Nghiên cứu và triển khai hệ quản trị tài nguyên trên điện toán đám mây

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 Và Triển Khai Hệ
Quản Trị Tài Nguyên Trên Điện Toán Đám Mây
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
1.1..................................................................................................................
1.2.

Tính chất cơ bản của điện tốn đám mây

đám mây
1.3.

...........................................................5

Các tầng dịch vụ của điện tốn đám mây

3.5.Lợi ích và thách thức của điện toán đám mây
2.
4.1.2 Ảo hoá Storage ........................................................................................... 8
4.1.1
3.
4.
5. 4.1.3. Ảo hố Network
6..........................................................................................................................
7.............................................................................................................................
4.2.1 Mơ hình quản lý tài nguyên tập trung của OpenNebula

11

4.2.2 Đánh giá

13

8.
9...................................................................................................................................

2


10.

11.
V

iết
14. tắt Đ
TĐM
17.
E
C2
20.
aS
23.
AC
26.
aaS
29.
A
32.
oS
35.
aaS
38.
M
41.
MM
44.
PS

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
12. Tiếng Anh
15.

18. Elastic Compute Cloud

21. Infrastructure as a
Service
M
24. Media Access Control
P
27. Platform as a Service
Q
30. Quality Assurance
Q
33. Quality of Service
S
36. Software as a Service
V
39. Virtual Machine
V
42. Virtual Machine
Monitor
V
45. Virtual Private Server
Ia

13.

Tiếng Việt

16.
19.

Điện tốn đám mây

22.
tầng
25.
mơi trường
28.

Dịch vụ cơ sở hạ
Điều khiển truy nhập
Dịch vụ nền tảng

31.

Đảm bảo chất lượng

34.

Chất lượng dịch vụ

37.

Dịch vụ phần mềm

40.

Máy ảo

43.

Giám sát máy ảo

46.

Máy chủ riêng ảo

3


47.

DANH MỤC HÌNH VẼ

48............................................................................................................................
49............................................................................................................................


1. Đặt vấn đề
1.1.
50.

Hiện trạng

Hiện nay nhu cầu tài nguyên tính tốn ngày càng tăng cao, nhất là trong việc

nghiên cứu và học tập tại trường đại học. Các phần mềm phục vụ các ngành như
công nghệ thông tin, xây dựng, điện tử, mơi trường, kiến trúc, kinh tế... địi hỏi phải
có hệ thống máy tính có cấu hình đủ mạnh để đáp ứng. Vấn đề đặt ra là làm thế nào
để việc quản lý và cấp phát tài nguyên tính tốn cho các đơn vị một cách hợp lý; tiết
kiệm được chi phí đầu tư ban đầu, chi phí quản lý hệ thống; tận dụng triệt để tài
nguyên hệ thống.
51.

Để giải quyết vấn trên đề tài đề xuất “Xây dựng hệ quản trị tài nguyên cho

điện toán mây IaaS” giúp cho việc quản lý và cấp phát tài nguyên trên Điện Toán
Đám Mây được dễ dàng. Các đơn vị có thể đăng ký sử dụng, được cấp phát tài
nguyên theo thời gian thực thi và nhu cầu thực tế. Kỹ thuật Điện toán đám mây mang
đến khả năng tận dụng triệt để tài nguyên và công suất của hệ thống một cách linh
hoạt theo từng thời điểm và từng yêu cầu sử dụng. Nói rõ hơn, kỹ thuật Điện toán
đám mây với mục tiêu EaaS - Everything as a Service (Mọi thứ đều như một dịch
vụ) tạo ra khả năng linh hoạt việc sử dụng tài nguyên, khả năng thực thi và năng lực
tính tốn - để cung cấp cho người dùng như một dịch vụ.

1.2.
52.

Mục tiêu nghiên cứu

Trong chun đề này, có 3 mục tiêu sau:
•

Nghiên cứu tổng quan về điện tốn đám mây gồm: khái niệm, tính chất, mơ
hình cung cấp dịch vụ và mơ hình triển khai điện tốn đám mây. Bên cạch đó
phân tích những lơi ích và khó khăn khi ứng dụng điện tốn đám mây.

•

Vấn đề quản lý tài ngun điện tốn đám mây gồm: mơ hình quản lý tài
ngun, các cơng cụ về quản lý tài nguyên đang sử dụng và những vấn đề còn
tồn tại trong việc quản lý tài nguyên đám mây điện tốn.

•

Xây dựng hệ quản trị tài ngun ngun điện tốn đám mây IaaS gồm: phân
tích, thiết kế, triển khai hệ thống

1.3.
53.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng
5


•

Cơ chế ảo hóa;

•

Cơ chế lưu trữ và quản lý máy ảo;

•

Cách thức triển khai điện tốn đám mây dựa trên mã nguồn mở.

54.

Phạm vi
•

Xây dựng hệ quản trị dựa trên mã nguồn mở (Open Nebula, Xen, ... ) và sử
dụng một số công cụ để thực hiện các chức năng của hệ thống đã đề ra ở trên;

•

Hệ điều hành máy vật lý trên nền linux;

•

Hệ điều hành máy ảo có là linux.

2. Phương pháp nghiên cứu
•

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết.

•

Khảo sát những ứng dụng có liên quan đến điện tốn đám mây trong thực tế.

•

Tham khảo tài liệu từ những từ hội thảo, cơng trình, đề tài, luận văn đã thực
hiện trong và ngồi nước.

•

Khảo sát các mơ hình, ứng dụng và các cơ chế quản lý máy ảo cho điện tốn
đám mây hiện có trong thực tế.

Nghiên cứu các mã nguồn mở xây dựng dịch vụ co sở hạ tầng điện tốn đám
mây.
3

•

55.
56. . Tổng quan điện toán đám mây

3.1.
57.

Khái niệm điện toán đám mây

Rất nhiều chuyên gia đã đưa ra định nghĩa của mình về điện tốn đám mây,

mỗi nhóm nghiên cứu đưa ra định nghĩa theo cách hiểu, cách tiếp cận của riêng mình
nên rất khó tìm một định nghĩa tổng qt nhất của điện tốn đám mây. Theo đó điện
tốn đám mây được hiểu theo các nghĩa dưới đây:
58. • Điện tốn đám mây là một mơ hình điện tốn phân tán có tính co giãn lớn
mà hướng theo co giãn về mặt kinh tế, là nơi chứa các sức mạnh tính tốn,
kho lưu trữ, các nền tảng và các dịch vụ được trực quan, ảo hóa và co giãn
linh động, sẽ được phân phối theo nhu cầu cho các khách hàng bên ngồi
thơng qua internet [7].
59. • Điện tốn đám mây cịn được định nghĩa theo hướng thương mại, từ góc
nhìn của khách hàng đầu cuối. Theo đó, tính năng chủ yếu của điện toán đám
6


mây là cung cấp cơ sở hạ tầng và các ứng dụng về công nghệ thông tin dưới

dạng dịch vụ có khả năng mở rộng được.

3.2.
60.

Tính chất cơ bản của điện toán đám mây [2, 10]

Khả năng tự phục vụ theo nhu cầu (On-demand self service): điện tốn

đám mây có khả năng đáp ứng các nhu cầu của người sử dụng dịch vụ một cách linh
hoạt. Người sử dụng gửi thông tin yêu cầu thông qua các website cung cấp dịch vụ,
hệ hống của nhà cung cấp dịch vụ sẽ tự động đáp ứng các yêu cầu của khách hàng.
61.

Khả năng truy xuất trên diện rộng (Broad-network Acess): khách hàng dù

ở bất kỳ đâu và sử dụng bất kỳ thiết bị nào có thể kết nối internet là đã có thể sử
dụng dịch vụ của điện toán đám mây. Điện tốn đám mây cho phép cung cấp các
dịch vụ thơng qua mơi trường internet. Thêm vào đó, điện tốn đám mây cung cấp ở
dạng dịch vụ ứng dụng vì vậy khơng địi hỏi khả năng xử lý cao ở phía người sử
dung, vì vậy chỉ cần thơng qua các thiết bị đầu cuối như PDA, điện thoại hay Internet
TV là đã có thể truy cập và sử dụng dịch vụ.
62.

Khả năng co giãn của hệ thống (Elastic Scaling): điện toán đám mây cho

phép người sử dụng có thể linh hoạt mở rộng (scale down) hay thu hẹp (scale down)
hệ thống một cách nhanh chóng dễ dàng. Người sử dụng chỉ việc trả phí tương ứng
cho những gì họ sử dụng. Điều này giúp người sử dụng có thể tiết kiệm được chi phí
sử dụng dịch vụ vì họ khơng phải chi trả cho những tài nguyên dư thừa họ không

dùng tới. Đối với nhà cung cấp dịch vụ thì đó là việc thêm một hoặc nhiều máy vật lý
vào đám mây hoặc thêm một đám mây con vào đám mây lớn, cũng như loại bỏ một
đám mây con ra khỏi đám mây lớn ....
63.

Khả năng sử dụng chung tài nguyên (Resource Pooling): Hệ thống tài

nguyên ảo và vật lý được xem như một kho tài nguyên sẵn sàng phục vụ bất cứ lúc
nào. Người sử dụng thuê những gì họ cần trong một thời gian và trả phí cho những gì
họ sử dụng. Lợi ích mang lại từ khái niệm Resource Pooling đó là một kho tài
nguyên cực lớn được xây dựng đáp ứng các yêu cầu tài nguyên của khách hàng.
64.

Khả năng điều tiết dịch vụ: khả năng tự động kiểm soát và tận dụng triệt để

việc sử dụng nguồn tài nguyên về CPU, bộ nhớ, băng thông mạng hay dung lượng
lưu trữ. Lượng tài nguyên mà khách hàng sử dụng được theo dõi, kiểm soát và lưu
7


lại, sau đó sẽ báo cáo chính xác cho người sử dụng. Nhờ vào việc có thể xác định
được lưu lượng của hệ thống theo từng thời gian mà hệ thống có thể tự điều tiết để dễ
dàng phục vụ.

3.3.
65.

Các tầng dịch vụ của điện toán đám mây[7, 8, 10]

Dịch vụ phần mềm (Software as a Service - SaaS): Ứng dụng chạy trên

điện toán đám mây cung cấp đến khách hàng thông qua các Website. Khách hàng sẽ
không phải bận tâm đến việc đầu tư về cơ sở hạ tầng, chi phí về quản lý, vận hành và
bảo dưỡng hệ thống. Những công việc này sẽ do nhà cung cấp dịch vụ thực hiện.
Nhà cung cấp dịch vụ phải đảm bảo mọi hoạt động bên trong của hệ thống để các
ứng dụng thực thi. Một trong những ví dụ phổ biến nhất về dịch vụ này là dịch vụ
mail như Yahoo mail, Gmail... ngồi ra cịn có rất nhiều các ứng dụng khác phát triển
theo công nghệ Web 2.0 như các ứng dụng về quản lý nguồn nhân lực, kế tốn, quản
lý lương, quản lý khách hàng. Có thể kể đến cá ứng dụng phổ biến như
Salesforce.com [12], Sugar CRM, IBM® Lotus® Live và IBM Lotus Sametime®.
66.

Dịch vụ nền tảng (Platform as a Service - PaaS): Ở mơ hình này, nhà

cung cấp dịch vụ sẽ cung cấp cho khách hàng một nền tảng để phát triển ứng dụng.
Khách hàng sẽ tự xây dựng ứng dụng trên nền tảng đó thơng qua các công cụ phát
triển mà nhà cung cấp dịch vụ cung cấp. Khách hàng chỉ quan tâm đến việc phát
triển ứng dụng dựa trên nền tảng và cơ sở hạ tầng được cung cấp mà không cần bận
tâm đến việc đầu tư vào cơ sở hạ tầng bên dưới hay các chi phí về quản lý khác. Các
ví dụ có thể kể đến ở trong mơ hình này như Amazon Web Services [3] , Azure,
IBM® WebSphere® Application Server Virtual Images và Google App Engine[5].
67.

Dịch vụ cơ sở hạ tầng (Infrastructure as a Service - IaaS): Ở mơ hình

này, người sử dụng sẽ được cung cấp cơ sở hạ tầng như mạng, máy chủ, CPU, bộ
nhớ, không gian lưu trữ và các tài ngun tính tốn khác. Khách hàng sẽ tự quyết
định sử dụng hệ điều hành gì, xây dựng ứng dụng dựa trên nền tảng nào trên các tài
nguyên hạ tầng mà mình được cung cấp. Các tài nguyên hạ tầng đó được cung cấp
dưới dạng các máy ảo (VM) được ảo hóa từ các máy chủ vật lý dựa trên các cơng

nghệ ảo hóa. Các tài ngun ảo hóa này dễ dàng phân phối và cấp phát một cách linh
hoạt hơn nhiều so với các tài nguyên vật lý. Các ví dụ về dịch vụ cơ sở hạ tầng như
8


VMware, Amazon EC2 [3], IM Bluehouse, Sun ParaScale Cloud Storage và
Microsoft Azure Platform.

3.4.
68.

Mơ hình triển khai điện tốn đám mây [1, 7, 8, 13]

Mơ hình điện tốn đám mây cơng cộng (Public cloud): dịch vụ điện toán

đám mây cung cấp cho người sử dụng dưới dạng ứng dụng web hoặc dịch vụ web
thông qua môi trường Internet. Các ứng dụng của khách hàng đều nằm trên hệ thống
điện toán đám mây. Khách hàng không phải quan tâm đến việc đầu tư cơ sở hạ tầng,
quản lý, vận hành và bảo trì hệ thống, tất cả sẽ do nhà cung cấp dịch vụ quản lý,
kiểm soát và đảm bảo cho ứng dụng hoạt động, khách hàng sẽ được giảm thiểu chi
phí đầu tư.
69.

Mơ hình điện tốn đám mây riêng (Private Cloud): Trong mơ hình 2.6, cơ

sở hạ tầng và các dịch vụ được xây dựng để phục vụ cho một tổ chức, doanh nghiệp
duy nhất. Những đám mây này tồn tại bên trong tường lửa của doanh nghiệp và được
doanh nghiệp quản lý. Điều này giúp cho doanh nghiệp có thể tự kiểm soát tối đa về
các nguồn tài nguyên, về dữ liệu, về chất lượng dịch vụ và cơ chế bảo mật. Doanh
nghiệp tự xây dựng và quản lý cơ sở hạ tầng và các ứng dụng được triển khai trên

đám mây điện toán riêng của họ. Một mặt doanh nghiệp sẽ giảm được chi phí đầu tư
tràn lan rộng rãi, mà đầu tư một cách tập trung, có thể kiểm soát được tài nguyên và
độ co giãn theo nhu cầu. Mặt khác, đảm bảo được vấn đề bảo mật thơng tin doanh
nghiệp.
70.

Mơ hình điện tốn đám mây lai (Hybrid Cloud): là sự kết hợp nhằm tận

dụng các ưu thế của hai mơ hình trên. Như đã phân tích, mơ hình Public Cloud dễ áp
dụng, chi phí thấp nhất nhưng lại kém an tồn nhất. Ngược lại, mơ hình Private
Cloud an tồn hơn nhưng tốn chi phí đầu tư hơn và khó áp dụng rộng rãi cho mọi
doanh nghiệp, đặc biệt là các doanh nghiệp nhỏ. Theo mơ hình này, các doanh
nghiệp sẽ sử dụng các dịch vụ từ Public Cloud đối với các dữ liệu không quan trọng
và chỉ đầu tư xây dựng Private Cloud cho những chức năng và dữ liệu quan trọng.
Bên cạnh đó, các ứng dụng có thể bắt tay, trao đổi dữ liệu giữa hai mơ hình.

3.5.
71.

Lợi ích và thách thức của điện tốn đám mây

Lợi ích của điện tốn đám mây.
9


•

Giảm chi phí đối với người sử dụng dịch vụ: các doanh nghiệp và các cá
nhân sử dụng dịch vụ điện tốn đám mây, đặc biệt là Public Cloud, thì chi phí
đầu tư ban đầu là rất thấp. Khi đó, doanh nghiệp chỉ phải tập trung vào nhiệm

vụ sản xuất kinh doanh của mình. Khi sử dụng các dịch vụ điện toán đám mây
người sử dụng chỉ phải trả những chi phí mà họ thực sự sử dụng nhờ vào tính
linh hoạt và co giãn của hệ thống. Đây chính là lợi ích đáng kể của các doanh
nghiệp sử dụng điện tốn đám mây.

•

Sử dụng triệt để và hiệu quả nguồn tài nguyên đối với nhà cung cấp dịch
vụ: tài nguyên của hệ thống điện toán đám mây được sử dụng hợp lý và hiệu
quả nhờ vào tính co giãn của nó, tài nguyên cấp phát theo đúng như nhu cầu
của khách hàng và sẽ được thu hồi ngay khi khơng cịn nhu cầu sử dụng nữa.
Nhờ vào đó sẽ tận dụng một cách tốt nhất các tài nguyên dư thừa của một
khách hàng nào đó để sử dụng phục vụ cho khách hàng khác. Với cơng nghệ
điện tốn đám mây, hệ thống sẽ tự động tính tốn lưu lượng sử dụng của
khách hàng để linh động đáp ứng nhu cầu của khách hàng. Khi nhu cầu giảm
xuống thì hệ thống sẽ cắt giảm bớt nguồn tài nguyên vật lý ra khỏi hệ thống
bằng việc tạm ngừng hoạt động các tài nguyên này nhằm giảm năng lượng.

Thách thức của điện tốn đám mây

72.
•

Tính sẵn sàng của hệ thống: vấn đề mà người sử dụng điện toán đám mây lo
ngại nhất khi sử dụng dịch vụ là tính sẵn sàng của dịch vụ. Vì những dịch vụ
này được cung cấp thơng qua internet nên để đáp ứng được tính sẵn sàng là rất
khó. Có rất nhiều lý do khiến cho một ứng dụng trên đám mây điện tốn
khơng thể cung cấp liên tục đến cho khách hàng, có thể là do mất kết nối
internet, hoặc một lý do lỗi hệ thống nào đo... Đây có thể là nguyên nhân cản
trở người sử dụng đến với các dịch vụ trên điện toán đám mây nhất.

•

Chưa được chuẩn hóa: với sự phát triển nhanh chóng của cơng nghệ điện
tốn đám mây, các ứng dụng trên nền điện toán mây và các phiên bản phần
mềm hệ thống điện toán đám mây đã được cải thiện khả năng tương tác giữa
các nền tảng khác nhau, nhưng các hàm API và các công cụ tương tác vẫn
chưa có sự chuẩn hóa. Điều này dẫn đến việc người sử dụng phải phụ thuộc
10


vào nhà cung cấp dịch vụ.
•

Vấn đề bảo mật: dữ liệu của khách hàng lưu trữ trên hệ thống điện tốn đám
mây của nhà cung cấp dịch vụ liệu có tuyệt đối an tồn và khơng bị thất thốt
hay rị rỉ ra bên ngồi hay khơng. Khách hàng vẫn chưa yên tâm khi sử dụng
dịch vụ và thường chỉ lưu những dữ liệu thông thường, kém quan trọng lên
đám mây. Cịn những dữ liệu mang tính nhạy cảm và cần thiết sự an tồn thì
cho dù nó có được mã hóa đi nữa các doanh nghiệp cũng khơng thể tin tưởng
lưu trữ lên điện toán đám mây. Đây thực sự là một vấn đề nan giải và là một
thách thức thực sự đối với cơng nghệ điện tốn đám mây.

4. Quản lý tài nguyên điện toán đám mây
4.1Tài nguyên đám mây điện tốn
73.

Máy chủ trong các hệ thống cơng nghệ thông tin ngày nay thường được thiết

kế để chạy một hệ điều hành và một vài ứng dụng. Điều này không khai thác triệt để

hiệu năng của hầu hết các máy chủ rất lớn. Ảo hóa cho phép bạn vận hành nhiều máy
chủ ảo trên cùng một máy chủ vật lý, dùng chung các tài nguyên của một máy chủ
vật lý qua nhiều môi trường khác nhau. Các máy chủ ảo khác nhau có thể vận hành
nhiều hệ điều hành và ứng dụng khác nhau trên cùng một máy chủ vật lý. Trong lớp
ảo hóa, các tài nguyên vật lý được trừu tượng hóa thành các máy chủ, kho lưu trữ, và
mạng ảo. Tài ngun tính tốn có thể được tạo ra, mở rộng, hoặc thu hẹp lại theo nhu
cầu thực tế. Với một mơi trường động như điện tốn đám mây, ảo hóa mang lại nhiều
lợi ích như khả năng chia xẻ, sử dụng tối ưu tài nguyên, khả năng cô lập tài nguyên,
giúp cho ứng dụng của một người dùng không ảnh hưởng đến người khác trong một
môi trường chia sẻ.
4.1.1
74.

Ảo hoá server

Một máy chủ riêng ảo (Virtual Private Server) hay máy chủ ảo hoá là một

phương pháp phân vùng một máy chủ vật lý thành nhiều máy chủ ảo, mỗi máy chủ
ảo có khả năng hoạt động độc lập trên một hệ điều hành và cũng có khả năng bật, tắt
tương tự như một máy chủ vật lý. Lợi thế của ảo hố máy chủ :
•

Hoạt động hoàn toàn như một máy chủ riêng.
11


•

Tiết kiệm được chi phí đầu tư máy chủ ban đầu.

•

Có thể dùng máy chủ ảo hố cài đặt các ứng dụng khác tùy theo nhu cầu của
doanh nghiệp.

•

Bảo trì sửa chữa nâng cấp nhanh chóng và dễ dàng.

•

Dễ dàng nâng cấp tài nguyên RAM, HDD, băng thông khi cần thiết.

•

Có thể cài lại hệ điều hành một cách nhanh chóng.

•

Khơng lãng phí tài ngun.
4.1.2

75.

Ảo hố Storage

Hiện nay, nhờ vào cơng nghệ ảo hóa lưu trữ mà các nhà cung cấp dịch vụ lưu

trữ đã được cung cấp giải pháp lưu trữ hiệu suất cao cho khách hàng của họ trong
một khoảng thời gian rất lớn. Ảo hóa lưu trữ là việc giải quyết hợp nhất ở mức logic

các thiết bị lưu trữ khác nhau về phiên bản, xuất xứ, nguyên lý hoạt động thành một
nguồn lưu trữ duy nhất, chính là q trình ảo hố lưu trữ. Người dùng sẽ chỉ nhìn
thấy một nguồn lưu trữ duy nhất, nhưng trên thực tế về mặt vật lý thì khơng phải như
vậy. Các thiết bị lưu trữ đã được ảo hoá, hợp nhất thành một nguồn lưu trữ chung.
Người quản trị hệ thống sẽ có quyền điều khiển, quản lý nguồn lưu trữ được hợp nhất
ở mức logic, tạo và sửa đổi vai trò của các thiết bị lưu trữ vật lý trong nguồn lưu trữ
logic đó. Ảo hố lưu trữ thường được thực hiện bởi các phần mềm chuyên dụng.
Phần mềm chun dụng có thể được cài đặt và tích hợp trực tiếp trên các máy chủ
chạy ứng dụng của hệ thống hoặc cũng có thể tích hợp trên thiết bị lưu trữ. Một cơng
nghệ ảo hố lưu trữ nổi tiếng hiện nay đó là SAN (Storeage Area Network). Áp dụng
ảo hố lưu trữ mang lại những lợi ích cơ bản sau:
•

Đơn giản hóa việc quản lý hạ tầng lưu trữ: việc quản lý duy nhất một nguồn
lưu trữ ảo sẽ đơn giản hơn rất nhiều cho người quản trị. Thay vì phải thao tác
các cơng việc quản lý tại chỗ cho từng thiết bị riêng biệt trong mạng, nguời
quản trị sẽ chỉ quản lý tập trung từ một địa điểm. Với cách quản lý tập trung
như vậy, việc di chuyển dữ liệu trong mạng SAN từ thiết bị này sang thiết bị
khác khi có nhu cầu sẽ được xử lý nhanh chóng và thuận tiện hơn. Thêm vào
đó, các ứng dụng đang chạy trên các máy chủ không cần phải ngừng hoạt
12


động khi thực hiện việc di chuyển dữ liệu.
•

Nâng cao hiệu quả sử dụng dữ liệu: ảo hoá dữ liệu góp phần làm tăng tính sẵn
sàng của dữ liệu, hỗ trợ khả năng quản lý dữ liệu theo vòng đời. Nhờ đó góp
phần làm tăng hiệu quả sử dụng của cả hệ thống lưu trữ.

4.1.3.
76.

Ảo hoá Network

Các thành phần mạng trong cơ sở hạ tầng mạng như Switch, Card mạng, được

ảo hoá một cách linh động. Switch ảo cho phép các máy ảo trên cùng một máy chủ
có thể giao tiếp với nhau bằng cách sử dụng các giao thức tương tự như trên thiết bị
chuyển mạch vật lý mà không cần phần cứng bổ sung. Chúng cũng hỗ trợ chức năng
VLAN tương thích với việc triển khai VLAN theo tiêu chuẩn từ nhà cung cấp. Một
máy ảo có thể có nhiều card mạng ảo, việc tạo các card mạng ảo này rất đơn giản và
không giới hạn số lượng. Ta có thể nối các máy ảo này lại với nhau bằng một Switch
ảo. Điều đặc biệt quan trọng, tốc độ truyền giữa các máy ảo này với nhau thông qua
các switch ảo được truyền với tốt độ rất cao theo chuẩn GigaByte (1GB), đẫn đến
việc đồng bộ giữa các máy ảo với nhau diễn ra rất nhanh.
4.1.4.
77.

Ảo hoá Application

Ảo hóa ứng dụng là giải pháp tiến đến cơng nghệ điện toán đám mây trên nền

dịch vụ ứng dụng. Ảo hóa ứng dụng phép sử dụng phần mềm của nhà cung cấp dịch
vụ mà không cần phải cài vài phần mềm này vào máy tính phía người dùng. Giải
pháp ảo hóa ứng dụng có những lợi ích nổi trội sau:
•

Tất cả các máy tính đều có thể sử dụng phần mềm ảo như đang cài trên máy
tính của mình mà khơng phải lo về cấu hình máy tính. Tốc độ phần mềm luôn

ổn định và không phụ thuộc vào cấu hình từng máy.

•

Các máy tính con ln ở trong tình trạng sạch, không phải cài nhiều ứng dụng
và chạy nhanh hơn. Lọai bỏ hoàn toàn việc phải sửa lỗi phần mềm do virus,
spyware.

•

Cho phép sử dụng phần mềm mà khơng phải quan tâm đến hệ điều hành bạn
đang sử dụng. Ví dụ: ta có thể dùng Microsoft Office ngay trong khi máy
mình đang cài hệ điều hành Linux.

•

Có thể phân phối phần mềm một cách linh động đến một số cá nhân hoặc
13


nhóm người có nhu cầu sử dụng, thay vì cài vào tất cả mọi máy như cách phổ
thông. Việc cài đặt hoặc gỡ bỏ phần mềm ra khỏi máy tính có thể diễn ra
nhanh hơn nhiều nếu như trong một cơng ty có hàng trăm máy tính.
•

Thơng tin ln ln được lưu trữ an toàn ở máy chủ trung tâm thay vì có thể
phân tán trên nhiều máy con và có thể truy cập được ở bất kỳ máy tính nào.

4.2Khảo sát các công cụ về quản lý tài nguyên đám mây điện tốn
4.2.1

Mơ hình quản lý tài ngun ĐTĐM IaaS thông qua phần

mềm Grid Midleware.[4]
78.

Tác giả xây dựng kiến trúc kết hợp giữa phần mềm mã nguồn mở đám mây

điện toán Eucalyptus với phần mềm trung gian lưới DIET, sử dụng Eucalyptus như là
nguồn tài nguyên của DIET-Solve. Kiến trúc bao gồm hai phần DIET-Solve và
Eucalyptus:
•

DIET-Solve bao gồm 3 thành phần Ứng dụng khách hàng (Client application)
yêu cầu dịch vụ; SED (Server Daemon) hoạt động như một nhà cung cấp dịch
vụ; Các Agent làm nhiệm vụ bắt tay giữa hai thành phần trên, định vị dịch vụ.

•

Eucalyptus bao gồm 3 thành phần: Bộ điều khiển đám mây điện toán (CLC)
làm nhiệm vụ bắt tay và tiếp nhận yêu cầu từ bên ngoài; Bộ điều khiển cụm
máy chủ (CC); Bộ điều khiển máy chủ vật lý (NC) cấp phát các tài nguyên ảo.

79.

Trong kiến trúc này SED Cloud đóng vai trò cầu nối giữa DIET-Sovle và

Eucalyptus, chuyển tiếp yêu cầu và tiếp nhận phản hồi, xử lý và thực hiện thông tin
từ Eucalyptus thông qua các hàm SOAP API.

14


80.

1.

SED

SED Batch
Batch scnct generator
Submission to oatch scheduler

SED Cloud
Qoud script generator Deploy
the mage New servces are
T
ẽg»sìer
-----------------------------------------------

Hater ScnedLier PBS,
OAR, Loadlever..

81.
4.2.2
82.

Cloud plartorni
Eucalyptus, EC?. -

Hình 4. 1 Kiến trúc DIET-Solve và Eucalyptus

Mơ hình quản lý tài nguyên tập trung của OpenNebula. [6]

OpenNebula là nền tảng điện toán đám mây cung cấp khả năng quản trị số

lượng lớn tài nguyên ảo hóa. OpenNebula cho phép tạo và cấu hình máy ảo giống
như một máy vật lý kết nối vào hệ thống. Điểm khác biệt giữa Open Nebula và
Amazon EC2(và một số nhà cung cấp đám mây công cộng khác) ở một điểm duy
nhất Amazon EC2 là dịch vụ cơng cộng. Giao diện ảo hóa OpenNebula cung cấp cho
người dùng và quản trị viên những chức năng ảo hóa, mạng ảo, tạo ảnh và tinh chỉnh
tài nguyên vật lí, quản lý, giám sát và thống kê.

15


83.
2.
■X

VM

VM

(w) @ @
Service

Virtual Infrastructure Manager
(VIM)
Networ

k
Image
Repositories
(Storage)

84.
85.

Tfysical Infrastructure

Hình 4. 2 Mơ hình ĐTĐM của OpenNebula[11]

Dịch vụ được lưu trữ trong máy ảo, và sau đó gửi, giám sát và kiểm sốt trong

đám mây bằng cách sử dụng giao diện cơ sở hạ tầng ảo:
•

Giao diện dịng lệnh

•

XML-RPC API

86. • Libvirt API
87.

OpenNebula thực hiện các chức năng:
•

Quản lý các mạng ảo.

•

Tạo máy ảo, máy ảo được thêm vào cơ sở dữ liệu.

•

Triển khai các máy ảo, triển khai theo chính sách phân bổ, lên lịch và quyết
định nơi để thực thi các máy ảo.

•

Quản lý các máy ảo đang chạy từ khi máy ảo bắt đầu khởi động, định kỳ giám
sát trạng thái và khả năng tiêu thụ của máy ảo, và có thể tắt máy, đình chỉ,
dừng lại hoặc di chuyển máy ảo sang máy chủ khác.

•

Quản lý hình ảnh của các máy ảo. Trước khi thực thi, hình ảnh của máy ảo
được chuyển giao để lưu trữ. Sau khi thực thi, hình ảnh của máy ảo có thể
16


được sao chép trở lại kho.
88.

OpenNebula được chia thành 3 lớp
•

Tools: các cơng cụ quản lý được phát triển dựa trên các giao diện cung cấp bởi

OpenNebula Core

•

Core: thành phần chính kiểm sốt máy ảo, lưu trữ, mạng ảo và máy chủ vật lý

•

Drivers: bao gồm các plugin để kết nối các cơng nghệ ảo hóa, lưu trữ và kiểm
sốt khác nhau, cũng như tích hợp dịch vụ đám mây vào core
4.2.3

89.

Đánh giá

Qua nghiên cứu và khảo sát một số mơ hình và cơng cụ quản lý tài ngun

ĐTĐM chúng tôi nhận thấy một số vấn đề tồn tại như sau:
•

Các nghiên cứu liên quan về vấn quản lý tài ngun trên mơi trường ĐTĐM
IaaS đưa ra những mơ hình quản lý chung hoặc dựa vào mục đích và phạm vi
áp dụng.

•

Một số nhà cung cấp dịch vụ hay những phần mềm mã nguồn mở chỉ đưa ra
những công cụ quản lý tài nguyên ở mức độ giám sát, hoặc lập lịch theo
những nhu cầu chung.

90.

Việc quản lý tài nguyên trên mơi trường ĐTĐM cịn phụ thuộc nhu cầu, mục

đích quản lý và phạm vi áp dụng của từng đơn vị, từng tổ chức. Đối với các đơn vị,
để xây dựng vụ dịch vụ điện toán đám mây, cần chú trọng vào tiến trình hoạt động
của từng đơn vị, từ đó đưa ra giải pháp cơng nghệ dựa trên mơ hình hiện có và cần
phải trải nghiệm thực tế, chứ không đơn thuần bỏ tiền mua các giải pháp dịch vụ
ĐTĐM. Một mơ hình ĐTĐM IaaS áp dụng cho phịng thí nghiệm/thực nghiệm địi
hỏi chi phí đầu tư thấp, có thể tùy biến/can thiệp vào các thuật toán điều phối tài
nguyên là yêu cầu không thể thiếu.

17


5. Phân tích, thiết kế hệ quản trị tài nguyên điện toán đám mây IaaS
5.1. Yêu cầu chức năng của hệ thống

91.

92.
Yêu cầu chức năng của hệ thống: hệ quản trị tài nguyên điện toán đám mây
gồm các
93.

94.
95.
Quản lý máy vật lý: máy vật lý được phân thành từng cụm theo DataCenter
hoặc theo thuộc tính khác để thuận tiện cho việc quản lý và cấp phát phát máy ảo.

Gồm các chức năng sau:
•

Hiển thị, thêm, xóa, cập nhật thơng tin cụm máy chủ vật lý.

•

Hiển thị, thêm, xóa, cập nhật thơng tin, điều khiển tình trạng máy chủ vật lý.

•

Thơng tin chi tiết tất cả các máy chủ vật lý gồng: ID máy vật lý, tên máy vật
lý, địa chỉ IP, tình trạng CPU, tình trạng bộ nhớ RAM, số lượng máy ảo đã
triển khai trên máy vật lý, trạng thái của máy vật lý trên hệ thống;

96.

Quản lý máy ảo: các chức năng trên giúp cho việc quản lý máy ảo trở nên
18


tiện lợi và hiệu quả hơn. Chức năng quản lý máy ảo gồm:
•

Hiển thị, thêm, xóa, cập nhật thơng tin, điều khiển trạng thái máy ảo.

•

Thơng tin máy ảo gồm thông tin: ID máy ảo, tên khách hàng sở hữu máy ảo
đó, tên máy ảo, trạng thái, tình trạng CPU, tình trạng bộ nhớ RAM, địa chỉ IP,

tên gói dịch vụ, tên máy chủ chứa máy ảo, thời gian tạo máy ảo;

97.

Quản lý mạng ảo: giúp cho người quản trị định nghĩa ra các lớp mạng ảo

dành cho máy ảo. Quản trị viên có thể tao tác:
•

Hiển thị thơng tin,thêm, xóa, cập nhật thơng tin mạng ảo mới.

•

Các thơng tin của mạng ảo gồm: mã (ID) mạng ảo, địa chỉ IP, địa chỉ MAC,
giao diện mạng dùng cho máy ảo (Brigde);

98.

Quản lý gói dịch vụ: gói dịch vụ là phần định nghĩa máy ảo. Gồm các chức

năng sau:
•

Hiển thị thơng tin,thêm, xóa, cập nhật thơng tin gói dịch vụ.

•

Gói dịch vụ gồm những thơng tin: ID gói dịch vụ, tên gói dịch vụ, hệ điều
hành của máy ảo, tình trạng, thơng tin phần cứng của máy ảo (cịn gọi là
template máy ảo) gồm: tên máy ảo, CPU, MEMORY, điều hành cho máy ảo,

đường dẫn đến ảnh (image) của máy ảo, đĩa cứng, thiết bị nhập xuất, chiến
lược triển khai máy ảo lên máy chủ vật lý;

5.2Mơ hình quản trị tài ngun điện tốn đám mây IaaS
99.

Trong phần này chúng tơi trình bày mơ hình quản lý tài ngun tập trung cho

ĐTĐM IaaS đề xuất. Mơ hình được thiết kế theo ba tầng: (i) Tầng vật lý; (ii) Tầng
quản lý tập trung; (iii) Tầng giao diện điện toán đám mây. Tiếp theo chúng tơi trình
bày phần quản lý tài ngun gồm hai tiến trình chính là: tiến trình cấp phát tài
ngun ảo và tiến trình giám sát tài nguyên.
5.2.1
100.

Kiến trúc hệ thống

Theo phần đánh giá ở mục 4.2.3, việc quản lý tài nguyên trên môi trường

ĐTĐM IaaS phụ thuộc nhu cầu, mục đích quản lý và phạm vi áp dụng của từng đơn
vị, từng tổ chức. Ở đây, nhóm chúng tơi sẽ xây dựng một hệ quản trị tài nguyên
ĐTĐM IaaS cho một phịng thực hành/thí nghiệm của một trường Đại học. Hiện nay
các ngành học như công nghệ thông tin, xây dựng, điện tử, môi trường, kiến trúc,
19


kinh tế,... tại trường Đại học địi hỏi phải có hệ thống máy tính có cấu hình đủ mạnh
để đáp ứng nhu cầu thực thi các phần mềm chuyên dụng, phần mềm giả lập hỗ trợ
học tập chuyên ngành. Để đáp ứng nhu cầu đó, cần xây dựng một hệ quản trị tài
nguyên để quản lý và cấp phát tài ngun tính tốn cho các đơn vị một cách hợp lý;

tiết kiệm được chi phí đầu tư ban đầu, chi phí quản lý hệ thống; tận dụng triệt để tài
nguyên hệ thống. Do vậy, chúng tơi đề xuất mơ hình quản lý tài nguyên tập trung cho
ĐTĐM IaaS như sau:
101.

102.

Hình 5. 2. Kiến trúc quản lý tài nguyên tập trung cho ĐTĐM IaaS

103. Trong hình 4 gồm các tầng sau:
104.
105.

• Tầng vật lý : Máy vậy lý là nơi triển khai máy ảo. Số lượng máy ảo

được triển khai trên từng máy vật lý tùy thuộc vào công nghệ ảo hóa và cơng
suất của từng máy vật lý. Máy vật lý sẽ được quản lý theo từng cụm. Tùy theo
hệ thống mạng vật lý, lớp mạng, IP của máy vật lý ta sẽ quản lý theo nhiều
20


cụm khác nhau. Hệ thống cho phép thêm/giảm bớt máy vật lý vào hệ thống.
Điều này giúp cho khả năng mở rộng hoặc thu hẹp hệ thống, thể hiện sự linh
hoạt của ĐTĐM IaaS. Hệ thống cũng cung cấp khả năng giám sát các máy
chủ vật lý để theo dõi mọi hoạt động của nó thơng qua bộ giám sát. Qua đó có
thể theo dõi được các thơng tin về trạng thái hoạt động, năng lưc hoạt động,
mức độ triển khai các máy ảo trên nó và hiện tại có bao nhiêu máy ảo đang
hoạt
106. động trên nó.
107.

108.
109.
•

Hình 5. 3. Cụm máy vật lý triển khai máy ảo.

Tầng quản tài nguyên tập trung : Đây là phần hệ thống quản lý tập trung
máy vật lý, mạng ảo, quản lý vòng đời hoạt động của máy ảo bao gồm các
phần: bộ lập lịch, bộ quản lý tài nguyên, bộ giám sát và cơ sở dữ liệu. Cung
cấp khả năng lập lịch hoạt động của máy ảo theo các chính sách cân bằng tải,
khối lượng công việc, khả năng đáp ứng của các máy vật lý. Cung cấp các
giao diện lập trình (API) để phát triển giao diện web cho người dùng đầu cuối.
Việc quản lý tài nguyên trong ĐTĐM IaaS bao gồm hai tiến trình chính là:
tiến trình cấp phát tài nguyên ảo và giám sát tài nguyên (bao gồm tài ngun
ảo và tài ngun vật lý).

•

Tầng giao diện điện tốn đám mây: Đây là giao diện Web cung cấp cho
người dùng khả năng quản lý máy ảo, cung cấp cho nhà cung cấp dịch vụ khả
năng quản lý hệ thống tập trung cả hệ thống máy chủ vật lý, máy ảo, mạng ảo.
Được hiện thực dựa trên công nghệ dịch vụ web.
21


5.2.2
110.

Tiến trình cấp phát tài nguyên ảo

Các bước cấp phát máy ảo:

111.

1) Yêu cầu cấp phát máy ảo. Người dùng gửi u cầu máy ảo thơng

qua giao diện điện tốn đám mây.
112.

2) Tìm máy vật lý phù hợp với yêu cầu người dùng. Lúc này hệ

thống quản lý tập trung sẽ phần tích cấu hình của máy ảo theo u cầu người
dùng, dựa trên cấu hình này sẽ tìm một máy vật lý thích hợp để chứa máy ảo.
113.

3) Triển khai máy ảo trên máy vật lý đã được chọn. Thành phần

quản lý tập trung sẽ gửi yêu cầu xuống bộ giám sát máy ảo (VMM) trên máy
vật lý đã được chọn. Thông qua bộ VMM này máy ảo sẽ được tạo ra và có khả
năng thực thi trên máy vật lý đã được chọn.
114.

4) Lập lịch thực thi máy ảo. Bộ lập lịch sẽ đảm nhận việc lập lịch

thực thi máy ảo theo yêu cầu của người dùng. Có một số chiến lược lập lịch
như: đặt chỗ (advance-reservation), tức thời (Immediate), ...
115.

5) Cấp phát máy ảo cho người dùng. Người dùng sẽ thao tác điều

khiển máy ảo thông qua giao diện web hoặc có thể điều khiển từ xa thông qua
IP của máy ảo.
116.

Sơ đồ khối cấp phát máy ảo như sau:
117.

118.

Hình 5. 4. Sơ đồ khối cấp phát máy ảo
22


5.2.3
119.

Tiến trình giám sát tài nguyên

Giám sát tài nguyên là một công cụ dùng quan trọng để điều khiển và quản lý

tồn bộ cơ sở hạ tầng. Nó cung cấp thông tin để hỗ trợ ra quyết định trong tiến trình
cấp phát tài ngun đồng thời nó cũng thu thập trạng thái hoạt động của toàn bộ tài
nguyên của hệ thống để kịp thời giải quyết khi có lỗi xảy ra. Ở đây tiến trình giám sát
được phân ra hai cấp: giám sát ở máy vật lý, giám sát ở tầng quản lý tập trung.
120.

• Giám sát ở máy vật lý: Ở tầng này bộ giám sát tập trung tình trạng

hoạt động của máy ảo trên máy vật lý nếu lỗi xảy ra sẽ gửi yêu cầu điểu chỉnh

lập lịch và di trú máy ảo tới máy vật lý sẵn sàng khác.

121.
122.
123.
124.

Hình 5. 5. Sơ đồ khối giám sát máy vật lý
• Giám sát ở tầng quản lý tập trung: Giám sát việc sử dụng tài đã

được cấp phát, từ đó đưa ra chiến lược tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên.
Kiểm tra xem liệu việc phân bố các máy ảo trên các máy vật lý đã được cân
bằng hay chưa, nếu chưa có thể tiến hành cân bằng lại việc phân bố máy ảo
trên máy vật lý.

125.
126.

Hình 8.

127. Hình 5. 6. Sơ đồ khối giám sát sử dụng tài nguyên.

23


5.2.4
128.

Mơ hình cơ sở dữ liệu hệ

Là nơi lưu trữ thông tin của máy ảo, mạng ảo, máy vật lý, thơng tin cá nhân

của khách hàng, nhóm của khách hàng, gói dịch. Xem kiểu dữ liệu, kích thước và ý
nghĩa của từng trường trong các bảng xem ở phần phụ lục.
use
ruser
id
groupjd
(FK)
username
password
created_at
updated_at
invalid email
addressl
addressi city
province
zip_code
conuntry
phone_numb
er company

129.
5.2.5

vm
package

packagejd
1networkjd

(FK) name
template
created_at
price os
invalid
description
updated_at

groupjiam
e
created_at
invalid
descriptio
n

130.

Hình 5. 7. Mơ hình cơ sở dữ liệu quan hệ.

Sơ đồ hoạt động

a. Quản lý máy vật lý

24


131.

Máy vật lý là nơi triển khai các máy ảo thơng qua trình ảo hóa máy chủ. Tùy

thuộc vào khả năng của máy vật lý mà ta có thể triển khai nhiều hay ít máy ảo trên
đó. Hệ thống quản lý các máy lý và phân biệt chúng dựa vào địa chỉ IP của chúng.
Để tiệncho việc quản lý hệ thống cho phép phân máy vật lý theo cụm. Mỗi máy vật
lý sẽ được phân vào một cụm duy nhất. Hệ thống có thể theo dõi được các thơng tin
về trạng thái hoạt động, năng lực hoạt động, mức độ triển khai các máy ảo trên nó và
hiện tại có bao nhiêu máy ảo đang hoạt động trên nó.
132.

133. Hình 5. 8. Mơ hình quản lý máy vật lý
134.
135.

Luồng xử lý cơng việc của tính năng quản lý máy vật lý. Gồm những tính

năng sau:
25