Nghiên cứu thuật toán cấp phát máy ảo dựa trên bài toán cái túi

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (346.5 KB, 26 trang )

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Tên đề tài: Xây Dựng Hệ Quản Trị Tài Nguyên Trên Điện
Toán Đám Mây IaaS
Mã số:

Tên báo cáo chuyên đề: Nghiên cứu thuật tốn cấp phát
J_____ ___1 i. • „ r__
£•
•
máy ảo dựa trên bài toán cái túi
r__ 2. _

A______

A

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Bùi Thanh Khiết
Người chủ trì thực hiện chuyên đề: ThS. Bùi Thanh Khiết

Bình Dương, 20/05/2015

MỤC LỤC

3

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt
IaaS

Tiếng Anh
Infrastructure as a Service

VM

Virtual Machine

VMM

Giám sát máy ảo

OS

Virtual Machine Monitor
Operating System

HA

High Availability

Sẵn sàng cao

BW
MIPS
ARCH
PEs

Bandwidth
Millions Instructions Per
Second
System architecture

Tiếng Việt
Dịch vụ cơ sở hạ
tầng
Máy ảo
Hệ điều hành
Băng thông
Kiến trúc hệ thống

processing elements

4

DANH MỤC BẢNG
•

DANH MỤC HÌNH VẼ

1. Đặt vấn đề
Mơ hình điện tốn đám mây (ĐTĐM) dịch vụ cơ sở hạ tầng (Infrastruture as a Server
- IaaS) cung cấp cho người dùng cơ sở hạ tầng như mạng, máy chủ, CPU, bộ nhớ,
không gian lưu trữ và các tài ngun tính tốn khác thường dưới dạng máy ảo (VM)

bằng cơng nghệ ảo hóa máy chủ. Cơng nghệ ảo hóa máy chủ cho phép tạo ra nhiều
máy ảo trên một máy chủ vật lý, mỗi máy ảo cũng được cấp phát tài nguyên phần
cứng như máy thật với RAM, CPU, card mạng, ổ cứng, hệ điều hành và các ứng
dụng riêng. Trong ĐTĐM IaaS có chứa rất nhiều máy chủ vật lý, do đó vấn đề cấp
phát máy ảo làm sao để sử dụng hiệu quả tài nguyên máy chủ vật lý và đáp ứng yêu
cầu sử dụng tài nguyên đa dạng của người dùng, tiết kiệm được năng lượng sử dụng
điện là vấn đề rất cần thiết nhất là triển khai ĐTĐM IaaS cho một phòng thí nghiệm
của một trường đại học. Hiện nay có nhiều chiến lược cấp phát máy ảo trong IaaS, để
làm tốt việc cấp phát máy ảo thì phụ thuộc rất nhiều vào môi, chiến lược cấp phát.
Trong chuyên đề này, chúng tơi nghiên cứu 2 chiến lược chính trong cấp phát tài
nguyên là: (i) sử dụng tối thiểu máy chủ vật lý nhằm giúp tiết kiệm tài nguyên (điện)
của hệ thống; (ii) cân bằng tải trong việc sử dụng các máy vật lý đảm bảo chất lượng
dịch vụ nhằm tránh tình trạng quá tải ở máy chủ vật lý. Từ đó, chúng tơi nghiên cứu
2 thuật tốn cấp phát cho hai chiến lược trên dựa vào thuật toán tham lam và thuật
tốn RoundRobin, sau đó xây dựng và thực nghiệm thuật tốn trên CloudSim toolkit
[3]

2. Phương pháp nghiên cứu
•

Nghiên cứu lý thuyết về cơng nghệ ảo hóa máy chủ.

•

Nghiên cứu lý thuyết và cách giải bài tốn cái túi.

•

Nghiên cứu thuật tốn tham lam, thuật tốn RoundRobin.

•

Ứng dụng cách giải bài toán cái túi để xây dựng giải thuật cấp phát tài ngun
cho điện tốn đám mây IaaS.

3. Cơng nghệ ảo hóa máy chủ
Ngày nay, hệ thống máy chủ ở các trung tâm dữ liệu thường hoạt động khoảng 10%

7

tới 25% cơng suất. Nói cách khác, 75% tới 90% công suất của máy không được dùng
đến. Một máy chủ dùng chưa hết cơng suất vẫn chiếm diện tích sử dụng và hao tổn
điện năng, vì vậy chi phí hoạt động của một máy chủ không được sử dụng đúng mức
cũng gần bằng với chi phí khi chạy hết cơng suất. Như vậy chúng ta đang lãng phí
các tài nguyên của cả hệ thống. Với sự cải tiến không ngừng các đặc điểm hoạt động
của phần cứng, máy tính trong năm tới sẽ có cơng suất gấp đơi máy tính của năm
nay. Từ đó, phải có một cách nào đó hiệu quả hơn để công suất của làm việc của máy
tương ứng với tỷ lệ sử dụng và đó là những gì mà ảo hóa có thể làm được -bằng việc
dùng một phần cứng duy nhất để hỗ trợ cùng một lúc nhiều hệ thống. Ảo hóa máy
chủ mang lại cơ hội cắt giảm chi phí bằng việc giảm số lượng máy chủ. Ít máy chủ
hơn nghĩa là cần ít diện tích hơn, ít nhân viên hơn và giảm điện năng tiêu thụ.

3.1.

Khái niệm ảo hóa máy chủ

Ảo hóa máy chủ là cơng nghệ ứng dụng ảo hóa nhằm khai thác triệt để khả năng làm
việc của các phần cứng trong một hệ thống máy chủ. Ý tưởng của ảo hóa máy chủ là
tạo ra nhiều máy ảo trên một máy chủ vật lý, mỗi máy ảo cũng được cấp phát tài

nguyên phần cứng như máy thật với RAM, CPU, card mạng, ổ cứng, hệ điều hành và
các ứng dụng riêng.

3.2.

Phân loại ảo hoá máy chủ [1, 2, 4, 7, 8]

3.2.1. Ảo hóa hệ điều hành

Hình 3. 1 Mơ hình ảo hóa hệ điều hành
8

Hình 3.1 minh họa mơ hình ảo hóa hệ điều hành, bao gồm các tầng sau:
•

Phần cứng của máy vật lý;

•

Hệ điều hành chia sẻ (Shared OS): hệ điều hành máy vật lý có khả năng chia
sẻ phần cứng cho những hệ điều hành ảo;

•

Hệ điều hành khách: hệ điều hành của máy ảo;

•

Ứng dụng: thực thi trên hệ điều hành khách.

Ảo hóa hệ điều hành là một dạng ảo hóa phần mềm. Hệ điều hành cho phép nhiều
thể hiện của khơng gian khách hàng khác nhau có thể cùng thực thi. Những thể hiện
đó chính là những hệ điều hành ảo đem đến cho người dùng cảm giác như một máy
thật. Nhân hệ điều hành cung cấp tính năng quản lý tài nguyên cho phép cô lập các
hệ điều hành ảo, nhằm tránh xung đột tài nguyên với nhau.
Chi phí để thực hiện ảo hóa hệ điều hành tương đối thấp, với hiệu năng hệ thống cao,
vì các ứng dụng trong hệ điều hành ảo chỉ đơn giản thực thi và gọi những lời gọi hệ
thống như bình thường, khơng cần phải có một bộ giả lập hoặc máy ảo trung gian.
Giải pháp cũng khơng địi hỏi sự hỗ trợ từ phần cứng. Tuy nhiên nhược điểm lớn
nhất của ảo hóa hệ điều hành là kém linh hoạt, bởi hệ điều hành khách cũng chính là
hệ điều hảnh chủ (hoặc có chung nhân như nhân linux) do đó ảo hóa hệ điều hành
chỉ thích hợp với cấu hình thuần nhất.

3.2.2.

Ảo hóa phần cứng (Full-virtualization)

9

Hình 3. 2. Mơ hình ảo hóa phần cứng

Hình 3.2 minh họa mơ hình ảo hóa phần cứng, bao gồm các tầng sau:
•

Phần cứng vật lý: bao gồm thiết bị nhập xuất, thiết bị lưu trữ, bộ vi xử lý;

•

Bộ giám sát máy ảo (Virtual Machine Monitor - VMM): cung cấp cho máy ảo
tất cả các dịch vụ của hệ thống phần cứng bao gồm BIOS ảo, thiết bị ảo, quản
lý bộ nhớ ảo;

•

Các máy ảo: sử dụng tài nguyên do VMM quản lý;

•

Hệ điều hành khách: thực thi trên nền các máy ảo này;

•

Ứng dụng: thực thi trên hệ điều hành khách.

Phương pháp ảo hóa này dựa trên việc giả lập phần cứng máy tính. VMM mơ phỏng
phần cứng và liên lạc với các trình điều khiển thiết bị. Các trình điều khiển thiết bị
phần cứng liên lạc trực tiếp đến phần cứng vật lý. Các máy ảo sử dụng tài nguyên do
VMM quản lý. Máy ảo là một ảnh của toàn bộ hệ thống, bao gồm BIOS ảo, không
gian bộ nhớ ảo và các thiết bị ảo. Hệ điều hành khách không bị thay đổi và chúng
hoạt động như trên phần cứng thật sự.
Phương pháp này không chỉ hỗ trợ nhiều hệ điều hành mà còn hỗ trợ nhiều loại hệ
điều hành khác nhau thực thi trên cùng một máy chủ. Mỗi hệ điều hành này có thể
khác nhau về phiên bản thậm chí cịn khác nhau hồn tồn như Windows và Linux
có thể thực thi đồng thời trên phần mềm ảo hóa phần cứng. Nhược điểm của mô
10

phỏng phần cứng là nó ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của hệ thống. Điều này

khiến cho các ứng dụng trên các máy ảo thực thi chậm hơn bình thường. Các cơng ty
cung cấp phần mềm ảo hóa phần cứng gồm có VMware (ở cả hai phiên bản VMware
Server và ESX Server) và Microsoft.

3.2.3.

Ảo hóa song song (Para-virtualization)

Hình 3. 3. Mơ hình ảo hóa song song

Hình 3.3 minh họa mơ hình ảo song song, bao gồm các tầng sau:
•

Phần cứng vật lý: bao gồm thiết bị nhập xuất, thiết bị lưu trữ, bộ vi xử lý và
các thiết bị khác như các thiết bị mạng, vi xử lý đồ họa, âm thanh ...;

•

Giám sát máy ảo (Virtual Machine Monitor - VMM): chỉ mô phỏng một phần
và cung cấp các dịch vụ để hệ điều hành khách tương tác với hệ thống phần
cứng;

•

Các máy ảo: sử dụng tài nguyên do VMM quản lý.

•

Hệ điều hành khách: thực thi trên nền các máy ảo này, hệ điều hành này được
đã tinh chỉnh.

•

Ứng dụng: thực thi trên hệ điều hành khách.

Với phương pháp ảo hóa này, thay vì mơ phỏng một mơi trường phần cứng hồn
chỉnh, VMM chỉ mơ phỏng một phần và cung cấp các dịch vụ để hệ điều hành khách

11

tương tác với hệ thống phần cứng. Để có thể tương tác với hệ thống phần cứng thì hệ
điều hành khách phải được tinh chỉnh, không phải là phiên bản giống như hệ điều
hành gốc. Do đó, hệ điều hành khách thực thi ảo hóa song song với phần giả lập
phần cứng. Điều này có nghĩa khơng phải hệ điều hành nào cũng có thể thực thi ảo
hóa song song.
Ảo hóa song song có hai ưu điểm. Thứ nhất, hiệu năng hệ thống cao hơn do khơng
cần mơ phỏng tồn bộ phần cứng vật lý. Thứ hai, không giới hạn trình điều khiển
thiết bị trong phần mềm ảo hóa như ảo hóa phần cứng. Bởi vì ảo hóa song song sử
dụng trình điều khiển thiết bị có trong hệ điều hành chủ, tận dụng được nhiều loại
phần cứng. Sản phẩm nguồn mở XenServer xuất hiện trong các bản phân phối Linux
là một ví dụ điển hình về para-virtualization.

3.3.

Lợi ích ảo hóa máy chủ

Triển khai nhanh: thay vì cài đặt máy chủ, chỉ cần cần khôi phục một bản sao lưu
hoặc đơn giản là sao chép tập tin của máy ảo trong phần mềm ảo hóa. Đối với nhiều
máy ảo, việc triển khai hàng loạt một cách tự động là điều có thể. Việc nâng cấp

phần cứng được thực hiện nhanh chóng và đơn giản bằng các thủ tục phần mềm.
Tăng khả năng khơi phục sau thảm họa: việc ảo hóa cô lập phần lớn các lỗi của máy
ảo khỏi máy vật lý. Ngoài ra, nếu một máy vật lý bị sự cố thì các máy ảo sẽ được di
chuyển đến máy chủ khác và có thể hoạt động lại ngay tức thì. Sao lưu và khơi phục
dễ dàng hồn tồn bằng phần mềm.
Phân phối tài nguyên linh hoạt: với các công cụ quản lý từ xa các máy chủ và máy ảo
ta sẽ thấy tình trạng tồn bộ hệ thống từ đó có chính sách nâng cấp máy vật lý hoặc
máy ảo đó hoặc di chuyển máy ảo đang quá tải đó sang máy chủ vật lý có cấu hình
mạnh hơn, có nhiều tài ngun cịn trống hơn để hoạt động. Điều này giúp đối phó
với những yêu cầu tăng tài nguyên một cách đột biến trong thời gian ngắn, do đó tài
nguyên vật lý được tận dụng tối đa. Những máy chủ thường xuyên trao đổi thông tin
với nhau có thể được di chuyển đến những vị trí vật lý gần nhau hơn để tăng cường
hiệu năng liên kết.
Tiết kiệm: thông thường, các máy chủ chỉ sử dụng rất ít tài nguyên của hệ thống,
12

trong đó phần lới là bộ vi xử lý và bộ nhớ. Các nghiên cứu cho thấy trung bình
doanh nghiệp chỉ sử dụng khoảng 10% đến 25% công suất máy chủ.

3.3.

Mối quan hệ của ảo hóa máy chủ và điện tốn đám mây

Ảo hóa được xem là một phần xu hướng chung đối với các hệ thống thông tin cho
doanh nghiệp. Xu hướng đó bao gồm cả điện tốn tự trị (autonomic computing) mà
trong đó mơi trường điện tốn có thể tự quản lý dựa trên thông tin theo dõi được từ
hoạt động của chính nó và điện tốn theo yêu cầu (ultility computing) khi mà năng
lực xử lý của máy tính được xem như tiện ích mà khách hàng có thể chi trả theo nhu
cầu sử dụng. Trong cả hai xu hướng, vai trị của ảo hóa rất quan trọng.

Ảo hóa chính là chìa khóa của điện tốn đám mây. Mặc dù khơng phải bắt buộc
nhưng những mơ hình điện tốn đám mây sử dụng cơng nghệ ảo hóa sẽ có hiệu năng
và tính linh hoạt cao nhờ khả năng chia sẽ các tài nguyên ảo thông qua hệ thống
mạng. Bằng cách sử dụng ảo hóa, chi phí triển khai hệ thống sẽ giảm đáng kể và còn
đảm bảo được tính hiệu quả trong việc sử dụng tài nguyên.

4. Nghiên cứu bài toán cái túi
4.1Bài toán cái túi
Bài toán cái túi hay cịn gọi là bài tốn xếp ba lơ là một bài tốn tối ưu hóa tổ hợp.
Bài tốn được đặt tên từ vấn đề chọn những gì quan trọng có thể cho vừa vào trong
một cái túi (với giới hạn khối lượng) để mang theo trong một chuyến đi. Các bài toán
tương tự thường xuất hiện trong kinh doanh, toán tổ hợp, lý thuyết độ phức tạp tính
tốn, mật mã học và tốn ứng dụng.

LwTT^J
13

Hình 4. 1. Bài tốn xếp ba lơ một chiều

Ví dụ về một bài tốn xếp ba lơ giới hạn 1 chiều: chọn các hộp nào để làm cực đại
lượng tiền trong khi giữ được tổng khối lượng dưới 15 kg? Bài tốn đa chiều có thể
xét đến khối lượng riêng và kích thước của các hộp, đó là bài tốn xếp vali điển hình
(packing problem).
Ta có n loại đồ vật, x1 tới xn. Mỗi đồ vật xj có một giá trị pj và một khối lượng wj.
Khối lượng tối đa mà ta có thể mang trong ba lơ là C.

4.2Bài toán cái túi dạng 0-1
Hạn chế số đồ vật thuộc mỗi loại là 0 (không được chọn) và 1 (được chọn).
Bài xếp ba lơ 0-1 có thể được phát biểu bằng tốn học như sau:

Cực đại hóa
ĩ?

Eft-Zjj=i
sao cho
5Z wjxj — c- Zj = 0

or 1, j — 1,... , n.

j=i

4.3Một số cách giải bài toán cái túi
n

a) Thuật toán trực tiếp (Brute-force): duyệt tất cả 2 khả năng đồ vào túi, tình cách
chất có tổng giá trị lớn nhất có tổng trọng lượng các đồ vật khơng q dung
lượng cái túi
b) Thuật toán tham lam: sắp xếp các đồ vật theo thứ tự không tăng giá trị. Lần lượt
xét các đồ vật theo thứ tự đã sắp, chất đồ đang xét vào túi nếu như dung
lượng còn lại của cái túi đó đủ chứa nó( tức là tổng trọng lượng của các đồ
vật đã xếp vào túi và trọng lượng của các đồ vật đang xét không vượt quá khả
năng của túi).

4.3Nhận xét
Đây là vấn đề khó và được xếp vào dạng NP-Hard nên thường được giải theo dạng
14

heurictic. Cần phải xác định mục tiêu, chiến lược cụ thể khi giải.

5. Xây dựng thuật toán cấp phát máy ảo trên IaaS
5.1 Giới thiệu
Trong cơ sở hạ tầng của điện tốn đám mây IaaS, giả sử có M máy vật lý đồng nhất
được thể hiện P={P1, P2, ..., Pn}. Nhờ cơng nghệ ảo hóa, máy vật lý có thể triển khai
máy ảo trên chính nó. Tất cả các máy vật lý có thể nhận yêu cầu máy ảo và tạo ra
máy ảo đáp ứng yêu cầu của người dùng. Một yêu cầu máy ảo được thể hiện trong
tập Ri = {r1 , r2 , ..., rn} các máy ảo trong lần yêu cầu thứ i, trong đó một máy ảo sẽ
được thể hiện là ri (m, c, d) với m là yêu cầu ram của máy ảo, c là yêu cầu số cpu
của máy ảo, d là yêu cầu image của máy ảo; mỗi yêu cầu máy ảo độc lập nhau. Việc
cấp phát máy ảo như thế nào để có thể đảm bảo việc sử dụng tài nguyên hiệu quả
cũng như việc sử dụng dịch vụ cơ sở hạ tầng IaaS ổn định là một vấn đề quan trọng,
cần phải có chiến lược cấp phát tài máy ảo trong IaaS hợp lý. Ở đây, chúng tôi sẽ
nghiên cứu thuật toán đáp ứng hai chiến lược[5, 6, 10, 11]: (i) sử dụng tối thiểu máy
chủ vật lý; (ii) cân bằng tải trong việc sử dụng các máy vật lý. Chúng tơi đề xuất 2
thuật tốn cho hai chiến lược cấp phát máy ảo nói trên phương pháp tham lam,
phương pháp RoundRobin[9] và triển khai thực nghiệm trên CloudSim toolkit 3.0.

5.2 Thuật toán sử dụng tối thiểu máy chủ vật lý
Để xác định khả năng phân phối tất cả các máy ảo của người dùng vào các máy đơn
vật lý thì đầu tiên, thuật toán sẽ sắp xếp các máy đơn vật lý theo các tiêu chuẩn sau:
1) Đầu tiên, ưu tiên máy đơn vật lý nào có ít hợp đồng đang chạy nhất tại thời
điểm t.
2) Nếu tiêu chuẩn (1) bằng nhau, so sánh dựa vào số lượng tài nguyên rảnh tại
thời điểm t.
Khiphân
để
các
máy
phối
đơn

tất
đã
cả
được
các
sắp
máy
xếp,
ảo.
Thuật
sử
dụng
toán
thuật
cố tốt.
gắng
toánphân
thamphối
lam
càng
nhiều
máy
ảo
lên
một
máy
đơn
vật
lý
càng

15

Thuật toán 1: Phân phối tham lam Greedy
Input: R {Danh sách yêu cầu máy ảo}
Output: Một cách phân phối R P map empty dictionary
P' ^sort(P) {Sắp xếp dựa theo chiến lược lựa chọn máy đơn đã nêu} cur_ymMáy ảo
đầu tiên trong R
for Vp E P' do
pdone false
while notpdone do
if cur_ym có thể phân phối lên p then
map

else

cur-vm

cur_ym

p

Máy đơn tiếp theo trong R

p done true
end if
end while
end for
return map

5.3Thuật toán cân bằng tải máy chủ vật lý
Cân bằng tải là một phương pháp phân phối khối lượng tải trên nhiều máy tính hoặc
một cụm máy tính để có thể sử dụng tối ưu các nguồn lực, tối đa hóa thơng lượng,
giảm thời gian đáp ứng và tránh tình trạng quá tải trên máy chủ. Các lợi ích khi sử
dụng phương pháp cân bằng tải:
•

Tăng khả năng đáp ứng, tránh tình trạng quá tải trên máy chủ, đảm bảo tính
linh hoạt và mở rộng cho hệ thống.

Tăng
độ tin
cậy
vàcho
khả
năng
dự
phịng
thống:Sử
dụng
cân
đồng
bằng
tải
thời
giúp
đảm
tăng
bảo

tính
người
HA
(High
dùng
Availability)
khơng
bịhệ
gián
cho
đoạn
dịch
thống,
vụ
khi xảy
ra
lỗi
sự
cố
lỗi
tại
một
điểmcho
cung
cấp
dịchhệ
vụ.

16

Tăng tính bảo mật cho hệ thống:Thơng thường khi người dùng gửi u cầu
Thuậtdịch
tốnvụ2:đến
Phân
cân
bằng
Robin
hệ phối
thống,
u
cầu tải
đó -sẽRound
được xử
lý trên bộ cân bằng tải, sau đó
•

thành phần cân bằng tải mới chuyển tiếp các yêu cầu cho các máy chủ bên
trong. Q trình trả lời cho khách hàngcũng thơng qua thành phần cân bằng
tải, vì vậy mà người dùng khơng thể biết được chính xác các máy chủ bên
trong cũng như phương pháp phân tải được sử dụng. Bằng cách này có thể
ngăn chặn người dùng giao tiếp trực tiếp với các máy chủ, ẩn các thông tin và
cấu trúc mạng nội bộ, ngăn ngừa các cuộc tấn công trên mạng hoặc các dịch
vụ không liên quan đang hoạt động trên các cổng khác.
Chúng tơi đề xuất dùng thuật tốn Round Robin cho chiến lược cân bằng tải các máy
chủ vật lý - đây gọi là thuật tốn ln chuyển vịng, các máy chủ sẽ được xem ngang
hàng và sắp xếp theo một vòng quay. Các truy vấn dịch vụ sẽ lần lượt được gửi tới
các máy chủ theo thứ tự sắp xếp.
Ví dụ: Cấu hình một cụm Cluster bao gồm 03 máy chủ: A, B, C.
•

Yêu cầu dịch vụ thứ nhất sẽ được gửi đến máy chủ A.

•

Yêu cầu dịch vụ thứ hai sẽ được gửi đến máy chủ B.

• Yêu cầu dịch vụ thứ ba sẽ được gửi đến máy chủ C.
Yêu cầu dịch vụ thứ tư sẽ lại được gửi cho máy chủ A....

17

Input: R {Danh sách yêu cầu máy ảo}
Output: Một cách phân phối R P
map empty dictionary cur_p {Máy chủ vật lý đầu tiên trong P} size {số lượng máy
chủ vật lý trong P}
for V vm G R do
cur_p = cur_p%size
if vm có thể phân phối lên cur_p then
map

p

cur node

cur_p Máy chủ vật lý tiếp theo trong R
else end for return map

5.4.

Kết quả nghiên cứu

Chúng tơi xây dựng thuật tốn và thực nghiệm trên công cụ CloudSim 3.0 toolkit.
Chúng tôi xây dựng một datacenter có 5 host (máy chủ vật lý), với cấu hình của các
host sau:
Tham số
Giá trị
System architecture (arch)
x86
Operating system (os)
Linux
Time zone this resource located (time zone)
7
Virtual machine monitoring (vmm)
Xen
Ram
2048 Mb
Strorage
100,000 Mb
Bandwidth (bw)
10,000
PEs *
5
( )

Bảng 5. 1 Cấu hình máy chủ vật lý
(*) CloudSim Pe (Processing Element) class represents CPU unit, defined in terms of Millions Instructions Per Second
(MIPS) rating. ASSUMPTION: All PEs under the same Machine have the same MIPS rating.

Với yêu cầu cấu hình máy ảo như sau
Tham số
Giá trị
Image size (size)
10,000 Mb
Ram
512 Mb
MIPS (mips)
1000
Bandwidth (bw)
1000
vmm
xen
Number of cpus (pesNumber)
1
Bảng 5. 2 Cấu hình máy ảo

Với hệ thống IaaS gồm 1 datacenter có 5 host, chúng tơi đã thực thi chương trình giả
lập lần lượt là 5, 10, 15, 20, 25 máy ảo được gửi lên hệ thống và thu được kết qủa như
bảng sau (có thể xem kết quả chi tiết trong phần phụ lục):

Số VM yêu
cầu cấp
phát
5
10
15
20
25

Số VM cấp Số lượng Host sử dụng
phát thành
theo thuật toán 1 công
Greedy
5
2
10
3
15
4
20
5
20 ( 5 VM bị lỗi)
5

Số lượng Host sử dụng
theo thuật toán 2 Round Robin
5
5
5
5
5

Bảng 5. 3 Kết quả thực nghiệm
Hình 5. 1 Số lượng host được sử dụng theo thuật tốn Greedy và RoundRobin

•
V
Với hệ thống IaaS ( 5 Host) trên chỉ có thể cấp phát tối đa 20 máy ảo cùng lúc vì hệ

•d

•

•d

thống các Host không đủ tài nguyên để cấp phát thêm, cụ thể ở đây là Ram.

6. Kết luận và kiến nghị
Trong chuyên đề này chúng tơi trình bày cơ sở lý thuyết về cơng nghệ ảo hóa máy
chủ được phân làm ba loại gồm: ảo hóa hệ điều hành, ảo hóa ful-virtuatlization, ảo
hóa para-virtuatlization. Thuật toán cấp phát máy ảo trong IaaS được nghiên cứu
theo hai chiến lược:
•

(i) Sử dụng tối thiểu máy chủ vật lý. Được hiện thực dựa trên thuật toán phân
phối tham lam.

•

(ii) Cân bằng tải trong việc sử dụng các máy vật lý. Được hiện thực dựa trên
thuật tốn RoudRobin.

HaiCloudSim
mở
thuật
tốn
toolkit

được
cài
3.0
đặt,
trên
thực
ngơn
nghiệm
ngữ
Java.
trên
Tùy
cơng
vào
cụ
mục
nguồn
tiêu
của
chẳng
người
hạn
khai
sử
dụng
thác
chiến
IaaS
lược
màcứu

có
(i)
thể
nếu
chọn
muốn
chiến
tiệt
lược
kiệm
thích
tài
hợp,
ngun
tránh
tình
hệ
thống
trạng
đặc
q
biệt
tảicấp
là
của
năng
hệ
thống
lượng,
có

ngược
thể
dùng
lại
nếu
chiến
muốn
lược
(ii).
tài
ngun
Tuy
nhiên,
cần
phải
để
đạt
nghiên
được
sự
thêm
linh
các
hoạt
vấn
trong
đề
về
việc
chia

cấp
sẻ
phát
tài
ngun,
định
thời
trong
phát
tài
ngun,
...

21

Tài liệu tham khảo
[1] A. Whitaker, R.S.C., M. Shaw, S.D. Gribble (2005) ‘Rethinking the Design of
Virtual Machine Monitors', IEEE Computer
[2] B. Sotomayor, K.K., I. Foster, and T. Freeman (2007) ‘Enabling cost-effective
resource leases with virtual machines', ACM/IEEE International Symposium
on High Performance Distributed Computing.
[3] CloudSim, />[4] James Smith, R.N.(2005) ‘The Architectures of Virtual Machines', IEEE
Computer.
[5] Kinger2, A.K.s.a.S.(2013) ‘Analysis of Load Balancing Techniques in Cloud
Computing', International Journal of Computers & Technology, 4, (2), pp. 5
[6] Kunal Mahurkar, S.K.S.B., Pratikawale(2013) ‘Reducing Cost of Provisioning
in Cloud Computing', International Journal of Advance in Computer Science
and Cloud Computing, 1, (2)
[7] Mendel Rosenblum, T.G.(2005) ‘Virtual Machine Monitors: Current

Technology and Future Trends', IEEE Computer
[8] Paul Barham, B.D., Keir Fraser, Steven Hand, Tim Harris, Alex Ho, Rolf
Neugebauer, Ian Pratt, and Andrew Warfield (2003) ‘Xen and the art of
virtualization', ACM Press
[9] Rakesh Rathi, V.S.a.S.K.B.(2013) ‘Round Robin Data Center Selection in
Single Region for Service Proximity Service Broker in Cloud Analyst',
International Journal of Computer & Technology
[10]
Sonika Matele, K.J., Navneet Singh(2013) ‘A Study of Load Balancing
Issue Among Multifarious Issues of Cloud Computing Environment',
International Journals of Emerging Technolog Computational and Applied
Science (IJETCAS)
[11]
Wickremansinghe, R.N.C., Rajkumar Buyya(2010) ‘CloudAnalyst: A
CloudSim- based Visul Modeller for Analysing Cloud Computing Environments and
Applications', IEEE Computer Society

Phụ lục
Kết quả chi tiết cấp phát tài nguyên theo thuật toán đề xuất
Số VM
Greedy
RoundRobin
5
VM
Host
V
Host
0
0