Xây dựng mô hình tính toán chi phí thuê phòng máy thực tập ảo trong trường đại học trên nền điện toán đám mây công cộng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KHOA HỌC & KỸ THUẬT MÁY TÍNH
---------------------------------------

CAO VĂN LỢI

XÂY DỰNG MƠ HÌNH TÍNH TỐN CHI
PHÍ TH PHỊNG MÁY THỰC TẬP ẢO
TRONG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÊN NỀN
ĐIỆN TỐN ĐÁM MÂY CƠNG CỘNG
CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG THÔNG TIN QUẢN LÝ
MÃ SỐ CHUYÊN NGÀNH: 60.48.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2012


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA- ĐHQG- HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ Trần Văn Hoài

Cán bộ chấm nhận xét 1: Tiến sĩ Huỳnh Tường Nguyên

Cán bộ chấm nhận xét 2: Tiến sĩ Nguyên Quang Châu

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 25 tháng 12 năm 2012.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS. TS. Thoại Nam, CT
2. TS. Huỳnh Tường Nguyên, PB1
3. TS. Nguyễn Quang Châu, PB2
4. TS. Trần Văn Hoài, UV
5. TS. Lê Thanh Vân, TK

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA

2


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: CAO VĂN LỢI

MSHV: 10320985

Ngày, tháng, năm sinh: 06/07/1980

Nơi sinh: Tp.HCM

Chuyên ngành: Hệ Thống Thông Tin Quản Lý

Mã số: 60 48 01

I.

TÊN ĐỀ TÀI:
Xây dựng mơ hình tính tốn chi phí th phịng máy thực tập ảo trong trường
đại học trên nền điện tốn đám mây cơng cộng.

II.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
Xây dựng quy trình tính tốn chi phí. Xây dựng mơ hình tính tốn chi phí và
hiện thực mơ hình.

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 2/7/2012
IV. NGÀY HỒN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/11/2012
V.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TIẾN SĨ TRẦN VĂN HOÀI
Tp.HCM, ngày…. tháng… năm …
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên trong luận văn này tôi xin gửi tới Tiến sĩ Trần Văn Hoài, người thầy đã
rất nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ tơi hồn thành luận văn này, lòng biết ơn chân
thành và sâu sắc nhất. Sự hướng dẫn của thầy là một yếu tố không thể thiếu trong sự
thành công của luận văn hôm nay. Một lần nữa, cảm ơn thầy rất nhiều.
Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ của thầy Hải ở phịng máy A5 đã giúp tơi có được dữ
liệu thực hành thực tế của trường.
Tôi cũng xin cảm ơn quý thầy cơ Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính và Phòng
Sau Đại Học Trường Đại Học Bách Khoa đã tham gia giảng dạy, quản lý lớp học và
truyền đạt kiến thức cho tơi trong q trình học tập.
Cuối cùng tơi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, và các đồng nghiệp đã động viên, giúp
đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tơi trong q trình học tập và hồn thành luận văn
này.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 1 tháng 3 năm 2013
Học viên cao học khóa 2010

Cao Văn Lợi

4


TÓM TẮT

Trong bối cảnh Internet ngày càng phát triển, việc ảo hóa và ứng dụng của điện tốn
đám mây càng ngày càng nhiều thì việc xây dựng phịng máy thực hành trong
trường đại học đã có thêm một sự lựa chọn mới, đó chính là xây dựng phịng máy
thực hành ảo dựa trên nền điện tốn đám mây cơng cộng. Và để đi đến quyết định
đầu tư vào việc xây dựng phịng máy ảo thay vì một phịng máy truyền thống thì
vấn đề đầu tiên cần phải xem xét đó chính là chi phí chẳng hạn chi phí đầu tư, chi
phí vận hành... Mục tiêu của luận văn chính là xây dựng một quy trình và mơ hình
tính tốn chi phí thuê máy ảo cho trường đại học dựa trên nền điện tốn đám mây
cơng cộng. Luận văn của tơi tập trung vào việc mơ hình hóa bài tốn tính chi phí
thuê máy ảo của các nhà cung cấp dịch vụ điện tốn đám cơng cộng từ đó tìm ra
nhà cung cấp dịch vụ với chi phí thuê thấp nhất. Trong q trình xây dựng mơ hình,
tơi sẽ thiết lập các thông số đầu vào, xây dựng hàm mục tiêu, thiết lập các ràng
buộc… sao cho thỏa mãn các điều kiện từ lịch thực hành của sinh viên trong trường
đại học chẳng hạn cấu hình máy ảo, số lượng máy, số giờ thực hành… Sau khi mơ
hình hóa được bài tốn, tơi sẽ sử dụng phần mềm của bên thứ ba giải bài tốn để tìm
ra nhà cung cấp với chi phí thấp nhất. Với chi phí tìm được, người quản lý có thể dễ
dàng đi đến quyết định có đầu tư vào xây dựng phịng máy ảo hay khơng và nếu có
thì quyết định chọn sử dụng dịch vụ của nhà cung cấp nào.

5


ABSTRACT
In the context of that the Internet is growing so quickly and application of cloud
computing in business is more and more popular, there is a new option for
constructing a computer lab in the university, which is a virtual lab based on public
cloud computing services. And to make a decision whether to invest a virtual lab
instead of a normal one, the first thing which must be considered is cost such as
investment cost, operating cost ... Objectives of my thesis are to build a process and
a model calculating cost of renting virtual machines of public cloud service

providers such as Amazon, Atlantic.... My thesis focuses on modeling the problem
of computing rental cost for virtual machines of public cloud service providers and
from which figures out a service with lowest rental cost. To model the problem, I'm
going to set up input parameters, a objective function and constraints ... that satisfy
conditions from the practicing schedules of students in the university such as virtual
machine configuration, the number of virtual machines, the number of practicing
hours, etc… After modeling the problem, I will use third party software to solve the
problem, finding a provider with the lowest cost. With that cost, managers will be
easy to make a decision on investing a virtual lab or not and if so, decide to use
which service provider.

6


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là cơng trình nghiên cứu khoa học của tơi. Các kết
quả của luận văn là trung thực và chưa từng được ai khác cơng bố trong bất kỳ cơng
trình nào.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 1 tháng 3 năm 2013
Người thực hiện

Cao Văn Lợi

7


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
CSDL:

Cơ sở dữ liệu hay Database.

NCSU:

North Carolina State University – Đại học bang North Carolina

LP:

Linear Programming – Quy hoạch tuyến tính

VCL:

Virtual Computing Laboratory – Phịng thực tập ảo

IaaS:
thông tin.

Infrastructure as a Service- Dịch vụ cung cấp cơ sở hạ tầng công nghệ

PaaS:

Platform as a Service

8


DANH MỤC THUẬT NGỮ
On-Demand: dịch vụ thuê máy ảo theo giờ. Chi phí phải trả là chi phí sử dụng máy
ảo theo giờ.
Reserved: dịch vụ thuê máy ảo theo dạng đặt trước trong một thời gian nhất định.

Chi phí phải trả bao gồm chi phí trả trước và chi phí tính theo giờ sử dụng.
Cloud computing: Dịch vụ cung cấp máy ảo cho người sử dụng. Người sử dụng
truy xuất máy ảo thông qua Internet.
Rapid elasticity: Khả năng thay đổi phần cứng một cách linh hoạt, một đặc tính của
cloud computing
On-demand-self-service: cơ chế tự phục vụ mà các nhà cung cấp dịch vụ cloud
computing đưa ra phục vụ người sử dụng, mục đích là để người sử dụng có thể tự
điều chỉnh phần cứng theo ý muốn mà không cần thông qua sự trợ giúp của nhà
cung cấp.
Broad network access: dịch vụ cloud computing được sử dụng thông qua mô trường
Internet do đó có thể nói là khơng bị giới hạn về không gian và thời gian.
Resource pooling: nguồn tài nguyên dùng chung cho tất cả các máy ảo của tất cả
người sử dụng.
Measure service: dịch vụ do lường thông tin sử dụng tài nguyên của các máy ảo.
Public cloud: loại hình điện tốn đám mây dược cung cấp bởi các nhà cung cấp dịch
vụ như Amazon, Elastichost, Atlantic…
Private cloud: loại hình điện tốn đám mây do cơng ty, tổ chức tự mình xây dựng,
vận hành và sử dụng.
Community cloud: loại hình điện tốn đám mây do một cộng đồng dân cư xây
dựng, vận hành và sử dụng.
Hybrid Cloud: loại hình điện tốn đám mây kết hợp giữa private cloud và public
cloud để tận dụng ưu điểm của 2 loại hình này.
Open source: các phần mềm được viết và mọi người đều có thể tải về để sử dụng
hoặc thay đổi mã nguồn.

9


MỤC LỤC
PHẦN 1.

I.

MỞ ĐẦU ........................................................................................... 12

Động cơ nghiên cứu ................................................................................. 12

II.

Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn ....................................................... 16

III.

Phương pháp nghiên cứu ....................................................................... 17

IV.

Bố cục luận văn..................................................................................... 17

PHẦN 2.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .............................................................. 19

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................ 19
I.

Công nghệ ảo hóa ..................................................................................... 19

II.

Điện tốn đám mây ............................................................................... 20

III.

Các mơ hình điện tốn đám mây ........................................................... 23

IV.

Ứng dụng của điện toán đám mây ......................................................... 26

V.

Bài toán phân bố ................................................................................... 29

VI.

Quy hoạch tuyến tính ............................................................................ 29

CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG MƠ HÌNH ............................................................ 31
I.

Tình hình hiện tại của phịng máy thực tập trong trường ........................... 31

II.

Mơ hình phịng máy ảo và quy trình tính chi phí ................................... 32

III.

Chính sách giá....................................................................................... 33

IV.

Mơ hình khái niệm ................................................................................ 36

V.

Mơ hình tốn học .................................................................................. 40

CHƯƠNG 3. HIỆN THỰC, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ......................... 48
I.

Hiện thực.................................................................................................. 48

II.

Thử nghiệm và phân tích kết quả........................................................... 53

III.

Đánh giá mơ hình .................................................................................. 64
10


PHẦN 3.
I.

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .......................................... 67

Kết luận.................................................................................................... 67

II.
PHẦN 4.

Hướng phát triển ................................................................................... 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................. 68

Phụ lục A .............................................................................................................. 71
Phụ lục B............................................................................................................... 72
Phụ lục C............................................................................................................... 73
PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ........................................................................ 74
Q TRÌNH ĐÀO TẠO....................................................................................... 74
Q TRÌNH CƠNG TÁC .................................................................................... 74

11


PHẦN 1.
I.

MỞ ĐẦU

Động cơ nghiên cứu

1. Xuất phát từ yêu cầu thực tế
Trường đại học Bách Khoa là một trong những trường đại học hàng đầu tại Việt
Nam với hơn 20.000 học viên và hơn 1.000 giảng viên. Trong quá trình giảng dạy,
u cầu về phịng máy vi tính dùng cho việc thực tập trong các môn học là rất lớn.
Đầu mỗi học kỳ, các khoa sẽ gửi yêu cầu về phòng máy thực tập cho phòng đào tạo,
phòng đào tạo sau đó sẽ gửi yêu cầu và lịch thực hành xuống ban quản lý phòng
máy. Ban quản lý phòng máy sẽ tiến hành chuẩn bị máy tính cùng với các phần

mềm phục vụ cho việc thực hành. Sau khi cơng việc chuẩn bị hồn tất, phịng máy
đó sẽ dành cho việc thực tập trong suốt học kỳ. Và trong mỗi lần thực tập, mỗi học
viên sẽ được sử dụng một máy..
Để đáp ứng nhu cầu về phòng máy thực tập phục vụ nhu cầu giảng dạy, trường đại
học Bách Khoa có xây dựng 3 cụm máy tính [27], đó là cụm A5, C6 và B1 như hình
1.1
• Cụm A5 có 100 máy tính trong đó có 10 máy SUN, chia làm 4 phòng máy và
một phòng máy chủ. Phòng 1 có 21 máy, phịng 2 có 10 máy PC và 10 máy
Sun Ultra, phịng 3 có 19 máy, phịng 4 có 40 máy, phịng 5 có 4 máy chủ.
• Cụm C6 có 84 máy, chia làm 2 phịng máy và một phịng máy chủ. Phịng 1
có 40 máy, phịng 2 có 40 máy và phỏng 3 có 4 máy chủ.
• Cụm B1 có 1 phịng máy với với 41 máy trong đó có 1 máy chủ.
Trong cả ba cụm máy chủ, cấu hình của các máy khơng đồng đều, hơn phân nửa là
cấu hình khá thấp. Theo thời gian các máy này sẽ xuống cấp và sự đòi hỏi của về
phần cứng các hệ điều hành mới và phần mềm mới ngày càng cao nên yêu cầu nâng
cấp là điều bắt buộc.
Bên cạnh đó, vì một vài lý do khách quan số lượng sinh viên tham gia thực hành
cũng không phải lúc nào cũng đầy đủ. Điều này dẫn tới sự lãng phí về máy móc,
thiết bị. Hoặc số lượng sinh viên thực hành ít hơn so với số máy tính có trong phịng
máy nên cũng dẫn tới sự lãng phí về tài nguyên thiết bị.

12


Hình 1.1 Vị trí các phịng máy trong trường Bách Khoa
Ngồi ra khi có sự cố xảy ra đối với máy tính, nếu lỗi phần mềm thì thời gian khắc
phục cũng khá lâu cịn nếu lỗi phần cứng thì tốn nhiều thời gian hơn nữa, có thể tính
bằng ngày hoặc bằng tuần. Điều này làm giảm khả năng đáp ứng của phòng máy
với nhu cầu thực hành.
Từ những lý do trên, tơi tiến hành tìm hiểu những phịng máy thực hành ở các

trường đại học trên thế giới để tìm kiếm một giải pháp khác linh hoạt hơn và một
giải pháp mà tơi đặc biệt quan tâm đó chính là ảo hóa phịng máy thực tập. Tơi chọn
giải pháp này vì nó đã được ứng dụng thành cơng ở nhiều trường đại học trên thế
giới. Phụ lục A ghi nhận lại điều này.
Phịng máy thực tập ảo khơng có nghĩa là khơng có các máy tính thật như ta thường
thấy. Các máy tính vẫn có, tuy nhiên lúc này chúng chỉ đóng vai trị là thiết bị đầu
cuối để truy cập tới các máy tính ảo, máy tính ảo này sẽ đảm nhiệm tất cả các cơng
việc của máy tính thật. Phịng máy thực tập ảo có ưu điểm sau
• Có thể truy cập vào phịng máy bất cứ lúc nào, ở đâu, chỉ cần họ có kết nối
internet là có thể sử dụng được.
• Việc quản lý phịng máy này cũng đơn giản, linh hoạt hơn.
• Khi sự cố xảy ra đối với một máy tính ảo, người quản trị có thể dễ dàng tạo
ra một máy tính ảo khác thay thế.

13


• Khi cần nâng cấp phần cứng, người quản trị cũng dễ dàng thực hiện thông
qua các công cụ được cung cấp sẵn của nhà quản lý dịch vụ.
• Các máy tính đầu cuối khơng cần nâng cấp theo thời gian, và yêu cầu về cấu
hình cũng rất thấp. Chúng chỉ cần đáp ứng để chạy ứng dụng remote desktop
trên windows hoặc các ứng dụng có chức năng tương tự để kết nối tới các
máy ảo.
Trong Phần 2, Chương 1, tơi sẽ trình bày chi tiết hơn về ảo hóa, điện tốn đám mây
nói chung và dịch vụ điện tốn đám mây cơng cộng nói riêng.
Để có cái nhìn rõ hơn về hai loại phịng máy thực tập tơi đưa ra một ví dụ so sánh
đơn giản về chi phí đầu tư giữa hai loại phịng máy thực tập.
• Phịng máy thực tập truyền thống với cấu hình tham khảo từ phịng máy của
trường đại học Bách Khoa. Cấu hình máy thật: RAM 2GB, 160GB HDD,
Intel Dual Core 2.0 Ghz. Theo giá cả trên thị trường hiện nay [28], với cấu

hình máy như trên và thêm thiết bị màn hình thì tổng chi phi thiết bị là vào
khoảng 700$
• Phịng máy ảo được xây dựng trên dịch vụ điện toán đám mây công cộng, giá
tham khảo từ Amazon EC2 [13]. Cấu hình máy ảo: RAM 2GB, 160 GB
HDD, 1 virtual core. Và cấu hình máy thật đầu cuối: RAM 512MB, 20GB
HDD, Intel P4 1.8Ghz
Bảng so sánh:
Loại chi phí
Chi phí thiết bị

Chi phí thay mới
Chi phí kết nối internet

Phịng thực tập Phòng máy thực tập ảo
truyền thống
Máy truy cập: $300
$700
Máy ảo:
$0.115 / giờ x 20 giờ / tuần x 28 tuần x
5 năm = $332
Tổng cộng: $632
Có
Khơng cho máy ảo.
Có cho máy đầu cuối.
Có thể khơng Có
có

Bảng 1.1 So sánh 2 loại hình phịng máy thực tập
Từ những vấn đề thực tế trên cho thấy phòng máy thực tập ảo là một giải pháp khả
thi có thể thay thế cho phịng máy hiện tại. Tuy nhiên, để thuyết phục được các nhà

quản lý nên đầu tư xây dựng phòng máy thực tập ảo thì một trong những thơng tin
đầu tiên họ cần biết đó là chi phí đầu tư là bao nhiêu? Để trả lời câu hỏi này thì tơi
phải tính được chi phí thuê máy ảo từ các nhà cung cấp dịch vụ và đây chính là lí do
14


tơi chọn đề tài: Xây dựng mơ hình tính tốn chi phí th phịng máy thực tập ảo
trong trường đại học dựa trên nền cơng nghệ điện tốn đám mây cơng cộng.
Thơng tin về chi phí này có thể giúp người quản lý ra quyết định đầu tư xây dựng
phòng thực hành ảo hay khơng.
2. Xuất phát từ mục đích nghiên cứu khoa học
Để xây dựng phòng máy thực tập ảo, rất đơn giản đó chính là th sử dụng dịch vụ
điện tốn đám mây cơng cộng từ các nhà cung cấp như Amazon, Atlatic... Tuy
nhiên, thuê như thế nào là hợp lý, là kinh tế nhất, dĩ nhiên phải đáp ứng đầy đủ nhu
cầu thực hành? Và bài toán th máy ảo chính là bài tốn mà tơi quan tâm và cần
phải giải quyết.
Tơi bắt đầu bằng một ví dụ đơn giản: nhu cầu thuê 3 máy ảo và có 4 nhà cung cấp
dịch vụ. Rõ ràng, tơi có thể thuê một máy ảo tại bất kỳ nhà cung cấp nào với một
giá định trước, và như vậy tôi có đồ thị sau

Hình 1.2 Đồ thị biểu diễn kết quả thuê máy ảo từ các nhà cung cấp
Đây là bài toán phân bố tổng quát (Generalized assignment problem) [14], một bài
toán khá phức tạp. Và việc thuê máy ảo như thế nào cho hợp lý chính là một dạng
của bài toán phân bố tổng quát này với sự khác biệt là có bao gồm yếu tố thời gian.
Bởi vì nếu chi đơn giản là thuê để đáp ứng nhu cầu về số máy mà không quan tâm
đến thời gian sử dụng thì sẽ dẫn tới sự lãng phí tài nguyên, cũng tức là làm tăng chi
15


phí. Chính vì vậy, tơi phải th máy ảo dựa trên lịch thực hành để tránh lãng phí tài

ngun khơng cần thiết. Tơi xét ví dụ sau: Theo lịch thực hành mà tơi có được từ
phịng máy tính của trường, việc thực hành chỉ diễn ra trong một số giờ, ngày nhất
định trong tuần. Vì vậy, khơng mất tính tổng qt, giả sử tơi có đồ thị sau ở Hình
1.3: trục x chỉ thời gian, các tháng trong năm; trục y chỉ tổng số máy được sử dụng
trong các lần thực hành trong mỗi tháng.
Như vậy tôi sẽ ứng dụng kiến thức khoa học quản lý ứng dụng để phân tích và giải
bài tốn phân bổ tài ngun có liên quan tới yếu tố thời gian. Và đây chính là động
lực về mặt nghiên cứu khoa học để tôi chọn đề tài “Xây dựng mơ hình tính tốn
chi phí th phòng máy thực tập ảo trong trường đại học dựa trên nền cơng nghệ
điện tốn đám mây cơng cộng”
160
Jan
140

Feb

120

Mar

S
100
ố

Apr

m
á
y

May
Jun

80

150

Jul

60

Aug
90

40
20

50
30

80

Sep
70

60
43

40
20

55

10

0

Oct
Nov
Dec

Số máy tính được sử dụng theo thời gian

Hình 1.3 Đồ thị biểu diễn việc sử dụng phòng máy theo thời gian
Trong phần tiếp theo, tơi sẽ trình bày những vấn đề tôi đã nghiên cứu trong luận văn
này

II.

Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn

1. Phạm vi của luận văn
Trong luận văn này, chi phí th phịng máy thực tập ảo trong trường đại học chỉ
bao gồm chi phí thuê máy ảo từ các nhà cung cấp dịch vụ. Nghĩa là chi phí này chỉ
là chi phí đầu tư ban đầu, khơng bao gồm các loại chi phí khác như chi phí quản lý,
chi phí con người…
16


2. Mục tiêu của luận văn

Như đã trình bày ở trên, xuất phát từ thực tế đó chinh là giúp cho người quản lý có
thơng tin về giá để ra quyết định đầu tư xây dựng phòng máy ảo hay khơng cho nên
mục tiêu của đề tài chính là xây dựng được mơ hình tính tốn chi phí và hiện thực
mơ hình này.
3. Nhiệm vụ của luận văn
Trong phạm vi luận văn, tôi sẽ xác lập các yếu tố đầu vào và các kết quả đầu ra
mong muốn sau đó tập trung giải quyết bài tốn xây dựng mơ hình tính chi phí dựa
trên các yếu tố này.
Cũng trong phạm vi luận văn tơi sẽ đưa ra quy trình tính tốn và xây dựng mơ hình
tính chi phí ở cả hai mức: mức khái niệm và mức toán học. Sau đó tơi sẽ tiến hành
hiện thực, thử nghiệm và đánh giá mơ hình.

III.

Phương pháp nghiên cứu

Tơi sử dụng phương pháp bàn giấy nghiên cứu về cơng nghệ ảo hóa, mơ hình
Virtual Computing Laboratory [16], điện tốn đám mây, đặc biệt là điện tốn đám
mây cơng cộng. Từ đó kết hợp với yêu cầu thực tế của trường đại học Bách Khoa
và ứng dụng khoa học ứng dụng cũng như kinh nghiệm bản thân, tơi sẽ xây dựng
mơ hình tính chi phí th phịng máy thực tập ảo trên nền điện tốn đám mây cơng
cộng.
Bên cạnh đó, tơi cũng sử dụng thêm phương pháp thực nghiệm để tiến hành hiện
thực và thử nghiệm mơ hình dựa trên dữ liệu thực tế và ghi chép kết quả. Sau cùng
tơi sẽ phân tích đánh giá dựa trên các tiêu chí đã định ra và rút ra kết luận về mơ
hình mà tơi đã xây dựng.

IV.

Bố cục luận văn

Trong luận văn tơi sẽ trình bày 4 phần
Phần 1: Mở đầu
Phần này tơi trình động cơ nghiên cứu từ yêu cầu thực tế của trường Bách Khoa và
từ động cơ nghiên cứu khoa học là giải bài toán phân bố tổng quát và quy hoạch
nguyên có liên quan đến yếu tố thời gian. Từ đó nêu lý do chọn đề tài, mục tiêu của
luận văn, và phương pháp nghiên cứu.
Phần 2: Nội dung nghiên cứu
17


Gồm 3 chương
Chương 1: Tổng quan
Trong phần này, tôi sẽ trình bày cơ sở lý thuyết về ảo hóa, điện tốn đám mây, điện
tốn đám mây cơng cộng; ưu điểm và khuyết điểm của chúng khi ứng dụng vào
thực tế; phân tích mơ hình Virtual Computing Laboratory để có cái nhìn rõ hơn về
việc ứng dụng của điện tốn đám mây trong môi trường đại học.
Chương 2: Xây dựng quy trình và mơ hình
Trong chương này, tơi sẽ đưa ra quy trình triển khai phịng máy ảo trên nền điện
tốn đám mây cơng cộng và trình bày việc xây dựng mơ hình khái niệm và mơ hình
tốn học nhằm giải quyết bài tốn về chi phí. Mục tiêu của phần này chính là định
ra quy trình tính tốn, các u cầu đầu vào, đầu ra và các ràng buộc về mặt ngữ
nghĩa cũng như mặt toán học.
Chương 3: Hiện thực, Thử nghiệm và Đánh giá
Sau khi đã hoàn tất chương 2, tơi sẽ hiện thực mơ hình đã được xây dựng; tiến hành
thử nghiệm với dữ liệu thật và ghi chép kết quả đạt được; định ra các tiêu chí đánh
giá và tiến hành đánh giá các kết quả đạt được từ thử nghiệm. Từ đó rút ra kết luận
về mơ hình đã xây dựng.
Phần 3: Kết luận và hướng phát triển
Trong phần này, tôi tổng kết lại những vấn đề tôi đã làm được trong phạm vi luận

văn và hướng phát triển của luận văn.
Phần 4: Tài liệu tham khảo
Tôi kết thúc phần mở đầu ở đây. Trong phần tiếp theo tơi sẽ trình bày nội dung đã,
đang và sẽ nghiên cứu trong luận văn.

18


PHẦN 2.
CHƯƠNG 1.
I.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
TỔNG QUAN

Cơng nghệ ảo hóa

1. Ảo hóa
Ảo hóa là phương pháp chia các tài nguyên của một máy tính thành nhiều mơi
trường thực thi khác nhau [01]. Điều này có nghĩa là nhiều máy ảo có thể thực thi
trên một máy vật lý giống như mỗi máy ảo có hệ thống phần cứng vật lý riêng của
mình. Nói cách khác, đây là phương pháp tách riêng các phần cứng vật lý, hệ điều
hành nhằm cung cấp khả năng sử dụng tài nguyên một cách hiệu quả và linh hoạt
hơn .
2. Vì sao phải ảo hóa?
Ảo hóa ngày nay rất phổ biến trên tồn thế giới. Việc áp dụng cơng nghệ ảo hóa
nhằm tiết kiệm khơng gian sử dụng, nguồn điện và giải pháp tỏa nhiệt trong trung
tâm dữ liệu. Ngoài ra việc giảm thời gian thiết lập máy chủ máy trạm, kiểm tra phần
mềm trước khi đưa vào hoạt động cũng là một trong những mục đích chính khi thực
hiện ảo hóa. Đồng thời việc nâng cấp cũng được thực hiện một cách dễ dàng linh

hoạt. Bênh cạnh đó, với những khó khăn trong thời kỳ khủng khoảng khiến viêc ảo
hóa càng được chú ý vì nó có thể giúp giảm thiểu chi phí. Ảo hóa được coi là một
cơng nghệ giúp cho các tổ chức có thể cắt giảm chi tiêu hiệu quả với khả năng tận
dụng tối đa năng suất của các thiết bị phần cứng.
3. Ưu điểm và nhược điểm của ảo hóa
a. Ưu điểm
Sử dụng hiệu quả phần cứng thơng qua việc hợp nhất các hệ thống khác nhau vào
một máy chủ vật lý giúp giảm chi phí phần cứng, tiết kiệm không gian, tiết kiệm
thời gian quản lý và chi phí hoạt động:
• Chi phí phần cứng và chi phí hoạt động giảm khoảng 50%, năng lượng tiêu
thụ giảm 80%. Tiết kiệm hơn $3,000 mỗi năm cho mỗi máy chủ được ảo hóa
và giảm 70% thời gian chuẩn bị máy chủ mới [03].
• Cung cấp dịch vụ IT dựa trên yêu cầu, không phụ thuộc vào phần cứng, hệ
điều hành, ứng dụng hoặc nền tảng cung cấp bởi các nhà cung cấp dịch vụ.
Ưu điểm này mang lại nhiều ý nghĩa đối với môi trường giáo dục, đặc biệt đối với
những cơ sở trong nguồn ngân sách giới hạn, khó khăn trong việc mở rộng các
19


phòng thực hành trong khi nhu cầu đòi hỏi nhiều mơi trường thực hành khác nhau
cho sinh viên.Ví dụ, ảo hóa cho phép một máy chủ có thể chạy nhiều hệ điều hành
khác nhau như Linux và Windows chẳng hạn.
Ưu điểm khác của ảo hóa là khả năng dễ phục hồi của các máy ảo (sandboxing of
the VMs), và sandboxing khá đặc biệt quan trọng trong môi trường giáo dục. Ví dụ,
sinh viên với tính khám phá, thường hay sử dụng và sửa đổi các chức năng khơng
đúng cách có thể dẫn đến lỗi hệ thống nghiêm trọng. Rõ ràng, việc phục hồi máy
tính ảo rõ ràng là dễ dàng và nhanh chóng hơn đối với một máy vật lý [04].
b. Nhược điểm
Nhược điểm dễ thấy khi hợp nhất các hệ thống vào máy chủ thơng qua cơng nghệ
ảo hóa là sự phụ thuộc vào tính ổn định của máy chủ. Nếu có bất kỳ sự cố nào xảy

ra trên máy chủ như lỗi phần cứng, phần mềm, hệ điều hành, ứng dụng ... thì có thể
ảnh hưởng đến tất cả các máy ảo đang chạy trên máy chủ này.
4. Các giải pháp ảo hóa
Ngày nay có rất nhiều giải pháp ảo hóa, tiêu biểu là các giải pháp của Xen, một
phần mềm mã nguồn mở miễn phí [05]; KVM (Kernal –based Virtual Machine)
cũng là một phần mềm mã nguồn mở [06]; hay VMWare Workstation [03] cung
cấp công nghệ ảo hóa ở lớp phần cứng. Để biết thêm chi tiết vui lòng xem thêm
trong các tài liệu phần tham khảo.

II.

Điện toán đám mây

1. Định nghĩa
Thuật ngữ "cloud computing" ra đời giữa năm 2007 khơng phải để nói về một trào
lưu mới, mà để khái quát lại các hướng đi của cơ sở hạ tầng thông tin vốn đã và
đang diễn ra từ mấy năm qua. Theo Wikipedia: “Cloud computing là một mơ hình
điện tốn có khả năng co giãn (scalable) linh động và các tài nguyên thường được
ảo hóa được cung cấp như một dịch vụ trên mạng Internet”.Quan niệm này có thể
được diễn giải một cách đơn giản: các nguồn điện toán khổng lồ như phần m�30

14:05

2

$0,115

$7,83

$0,039

$2,68

4

501126

HL5A

A01

43

TNB1

21/03/2012

12:30

14:05

2

$0,115

$7,83

$0,039

$2,69

4

501126

HL5A

A01

43

TNB1

28/03/2012

12:30

14:05

2

$0,115

$7,83

$0,039

$2,70

4

501126

HL5A

A01

43

TNB1

18/04/2012

12:30

14:05

2

$0,115

$7,83

$0,039

$2,71

4

501126

HL5A

A01

43

TNB1

25/04/2012

12:30

14:05

2

$0,115

$7,83

$0,039

$2,72

4

501126

HL5A

A01

43

TNB1

02/05/2012

12:30

14:05

2

$0,115

$7,83

$0,039

$2,73

4

501126

HL5A

A01

43

TNB1

09/05/2012

12:30

14:05

2

$0,115

$7,83

$0,039

$2,74

4

501126

HL5A

A01

43

TNB1

16/05/2012

12:30

14:05

2

$0,115

$7,83

$0,039

$2,75

4

501126

HL5A

A01

43

TNB1

23/05/2012

12:30

14:05

2

$0,115

$7,83

$0,039

$2,76

4

501126

HL5A

A01

43

TNB1

30/05/2012

12:30

14:05

2

$0,115

$7,83

$0,039

$2,77

Bảng 2.2 Dữ liệu về lịch thực hành đã qua xử lý.

37


Từ đây, tơi thực hiệnn tính chi phí th máy ảo dựa trên nhà cung cấp
p dịch vụ, trong ví
dụ này tơi chọn Amazon để minh họa.
Hình thức th On- Demand
Chi phí = Tổng (Số máy x S
Số giờ x Đơn giá) = $93.955
Hình thứcc thuê Reserved (cho hợp đồng một năm- mức tối thiểu)
Chi phí = Số máy x Phí thuê bao + T
Tổng (Số máy x Số giờ x Đơn giá) =
= 43 * 69 + 31.86 = $2,998.86

Từ hai con số này, tôi nh
nhận thấy chúng chênh lệch rất xa giữa lạại loại dịch vụ ondemand và reserved. Hiểển nhiên là sử dụng dịch vụ on-demand
demand trong trường
trư
hợp này là
một câu hỏi đặt ra là ta có nên luôn sử
ử dụng dịch vụ onlựa chọn tối ưu. Tuy nhiên m
demand? Câu trả lờii là không. Lý do cho ssự chênh lệch
ch này là do chỉ
ch có một mơn học
được sử dụng trong ví dụụ này và thời gian sử dụng là khá ít, 2 giờ một
m tuần. Nếu có 20
mơn học và thời gian thự
ực hành tăng lên thì kết quả sẽ khác đi. Do vậy
v tùy vào dữ liệu
đầu vào mà kết quả đầuu ra ssẽ khác nhau.
2. Sơ đồ khối

Hình 2.1 Sơ
ơ đđồ khối củaa mơ hình tính tốn chi phí th máy ảo.
38


Ở sơ đồ khối này, ta có các thành phần đầu vào, đầu ra và thành phần tính tốn chi phí.
Trong thành phần tính tốn chi phi ta có các thành phần nhỏ bao gồm:
Tiền xử lý – xử lý các thông tin đầu vào để chuyển đổi chúng thành các thơng tin có thể
sử dụng dễ dàng
Tính chi phí th- tính tốn chi phí th dựa trên các thơng tin đầu vào để tìm ra nhà
cung cấp dịch vụ và thông tin thuê với giá thuê thấp nhất
Sàng lọc – chính sửa các điều kiện để tìm nhà cung cấp dịch vụ và thông tin thuê với

giá thuê thấp thứ hai, thứ ba … Các thông tin này được lưu trong phần kết quả tính
tốn.
Kết quả tính tốn- Lưu kết quả tính tốn, chỉnh sửa định dạng trước khi đưa ra ngồi.
a. Đầu vào
Thành phần này nhận các thơng tin sau và đưa vào mơ hình tính tốn
• Lịch thực hành của các mơn học từ phịng đào tạo của trường
• Số lượng và thơng tin các gói cước dịch vụ của từng nhà cung cấp.
• Thời gian dự tính th, trong vịng 6 tháng, 1 năm, hoặc 3 năm…
• Băng thơng vào/ ra ước tính dành cho mỗi máy ảo
• Thời gian để tính chi phí khi sử dụng dịch vụ từ nhà cung cấp dự phịng.
• Số lượng nhà cung cấp với giá tốt nhất cần tìm.
b. Đầu ra
Mục đích là tìm được nhà cung cấp với chi phí th thấp nhất nên đầu ra của mơ hình
sẽ bao gồm các thơng tin sau đây:
• Danh sách nhà cung cấp với chi phí th thấp nhất
• Thơng tin thuê chi tiết tương ứng với từng nhà cung cấp: số máy ảo, loại
máy ảo, gói cước…
• Nhà cung cấp dự phịng với chi phí thấp nhất.
c. Ràng buộc
Dựa vào những hoạt động thực tế, tơi tóm tắt thành một số ràng buộc sau đây

39


• Để tiệnn cho vi
việc chia sẻ dữ liệu giữa các máy ảo
o trong quá trình thực
th hành
củaa sinh viên, ttất cả các máy ảo phải thuộc mộtt nhà cung cấp.
c

• Số nhà cung cấấp cần tìm là hữu hạn hay số kết quả đầu
u ra là hữu
h hạn
• Đối vớii nhà cung ccấp dự phịng, chi phí sẽ được tính dựaa trên loại
lo hình dịch
vụ sử dụng
ng theo nhu cầu (on-demand).
• Tổng số máy ảảo lớn hơn hoặc bằng số sinh viên thựcc hành tại
t một thời điểm.
• Tổng số giờ thuê máy ảo lớn hơn hoặc bằng tổng số giờ trong lịch
l thực hành
tại một thời điểểm.

V.

Mơ hình tốn họọc

Trong phần này, tơi sẽ trình bày mơ hình tốn học để giải quyếtt bài tốn, từ đó giải bài
tốn tìm ra các nghiệm th
thỏa mãn u cầu đầu vào, đầu ra và các ràng buộc.
bu
Trong sơ đồ khối, thành ph
phần chính mà tơi sẽ mơ hình
ình hóa chính là thành phần
ph tính
tốn chi phi th, các thành ph
phần khác là những thành phần hỗ trợ trong
tr
q trình tính
tốn chi phí như xử lí dữ liệu đầu vào và đầu ra.

Bài tốn tơi cần giải quyếết được phát biểu lại như sau:
Tìm số lượng máy ảo cầnn thuê sử dụng hệ điều hành Linux hoặcc Windows theo yêu cầu
c
cho trước trong một khoảảng thời gian cho trước sao cho chi phí th là thấp
th nhất.

Từ u cầuu trên tơi phân tích và xác llập các yếu tố đầu vào, đầu
u ra, hàm mục
m tiêu và
ràng buộc củaa mơ hình nh
như sau:
40


1. Đầu vào
Thông tin về lịch thực hành: Thông tin này có được từ bước tiền xử lý lịch thực hành
từ phịng đào tạo gửi xuống phịng máy. Thơng tin này bao gồm ngày giờ thực hành,
khoảng thời gian thực hành, số sinh viên thực hành...

Khoảng thời gian thuê máy ảo T (6 tháng, 1 năm, 2 năm hay 3 năm…). Gọi ॻ là một
tập chỉ mục theo đơn vị thời gian – mỗi giờ thực hành, ܰ ் , được lên lịch trong thời
gian T.
ॻ = ሼ1, 2, … , ܰ ் ሽ

Băng thông ước lượng dành cho mỗi máy ảo:

଴
: Băng thơng ước lượng/ dự tính đi vào một máy ảo tại thời điểm t.
• Bି୲
଴

• Bା୲
: Băng thơng ước lượng/ dự tính đi ra từ một máy ảo tại thời điểm t.

Thông tin về nhà cung cấp dịch vụ điện tốn đám mây cơng cộng. Gọi ঐ là một tập chỉ
mục các nhà cung cấp.
Ứng với một nhà cung cấp ‫ ∈ ݌‬ঐ

ঐ = ሼ1, 2, … , ܰ ௌ ሽ

‫ܥ‬௜௨ : Chi phí sử dụng theo giờ của một máy ảo loại i (Resereved - 0 or On-demand ௣

1), sử dụng hệ điều hành u (Linux - 0/ Windows - 1) tại nhà cung cấp p. Tập giá trị
của ݅ = {0,1} và ‫{ = ݑ‬0,1}
‫ିܥ‬௣ : Chi chí lưu lượng dữ liệu (tính trên 1 GB) tới một máy ảo tại nhà cung cấp p.
‫ܥ‬ା : Chi chí lưu lượng dữ liệu (tính trên 1 GB) đi ra từ một máy ảo tại nhà cung cấp
p.
௣

‫ܨ‬଴௨ : Chi chí thuê trả trước cho một máy ảo dạng reserved sử dụng hệ điều hành u
௣

(Linux - 0/ Windows -1) tại nhà cung cấp p.

2. Đầu ra
Chi phí th máy ảo thấp nhất và các thơng tin khác như: nhà cung cấp nào được chọn,
số lượng máy ảo của từng loại...

41

3. Biến sử dụng trong mơ hình
Biến quyết định

ܺ௜௨௧ : là số máy ảo có nền tảng u (Linux/Unix-0 hoặc Windows-1), được thuê theo dạng
௣

i (Reserved-0 hoặc On-demand-1) của nhà cung cấp p, tại thời điểm t. ܺ௜௨௧ ∈ ܼ
௣

Biến phụ

Y là một mảng có các phần tử là ܻ௧ có giá trị ∈ ሼ0, 1ሽ với ý nghĩa như sau.
௣

1,
୮
ܻ୲ = ቊ
0,

nêሖ unhà cungcâሖ p‫݌‬đượcchọntạithờiđiểm‫ॻ ∈ ݐ‬.
nêሖ unhà cungcâሖ p‫݌‬khôngđượcchọntạithờiđiểm‫ॻ ∈ ݐ‬.

॒଴௨ là số máy ảo lớn nhất loại u được thuê dạng reserved tại nhà cung cấp p trong suốt
௣

thời gian T.

॒଴௨ = max ܺ଴௨௧
௣

௣

௧∈ॻ

4. Hàm mục tiêu

Hàm mục tiêu trong mơ hình là tìm giá trị nhỏ nhất của tổng tất cả các loại chi phi khi
thuê máy ảo của nhà cung cấp dịch vụ điện tốn đám mây cơng cộng. Các loại chi phí
này bao gồm chi phí th máy ảo theo hình thức On-demand hoặc Reserver tính theo
giờ sử dụng, chi phí trả trước khi thuê máy ảo theo dạng Reserved, và chi phí lưu
lượng dữ liệu vào/ ra từ máy ảo.
Chi phí thuê máy ảo theo hình thức On-demand hoặc Reserved được tính bằng công
thức tổng theo t, theo số lượng nhà cung cấp p, theo loại máy ảo u, theo hình thức thuê
i của tích chi phí thuê theo giờ cho một máy ảo ‫ܥ‬௜௨ nhân cho số máy ảo cần thuê:
௣

௣
௣
෍ ෍ ෍ ෍൫‫ܥ‬௜௨
× ܺ௜௨௧ ൯
ॻ

ঐ

ଵ

ଵ

௧ୀଵ ௣ୀଵ ௜ୀ଴ ௨ୀ଴

Chi phí trả trước cho số máy ảo thuê theo dạng Reserved được tính bằng cơng thức
tổng theo số nhà cung cấp p, theo loại máy ảo u của tích số máy ảo lớn nhất thuê theo

dạng Reserved trong tất cả các thời điểm thực hành nhân ॒଴௨ với chi phí trả trước dành
cho một máy ảo thuê theo loại Reserved ‫ܨ‬଴௨ .
௣

42

௣