Tài liệu 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 1 MỤC LỤC MỤC LỤC ................................................................................................................... i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................... iii DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................ iv 1. Đặt vấn đề ...............................................................................................................1 1.1. Hiện trạng ..........................................................................................................1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu ..........................................................................................1 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .....................................................................2 2. Phương pháp nghiên cứu .........................................................................................2 3. Tổng quan điện toán đám mây ................................................................................2 3.1. Khái niệm điện toán đám mây...........................................................................2 3.2. Tính chất cơ bản của điện toán đám mây ..........................................................3 3.3. Các tầng dịch vụ của điện toán đám mây ..........................................................4 3.4. Mô hình triển khai điện toán đám mây .............................................................5 3.5. Lợi ích và thách thức của điện toán đám mây ...................................................6 4. Quản lý tài nguyên điện toán đám mây...................................................................7 4.1 Tài nguyên đám mây điện toán ..........................................................................7 4.1.1 Ảo hoá server ................................................................................................8 4.1.2 Ảo hoá Storage .............................................................................................8 4.1.3. Ảo hoá Network...........................................................................................9 4.1.4. Ảo hoá Application ......................................................................................9 4.2 Khảo sát các công cụ về quản lý tài nguyên đám mây điện toán .....................10 4.2.1 Mô hình quản lý tài nguyên ĐTĐM IaaS thông qua phần mềm Grid Midleware. ..............................................................................................................10 4.2.2 Mô hình quản lý tài nguyên tập trung của OpenNebula .............................11 4.2.3 Đánh giá ......................................................................................................13 i 5. Phân tích, thiết kế hệ quản trị tài nguyên điện toán đám mây IaaS ......................14 5.1. Yêu cầu chức năng của hệ thống .....................................................................14 5.2 Mô hình quản trị tài nguyên điện toán đám mây IaaS .....................................15 5.2.1 Kiến trúc hệ thống ......................................................................................15 5.2.2 Tiến trình cấp phát tài nguyên ảo ...............................................................18 5.2.3 Tiến trình giám sát tài nguyên ....................................................................19 5.2.4 Mô hình cơ sở dữ liệu hệ ............................................................................20 5.2.5 Sơ đồ hoạt động ..........................................................................................20 6. Triển khai hệ quản trị tài nguyên điện toán đám mây IaaS ..................................31 6.1 Sơ đồ triển khai hệ thống..................................................................................31 6.2 Kết quả hiện thực các chức năng cơ bản ĐTĐM IaaS .....................................32 6.2.1 Quản lý máy vật lý......................................................................................32 6.2.2 Quản lý máy ảo ...........................................................................................33 6.2.3 Quản lý mạng ảo .........................................................................................34 6.2.4 Quản lý gói dịch vụ ....................................................................................34 6.2.5 Mô hình khai thác cụm máy ảo trong ĐTĐM IaaS ...................................36 7. Kết luận và kiến nghị ............................................................................................37 7.1 Kết quả đạt được...............................................................................................37 7.2 Những vấn đề còn tồn tại .................................................................................37 7.3 Hướng phát triển ...............................................................................................38 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................39 PHỤ LỤC ..................................................................................................................39 ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh ĐTĐM Tiếng Việt Điện toán đám mây EC2 Elastic Compute Cloud IaaS Infrastructure as a Service Dịch vụ cơ sở hạ tầng MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập môi trường PaaS Platform as a Service Dịch vụ nền tảng QA Quality Assurance Đảm bảo chất lượng QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ SaaS Software as a Service Dịch vụ phần mềm VM Virtual Machine Máy ảo VMM Virtual Machine Monitor Giám sát máy ảo VPS Virtual Private Server Máy chủ riêng ảo iii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 4. 1 Kiến trúc DIET-Solve và Eucalyptus........................................................11 Hình 4. 2 Mô hình ĐTĐM của OpenNebula ............................................................12 Hình 5. 1. Sơ đồ chức năng của hệ thống .................................................................14 Hình 5. 2. Kiến trúc quản lý tài nguyên tập trung cho ĐTĐM IaaS .........................16 Hình 5. 3. Cụm máy vật lý triển khai máy ảo. ..........................................................17 Hình 5. 4. Sơ đồ khối cấp phát máy ảo .....................................................................18 Hình 5. 5. Sơ đồ khối giám sát máy vật lý ................................................................19 Hình 5. 6. Sơ đồ khối giám sát sử dụng tài nguyên. .................................................19 Hình 5. 7. Mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ. ................................................................20 Hình 5. 8. Mô hình quản lý máy vật lý .....................................................................21 Hình 5.10. Mô hình quản lý mạng ảo. ......................................................................23 Hình 5.12. Mô hình quản lý gói dịch vụ ...................................................................25 Hình 5.13. Mô hình quản lý máy ảo .........................................................................26 Hình 5.15. Mô hình quản lý trạng thái máy ảo .........................................................28 Hình 6. 1. Sơ đồ triển khai hệ thống .........................................................................31 Hình 6. 2. Giao diện quản lý máy chủ ......................................................................33 Hình 6. 3. Giao diện quản lý máy ảo. .......................................................................33 Hình 6. 4. Giao diện quản lý mạng ảo. .....................................................................34 Hình 6. 5. Giao diện quản lý gói dịch vụ. .................................................................35 Hình 6. 6. Mô hình cụm máy ảo được ......................................................................36 iv 1. Đặt vấn đề 1.1. Hiện trạng Hiện nay nhu cầu tài nguyên tính toán 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, môi trường, kiến trúc, kinh tế… đòi 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 toán 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. 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 toán – để cung cấp cho người dùng như một dịch vụ. 1.2. Mục tiêu nghiên cứu Trong chuyên đề này, có 3 mục tiêu sau:  Nghiên cứu tổng quan về điện toán đám mây gồm: khái niệm, tính chất, mô hình cung cấp dịch vụ và mô hình triển khai điện toán đám mây. Bên cạch đó phân tích những lơi ích và khó khăn khi ứng dụng điện toán đám mây.  Vấn đề quản lý tài nguyên điện toán đám mây gồm: mô hình quản lý tài nguyên, các công 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 toán.  Xây dựng hệ quản trị tài nguyên nguyên điện toán đám mây IaaS gồm: phân tích, thiết kế, triển khai hệ thống 1 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng  Cơ chế ảo hóa;  Cơ chế lưu trữ và quản lý máy ảo;  Cách thức triển khai điện toán đám mây dựa trên mã nguồn mở. 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 toán đám mây trong thực tế.  Tham khảo tài liệu từ những từ hội thảo, công trình, đề tài, luận văn đã thực hiện trong và ngoài nước.  Khảo sát các mô hình, ứng dụng và các cơ chế quản lý máy ảo cho điện toán đám mây hiện có trong thực tế.  Nghiên cứu các mã nguồn mở xây dựng dịch vụ co sở hạ tầng điện toán đám mây. 3. Tổng quan điện toán đám mây 3.1. Khái niệm điện toán đám mây Rất nhiều chuyên gia đã đưa ra định nghĩa của mình về điện toán 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 quát nhất của điện toán đám mây. Theo đó điện toán đám mây được hiểu theo các nghĩa dưới đây:  Điện toán đám mây là một mô hình điện toán phân tán có tính co giãn lớn mà hướng theo co giãn về mặt kinh tế, là nơi chứa các sức mạnh tính toán, kho lưu trữ, các nền tảng và các dịch vụ được trực quan, ảo hóa và co giãn linh 2 động, sẽ được phân phối theo nhu cầu cho các khách hàng bên ngoài thông qua internet [7].  Điện toán đám mây còn 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 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. Tính chất cơ bản của điện toán đám mây [2, 10] Khả năng tự phục vụ theo nhu cầu (On-demand self service): điện toán 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. 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 toán đám mây cho phép cung cấp các dịch vụ thông qua môi trường internet. Thêm vào đó, điện toán đám mây cung cấp ở dạng dịch vụ ứng dụng vì vậy không đòi hỏi khả năng xử lý cao ở phía người sử dung, vì vậy chỉ cần thông qua các thiết bị đầu cuối như PDA, điện thoại hay Internet TV là đã có thể truy cập và sử dụng dịch vụ. 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 không 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 …. 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 3 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. 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 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. 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… ngoài ra còn 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 toán, 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®. Dịch vụ nền tảng (Platform as a Service – PaaS): Ở mô 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 thông 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 mô hình này như Amazon Web Services [3] , Azure, IBM® WebSphere® Application Server Virtual Images và Google App Engine[5]. Dịch vụ cơ sở hạ tầng (Infrastructure as a Service – IaaS): Ở mô hình này, người sử dụng sẽ được cung cấp cơ sở hạ tầng như mạng, máy chủ, CPU, bộ nhớ, 4 không gian lưu trữ và các tài nguyên tính toán 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 công nghệ ảo hóa. Các tài nguyên 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 VMware, Amazon EC2 [3], IM Bluehouse, Sun ParaScale Cloud Storage và Microsoft Azure Platform. 3.4. Mô hình triển khai điện toán đám mây [1, 7, 8, 13] Mô hình điện toán đám mây công 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. Mô hình điện toán đám mây riêng (Private Cloud): Trong mô 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 thông tin doanh nghiệp. Mô hình điện toán đám mây lai (Hybrid Cloud): là sự kết hợp nhằm tận dụng các ưu thế của hai mô hình trên. Như đã phân tích, mô hình Public Cloud dễ áp dụng, chi phí thấp nhất nhưng lại kém an toàn nhất. Ngược lại, mô hình Private 5 Cloud an toàn 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 mô 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 mô hình. 3.5. Lợi ích và thách thức của điện toán đám mây Lợi ích của điện toán đám mây.  Giảm chi phí đối với người sử dụng dịch vụ: các doanh nghiệp và các cá nhân sử dụng dịch vụ điện toán 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 toán 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 không còn 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 công nghệ điện toán đám mây, hệ thống sẽ tự động tính toán 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 toán đám mây  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 thông 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 6 toán không 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 đó… 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 công nghệ điện toán 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 vào nhà cung cấp dịch vụ.  Vấn đề bảo mật: dữ liệu của khách hàng lưu trữ trên hệ thống điện toán đám mây của nhà cung cấp dịch vụ liệu có tuyệt đối an toàn và không bị thất thoát hay rò rỉ ra bên ngoài hay không. 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. Còn những dữ liệu mang tính nhạy cảm và cần thiết sự an toàn thì cho dù nó có được mã hóa đi nữa các doanh nghiệp cũng không 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 công nghệ điện toán đám mây. 4. Quản lý tài nguyên điện toán đám mây 4.1 Tài nguyên đám mây điện toán Máy chủ trong các hệ thống công 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 nguyên tính toán có thể được tạo ra, mở rộng, hoặc thu hẹp lại theo nhu cầu thực tế. Với một môi trường động như điện toán 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 7 nguyên, giúp cho ứng dụng của một người dùng không ảnh hưởng đến người khác trong một môi trường chia sẻ. 4.1.1 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 hoá máy chủ :  Hoạt động hoàn toàn như một máy chủ riêng.  Tiết kiệm được chi phí đầu tư máy chủ ban đầu.  Có thể dùng máy chủ ảo hoá 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.  Không lãng phí tài nguyên. 4.1.2 Ảo hoá Storage Hiện nay, nhờ vào công 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 quá trình ảo hoá lưu trữ. Người dùng sẽ chỉ nhìn thấy một nguồn lưu trữ duy nhất, nhưng trên thực tế về mặt vật lý thì không 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 hoá lưu trữ thường được thực hiện bởi các phần mềm chuyên dụng. Phần mềm chuyên 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 8 trữ. Một công nghệ ảo hoá lưu trữ nổi tiếng hiện nay đó là SAN (Storeage Area Network). Áp dụng ảo hoá 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 công 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 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. 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. Ảo hoá Application Ảo hóa ứng dụng là giải pháp tiến đến công 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: 9  Tất cả các máy tính đều có thể sử dụng phần mềm ảo như đang cài trên máy tính của mình mà không 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 luôn 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 không 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 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 công ty có hàng trăm máy tính.  Thông tin luôn luôn 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. 4.2 Khảo sát các công cụ về quản lý tài nguyên đám mây điện toán 4.2.1 Mô hình quản lý tài nguyên ĐTĐM IaaS thông qua phần mềm Grid Midleware.[4] 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 10 máy chủ (CC); Bộ điều khiển máy chủ vật lý (NC) cấp phát các tài nguyên ảo. 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. Hình 4. 1 Kiến trúc DIET-Solve và Eucalyptus 4.2.2 Mô 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 công 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. 11 Hình 4. 2 Mô hình ĐTĐM của OpenNebula[11] Dịch vụ được lưu trữ trong máy ảo, và sau đó gửi, giám sát và kiểm soát trong đám mây bằng cách sử dụng giao diện cơ sở hạ tầng ảo:  Giao diện dòng lệnh  XML-RPC API  Libvirt API 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. 12  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 được sao chép trở lại kho. OpenNebula được chia thành 3 lớp  Tools: các công cụ quản lý được phát triển dựa trên các giao diện cung cấp bởi OpenNebula Core  Core: thành phần chính kiểm soát máy ảo, lưu trữ, mạng ảo và máy chủ vật lý  Drivers: bao gồm các plugin để kết nối các công nghệ ảo hóa, lưu trữ và kiểm soát khác nhau, cũng như tích hợp dịch vụ đám mây vào core 4.2.3 Đánh giá Qua nghiên cứu và khảo sát một số mô hình và công cụ quản lý tài nguyên ĐTĐM chúng tôi nhận thấy một số vấn đề tồn tại như sau:  Các nghiên cứu liên quan về vấn quản lý tài nguyên trên môi trường ĐTĐM IaaS đưa ra những mô 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. Việc quản lý tài nguyên trên môi trường ĐTĐM còn 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 công nghệ dựa trên mô hình hiện có và cần phải trải nghiệm thực tế, chứ không đơn thuần bỏ tiền mua các giải pháp dịch vụ ĐTĐM. Một mô hình ĐTĐM IaaS áp dụng cho phòng thí nghiệm/thực nghiệm đòi 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. 13 5. Phân tích, thiết kế hệ quản trị tài nguyên điện toán đám mây IaaS 5.1. Yêu cầu chức năng của hệ thống Yêu cầu chức năng của hệ thống: hệ quản trị tài nguyên điện toán đám mây gồm các chức năng như hình sau Hình 5. 1. Sơ đồ chức năng của hệ thống 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 thông tin cụm máy chủ vật lý.  Hiển thị, thêm, xóa, cập nhật thông tin, điều khiển tình trạng máy chủ vật lý.  Thông 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; Quản lý máy ảo: các chức năng trên giúp cho việc quản lý máy ảo trở nên tiện lợi và hiệu quả hơn. Chức năng quản lý máy ảo gồm: 14  Hiển thị, thêm, xóa, cập nhật thông tin, điều khiển trạng thái máy ảo.  Thông 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; 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 thông tin,thêm, xóa, cập nhật thông tin mạng ảo mới.  Các thông tin của mạng ảo gồm: mã (ID) mạng ảo, địa chỉ IP, địa chỉ MAC, giao diện mạng dùng cho máy ảo (Brigde); Quản lý gói dịch vụ: gói dịch vụ là phần định nghĩa máy ảo. Gồm các chức năng sau:  Hiển thị thông tin,thêm, xóa, cập nhật thông tin gói dịch vụ.  Gói dịch vụ gồm những thông tin: ID gói dịch vụ, tên gói dịch vụ, hệ điều hành của máy ảo, tình trạng, thông tin phần cứng của máy ảo (còn 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; 5.2 Mô hình quản trị tài nguyên điện toán đám mây IaaS Trong phần này chúng tôi trình bày mô hình quản lý tài nguyên tập trung cho ĐTĐM IaaS đề xuất. Mô 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 tôi trình bày phần quản lý tài nguyên gồm hai tiến trình chính là: tiến trình cấp phát tài nguyên ảo và tiến trình giám sát tài nguyên. 5.2.1 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 tôi sẽ xây dựng một hệ quản trị tài nguyên ĐTĐM IaaS cho một phòng 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, kinh tế,… tại 15