khác trường hợp 2......................54
Hình 4.10 Thông số cấu hình trường hợp 3 ..............................................................55
Hình 4.11 Biểu đồ so sánh ITA với các thuật toán khác trường hợp 3....................55

Hình 4.12 Thông số cấu hình 2 Datacenter và các máy ảo .......................................56
Hình 4.13 Cấu hình và chi phí của các Datacenter ...................................................56
Hình 4.14 Chi tiết cấu hình vật lý host của Datacenter1...........................................56
Hình 4.15 Chi tiết cấu hình vật lý host của Datacenter2...........................................56
Hình 4.16 Thông số cấu hình Cơ sở người dùng (5 UB) ..........................................57
Hình 4.17 Biểu đồ so sánh ITA với các thuật toán khác trường hợp 4.....................57


x

DANH MỤC BẢNG
Bảng 4.1 Cấu hình thông số các Request ..................................................................51
Bảng 4.2 Kết quả trường hợp 1 .................................................................................52
Bảng 4.3 Kết quả trường hợp 2 .................................................................................53
Bảng 4.4 Kết quả trường hợp 3 .................................................................................55
Bảng 4.5 Kết quả trường hợp 4 .................................................................................57


xi

DANH MỤC VIẾT TẮT
VIẾT TẮT

TIẾNG ANH

TIẾNG VIỆT

CPU

Central Processing Unit

Bộ xử lý trung tâm

DC

Data Center

Trung tâm dữ liệu

DCC

Data Center controller

Bộ điều khiển trung tâm

IaaS

Infrastructure as a service

Cơ sở hạ tầng như một dịch vụ

ITA

MIPS

Improved Throttled

Thuật toán cải tiến của Throttled

Algorithm

Millions

Instructions

Second

per

Triệu chỉ thị trên giây

PaaS

Platform as a service

Nền tảng như là một Dịch vụ

RAM

Random Access Memor

Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên

SaaS

Software as a service

Phần mềm như là một Dịch vụ

TMA

Throttled Modified
Algorithm

Thuật toán sửa đổi của Throttled

VM

Virtual Machine

Máy ảo

VMLB

VmLoadBalancer

Cân bằng tải máy ảo

VMM

Virtual Machine Monitor

trình quản lý máy ảo và
Hypervisor


1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 Cơ sở hình thành luận văn
Trong cách mạng kỹ thuật và công nghệ, ngành Công nghệ thông tin non trẻ

đóng vai trò quan trọng, mặc dù nó ra đời muộn nhưng phát triển cực kì nhanh
chóng, hiện nay nước ta đang đầu tư, định hướng và phát triển để nó trở thành nền
kinh tế mũi nhọn của quốc gia, nhiều tổ chức, doanh nghiệp, cá nhân ứng dụng công
nghệ thông tin vào sản xuất, kinh doanh và quản lí, Nhà nước cũng ngày càng kiện
toàn cho ngành non trẻ này một môi trường pháp lí bằng cách ra các luật và nghị
định, nhờ vậy mà các công ty, cơ quan các cấp thu được những thành quả cao. Khó
khăn đặt ra cho các doanh nghiệp là làm sao quản lí cho hiệu quả, làm sao để thời
gian giảm thiểu, giảm chi phí nhưng vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ vẫn tốt.
Không những vậy hiệu quả kinh tế vẫn cao và do đó giải pháp hiệu quả chính là tài
nguyên được đưa ra dùng chung thông qua mạng toàn cầu thông tin là internet. Điện
toán đám mây (Cloud Computing) tập trung vào điện toán doanh nghiệp, việc áp
dụng bởi các tổ chức tài chính, tổ chức y tế, và tổ chức công nghiệp v.v… có tác
động rất lớn đến nền kinh tế. Cloud computing được nghiên cứu bởi công ty
Amazon một công ty thương mại điện tử phát triển trên rất nhiều nước nó phát triển
và triển khai vào tháng 06/2007. Tiếp theo đó là nhiều công ty cung cấp dịch vụ này
cũng tham gia. Điện toán đám mây được thúc đẩy nhanh bởi các công ty, tập đoàn
lớn về công nghệ thông tin, nơi đa số phát triển các dự án, những công nghệ mới và
tất nhiên các công ty này sẽ thu về nguồn lợi lớn làm cho nó rất sôi động và phát
triển mạnh như Google, Microsoft…
Cloud Computing cho phép sử dụng theo yêu cầu tài nguyên máy tính trả tiền
theo cách bạn sử dụng vấn đề cho các nhà cung cấp dịch vụ đám mây là sự cân bằng
giữa lượng tiêu thụ năng lượng khổng lồ do hiệu quả không tối ưu sử dụng máy chủ
của họ và đáp ứng mức thỏa thuận dịch vụ. Công nghệ ảo hóa cho phép sử dụng tốt
hơn các máy chủ hiện có trong khi vẫn duy trì chất lượng dịch vụ được yêu cầu,


2

nhằm làm tăng lợi tức đầu tư. Điện toán đám mây được xây dựng với cùng thông số
kỹ thuật bởi một số lượng lớn máy chủ. Khi đám mây mở rộng và kết nối với các

đám mây khác, các loại máy chủ sẽ thay đổi. Môi trường điện toán của điện toán
đám mây sở hữu các tính năng không đồng nhất. Khi người dùng Cloud càng nhiều
thì các dịch vụ yêu cầu cũng sẽ tăng theo nhanh chóng. Việc lựa chọn đám mây hay
mở rộng đám mây còn tùy thuộc vào yêu cầu của người dùng hay khả năng của các
doanh nghiệp.
Cloud là một phép ẩn dụ được sử dụng cho internet. Đám mây điện toán đề
cập đến việc phân phối nhóm tài nguyên giữa những người dùng thông qua internet
theo yêu cầu sử dụng. Công nghệ này hoạt động dựa trên cơ sở sử dụng mà người
dùng phải trả tiền cho các dịch vụ mà họ đã thuê, mục đích để giảm chi phí. Điện
toán đám mây hoặc viết tắt đơn giản chỉ là "đám mây", cũng tập trung vào việc tối
đa hóa hiệu quả của các tài nguyên được chia sẻ. Tài nguyên đám mây được phân
bổ động cho người dùng theo yêu cầu. Điều này giúp tăng sức mạnh tính toán và
giảm tổng chi phí tài nguyên.
Hiện nay, Việc sử dụng internet trên toàn thế giới với lượng người dùng ngày
càng tăng cao theo khảo sát chỉ ra của We are Social quý I năm 2019 là 4.388 tỷ
chiếm 57% dân số [1]. Nếu số lượng người sử dụng đám mây tăng lên nhanh chóng
thì tắc nghẽn tại những nút cổ chai. Để đạt được sự cân bằng tải của các trung tâm
dữ liệu đám mây, cần phải chọn máy chủ vật lý tối ưu hiệu quả trong quá trình triển
khai các tác vụ. Hầu hết các công việc hiện tại đã tập trung vào vấn đề làm thế nào
để đạt được sự cân bằng tải ngay lập tức trong một chu kỳ thuật toán trong đó các
phương pháp đề xuất có thể có được các chính sách triển khai nhiệm vụ tối ưu cho
hiện tại … Khi mất cân bằng tải hoặc xử lý các lỗi thì thường dẫn đến tắc nghẽn lúc
này phải cần đến quá trình xử lý của cân bằng tải. do tải không được cân bằng tại
các nút vậy làm sao để phân bổ và điều phối thích hợp tải tại tất cả các nút trong
đám mây là vấn đề đang được quan tâm. Do đó năng động trong các thuật toán là
cần thiết, luận văn chọn đề tài: “Mô hình toán học biểu diễn thuật toán cân bằng


3

tải trên điện toán đám mây” để đi sâu nghiên cứu các kỹ thuật cân bằng tải cụ thể
là nghiên cứu các thuật toán hiện nay như Round Robin, Throttled, và thuật toán
sửa đổi của Throttled từ các kết quả mà chúng ta mô phỏng để phân tích và đưa ra
hạn chế của thuật toán, đồng thời cải tiến thuật toán sửa đổi TMA để cải thiện các
thông số hệ thống như thời gian xử lý lượng dữ liệu hay thời gian đáp ứng và giảm
thiểu chi phí đám mây hiệu quả hơn. Điều này cũng đồng nghĩa với việc là cân bằng
tải đạt được hiệu suất tốt hơn.

Hình 1.1 Tính cấp thiết của cân bằng tải trong điện toán đám mây

1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu thuật toán cải tiến trong cân bằng tải nhằm mục đích đảm bảo thời
gian xử lí (Data Center Processing Time) và thời gian phản hồi (Overall Response
Time), giảm thiểu chi phí của đám mây (Datacenter cost) trong điện toán đám mây.


4

Khi các thông số này được giảm thiểu thì khả năng cân bằng tải của thuật toán càng
hiệu quả hơn.

1.3 Câu hỏi nghiên cứu
Trong luận văn nghiên cứu về điện toán đám mây là gì? Các mô hình triển
khai điện toán đám mây, cân bằng tải và các kỹ thuật cân bằng tải, chỉ ra các công
trình tiêu biểu và công trình liên quan nào về cân bằng tải được đã và đang được
nghiên cứu.
Các thông số nào ảnh hưởng đến cân bằng tải và làm cách nào để cải thiện
được các thông số này để nâng cao khả năng cân bằng tải của thuật toán?. Mô hình
thuật toán được xây dựng như thế nào? Và kết quả mô phỏng đạt được ra sao?

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Phân tích các thuật toán Round-Robin, Weighted Round-Robin, Active
Monitoring Load Balancer, Throttled, và các thuật toán liên quan phân tích tiêu chí
cân bằng tải điện toán đám mây. Phạm vi tập trung nghiên cứu các thuật toán cải
tiến cân bằng tải đã có của Throttled để tìm ra những nhược điểm còn tồn tại và tìm
ra hướng cải tiến.

1.5 Phương pháp nghiên cứu
 Tìm hiểu các tài liệu trên các website, sách khoa học, các bài báo khoa học
uy tín liên về điện toán đám mây, về cân bằng tải, về các kỹ thuật cân bằng
tải, và công cụ mô phỏng hiệu quả của đám mây.
 Tìm hiểu mô hình và sơ đồ các thuật toán Phân tích ưu và nhược điểm các kỹ
thuật của các thuật toán kinh điển.
 Tìm hiểu mô hình và sơ đồ các thuật toán cân bằng tải của các công trình liên
quan gần đây nhất như: Thuật toán Throttled nâng cao, thuật toán cải tiến lập
lịch Max-Min (Improved Max-Min Scheduling Algorithm) trên đám
mây…Phân tích ưu và nhược điểm các kỹ thuật của các thuật toán liên quan
đó.


5

 Tìm hiểu mô hình và sơ đồ các thuật toán thuật toán Throttled Modified
Algorithm (TMA) từ đó đưa ra được ưu và nhược điểm của chúng để có
hướng cải tiến.
 Cài đặt các thuật toán kinh điển và TMA đã có trước đó để so sánh kết quả
với thuật toán mới.
 Cài đặt thuật toán Improved Throttled Algorithm (ITA) phân tích và đánh giá
ưu và nhược điểm của thuật toán này so với các thuật toán khác.

1.6 Ý nghĩa nghiên cứu
Tính mới
Thuật toán mới duy trì bảng chỉ mục về mức độ sử dụng của các máy ảo tìm
minUsage. Máy ảo nào có minUsage sẽ được datacenter chọn để phân bổ tác vụ
tiếp theo.
Tính khoa học
Nghiên cứu ưu nhược điểm của thuật toán đã có để phân tích từ đó đề xuất
được một thuật toán mới cải thiện được nhược điểm của thuật toán cũ đã biết.
Xây dựng mô hình thuật toán để thực hiện mô phỏng đánh giá kết quả đạt được
của thuật toán đó với những thuật toán cũ trước đó.
Tính thực tiễn của đề tài
Nghiên cứu thực hiện mô phỏng nhằm xác định thông số được cải thiện như
thời gian và chi phí của của đám mây để có thể vận dụng vào các trường hợp cụ
thể của yêu cầu thực tế. Thông số được cải thiện là thời gian phản hồi, thời gian
xử lý và chi phí của datacenter giúp cân bằng tải đạt hiệu quả tốt hơn nếu đưa
vào ứng dụng thực tiễn.


6

Lợi ích kinh tế
Thuật toán cải thiện đáng kể về chi phí datacenter do chi phí máy ảo và chi
phí truyền tải dữ liệu giảm, thời gian xử lý và thời gian phản hồi cũng giảm điều
này mang lại lợi ích cao cho các cá nhân cũng như các doanh nghiệp sử dụng
dịch vụ trên môi trường Cloud.

1.7 Kết cấu luận văn
Luận văn có kết cấu gồm 5 chương
Chương 1: Giới thiệu.
Chương 2: Cơ sở tổng quan nghiên cứu

Chương 3: Các thuật toán tiêu biểu và công trình liên quan đến cân
bằng tải
Chương 4: Thuật toán đề xuất ITA và mô phỏng đánh giá kết quả
Chương 5: Kết luận.
Cuối cùng là phần tài liệu tham khảo.

1.8 Kết luận chương 1
Chương này giúp chúng ta biết được cơ sở hình thành luận văn, mục tiêu, câu
hỏi, phạm vi, đối tượng nghiên cứu, Các phương pháp nghiên cứu sử dụng cho luận
văn, ý nghĩa của nghiên cứu và giới thiệu bố cục trình bày của luận văn.


7

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
2.1 Tổng quan về điện toán đám mây
Máy tính đang được chuyển đổi thành một mô hình truy cập dịch vụ của
người dùng dựa trên yêu cầu của họ cho dù bất kể chúng được lưu giữ ở đâu đi
chăng nữa. Một số mô hình tính toán đã ra đời hứa hẹn cung cấp các dịch vụ được
đề cập ở trên và điện toán đám mây là một trong số chúng [2].
Điện toán đám mây phục vụ các loại yêu cầu riêng biệt từ người dùng cuối
khác với điện toán lưới hoặc điện toán phân tán để giải quyết các vấn đề phức tạp
lớn với số lượng lớn máy tính. Vì vậy, điện toán đám mây yêu cầu phân loại các
yêu cầu và phân công các nhiệm vụ cho cùng một loại máy chủ lưu trữ. Lưu ý rằng
một tác vụ là một đơn vị cơ bản để xử lý, các dịch vụ đám mây được yêu cầu cho
những người dùng khác nhau với nhiều loại tác vụ khác nhau vào các thời điểm
khác nhau để các máy chủ đám mây phải được cấu hình động để đáp ứng các tác vụ
chuyển nhượng [3].
Điện toán đám mây với mô hình gồm 2 phần: Các computer, các host hay
các ứng dụng được cung cấp bởi đám mây gọi là back end, dữ liệu được lưu trữ

nhằm sinh ra đám mây dịch vụ, khách hàng hoặc doanh nghiệp muốn truy cập vào
đám mây phải có các ứng dụng, máy tính khách hoặc máy tính của công ty cần truy
cập, phương tiện này giúp người dùng làm việc được với hệ thống gọi là font end.
Hai thành phần này liên kết thông qua mạng thông tin toàn cầu [4].
Lợi ích của Điện toán đám mây [5]
Trong khi các mô hình khác như điện toán lưới, điện toán phân tán…thất bại
thì mô hình điện toán đám mây vẫn thành công nguyên nhân: Đây là mô hình hệ
thống thực tế, mô hình tiến bộ về công nghệ, tiện lợi cho người dùng và lợi thế về
tài chính.


8

Chi phí luôn thấp hơn
Các tài nguyên được sử dụng cho các dịch vụ này có thể được đo và người
dùng chỉ bị tính phí cho tài nguyên và thời gian mà họ sử dụng. Nhà cung cấp dịch
vụ đám mây sẽ duy trì một cơ sở hạ tầng lớn và đầy đủ nhằm hỗ trợ cho các dịch vụ
co giãn của người dùng đám mây. Khách hàng không phải tốn chi phí quá nhiều
vào đầu tư ban đầu lắp đặt, bảo trì vận hành hay nâng cấp chúng .
Tăng khả năng lưu trữ và tính linh hoạt cao
Điện toán đám mây sử dụng công nghệ internet để cung cấp các dịch vụ co
giãn, khả năng thu nhận động các tài nguyên điện toán khi khối lượng công việc của
doanh nghiệp thay đổi nó sẽ hỗ trợ sự thay đổi này bằng cách tăng hoặc giảm tài
nguyên cho phù hợp.
Dữ liệu được lưu trữ gần hơn với trang web nó không hề phụ thuộc vào vị trí
và được sử dụng trong các thiết bị. Cách lưu trữ này làm tăng độ tin cậy và bảo mật,
đồng thời cũng giảm được cả chi phí.
Khi điều kiện kinh doanh của các doanh nghiệp có biến động và sự thay đổi
nhanh chóng biến động liên tục yêu cầu tài nguyên cũng phải có sự thay đổi, co
giãn cho phù hợp thì công nghệ co giãn này của đám mây đáp ứng được điều đó nó

sử dụng các module được dựng sẵn lựa chọn triển khai nó cho hợp lý nhất.
Mô hình điện toán đám mây: Phần này trình bày theo tài liệu [6]
Hai mô hình của điện toán đám mây là mô hình triển khai và mô hình dịch vụ
Mô hình triển khai
Mô hình triển khai đám mây bao gồm một số loại đám mây dưới đây:


9

Đám mây riêng (Private Cloud): Đám mây được tạo ra cho một tổ chức, tổ
chức này sở hữu nó, những người sở hữu đám mây này có quyền truy cập vào tài
nguyên của nó, đám mây có thể được quản lý bởi một bên thứ 3 hoặc chính tổ chức
đó. Nó được xây dựng riêng cho các cơ quan, doanh nghiệp, đoàn thể để phục vụ
cho công việc đặc thù riêng do đó chỉ những người được cấp quyền mới được truy
cập vào do đó cơ chế bảo mật và an toàn dữ liệu tương đối cao hơn so với các đám
mây khác.

Delivery Models

Deployment model
Public cloud
Private cloud
Community cloud
Hybrid cloud

Software as a Service (SaaS)
Platform as a Service (PaaS)
Infrastructure as a Service (IaaS)
Database as a Service (DBaaS)

Infrastructure

Cloud
computing

Distributed
infrastructure
Resource virtualization
Autonomous systems

Defining attributes

Resources

Massive infrastructure
Utilty computing. Pay-perusage
Accessible via the Internet
Elasticity

Compute & storage
servers
Networks
Services
Applications

Hình 2.1 Cloud Computing [6]
Đám mây cộng đồng (Community Cloud): Là loại đám mây mà một số tổ
chức chia sẻ, đám mây hỗ trợ một số cộng đồng cụ thể có mối quan tâm chung (ví
dụ: chính sách tuân thủ, yêu cầu bảo mật).

10

Đám mây cộng cộng (Public Cloud): Là đám mây mà cơ sở hạ tầng được
cung cấp cho rộng rãi công chúng hoặc nhóm ngành công nghiệp lớn. Do số lượng
người dùng lớn, các tài nguyên lưu trữ, tài nguyên tính toán, các ứng dụng được
chia sẻ chung nên cơ sở hạ tầng của đám mây phải cao và linh hoạt để khách hàng
có thể tiếp cận được công nghệ nhưng vẫn hưởng được lợi nhuận về chi phí về chất
lượng dịch vụ.
Đám mây lai (Hybrid Cloud): Đám mây lai cơ sở hạ tầng là kết hợp hai hay
nhiều đám mây (riêng, cộng đồng, hay công cộng) các đám mây này có thể truyền
dữ liệu qua lại với nhau, trao đổi hoặc chia sẻ cơ sở hạ tầng với nhau.
Mô hình dịch vụ
Dịch vụ phần mềm hay (Software as a Service)
SaaS là viết tắt của Software as a Service. Cơ sở hạ tầng của nó chạy các ứng
dụng được cung cấp và phát triển bởi nhà cung cấp dịch vụ, hàng loạt các thiết bị di
động và cố định cho phép lượng khách hàng quy mô lớn có thể truy cập các dịch vụ
được cung cấp bởi các ứng dụng này ví dụ email dựa trên trình duyệt web, người
dùng các dịch vụ này không cần kiểm soát hay quản lý cơ sở hạ tầng như hệ điều
hành, mạng, máy chủ, lưu trữ mà chỉ cần quan tâm, lựa chọn dịch vụ phù hợp với
nhu cầu của mình và truy cập xử lý công việc qua mạng. Các nhà cung cấp dịch vụ
sẽ đảm bảo việc chạy và ổn định của các ứng dụng.
Các dịch vụ được đề xuất: Các dịch vụ doanh nghiệp như: quản lý quy trình
làm việc cho nhóm, chuỗi cung ứng truyền thông, quản lý quan hệ khách hàng (CR)
chữ ký số, phần mềm máy tính để bàn và tìm kiếm. Các ứng dụng web như mạng xã
hội, blog, cổng thông tin.
Dịch vụ nền tảng hay (Platform as a Service)
PaaS là viết tắt của Platform as a Service. Dịch vụ này sẽ cung cấp và quản
lý khả năng triển khai, kiểm soát các ứng dụng và dịch vụ web trên internet một

11

cách sẵn sàng mà khách hàng mua hoặc tạo bằng các công cụ và ngôn ngữ lập trình
do nhà cung cấp đã hỗ trợ mà không cần tải hay cài đặt phần mềm tuy nhiên khách
hàng sẽ bị ràng buộc về mặt công nghệ và thiết kế.

Hình 2.2 Cấu trúc ba mô hình dịch vụ cơ bản của điện toán đám mây [6]
PaaS phát triển dựa trên nền tảng của dịch vụ IaaS, trong đó bao gồm: mạng,
máy chủ, hệ điều hành, lưu trữ… nhưng có bổ sung thêm thành phần OS,
Middleware để tạo môi trường tính toán. Google App Engine, Force.com của
Salesforce.com, Yahoo Pipes…là ví dụ điển hình của Paas. Paas không hữu ích khi
ứng dụng phải có khả năng di động khi phần cứng và phần mềm phải tùy chỉnh để
cải thiện hiệu suất ứng dụng và khi các ngôn ngữ độc quyền được ứng dụng.
Dịch vụ cơ sở hạ tầng hay (Infrastructure as a Service)


12

IaaS là viết tắt của Infrastructure as a Service. IaaS tập hợp các tài nguyên vật
lí như phần cứng máy chủ, hệ thống lưu trữ, thiết bị mạng. Chúng được chia sẻ và
cung cấp dưới dạng dịch vụ IaaS cho khách hàng. IaaS là tầng dưới cùng của Cloud
Computing, Người dùng có thể triển khai có quyền kiểm soát chạy phần mềm bao
gồm cả các ứng dụng và hệ điều hành. Các máy chủ web sẽ được cung cấp bởi dịch
vụ này, máy chủ lưu trữ, phần cứng máy tính, hệ điều hành ảo, cân bằng tải, băng
thông, truy cập internet. Ví dụ một số dịch vụ IaaS cung cấp như : IBM BlueHouse,
Microsoft Azure Platform, Vmware, Amazon EC2, Sun Parascale Cloud Storage…
Ngoài 3 mô hình trên thì điện toán đám mây còn có thêm một số dịch vụ khác như
Cơ sở dữ liệu như một dịch vụ hay (Database as a service)
DBaaS là viết tắt của Database as a service. Dbaas là một dịch vụ đám mây

nơi cơ sở dữ liệu vận hành trên cơ sở hạ tầng vật lý của nhà cung cấp dịch vụ. so
với kiến trúc lưu trữ và máy chủ vật lý tại chỗ, dịch vụ cơ sở dữ liệu đám mây cung
cấp các lợi thế khác biệt đảm bảo hiệu suất, thẩm định chuyên ngành, khả năng mở
rộng tức thời, công nghệ mới nhất. DbaaS cung cấp cơ sở dữ liệu trả tiền theo nhu
cầu, như MongoDB, Oracle, …
Công nghệ ảo hóa
Công nghệ cho phép chính của điện toán đám mây là ảo hóa. Phần mềm ảo
tách một thiết bị máy tính vật lý thành một hoặc nhiều thiết bị "ảo", mỗi thiết bị có
thể dễ dàng được sử dụng và quản lý để thực hiện các tác vụ tính toán. Với ảo hóa
cấp độ hệ điều hành, việc tạo ra một hệ thống khả năng mở rộng của nhiều thiết bị
tính toán độc lập, tài nguyên máy tính nhàn rỗi có thể được phân bổ và sử dụng hiệu
quả hơn. Ảo hóa cung cấp sự nhanh nhẹn cần thiết để tăng tốc hoạt động công nghệ
thông tin và giảm chi phí bằng cách tăng mức sử dụng cơ sở hạ tầng. Nhiều thành
phần như trung tâm dữ liệu, máy ảo và máy chủ được kết nối với nhau để tạo thành
một hệ thống điện toán đám mây. Ảo hóa là chuẩn bị và sử dụng phiên bản ảo của
bất kỳ thứ gì cho dù đó là phần cứng, phần mềm, bộ nhớ hoặc mạng.
Công nghệ ảo hóa ra đời cho phép nhiều máy ảo có thể chạy và dùng chung
tài nguyên trên cùng một máy chủ vật lý. Tài nguyên có thể là phần cứng, các phần