Nguyên lý sáng tạo ứng dụng trong điện toán đám mây và công nghệ ảo hóa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG
________________



BÁO CÁO THU HOẠCH MÔN HỌC
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN
HỌC

Đề tài:


Những nguyên lý sáng tạo ứng dụng
trong Điện toán đám mây và Công nghệ
ảo hóa




Giảng viên hướng dẫn: GS.TSKH. Hoàng Kiếm
Sinh viên thực hiện: Trần Trung
Mã số: CH0901059





TP. HCM, năm 2010

Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học
TRẦN TRUNG Trang 1

Lời nói đầu

Khoa học và công nghệ là đặc trưng của thời đại, nghiên cứu khoa học đã trở
thành hoạt động sôi nổi và rộng khắp trên phạm vi toàn cầu. các thành tựu của khoa học
hiện đại đã làm thay đổi bộ mặt thế giới. Khoa học và công nghệ đã trở thành động lực
thúc đẩy sự tiến bộ nhân loại. Cùng với nghiên cứu khoa học hiện đại, mọi người đang
chú ý đến phương pháp nhận thức khoa học, coi đó là nhân tố quan trọng để phát triển
khoa học.
Trong nội dung bài tiểu luận này, em xin trình bày khái quát hai xu hướng của
công nghệ thông tin hiện đại mà thế giới đang hướng đến sự hoàn thiện là điện toán đám
mây và công nghệ ảo hóa. Kèm theo đó, em xin nêu ra và phân tích, theo ý kiến chủ quan
của mình, những nguyên lý sáng tạo đã được ứng dụng trong hai xu hướng công nghệ
trên.
Chúng em xin chân thành cảm ơn GS. TSKH Hoàng Kiếm, giảng viên môn học
Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học, đã truyền đạt những kiến thức quý báu
về các phương pháp nghiên cứu trong khoa học máy tính cũng như những hướng nghiên
cứu chính trên thế giới hiện nay. Xin chân thành cảm ơn ban cố vấn học tập và ban quản
trị Chương trình đào tạo thạc sĩ Công nghệ thông tin qua mạng của Đại Học Quốc Gia
Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện về tài liệu tham khảo.

Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học
TRẦN TRUNG Trang 2

Phần I. Điện toán đám mây
I. Giới thiệu điện toán đám mây
I.1. Giới thiệu
Điện toán đám mây (Cloud Computing), còn gọi là điện toán máy chủ ảo, là mô
hình điện toán sử dụng các công nghệ máy tính và phát triển dựa vào mạng Internet.
Thuật ngữ "đám mây" ở đây là lối nói ẩn dụ chỉ mạng Internet (dựa vào cách được bố trí
của nó trong sơ đồ mạng máy tính) và như một liên tưởng về độ phức tạp của các cơ sở
hạ tầng chứa trong nó. Ở mô hình điện toán này, mọi khả năng liên quan đến công nghệ
thông tin đều được cung cấp dưới dạng các "dịch vụ", cho phép người sử dụng truy cập
các dịch vụ công nghệ từ một nhà cung cấp nào đó "trong đám mây" mà không cần phải
có các kiến thức, kinh nghiệm về công nghệ đó, cũng như không cần quan tâm đến các cơ
sở hạ tầng phục vụ công nghệ đó. Theo tổ chức Xã hội máy tính IEEE "Nó là hình mẫu
trong đó thông tin được lưu trữ thường trực tại các máy chủ trên Internet và chỉ được
được lưu trữ tạm thời ở các máy khách, bao gồm máy tính cá nhân, trung tâm giải trí,
máy tính trong doanh nghiệp, các phương tiện máy tính cầm tay, ...".
Điện toán đám mây là khái niệm tổng thể bao gồm cả các khái niệm như “phần
mềm dịch vụ”, “Web 2.0” và các vấn đề khác xuất hiện gần đây, các xu hướng công nghệ
nổi bật, trong đó đề tài chủ yếu của nó là vấn đề dựa vào Internet để đáp ứng những nhu
cầu điện toán của người dùng. Ví dụ, dịch vụ Google AppEngine cung cấp những ứng
dụng kinh doanh trực tuyến thông thường, có thể truy nhập từ một trình duyệt web, còn
các phần mềm và dữ liệu đều được lưu trữ trên các máy chủ.

Hình 1.1 Mô hình điện toán đám mây

Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học
TRẦN TRUNG Trang 3

I.2. Lịch sử
Thuật ngữ điện toán đám mây xuất hiện bắt nguồn từ ứng dụng điện toán lưới
(grid computing) trong thập niên 1980, tiếp theo là điện toán theo nhu cầu (utility
computing) và phần mềm dịch vụ (SaaS).
Điện toán lưới đặt trọng tâm vào việc di chuyển một tải công việc (workload) đến
địa điểm của các tài nguyên điện toán cần thiết để sử dụng. Một lưới là một nhóm máy
chủ mà trên đó nhiệm vụ lớn được chia thành những tác vụ nhỏ để chạy song song, được
xem là một máy chủ ảo.
Với điện toán đám mây, các tài nguyên điện toán như máy chủ có thể được định
hình động hoặc cắt nhỏ từ cơ sở hạ tầng phần cứng nền và trở nên sẵn sàng thực hiện
nhiệm vụ, hỗ trợ những môi trường không phải là điện toán lưới như Web ba lớp chạy
các ứng dụng truyền thống hay ứng dụng Web 2.0.
I.3. Đặc điểm
I.3.1 So sánh
Điện toán máy chủ ảo thường bị lẫn lộn với điện toán lưới, ("một dạng của điện
toán phân tán trong đó tồn tại một 'siêu máy tính ảo', là sự bao gồm một cụm mạng máy
tính, những máy tính liên kết mềm, hoạt động phối hợp để thực thi những tác vụ cực
lớn"), điện toán theo nhu cầu (utility computing) ("khối những tài nguyên máy tính, như
các bộ xử lý và bộ nhớ, trong vai trò một dịch vụ trắc lượng tương tự với các công trình
hạ tầng kỹ thuật truyền thống chẳng hạn như điện lực hay mạng điện thoại") và điện toán
tự trị (autonomic computing) ("những hệ thống máy tính có khả năng tự quản lý"). Thực
ra việc triển khai nhiều hệ thống điện toán máy đám mây ngày nay được trang bị hệ
thống lưới, có tính năng tự trị và được tiếp thị giống như những tiện ích, nhưng điện toán
đám mây có thể được nhìn nhận như một bước phát triển tự nhiên tiếp theo từ mô hình
lưới-theo nhu cầu. Nhiều kiến trúc đám mây thành công có cơ sở hạ tầng không quy tập
hay ít quy tập hay những hệ thống tiếp thị trong đó có mạng ngang hàng như BitTorrent
và Skype và điện toán tình nguyện như SETI@home.

I.3.2 Kiến trúc
Đại bộ phận hạ tầng cơ sở của điện toán đám mây hiện nay là sự kết hợp của
những dịch vụ đáng tin cậy được phân phối thông qua các trung tâm dữ liệu (data center)
được xây dựng trên những máy chủ với những cấp độ khác nhau của các công nghệ ảo
hóa. Những dịch vụ này có thể được truy cập từ bất kỳ đâu trên thế giới, trong đó Đám
mây là một điểm truy cập duy nhất cho tất cả các máy tính có nhu cầu của khách hàng.
Các dịch vụ thương mại cần đáp ứng yêu cầu chất lượng dịch vụ từ phía khách hàng và
thông thường đều đưa ra các mức thỏa thuận dịch vụ (Service level agreement). Các tiêu
Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học
TRẦN TRUNG Trang 4

chuẩn mở (Open standard) và phần mềm mã nguồn mở (open source software) cũng góp
phần phát triển điện toán máy chủ ảo.

Kiến trúc điện toán đám mây
I.3.3 Các đặc tính
Do các khách hàng nói chung không sở hữu hạ tầng cơ sở, họ chỉ đơn thuần truy
cập hoặc thuê, họ có thể không cần chi phí đầu tư và dùng các tài nguyên như một dịch
vụ, thay vào đó trả tiền cho nhu cầu sử dụng của mình. Nhiều dịch vụ điện toán đám mây
sử dụng mô hình điện toán theo nhu cầu, mô hình tương tự với cách các tiện ích theo nhu
cầu truyền thống như điện được tiêu thụ, trong khi một số khác tiếp thị dựa vào tiền đóng
trước. Bằng cách chia sẻ sức mạnh điện toán vô hình và có thể suy vong giữa những
người thuê bao, các mức độ tiện ích sẽ có thể được nâng cao, vì những máy chủ sẽ không
bị nhàn rỗi, và do đó sẽ giảm chi phí đáng kể trong khi tốc độ phát triển của ứng dụng
được gia tăng. Một khía cạnh hiệu quả của cách tiếp cận này là "năng lực máy tính được
gia tăng nhanh chóng" do các khách hàng không phải quan tâm thiết kế cho đột điểm tải.
Điện toán đám mây cần được "gia tăng băng thông rộng" để giúp nó có khả năng nhận
được thời gian phản hồi giống nhau từ hạ tầng cơ sở quy tập ở những vị trí khác.
Nhanh chóng cải thiện với người dùng có khả năng cung cấp sẵn các tài nguyên cơ
sở hạ tầng công nghệ một cách nhanh chóng và ít tốn kém.

Chi phí được giảm đáng kể và chi phí vốn đầu tư được chuyển sang hoạt động
chi tiêu. Điều này làm giảm rào cản cho việc tiếp nhận, chẳng hạn như cơ sở hạ tầng
được cung cấp bởi đối tác thứ 3 và không cần phải mua để dùng cho các tác vụ tính toán
thực hiện 1 lần hay chuyên sâu mà không thường xuyên. Việc định giá dựa trên cơ sở
tính toán theo nhu cầu thì tốt đối với những tùy chọn dựa trên việc sử dụng và các kỹ
năng IT được đòi hỏi tối thiểu (hay không được đòi hỏi) cho việc thực thi.
Sự độc lập giữa thiết bị và vị trí làm cho người dùng có thể truy cập hệ thống bằng
cách sử dụng trình duyệt web mà không quan tâm đến vị trí của họ hay thiết bị nào mà họ
Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học
TRẦN TRUNG Trang 5

đang dùng, ví dụ như PC, mobile. Vì cơ sở hạ tầng off-site (được cung cấp bởi đối tác thứ
3) và được truy cập thông qua Internet, do đó người dùng có thể kết nối từ bất kỳ nơi nào.
Việc cho thuê nhiều để có thể chia sẻ tài nguyên và chi phí giữa một phạm vi lớn
người dùng, cho phép:
Tập trung hóa cơ sở hạ tầng trong các lĩnh vực với chi phí thấp hơn (chẳng hạn
như bất động sản, điện, v.v.)
o Khả năng chịu tải nâng cao (người dùng không cần kỹ sư cho các mức tải cao
nhất có thể).
o Cải thiện việc sử dụng và hiệu quả cho các hệ thống mà thường chỉ 10-20%
được sử dụng.
Độ tin cậy cải thiện thông qua việc sử dụng các site có nhiều dư thừa, làm nó thích
hợp cho tính liên tục trong kinh doanh và khôi phục thất bại. Tuy nhiên, phần lớn các
dịch vụ của cloud computing có những lúc thiếu hụt và người giám đốc kinh doanh, IT
phải làm cho nó ít đi.
Tính co giãn linh động (“theo nhu cầu”) cung cấp tài nguyên trên một cơ sở mịn,
tự bản thân dịch vụ và gần thời gian thực, không cần người dùng phải có kỹ sư cho
chịu tải.
Hiệu suất hoạt động được quan sát và các kiến trúc nhất quán, kết nối lỏng lẽo
được cấu trúc dùng web service như giao tiếp hệ thống.

Việc bảo mật cải thiện nhờ vào tập trung hóa dữ liệu, các tài nguyên chú trọng bảo
mật, v.v… nhưng cũng nâng cao mối quan tâm về việc mất quyền điều khiển dữ liệu
nhạy cảm. Bảo mật thường thì tốt hay tốt hơn các hệ thống truyền thống, một phần bởi
các nhà cung cấp có thể dành nhiều nguồn lực cho việc giải quyết các vấn đề bảo mật mà
nhiều khách hàng không có đủ chi phí để thực hiện. Các nhà cung cấp sẽ ghi nhớ (log)
các truy cập, nhưng việc truy cập vào chính bản thân các audit log có thể khó khăn hay
không thể.
II. Sự phát triển của điện toán đám mây
II.1 Các công ty
Điện toán đám mây đang được phát động bới nhiều nhà cung cấp, trong đó có
Amazon, Google, DataSynapse, và Salesforse cũng như những nhà cung cấp truyền thống
như SunMicrosystems, HP, IBM, Intel và Microsoft. Nó đang được nhiều người dùng cá
nhân cho đến những công ty lớn như GeneralElectric, L’Oreal, Procter & Gample và
Valeo chấp nhận và sử dụng
Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học
TRẦN TRUNG Trang 6

II.2 Trung tâm điện toán
Có lẽ Amazon là nơi thương mại hóa các trung tâm điện toán đầu tiên mặc dù kỹ
thuật này đã được sử dụng từ lâu. Năm 2006, Amazon chào mời dịch vụ mang tên
Amazon Web Services (AWS). Bất kỳ ai có thẻ tín dụng cũng có thể vào đây thuê một
máy ảo trên hệ thống máy tính khổng lồ của Amazon để chạy ứng dụng. Các nhà điều
hành AWS có thể nhanh chóng bổ sung máy chủ khi nhu cầu tăng hay tắt bớt khi nhu cầu
giảm. Dịch vụ này có giá rất rẻ.
Amazon không phải là công ty trực tuyến duy nhất xây dựng các trung tâm điện
toán quy mô lớn. Google cũng đang điều hành một mạng lưới toàn cầu mấy chục trung
tâm điện toán với hơn 2 triệu máy tính. Người dùng thường ngày tìm kiếm thông tin trên
mạng internet thông qua Google Search chính là đang dùng dịch vụ điện toán đám mây
của Google. Microsoft đang đầu tư tiền tỷ để bổ sung chừng 35.000 máy chủ mỗi tháng.
Yahoo cũng đang bận rộn xây dựng các nhà máy điện toán kiểu như thế.

Như vậy, xu hướng sắp tới là các doanh nghiệp có trung tâm dữ liệu riêng lẻ sẽ
củng cố chúng theo hướng cắt giảm (vì các trung tâm loại này có hiệu năng rất thấp – chỉ
chừng 6% năng lực xử lý) tập trung vào một ít trung tâm thật sự có hiệu quả. Còn các
doanh nghiệp kinh doanh trung tâm dữ liệu sẽ phát triển mạnh, rồi cho doanh nghiệp bên
ngoài thuê. Trước mắt các doanh nghiệp vừa và nhỏ là khách hàng chính vì doanh nghiệp
lớn chưa chắc đã an tâm giao phó dữ liệu của mình cho người khác quản lý. Cũng có thể
họ sẽ chuyển giao dần dần các loại dữ liệu không quan trọng, ví dụ NASDAQ thuê AWS
để cung cấp dịch vụ tìm thông tin giao dịch cũ, gọi là Market Replay.
II.3 Phần mềm đám mây
Xu hướng phần mềm trở thành một dạng dịch vụ được cung cấp qua mạng Internet
ngày càng rõ nét. Quan trọng hơn, các ứng dụng, dù có qua mạng hay không, sẽ không
còn là một gói phần mềm ngày càng cồng kềnh – chúng sẽ bao gồm nhiều bộ phận cấu
thành để đáp ứng nhu cầu đa dạng của khách hàng.
Thuật ngữ đầu tiên được sử dụng cho xu hướng này là kiến trúc hướng dich vụ -
SOA (Service Oriented Architecture). SOA thoạt tiên xuất hiện trong các ứng dụng mã
nguồn mở nhưng sau đó các hãng lớn cũng chuyển sang hướng này vì các ứng dụng của
họ ngày càng cồng kềnh, không đáp ứng nổi sự linh hoạt mà khách hàng cần. Thay vì
cung ứng cho khách hàng những phần mềm chuyên biệt như quản lý tài chính hay quản
lý khách hàng, các nhà cung cấp dịch vụ giới thiệu các cụm phần mềm có thể kết hợp tùy
ý để làm ra loại phần mềm mới, ứng với nhu cầu của từng khách hàng. Sử dụng SOA các
doanh nghiệp có thể tích hợp hệ thống công nghệ thông tin ngày càng phức tạp bằng cách
biến chúng thành tập hợp các dịch vụ để đan xen chúng vào các quy trình kinh doanh.
Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học
TRẦN TRUNG Trang 7

Việc thương mại hóa SOA cho giới doanh nghiệp vẫn còn rất sơ khai nhưng
ngược lại, ứng dụng chạy trên web cho người tiêu dùng thì phát triển mạnh. Ví dụ, tận
dụng Google Map kết hợp với danh sách nhà bán, nhà cho thuê từ Craglist, người ta làm
ra Housingmaps.com, chuyên đáp ứng nhu cầu tìm nhà thuê, nhà bán nhanh chóng, có cả
bản đồ chi tiết. Hàng loạt dịch vụ kết hợp như thế đã ra đời, người dùng có thể tự mình

kết hợp các mô-đun lại với nhau để tạo ra ứng dụng cho mình như tin tức kèm hình ảnh,
âm thanh hay kết nối…. Hồi tháng 4-2008, Salesforce.com và Google tuyên bố tích hợp
dịch vụ online của họ, qua đó người dùng Salesforce (hỗ trợ quản lý khách hàng) có thể
chuyển dữ liệu qua các ứng dụng trên mạng của Google.
II.4 Thiết bị kết nối
Nếu các trung tâm dữ liệu và phần mềm ứng dụng là bản thân “đám mây”, các
thiết bị kết nối sẽ kéo chúng về thế giới thật nơi con người sẽ thông qua đó tương tác trở
lại với các “đám mây”. Sự ra đời của các thiết bị PDA, như điện thoại di động G1 của
Google hay trình duyệt Chrome là nhằm phục vụ cho mục đích kết nối đó. Xu hướng sản
xuất loại máy tính xách tay bé xíu – các netbook – cũng không nằm ngoài nỗ lực này.
Máy đầu cuối không cần mạnh, chỉ cần có tính di động cao và kết nối tốt. Quá trình tính
toán sẽ do đám mây đảm nhận.
III. Các nhánh của điện toán đám mây
III.1 Phần mềm hoạt động như dịch vụ (SaaS - Software as a Service) :
Với loại cloud computing này, một phần mềm sẽ được phân phối qua trình duyệt tới
hàng nghìn khách hàng. Về phía người sử dụng, SaaS đồng nghĩa với việc họ không cần
đầu tư tiền bạc cho máy chủ và bản quyền phần mềm. Còn đối với nhà cung cấp, ví dụ
như Salesforce.com, họ chỉ phải duy trì một ứng dụng chung cho nhiều đơn vị nên chi phí
rẻ hơn so với kiểu hosting truyền thống.
III.2 Điện toán theo yêu cầu (Utility Computing) :
Hình thức kinh doanh đã xuất hiện từ lâu này đang được thổi một luồng gió mới từ
Amazon.com, Sun, IBM và một số công ty cung cấp kho lưu và máy chủ ảo theo nhu cầu
khác. Hiện đa số doanh nghiệp coi utility computing như một giải pháp bổ sung, phục vụ
những công việc không mang tính trọng tâm. Nhưng về lâu dài nó sẽ thay thế một phần
trung tâm cơ sở dữ liệu.
III.2.1 Dịch vụ web (Web service) :
Liên quan mật thiết đến SaaS, web service cung cấp giao diện lập trình ứng dụng
(API - Application Programming Interface), như API của Google Maps, qua Internet để
các chuyên gia phát triển phần mềm có thể khai thác tính năng.
Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học

TRẦN TRUNG Trang 8

III.2.2 Nền tảng như một dịch vụ (PaaS – Platform as a Service) :
Đây cũng là một biến thể của SaaS nhưng mô hình cloud computing này mang đến
môi trường phát triển như một dịch vụ: bạn xây dựng ứng dụng chạy trên cơ sở hạ tầng
của nhà cung cấp và phân phối tới người dùng qua máy chủ của nhà cung cấp đó. Bạn sẽ
không hoàn toàn được tự do bởi bị ràng buộc về thiết kế và và công nghệ. Một số ví dụ
điển hình về PaaS là Force.com của Salesforce.com, Google App Engine, Yahoo Pipes…

III.2.3 Dịch vụ quản lý (MSP - Managed Service Provider) :
MSP - hình thức cloud computing lâu đời nhất - là ứng dụng chủ yếu dành cho
giới chuyên môn hơn là người dùng đầu cuối, chẳng hạn dịch vụ quét virus cho e-mail
hay chương trình quản lý desktop. Một số nhà cung cấp nổi tiếng là SecureWorks, IBM,
Verizon và Everdream.
III.2.4 Điện toán tích hợp (Internet integration) :
Quá trình kết hợp các "đám mây" xuất hiện trên Internet mới đang ở giai đoạn đầu.
Nhà cung cấp SaaS Workday gần đây đã sáp nhập vào một công ty khác trong cùng lĩnh
vực này là CapeClear. Mục tiêu của họ cũng giống hãng Grand Central là trở thành cổng
kết nối các cloud nhằm mang đến những giải pháp tích hợp cho khách hàng.
Với mô hình cuối cùng này, điện toán cloud computing về sau sẽ được mô tả như là sky
computing: Internet giống như bầu trời chứa nhiều đám mây dịch vụ riêng lẻ cho khách
hàng dễ dàng kết nối.

Các nhánh của điện toán đám mây




Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học
TRẦN TRUNG Trang 9

IV. Nhận xét về điện toán đám mây
Từ góc nhìn bên ngoài, cloud computing đơn giản chỉ là việc di trú tài nguyên tính
toán và lưu trữ từ doanh nghiệp vào “đám mây”. Người dùng chỉ định yêu cầu tài nguyên
và cloud provider hầu như tập hợp các thành phần ảo này trong hạ tầng của nó.

Việc di trú tài nguyên tính toán lên đám mây
Ưu điểm mới của cloud computing là khả năng ảo hóa và chia sẻ tài nguyên giữa
các ứng dụng.

Áp dụng công nghệ ảo hóa để chia sẻ tài nguyên
Ở đây 3 nền tảng độc lập tồn tại cho các ứng dụng khác nhau , mỗi ứng dụng chạy
trên server của nó. Trong “đám mây”, server có thể được chia sẻ (được ảo hóa) giữa các
hệ điều hành và các ứng dụng để sử dụng server tốt hơn. Càng ít server thì càng cần ít