HỌC VIỆN CÔNG NGH Ệ BƯU CHÍNH VIỄ N THÔNG ---------------------------------------
LƯU THỊ THU HÀ
ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨ U TÍNH ẢO HÓA TRONG CÔNG NGHỆ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY Chuyên ngành: Truy ền dữ liệu và mạng máy tính Mã số: 60.48.15 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NG DẪN KHOA HỌC: TS.PHẠM THẾ QUẾ NGƯỜI HƯỚ NG
HÀ NỘ NỘI - 2011
I.
MỞ ĐẦU
Để kiể kiểm tra phả phản ứng nhanh nhạ nhạ y củ của các ứng viên xin việ việc, Google chỉ ch ỉ cần đặt một câu hỏi hỏi tưở ng ng chừng chừng đơn giản: "Bạn sẽ làm gì nế nếu dữ liliệệu hi h iện đặt ra mộ giản: "Bạ có tăng gấp gấp 1.000 lầ lần?". Nếu Nếu ngườ i xin việ việc bê nguyên nhữ những công thức thức đượ c "lậ "lập trình sẵ sẵn" ở trườ ng ng vào tình huố huống này, họ họ sẽ biế bi ến máy chủ chủ thành nhữ những chú ốc sên khi nhận nhận lượ ng ng video, ảnh, bản bản đồ, s ắm... lên 1.000. đồ, thông tin mua sắ Bở i thế, thế, để tìm đượ c chỗ chỗ đứng đứng ở Google, ở Google, họ họ cần họ học cách làm việ việc và cả cả ước mơ ở m ở một cấp độ rộng lớn hơn. Họ phả phải biết bi ết cách đưa khối lượ ng ng dữ liliệệu khổ khổng lồ lồ đó thoát khỏi ph ạm vi nhữ những trung tâm dữ d ữ liliệệu chậ ch ật chộ chội và đặt khỏi phạ đặt chúng ở đâu đó ngoài kiakia- nơi mà các chuyên gia của của Google gọ gọi là "cloud"- Nhữ Những đám mây ảo. ảo. Trong thự th ực tế hiệ hiện nay, vớ vớ i sự thay đổi triển không ngừng ngừng đến đổ i và phát triể đến từng phút giây củ của xã hộ hội xung quanh chúng ta thì nhu cầ c ầu về v ề khả khả năng lưu trữ đượ c một lượ ng ng dữ liliệệu khổ khổng lồ, vượ t ra ngoài nhữ những “cỗ “cỗ máy vậ vật lý” Data center là vô cùng cấ cấp thiế thiết. Sự Sự phát triển triển như vũ bão bão củ của nề nền kinh tế tế thế thế giới giới đã đã đẩy đẩy các doanh nghiệ nghiệp, tập đoàn đa quốc quốc gia lớ lớ n vào tình thế thế phải phải có đượ c mộ một giả giải pháp công nghệ ngh ệ thông tin giúp họ họ lưu trữ đượ c mộ m ột khối khối lượ ng ng khổ khổng lồ các dữ dữ liliệu ệu liên quan đến đến công việ việc kinh doanh củ của họ họ. Bên cạnh cạnh đó, các giải pháp đó cũng phải phải thỏ thỏa mãn các tiêu chí đơn chí đơn giản, giản, an toàn và dễ d ễ sử dụng vì không phả ph ải doanh nghiệ nghiệp nào cũng cũng có khả năng đầu đầu tư mạnh vào hạ h ạ tầng công nghệ nghệ thông tin để phụ phục vụ cho công việ vi ệc kinh doanh của mình vì nhiề nhiều lý do khách quan và chủ ch ủ quan. Không chỉ ch ỉ dừng lại ớ m ớ mức đó, những “đòi “đòi hỏ h ỏi” của của con ngườ i ngày mộ mộ t tăng lên, như là một một thách thứ thức gửi đến đến sự phát triể triển của khoa họ học công nghệ nghệ nói chung và công nghệ ngh ệ thông tin nói riêng. Ngày nay, khái niệ ni ệm dịch vụ đã, đang và sẽ trở trở thành thành mộ một khái niệm niệm quá đỗi đỗi quen thuộ thuộc vớ v ớ i con ngườ i.i. Tất cả đều đượ c chuyể chuyển hóa thành dị d ịch vụ v ụ khi ngườ i dùng không muố mu ốn tự mình phả phải thự thực hiệ hiện tấ tất cả cả mọi việ việc. Họ Họ mu muốốn nhữ những gì đơn giản nh ất, dễ dễ sử dụng nhấ nhất và giản nhấ không phả phải lúc nào cũng cũng phải phải quả quản lý nó khi không có nhu cầ cầu sử sử dụng. Vai trò của dị d ịch vụ vụ trong cuộ cuộc số sống hàng ngày là không thể th ể chố chối cãi.
Tất cả các nhu cầu nói trên đều dẫn đến hai câu hỏi chính được đặt ra. Đó là làm thế nào để giải quyết bài toán lưu trữ một khối lượ ng dữ liệu, ứng dụng khổng lồ và làm thế nào để biến việc sử dụng các dữ liệu, ứng dụng thành các dịch vụ để đáp ứng nhu cầu của ngườ i dùng. Và một câu trả lờ i chung cho cả cho hai câu hỏi “hóc búa” trong nhiều năm qua này đã xuất hiện. Đó chính là Điện toán đám mây (Cloud computing). Thuật ngữ "cloud computing" ra đờ i giữa năm 2007 không 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. Quan niệm này có thể đượ c diễn giải một cách đơn giản: các nguồn điện toán khổng lồ như phần mềm, dịch vụ... sẽ nằm tại các máy chủ ảo (đám mây) trên Internet thay v ì trong máy tính gia đ ình và văn phòng (trên mặt đất) để mọi ngườ i kết nối và sử dụng mỗi khi họ cần. Điện toán đám mây (Cloud Computing) có thể hiểu là mô hình điện toán sử dụng các công nghệ phần mềm, khoa học máy tính,… đượ c phát triển trên hạ tầng mạng máy tính và Internet, để tạo ra một “đám mây” cung cấp từ cơ sở hạ tầng, nơi lưu trữ dữ liệu cho đến các dịch vụ sẵn sàng, nhanh chóng cho mọi cơ quan, tổ chức doanh nghiệp và người dùng đầu cuối theo yêu cầu. Mô hình dịch vụ đám mây, ngườ i dùng không phải quan tâm đến kỹ năng cài đặt, triển khai và ứng dụng phần mềm, các yêu cầu về cở sở hạ tầng truyền thông, mạng máy tính và Internet để truy cập các dịch vụ. Cloud Computing giải quyết các vấn đề tối ưu hóa lưu trữ, ảo hóa máy chủ, cơ sở hạ tầng mạng. Ảo hóa tính toán, sử dụng các siêu máy tính (Super- Computer) để xử lý tính toán và công nghệ tính toán song song, phân tán, tính toán lướ i. “Điện toán đám mây” chắc hẳn các bạn sẽ nghe thấy cụm từ này rất nhiều trong thờ i gian tớ i. Có thể nói, điện toán đám mây chính là xu hướ ng phát triển mớ i của ứng dụng trong tương lai. Các ông lớn như IBM, Google, Microsoft cũng đang rục rịch chuẩn bị cho nền tảng điện toán đám mây của riêng mình. “Chìa khóa” chính giúp Điện toán đám mây (Cloud Computing) giải quyết đượ c các vấn đề phức tạp kể trên chính là sự ảo hóa. Tất cả tài nguyên
của hệ thống đều đượ c ảo hóa. Ảo hóa nhưng vẫn giữ và vẫn đáp ứng đượ c các yêu cầu cần thiết như các nguồn tài nguyên vật lý bình thườ ng và vấn đề quản lý rất đơn giản. Đó chính là điều tạo nên sự khác biệt giữa Điện toán đám mây và các giải pháp khác đã giúp mang lại những lợ i ích to lớ n mà không một giải pháp nào tương tự có thể làm đượ c. Công nghệ ảo hóa đang làm thay đổi bộ mặt của thế giới điện toán bằng các công cụ có khả năng đượ c triển khai và quản lý máy ảo đơn giản, hiệu quả. Bằng việc tối ưu hóa tài nguyên mạng, ảo hóa lưu trữ và ảo hóa máy chủ sử dụng các nguồn tài nguyên hệ thống, và chi phí triển khai ban đầu thấp, ảo hóa đem lại cho các doanh nghiệp khả năng nhanh chóng thu hồi vốn đầu tư. Trong khuôn khổ bài luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứ u tính ảo hóa trong công ngh ệ điện toán đám mây”, tôi sẽ trình bày nội dung theo các phần chính như sau: Chương 1 “Tổng quan về Điện toán đám mây” trong chương này tôi sẽ trình bày: điện toán đám mây là g ì, đặc điểm, các mô hình, các giải pháp và một số ứng dụng công nghệ điện toán đám mây. Chương 2 “Kiến trúc các phần mềm dịch vụ trong điện toán đám mây” bao gồm: phần mềm dịch vụ- SaaS, dịch vụ cơ sở hạ tầng- IaaS và dịch vụ nền tảng- PaaS. Chương 3 “ Đề xuất mô hình ảo hóa trong điện toán đám mây” chương này tôi tìm hiểu ảo hóa là gì, kiến trúc ảo hóa, công nghệ ảo hóa máy chủ và đề xuất mô hình ảo hóa máy chủ trong điện toán đám mây. “ Kết luận”.
II. NỘI DỤNG LUẬN VĂN CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 1.1 Thế nào là điện toán đám mây? 1.1.1 Lịch sử ra đời, các t ên gọi, so sánh với điện toán lưới: 1.1.2 Thế nào là điện toán đám mây? Theo Wikipedia: “Điện toán đám mây (cloud computing) là một khả
mô hình
điện toán có
năng co giãn (scalable) linh động và các tài nguyên thường đượ c ảo hóa
đượ c cung cấp như một d ịch vụ trên mạng Internet”.
Theo Gartner (http://www.buildingthecloud.co.uk/):
“M ột mô hình nghệ
điện toán nơi mà khả năng mở r ộng và linh hoạt về công
thông tin đượ c cung cấp như một d ịch vụ cho nhiề u khách hàng đang sử
d ụng các công ngh ệ trên Internet”.
Theo Ian Foster: “M ột mô hình giãn về mặ t kinh t ế,
điện toán phân tán có tính co giãn lớn mà hướ ng theo co
là nơi chứ a các sứ c mạnh tính toán, kho lưu trữ , các n ề n
t ảng (platform) và các d ịch vụ đượ c tr ực quan, ảo hóa và co giãn linh
động, sẽ
đượ c phân ph ố i theo nhu cầu cho các khách hàng bên ngoài thông qua Internet”.
1.2 Nguyên lý ho ạt động: Để hiểu cách thức hoạt động của “đám mây”, tưở ng tượ ng rằng “đám mây” bao gồm 2 lớ p: Lớ p Back-end và lớ p Front-end.
1.3 Đặc điểm của điện toán đám mây: Nhanh chóng cải thiện với ngườ i dùng. Chi phí đượ c giảm đáng kể. Sự độc lập giữa thiết bị. Độ tin cậy cải thiện. Tính co giãn linh động. Bảo mật cải thiện nhờ vào tập trung hóa dữ liệu.
1.4 Các ưu điểm và nhược điểm: 1.4.1 Các ưu điểm: Miễn phí: Dễ tiếp cận: Di động: Linh hoạt: Yên tâm tuyệt đối:
1.4.2 Nhược điểm: 1.5 Các mô hình tri ển khai của điện toán đám mây: 1.5.1 Các đám mây công cộng - Public cloud: Public cloud: là các dịch vụ đám mây đượ c một bên thứ ba (ngườ i bán) cung cấp. Chúng tồn tại ngoài tườ ng lửa công ty và chúng được lưu trữ đầy đủ và đượ c nhà cung cấp đám mây quản lý.
1.5.2 Các đám mây riêng - Private cloud: Private cloud: là các dịch vụ đám mây đượ c cung cấp trong doanh nghiệp. Những đám mây này tồn tại bên trong tườ ng lửa công ty và chúng đượ c doanh nghiệp quản lý.
1.5.3 Các đám mây lai- Hybrid cloud: Hybrid cloud: là một sự kết hợ p của các đám mây công cộng và đám mây riêng. Những đám mây này thườ ng do doanh nghiệp tạo ra và các trách nhiệm quản lý sẽ đượ c phân chia giữa doanh nghiệp và nhà cung cấp đám mây công cộng.
1.5.4 Các đám mây cộng đồng - Community Cloud: Community Cloud: là các đám mây đượ c chia sẻ bở i một số tổ chức và hỗ trợ một cộng đồng cụ thể có mối quan tâm chung (ví dụ: chung sứ mệnh, yêu cầu an ninh, chính sách…) Nó có thể đượ c quản lý bở i các tổ chức hoặc một bên thứ ba.
1.6 Các giải pháp của điện toán đám mây: Cloud Computing ra đời để giải quyết các vấn đề sau:
1.6.1 Vấn đề về lưu trữ dữ liệu: 1.6.2 Vấn đề về sức mạnh tính toán: 1.6.3 Vấn đề về cung cấp t ài nguyên, phần mềm: 1.7 Tính b ảo mật trong điện toán đám mây : 1.7.1 Mục tiêu bảo mật thông tin đám mây :
Tính an toàn.
Tính đáng tin cậy
Khả năng tồn tại:
1.7.2 Bảo mật: 1.8 Xu hướng phát triển:
CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC CÁC PHẦN MỀM DỊCH VỤ TRONG ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 2.1 Giới thiệu phần mềm dịch vụ SaaS(Software as a Service): 2.1.1 Phần mềm dịch vụ SaaS là gì? SaaS (Software as a Service): tiế ng Việt t ạm d ịch là “phần mề m d ịch vụ”.
Theo định nghĩa của hãng nghiên cứ u toàn cầu IDC SaaS là “phần
mề m hoạt
động trên web, đượ c quản lý b ở i nhà cung cấp và cho phép ngườ i
sử d ụng truy cậ p t ừ xa”.
2.1.2 Các ưu điểm và nhược điểm: 2.1.2.1 Ưu điểm:
Tiết kiệm tiền do không phải mua các máy chủ hoặc phần mềm
khác để hỗ trợ sử dụng, tất cả mọi thứ đều đượ c sử dụng thông qua trình duyệt.
Tập trung ngân sách vào lợ i thế cạnh tranh hơn là cơ sở hạ tầng.
Khách hàng của các ứng dụng SaaS không cần lo lắng về việc
cập nhật các bản vá lỗi hay nâng cấp phần mềm bở i vì điều này đã đượ c thực hiện bở i các nhà cung cấp dịch vụ.
Cho phép nhiều ngườ i dùng cùng lúc.
Tính linh hoạt và khả năng mở rộng cao.
Dễ sử dụng.
Đối vớ i nhà cung cấp, họ chỉ phải duy trì một ứng dụng chung
cho nhiều đơn vị nên chi phí rẻ hơn so vớ i kiểu hosting truyền thống.
Cách tiếp cận trước đây của SaaS là ASP (Application Service
Provider). Các ASP cung cấp các thuê bao đối vớ i phần mềm được lưu trữ và phân phối trên mạng. ASP tính phí theo thờ i gian sử dụng. Do đó bạn không phải mua phần mềm mà chỉ thuê nó khi cần.
2.1.2.2 Nhược điểm:
2.1.3 Một số tính chất:
Tính ảo hoá:
Tập hợ p dữ liệu:
Kênh bán hàng:
2.1.4 Sự khác biệt giưa SaaS & mô h ình cung c ấp DV phần mềm (ASP): 2.1.5 Kiến trúc SaaS: Nói ngắn gọn, thì SaaS là tầng đầu tiên trong mô hình Cloud Computing – Là mô hình triển khai phần mềm từ 1 hệ tập trung sang chạy trên máy tính cục bộ (của ngườ i dùng cuối).
Hình 2.3: Kiến trúc SaaS
Cấp 1: Custom nơi mỗi khách hàng làm chủ phiên bản riêng của ứng dụng.
Cấp 2: Configurable cung cấp sự linh hoạt cấu hình thông qua metadata. Cấp 3: Configurable, Multi-Tenant-Efficient cung cấp một chương tr ình duy nhất để phục vụ cho hàng ngàn, hàng vạn khách hàng cùng 1 lúc.
Cấp 4 : Scalable, Configurable, Multi-Tenant-Efficient: cung c ấp hiệu quả một kiến trúc đa tầng để cho phép khả năng mở rộng giữa các máy chủ.
2.1.6 Giải pháp tiết kiệm chi phí cho các doanh nghiệp: 2.1.7 Những lợi ích khác m à SaaS mang lại: 2.1.8 Mức độ tin cậy của phần mềm dịch vụ SaaS: 2.2 Cơ sở hạ tầng như một dịch vụ ( IaaS: Infrastructure as a Service) Những nhà cung cấp cơ sở hạ tầng quản lý một tập hợ p lớ n các tài nguyên tính toán như các bộ lưu trữ hay bộ xử lý. Thông qua các công nghê ảo hóa, các tài nguyên này có thể đượ c chia nhỏ, gán hay thay đổi kích thướ c một
cách linh động để xây dựng một hệ thống theo kiểu ad – hoc tùy thuộc vào nhu cầu của khách hàng, mà ở đây là các nhà cung cấp dịch vụ. IaaS sử dụng nhiều công nghệ mớ i, dịch vụ và đầu tư trung tâm dữ liệu để cung cấp IT như một dịch vụ cho khách hàng, tập trung xung quanh mô hình cung cấp dịch vụ mà quy định một tiêu chuẩn được xác định trước cơ sở hạ tầng đặc biệt tối ưu cho các ứng dụng của khách hàng.
2.2.1 Hiện đại theo y êu cầu điện toán: 2.2.2 Đám mây của Amazon’s Elastic:
Amazon EC2 là một môi trường điện toán ảo, cho phép khách
hàng sử dụng một giao diện web và quản lý các dịch vụ cần thiết để khởi động một hoặc nhiều trườ ng hợ p của một loạt các hệ điều hành.
Để sử dụng Amazon EC2, trướ c tiên khách hàng cần tạo một
Amazon Machine Image (AMI).
Amazon EC2 cung cấp việc sử dụng các hình ảnh đượ c cấu hình
vớ i các mẫu sẵn để ngườ i sử dụng có thể nhận và chạy ngay lập tức.
2.2.3 Sử dụng Amazon EC2 để chạy các ứng dụng: 2.2.4 Đặc điểm dịch vụ Amazon EC2: Có một vài đặc điểm của dịch vụ EC2 cung cấp những lợ i ích đáng kể cho doanh nghiệp. Trướ c hết, Amazon EC2 cung cấp những tài nguyên quan trọng. Vì quy mô lớ n của Amazon và nó có một lượ ng khách hàng lớ n. Nó là một sự thay thế kinh tế, rẻ hơn nhiều so vớ i một số giải pháp khác. Chi phí phát sinh để thiết lập và chạy một hệ điều hành đượ c chia sẻ cho nhiều khách hàng, làm cho tổng chi phí của mỗi khách hàng đều trở nên rẻ hơn. Khách hàng chỉ phải trả một tỷ lệ rất thấp cho các tính năng mà họ thực sự tiêu thụ. Vấn đề an ninh cũng đượ c cung cấp thông qua ứng dụng web Amazon EC2. Điều này cho phép người dùng cài đặt tườ ng lửa để kiểm soát việc truy cập mạng giữa các nhóm trườ ng. Amazon EC2 cung cấp một môi trường có độ tin cậy cao mà trườ ng hợ p thay thế có thể nhanh chóng đượ c cấp quyền.
2.2.4.1 Khả năng nâng cao tính năng động 2.2.4.2 Khả năng kiểm soát các trường hợp 2.2.4.3 Cấu h ình linh hoạt: 2.2.4.4 Tích h ợ p v ớ i các ứ ng dụng web Amazon khác: 2.2.4.5 Khả năng phục hồi v à hiệu suất đáng tin cậy: 2.3 Nền tảng như một dịch vụ ( PaaS: Platform as a Serivi ce): Các hệ thống đám mây thay v ì chỉ cung cấp cơ sở hạ tầng như một dịch vụ, nó còn có thể đưa ra thêm một tầng trừu tượng hóa để cung cấp nền tảng phần mềm cần thiết cho các hệ thống có thể thực thi được. Kích thướ c của tài nguyên phần cứng tùy thuộc vào yêu cầu của các dịch vụ cần thực thi và đượ c tạo ra một cách trong suốt. Có thể nói rằng PaaS là một sự phát triển tuyệt vờ i của mô hình phân phối ứng dụng SaaS. Mô hình PaaS làm cho tất cả các phương tiện cần thiết để hỗ trợ hoàn thiện vòng đờ i của việc xây dựng và chuyển giao ứng dụng web và dịch vụ hoàn toàn có sẵn từ Internet, tất cả đều không tải phần mềm hoặc cài đặt cho nhà phát triển, quản lý công nghệ thông tin hoặc ngườ i sử dụng đầu cuối.
2.3.1 Mô hình On- Premises truy ền thống: 2.3.2 Mô hình đám mây kiểm mới: 2.3.3 Các đặc điểm chính của PaaS : 2.4 So sánh d ịch vụ SaaS, PaaS và IaaS: Để có thể hiểu rõ hơn về các dịch vụ SaaS, PaaS và IaaS trên nền Cloud Computing, chúng ta có bảng so sánh về các dịch vụ này:
Hình 2.6 : Bảng so sánh các dịch vụ SaaS, PaaS và IaaS
2.5 Các d ịch vụ khác trên n ền của Cloud Computing bao g ồm: 2.5.1 Điện toán theo yêu cầu- Utility Computing: 2.5.2 Dịch vụ web- Web service: 2.5.3 Dịch vụ quản lý- MSP - Managed Service Provider: 2.5.4 Điện toán tích h ợ p- Internet integration:
CHƯƠNG III: ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH ẢO HÓA TRONG ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 3.1 Công nghệ ảo hóa: 3.1.1 Ảo hóa là gì? Ảo hoá là công nghệ tiên tiến nhất trong một loạt các cuộc cách mạng công nghệ nhằm tăng mức độ ảo hóa hệ thống cho phép tăng hiệu suất làm việc của máy tính lên một cấp độ chưa từng có. Ảo hóa hệ thống máy chủ tức là ta tiến hành phân chia một server thành nhiều server ảo hoặc kết hợ p nhiều máy chủ vật lý thành một máy chủ logic, đối với ngườ i sử dụng họ nhận biết và sử dụng các server ảo giống như một
máy vật lý độc lập có đủ các tài nguyên cần thiết (bộ vi xử lý, bộ nhớ , kết nối mạng, …), trong khi các server ảo không hề có những tài nguyên độc lập như vậy, nó chỉ sử dụng tài nguyên đượ c gán từ máy chủ vật lý. Ở đây, bản chất thứ nhất là các server ảo sử dụng tài nguyên của máy chủ vật lý, bản chất thứ hai là các server ảo có thể hoạt động như một server vật lý độc lập.
3.1.2 Lợi ích của việc ảo hóa: Thông thườ ng việc đầu tư cho một trung tâm công nghệ thông tin là rất tốn kém. Chi phí đầu tư mua các máy chủ cấu hình mạnh và các phần mềm bản quyền là rất đắt đỏ. Trong thờ i buổi kinh tế khó khăn hiện nay doanh nghiệp nào cũng muốn cắt giảm và hạn chế tối đa các chi phí không cần thiết mà vẫn đáp ứng được năng suất và tính ổn định của hệ thống. Thế nên việc ứng dụng ảo hóa trở thành nhu cầu cần thiết của bất kì doanh nghiệp lớ n hay nhỏ. Thay vì mua mườ i máy chủ cho mườ i ứng dụng thì chỉ cần mua một hoặc hai máy chủ có hỗ trợ ảo hóa thì vẫn có thể chạy tốt mườ i ứng dụng trên. Điều này cho ta thấy sự khác biệt giữa hệ thống ảo hóa và không ảo hóa. Bên cạnh đó việc ứng dụng ảo hóa còn đem lại những lợi ích sau đây. Quản lý đơn giản: Triển khai nhanh: Phục hồi và lưu trữ hệ thống nhanh: Cân bằng tải và phân phối tài nguyên linh hoạt: Tiết kiệm: Ảo hóa góp phần tăng cườ ng tính liên tục:
3.1.3 Kiến trúc ảo hóa: Xét về kiến trúc hệ thống, các kiến trúc ảo hóa hệ thống máy chủ có thể ở các dạng dạng chính là: Host-based, Hypervisor-based (còn gọi là bare-metal hypervisor, nó đượ c chia nhỏ ra làm hai loại là Monothic Hypervisor và Microkernel Hypervisor), Hybrid. Ngoài ra, tùy theo từng sản phẩm ảo hóa đượ c triển khai (như VMWare, Microsoft HyperV, Citrix XEN Server) mà mức độ ảo hóa cụ thể sẽ khác nhau. Sau đây ta sẽ đi t ìm hiểu kỹ lưỡ ng về các kiến trúc và mức độ ảo hóa máy chủ.
3.1.3.1 Kiến trúc Hosted -based Còn gọi là hosted hypervisor, kiến trúc này sử dụng một lớ p hypervisor chạy trên nền tảng hệ điều hành, sử dụng các dịch vụ đượ c hệ điều hành cung cấp để phân chia tài nguyên tớ i các máy ảo. Nếu ta xem hypervisor này là một lớ p phần mềm riêng biệt, thì các hệ điều hành khách của máy ảo sẽ nằm trên lớ p thứ 3 so vớ i phần cứng máy chủ.
Hình 3.2 Mô hình Hosedt-based
Ta có thể thấy, một hệ thống ảo hóa sử dụng Mô hình Hosted- based đượ c chia làm 4 lớ p hoạt động như sau:
Nền tảng phần cứng:
Hệ điều hành Host:
Hệ thống virtual machine monitor (hypervisor):
Các ứng dụng máy ảo: Sử dụng tài nguyên do hypervisor quản lý.
3.1.3.2 Hypervisor-based: Còn gọi là bare-metal hypervisor. Trong Mô hình này, l ớ p phần mềm hypervisor chạy trực tiếp trên nền tảng phần cứng của máy chủ, không thông
qua bất kì một hệ điều hành hay một nền tảng nào khác. Qua đó, các hypervisor này có khả năng điều khiển, kiểm soát phần cứng của máy chủ. Đồng thờ i, nó cũng có khả năng quản lý các hệ điều hành chạy trên nó. Nói cách khác, các hệ điều hành sẽ chạy trên một lớ p nằm phía trên các hypervisor dạng bare-metal. Hình vẽ sau sẽ minh họa cụ thể hơn cho vấn đề này:
Hình 3.3 Kiến trúc Hypervisor-based
Ta có thể thấy, một hệ thống ảo hóa máy chủ sử dụng nền tảng Baremetal hypervisor bao gồm 3 lớ p chính:
Nền tảng phần cứ ng: Bao gồm các thiết bị nhập xuất, thiết bị lưu trữ (Hdd, Ram), bộ vi xử lý CPU, và các thiết bị khác (các thiết bị mạng, vi xử lý đồ họa, âm thanh…)
Lớ p nền tảng ảo hóa Virtual Machine Monitor (còn g ọi là hypervisor), thực hiện việc liên lạc trực tiếp vớ i nền tảng phần cứng phía dướ i, quản lý và phân phối tài nguyên cho các hệ điều hành khác nằm trên nó.
Các ứ ng dụng máy ảo: Các máy ảo này sẽ lấy tài nguyên từ phần cứng, thông qua sự cấp phát và quản lý của hypervisor. Khi một h ệ điều hành thực hiện truy xuất hoặc tương tác tài nguyên phần cứng trên hệ điều hành chủ thì công việc của một Hypervisor sẽ là: 3.1.3.2.1 Monolithic Hypervisor 3.1.3.2.2 Microkernelized Hypervisor
3.1.3.3 Hybrid Hybrid là một kiểu ảo hóa mới hơn và có nhiều ưu điểm. Trong đó lớ p ảo hóa hypervisor chạy song song vớ i hệ điều hành máy chủ. Tuy nhiên trong cấu trúc ảo hóa này các máy chủ ảo vẫn phải đi qua hệ điều hành máy chủ để truy cập phần cứng nhưng khác biệt ở chỗ cả hệ điều hành máy chủ và các máy chủ ảo đều chạy trong chế độ hạt nhân
Hình 3.6 : Kiến trúc ảo hóa Hybrid
3.1.4 Mức độ ảo hóa : 3.1.4.1 Ảo hóa toàn phần- Full Virtualization Đây là loại ảo hóa mà ta không cần chỉnh sửa hệ điều hành khách (guest OS) cũng như các phần mềm đã được cài đặt trên nó để chạy trong môi trườ ng hệ điều hành chủ (host OS). Khi một phần mềm chạy trên guest OS, các đoạn code của nó không bị biến đổi mà chạy trực tiếp trên host OS và nó sẽ tưở ng là mình đang đượ c chạy trên một hệ thống thực sự. Bên cạnh đó, ảo hóa toàn phần có thể gặp một số vấn đề về hiệu năng và hiệu quả trong sử dụng tài nguyên hệ thống.
3.1.4.2 Ảo hóa song song - Paravirtualization Là một phương pháp ảo hóa máy chủ khác. Với phương pháp ảo hóa này, thay vì mô phỏng một môi trườ ng phần cứng hoàn chỉnh, phần mềm ảo hóa này là một lớ p mỏng dồn các truy cập các hệ điều hành máy chủ vào tài nguyên máy vật lý cơ sở , sử dụng môt kernel đơn để quản lý các server ảo và cho phép chúng chạy cùng một lúc (có thể ngầm hiểu, một server chính là giao diện người dùng đượ c sử dụng để tương tác vớ i hệ điều hành– hay nói cách khác: đây là cách để ta cảm nhận đượ c hệ điều hành). Ảo hóa song song đem lại tốc độ cao hơn so vớ i ảo hóa toàn phần và hiệu quả sử dụng các nguồn tài nguyên cũng cao hơn. Nhưng nó yêu cầu các hệ điều hành khách chạy trên máy áo phải đượ c chỉnh sửa. Điều này có ngh ĩa là không phải bất cứ hệ điều hành nào cũng có thể chạy ảo hóa song song đượ c (trái vớ i Ảo hóa toàn phần). XP Mode của Windows 7 là một ví dụ điển hình về ảo hóa song song.
3.1.4.3 Ảo hóa hệ điều h ành: Một hệ điều hành đượ c vận hành ngay trên một hệ điều hành chủ đã tồn tại và có khả năng cung cấp một tập hợp các thư viện tương tác vớ i các ứng dụng, khiến cho mỗi ứng dụng truy xuất tài nguyên phần cứng cảm thấy như truy xuất trực tiếp máy chủ vật lý. Từ phối cảnh của ứng dụng, nó đượ c nhận thấy và tương tác vớ i các ứng dụng chạy trên hệ điều hành ảo, và tương tác vớ i hệ điều hành ảo mặc dù nó kiểm soát tài nguyên hệ điều hành ảo. Nói chung, không thể thấy các ứng dụng này hoặc các tài nguyên hệ điều hành đặt trong hệ điều hành ảo khác.
3.1.4.4 Ảo hóa ứng dụng: Thông thườ ng, khi muốn sử dụng một phần mềm nào đó như: office, design,…
3.2 Công nghệ ảo hóa máy chủ: 3.2.1 Công Ngh ệ Máy ảo (Virtual Machine) Máy ảo là một máy tính đượ c cài trên một hệ điều hành khác hay một máy tính khác. Một máy ảo cũng bao gồm phần cứng, các ứng dụng phần mềm
và hệ điều hành. Điều khác biệt ở đây là lớ p phần cứng của máy ảo không phải là các thiết bị thườ ng mà chỉ là một môi trườ ng hay phân vùng mà ở đó nó đượ c cấp phát một số tài nguyên như là chu k ì CPU, bộ nhớ , ỗ đĩa…. Công nghệ máy ảo cho phép cài và chạy nhiều máy ảo trên một máy tính vật lý. Mỗi máy ảo có một hệ điều hành máy khách riêng lẻ và đượ c phân bố tài nguyên, ổ cứng, card mạng và các tài nguyên phần cứng khác một cách hợ p lý. Việc phân bố tài nguyên này phụ thuộc vào nhu cầu của từng máy ảo ứng dụng và cũng tùy thuộc vào phương pháp ảo hóa được dùng. Đặc biệt khi máy ảo cần truy xuất tài nguyên phần cứng thì nó hoạt động giống như một máy thật hoàn chỉnh. Vì chỉ là một tập tin đượ c phân vùng trên ổ đĩa nên việc di chuyển các máy ảo từ máy chủ này sang máy chủ khác là rất dễ dàng và không cần quan tâm đến vấn đề tương thích phần cứng hay ảnh hưở ng tớ i máy chủ.
Hình 3.9 : Sơ đồ truy cập tài nguyên phần cứ ng của các máy ảo. Trong kiế n trúc của một bộ xử lý ảo hóa đượ c chia thành 4 lớ p .
Lớ p 0 là lớ p có quyền cao nhất có thể truy cập và can thiệp sâu nhất đến tài nguyên phần cứng. Lớp 0 thườ ng là các hệ điều hành chủ đượ c cài trên chính máy chủ. Lớ p 1 là lớ p ảo hóa Hypervisor. Lớp này dùng đề quản lý và phân phối tài nguyên đến các máy ảo.
Lớ p 2 là các hệ điều hành khách chạy trên các máy ảo. Để truy cập tài nguyên phần cứng nó phải liên lạc vớ i lớ p ảo hóa và phải qua hệ điều hành máy chủ. Lớ p có quyền can thiệp thấp nhất đến tài nguyên là lớp 3. Đây là các ứng dụng hoạt động trên các máy ảo. Trong các hệ thống máy tính lớn dùng để xử lý các ứng dụng thương mại và khoa học( mainframe), hệ điều hành chạy trên phần cứng máy thực ở chế độ ưu tiên vì chỉ có hệ điều hành chủ mới đượ c phép sửa đổi và can thiệp vào phần cứng bên dướ i nó. Còn máy ảo làm việc ở chế độ giớ i hạn vì phần cứng mà nó nhìn thấy chỉ là các thiết bị ảo. Khi máy ảo yêu cầu các lệnh hoặc tiến trình thông thườ ng thì hệ điều hành chủ sẽ chuyển tiếp chúng đến bô xử lý để thực thi trực tiếp, còn đối vớ i các lệnh hoặc các tiến trình đặc biệt nhạy cảm can thiệp sâu đến phần cứng bên dướ i sẽ bị chặn lại vì có thể làm ảnh hưở ng tớ i hệ thống và máy ảo còn lại. Hệ điều hành chủ sẽ thực thi lệnh vớ i bộ xử lý trên máy thực rồi sau đó mô phỏng kết quả rồi trả về cho máy ảo. Đây là cơ chế nhằm cách ly máy ảo vớ i máy thực để đảm bảo an toàn hệ thống.
3.2.2. Công ngh ệ Raid: 3.2.2.1 Khái niệm Raid: 3.2.2.2 Các chu ẩn Raid: Các chuẩn RAID đang nghiên cứ u và phát triể n hiện nay:
Striping (còn gọi là Song Hành)
Duplexing
Chuẩn Parity RAID
3.2.2.3 Phân loại Raid:
RAID level 0
RAID level 1 :
RAID level 5 :
RAID level 1+0:
3.2.3 Công ngh ệ lưu trữ mạng SAN 3.2.4 Công Ngh ệ High Availability 3.3 Đề xuất mô hình ảo hóa máy chủ trong điện toán đám mây: 3.3.1 Đặt vấn đề: Ngày nay, đối vớ i doanh nghiệp việc quản lý tốt, hiệu quả dữ liệu của riêng công ty cũng như dữ liệu khách hàng, đối tác là một trong những bài toán được ưu tiên hàng đầu và đang không ngừng gây khó khăn cho họ. Để có thể quản lý đượ c nguồn dữ liệu đó, ban đầu doanh nghiệp phải đầu tư, tính toán rất nhiều loại chi phí như chi phí cho phần cứng, phần mềm, mạng, chi phí cho quản trị viên, chi phí bảo trì, sửa chữa, … Ngoài ra họ còn phải tính toán khả năng mở rộng, nâng cấp thiết bị, phải kiểm soát việc bảo mật dữ liệu cũng như tính sẵn sàng cao của dữ liệu. Có nhiều phương pháp để thực hiện tối ưu hóa hệ thống máy chủ, trong đó ảo hóa máy chủ là một trong những phương pháp đượ c nhắc đến rất nhiều trong thờ i gian gần đây. Ảo hóa máy chủ là phương pháp có thể áp dụng ở mọi hệ thống máy chủ mà không phát sinh thêm chi phí đầu tư. Nó là một biện pháp rất tốt trong việc tối ưu hóa hệ thống vớ i việc hợ p nhất các nguồn tài nguyên của máy chủ.
3.3.2 Mục tiêu giải pháp triển khai hệ thống: 3.3.2.1 Mục tiêu Ảo hóa trong doanh nghiệp: Và quan trọng hơn cả, ảo hóa máy chủ trong công nghệ điện toán đám mây của doanh nghiệp còn có những mục đích sau:
Tiết kiệm được chi phí đầu tư, chi phí duy tr ì hệ thống.
Tiết kiệm không gian đặt máy chủ và năng lượ ng tiêu thụ.
Giảm thờ i gian khôi phục sự cố.
Tạo lập được môi trườ ng kiểm tra chạy thử ứng dụng mà không
cần đầu tư thêm hệ thống mớ i.
Dễ dàng trong việc mở rộng hệ thống.
Tạo lập sự tương thích đối vớ i việc sử dụng các chương tr ình cũ.
3.3.3.2 Giải pháp triển khai hệ thống: Một bài toán đưa ra cho doanh nghiệp khi họ cần thêm tài nguyên điện toán mớ i : Lựa chọn 1 Đầu tư và Mở rộng cơ sở hạ tầng của tổ chức. Thườ ng xuyên bổ sung thêm máy chủ, thiết bị lưu trữ và kết nối. Lựa chọn 2 Tập trung hóa và ảo hóa các tài nguyên hiện có. Nâng cao mức độ sử dụng tài nguyên vượ t qua những hạn chế vật lý. Lựa chọn 3 Sử dụng cơ sở hạ tầng điện toán đám mây. Mở rộng ảo hóa vượ t khỏi phạm vi trung tâm dữ liệu doanh nghiệp. Thuê các tài nguyên điện toán từ các nhà cung cấp dịch vụ Cloud. Trả tiền theo mức độ sử dụng.
3.3.3 Mô hình ảo hóa: Doanh nghiệp có rất nhiều máy chủ một máy chủ được đặt ở nhiều nơi khác nhau, v ì vậy việc truy xuất hay bảo trì dữ liệu là rất khó khăn. V ì vậy tất cả các dữ liệu đều đượ c ảo hóa trong đám mây giúp doanh nghiệp giảm thiểu chi phí vận hành bảo trì bảo dưỡ ng. Tiếp nhận yêu cầu: ghi nhận lại các thông tin chi tiết về yêu cầu hỗ trợ như: loại yêu cầu (hỗ trợ , lỗi phát sinh, yêu cầu nâng cấp sửa đổi,…), thông tin khách hàng hoặc ngườ i yêu cầu, hình thức tiếp nhận (điện thoại, email, chat,…),… Phân công ngườ i xử lý: Quản lý kho tri thức (knowlegde base):
3.3.3.1 Chức năng của Cloudoffice: 3.3.3.2
Chức năng của CloudHRM:
3.3.3.3 Chức năng của CloudAccounting
3.3.4 Khả năng xảy ra khi triển khai ảo hóa máy ch ủ của doanh nghiệp: 3.3.4.1 Về chi phí: Định giá c ố định: Nhà cung cấp sẽ xác định rõ đặc tả về khả năng tính toán cố định (dung lượ ng bộ nhớ đượ c cấp phát, loại CPU và tốc độ .v.v…) Định giá theo đơn vị: Đượ c áp dụng phổ biến cho lượ ng dữ liệu truyền tải, dụng lượ ng bộ nhớ đượ c cấp phát và sử dụng, Cách này uyển chuyên hơn cách trên. Định giá theo thuê bao : Ứ ng dụng phần lớ n trong mô hình dịch vụ phần mềm (SaaS) ngườ i dùng sẽ tiên đoán trước định mức sử dụng ứng dụng Cloud (cách tình này thường khó đạt được độ chính xác cao).
3.3.4.2
Các nguy cơ rử i ro và thách th ứ c an toàn thông tin:
Các nghiên cứu gần đây cho thấy vấn đề về bảo mật là rào cản lớ n nhất quyết định liệu điện toán đám mây có đượ c sử dụng rộng rãi nữa hay không. Các vấn đề bảo mật vẫn không ngăn đượ c sự bùng nổ công nghệ cũng như sự ưa chuông điện toán đám mây bở i khả năng giải quyết và đáp ứng các nhu cầu bức thiết trong kinh doanh. Một trong những mối lo ngại hàng đầu là dữ liệu sẽ bị trộn lẫn khi các nhà cung cấp dịch vụ lưu trữ thông tin, dữ liệu của nhiều doanh nghiệp trong cùng một phần cứng. An ninh điện toán đám mây đặt ra ba vấn đề: tính an ninh, tính riêng tư và sự tuân thủ tính pháp lý trong hợp đồng giữa nhà cung cấp dịch vụ và doanh nghiệp sử dụng dịch vụ.
3.3.5 Đánh giá: Về cơ bản mô hình ảo hóa đám mây trong doanh nghiệp đã được đề ra có tính khả thi và đáp ứng đượ c các yêu cầu như: Vận dụng lý thuyết về công nghệ ảo hóa như: Raid,San,High Availability và những công nghệ liên quan có chức năng hỗ trợ để áp dụng cho doanh nghiệp của mình. Vận dụng đượ c các thành phần, cấu trúc và chức năng từng phần của hệ thống ảo hóa. Triển khai mô hình ảo hóa máy chủ có các lợ i ích khi ứng dụng
mô hình ảo hóa vào trong thực tế như tiết kiệm chi phí,tăng hiệu suất, dễ quản lý,….
III. KẾT LUẬN Qua nghiên cứu về tính ảo hóa trong công nghệ điện toán đám mâyCloud Computing ta có thể thấy rằng: Điện toán đám mây là một xu hướ ng phát triển mớ i của các trung tâm dữ liệu (data center). Các máy chủ trong trung tâm dữ liệu đượ c ảo hóa bằng các công nghệ ảo hóa và đượ c cấp phát động tùy theo nhu cầu sử dụng tài nguyên của ngườ i dùng nhằm thỏa mãn một sự đồng thuận cụ thể ở mức dịch vụ. Điện toán đám mây cung cấp cho ngườ i dùng nhiều loại hình dịch vụ khác nhau như dịch vụ cơ sở hạ tầng, dịch vụ nền tảng, dịch vụ phần mềm…. Dịch vụ đám mây phong phú và tiện lợ i, tuy nhiên rào cản lớ n nhất của nó là vấn đề ảo hóa. Công nghệ ảo hóa đang làm thay đổi bộ mặt của thế giới điện toán bằng các công cụ có khả năng đượ c triển khai và quản lý máy ảo đơn giản, hiệu quả. Bằng việc tối ưu sử dụng các nguồn tài nguyên hệ thống, và chi phí triển khai ban đầu thấp, ảo hóa đem lại cho các doanh nghiệp khả năng nhanh chóng thu hồi vốn đầu tư. Bên cạnh đó, ngườ i dùng cá nhân cũng có thể hưở ng lợ i từ công nghệ này do nó loại bỏ những nỗi lo âu về tính tương thích giữa các hệ thống, giúp ta có thể thoái mái thử nghiệm các công nghệ mớ i mà không phải tốn quá nhiều thờ i gian, công sức và hạn chế và các nguy cơ về hư hỏng hệ thống, mất mát dữ liệu do sơ suất. D ĩ nhiên, ảo hóa cũng tồn tại những nhược điểm: nhưng đây là những điểm có thể khắc phục được, và dường như nó quá nhỏ bé khi đem ra so sánh vớ i những ưu điểm mà công nghệ này mang lại cho chúng ta. Về cơ bản, điện toán đám mây đượ c phát triển dựa trên ba yếu tố là máy tính trung ương, máy chủ /khách và ứng dụng web. Nhưng bản chất của ba thành phần này đều tồn tại các vấn đề về ảo hóa. Khi một tổ chức ủy thác thông tin quan trọng của mình lên các đám mây, các đám mây sẽ phân tán thông tin
về mặt địa lý, khi đó, những thông tin quan trọng sẽ không còn nằm dướ i sự kiểm soát trực tiếp của tổ chức đó. V ì vậy vấn đề ảo hóa luôn được đặt lên hàng đầu. Ngoài các thủ tục thông thườ ng mà các hệ thống ảo hóa thông thườ ng cung cấp, việc thiết kế phần mềm trong điện toán đám mây còn nằm trong suốt quá trình phát triển vòng đờ i phần mềm để có thể làm giảm sự tấn công trên bề mặt các đám mây. Mặc dù vậy, trong thời điểm hiện nay, các vấn đề ảo hóa vẫn không ngăn đượ c sự bùng nổ công nghệ cũng như sự ưa chuộng điện toán đám mây bở i khả năng giải quyết và đáp ứng các nhu cầu bức thiết trong kinh doanh. Thị trườ ng của điện toán đám mây rất lớ n, có thể kể đến là chính phủ điện tử, giáo dục, y tế và các khu công nghiệp…. Không thể phủ nhận rằng, hiện tại và tương lai sẽ là thờ i của điện toán đám mây. Ngày nay, khi nhu cầu chia sẻ, trao đổi thông tin của mọi người tăng cao và quan trọng hơn cả đó là nhu cầu về quản lý, phân công công việc của ban giám đốc doanh nghiệp sẽ không còn quan tâm đến cơ sở hạ tầng, công nghệ mà chỉ tập trung chính vào công việc kinh doanh của họ thì sẽ mang lại cho họ hiệu quả và lợ i nhuận ngày càng cao hơn giảm dần chi phí. Thông tin được lưu vết, cập nhật và chia sẻ 1 cách tức thờ i, có thể truy cập mọi lúc, mọi nơi. Lãnh đạo và đội ngũ quản lý nắm đượ c toàn bộ tình hình hoạt động hàng ngày của doanh nghiệp, các khó khăn vướ ng mắc, đề xuất của người lao động, từ đó có các quyết đinh phù hợ p vớ i tình hình thực tế. Tiết kiệm chi phí, thờ i gian, tối ưu đượ c nguồn lực và nâng cao năng suất lao động. Tạo ra môi trườ ng làm việc công bằng, chuyên nghiệp phù hợ p vớ i các chuẩn mực quốc tế từng bướ c hình thành và xây dựng văn hóa doanh nghiệp của riêng mình. Do thờ i gian nghiên cứu hạn chế, nên luận văn chỉ tập trung vào nghiên cứu các công nghệ đang triển khai trong l ĩnh vực ảo hóa máy chủ. Trong thờ i gian tớ i, nếu có điều kiện, tôi nghiên cứu sẽ cố gắng phát triển thêm những nội dung sau:
Nghiên cứu công nghệ ảo hóa hệ thống mạng, những vấn đề về an toàn, bảo mật khi triển khai trong môi trường điện toán đám mây.
Nghiên cứu công nghệ ảo hóa hệ thống lưu trữ, những vấn đề về an toàn, bảo mật khi triển khai trong môi trường điện toán đám mây. Cuối cùng, nhóm nghiên cứu xin chân thành cảm ơn Thày giáo, TS Phạm Thế Quế đã tận tình hướ ng dẫn tôi hoàn thành tiểu luận này.
