Nghiên cứu mô hình điện toán đám mây và ứng dụng triển khai tại trường đại học kỹ thuật hậu cần CAND

* Mục tiên và phạm vi nghiên cứu Xây dựng một mô hình truyền tải thông tin, ứng dụng CNTT vào tất cả các mặt trong công tác của nhà trường luôn được Ban Giám Hiệu cùng toàn thể cán bộ, g

-

ĐÀO DUY TIẾN

NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY VÀ ỨNG DỤNG, TRIỂN KHAI TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC

KỸ THUẬT - HẬU CẦN CAND

Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và mạng máy tính

Mã số: 60.48.15

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2013

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN THÀNH PHÚC

Phản biện 1: ………

Phản biện 2: ………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc

sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc: giờ ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

* Lý do lựa chọn đề tài

Trường Đại học Kỹ thuật - Hậu cần CAND được thành lập trên cơ sở nâng cấp Trường trung cấp Kỹ thuật nghiệp vụ CAND và sắp xếp lại các cơ sở đào tạo kỹ thuật nghiệp vụ và hậu cần của ngành Công an Mặc dù là một trường đại học mới được thành lập, điều kiện cơ sở vật chất còn nhiều hạn chế, nhưng nhà trường đã thấy

rõ vai trò của CNTT cũng như việc ứng dụng CNTT vào các mặt công tác như: công tác nghiệp vụ, công tác giảng dạy, giúp học viên

có thể tiếp cận được các công nghệ mới, công nghệ hiện đại Với mục tiêu đào tạo ra đội ngũ cán bộ có trình độ, giỏi về chuyện môn nghiệp vụ, đáp ứng được với tình hình mới

Luận văn hi vọng góp một phần xây dựng một mô hình tổng thể giúp cho việc truyền tải thông tin được dễ dàng hơn, ứng dụng CNTT vào mọi mặt trong việc cải cách hành chính của nhà trường, cũng như trong công tác giảng dạy

* Mục tiên và phạm vi nghiên cứu

Xây dựng một mô hình truyền tải thông tin, ứng dụng CNTT vào tất cả các mặt trong công tác của nhà trường luôn được Ban Giám Hiệu cùng toàn thể cán bộ, giảng viên, công nhân viên nhà trường coi trọng Với mục đích cải cách thủ tục hành chính, trao đổi thông tin giữa các bộ phận được nhanh chóng, dễ dàng hơn

Luận văn này nhằm nghiên cứu mô hình ĐTĐM, từ đó đưa

ra các đề xuất ban đầu phù hợp, khả thi để triển khai ứng dụng điện toán đám mây vào mô hình hoạt động của nhà trường Cụ thể:

- Cung cấp cái nhìn tổng thể về ĐTĐM, những lợi ích, ưu nhược điểm của ĐTĐM

- Nghiên cứu những công nghệ trong giải pháp ĐTĐM để từ

đó đề xuất mô hình triển khai đám mây riêng tại trường Đại học Kỹ thuật - Hậu cần CAND

- Xác định những ứng dụng sử dụng trong mô hình điện toán đám mây riêng tại trường Đại học Kỹ thuật - Hậu cần CAND

Do phạm vi công nghệ sử dụng trong mô hình điện toán đám mây rất rộng, vì vậy luận văn này không thể đi sâu cụ thể vào tất cả các công nghệ có thể triển khai mô hình điện toán đám mây riêng mà chủ yếu nghiên cứu về bản chất mô hình điện toán đám mây, lợi ích, một số kỹ thuật sử dụng trong mô hình ĐTĐM kết hợp với triển khai thực tế một phần của mô hình ĐTĐM trong phạm vi nhỏ để đưa ra

đề xuất, triển khai, kiểm thử, đưa ra kinh nghiệm, khuyến nghị triển khai mô hình ĐTĐM tại trường Đại học Kỹ thuật - Hậu cần CAND

* Đóng góp của luận văn

Mặc dù kết quả của luận văn còn nhiều hạn chế , tuy nhiên cũng đóng góp được một số lợi ích trong quá trình phát triển, ứng dụng CNTT tại trường Đại học Kỹ thuât - Hậu cần CAND

- Giới thiệu và đề xuất một cách tiếp cận hiện đại để xây dựng mô hình ứng dụng CNTT tại trường

- Các mô hình, các thành phần của hệ thống được coi như một giải pháp nghiên cứu, ứng dụng triển khai tại trường

- Kết quả của luận văn sẽ là nguồn thông tin hữu ích cho việc nghiên cứu, ứng dụng, các điểm cần chú ý khi triển khai và đánh giá hiệu quả ban đầu của mô hình

Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY

1.1 Khái niệm điện toán đám mây (Cloud Computing)

1.1.1 Định nghĩa ĐTĐM

“ĐTĐM là khi tài nguyên và dịch vụ IT được xử lý tách rời khỏi hạ tầng bên dưới và được cung cấp theo nhu cầu của người sử dụng, với quy mô tùy biến và phục vụ cho môi trường nhiều người

sử dụng từ cùng một phiên bản triển khai” - diễn giải của Cisco

“Nói đến ĐTĐM là nói đến các ứng dụng được cung cấp dưới dạng dịch vụ qua Internet và được cung cấp bởi hệ thống phần cứng và phần mềm trong các trung tâm dữ liệu Các ứng dụng này cho đến nay được gọi bằng tên Software-as-a- Service (SaaS) Hệ thống phần cứng và phần mềm trong các trung tâm dữ liệu được gọi

là đám mây” - diễn giải (1) của giới khoa học

- Chi phí đầu tư ban đầu giảm

- Không còn phụ thuộc vào thiết bị và vị trí địa lý

- Chia sẻ tài nguyên và chi phí cho một địa bàn rộng lớn, mang lại các lợi ích cho người dùng

- Khả năng mở rộng, giúp cái thiện chấp lượng dịch vụ

- Khả năng bảo mật do sự tập trung của dữ liệu

Bao gồm 2 lớp: Lớp Back-end và lớp Front-end

Lớp Front-end là lớp người dùng, cho phép người sử dụng thao tác thông qua giao diện người dùng Khi người dùng truy cập các dịch vụ trực tuyến họ sẽ phải sử dụng thông qua giao diện lớp Front-end và các phần mềm sẽ được chạy trên lớp Back-end nằm ở đám mây

Lớp Back-end bao gồm các cấu trúc phần cứng và phần mềm

để cung cấp giao diện cho lớp Front-end và được người dùng tác động thông qua giao diện đó

Đám mây công cộng (hay còn gọi là đám mây ngoài) - bất

kỳ dịch vụ CNTT được duy trì bởi một nhà cung cấp dịch vụ bên ngoài và được truy cập thông qua Internet

1.4.1.3 Đám mây lai

ĐTĐM lai có thể bao gồm một hỗn hợp các đám mây nội bộ, các dịch vụ đám mây bên ngoài, những lựa chọn SaaS truyền thống

1.4.2 Các mô hình dịch vụ

1.4.2.1 Cơ sở hạ tầng là dịch vụ (IaaS - Infrastructure as a Service)

Với IaaS, bạn có khả năng xử lý dự phòng, nơi lưu trữ, làm việc với mạng, và các tài nguyên điện toán khác, ở đây bạn có thể triển khai và chạy phần mềm tùy ý như hệ điều hành và các ứng dụng

1.4.2.2 Nền tảng là dịch vụ (PaaS - Platform as a Service)

PaaS cho phép các nhà phát triển xây dựng và triển khai các ứng dụng web trên một cơ sở hạ tầng lưu trữ trên máy chủ

1.4.2.3 Phần mềm là dịch vụ (SaaS - Software as a Service)

SaaS tiêu biểu cho tiềm năng sử dụng phần mềm với chi phí thấp hơn cho các cơ sở - sử dụng phần mềm theo yêu cầu chứ không mua một giấy phép cho mỗi máy tính

1.5 Khả năng mở rộng

1.5.1 Khái niệm

Khả năng mở rộng của đám mây là khả năng cung cấp các ứng dụng, quy trình, phương tiện truyền thông do số lượng người sử dụng ngày càng phát triển

Sự mở rộng này có thể tăng về:

- Kích thước: Tăng lượng người dùng và/hoặc tài nguyên

- Địa lý: Một hệ thống có thể phát triển về địa lý hay khoảng cách

- Quản lý: Khi một hệ thống phát triển các thành phần ngày càng mở rộng và đa dạng hơn

1.5.2 Khả năng mở rộng của ĐTĐM

Có 2 phương pháp để tăng khả năng mở rộng đó là:

- Khả năng mở rộng theo chiều dọc

- Khả năng mở rộng theo chiều ngang

1.5.3 Các kỹ thuật mở rộng

- Che dấu độ trễ liên lạc

- Phân tán

- Các dữ liệu bộ đệm thường dễ áp dụng

1.5.4 Công nghệ đảm bảo khả năng mở rộng của ĐTĐM

* Khả năng mở rộng trong ĐTĐM có thể chia thành những nội dung chính sau:

- Khả năng mở rộng kho dữ liệu (Scalable Datastore)

- Khả năng mở rộng bộ lưu trữ file (Scalable File Storage )

- Phương pháp tiếp cận để chịu lỗi trong cơ sở hạ tầng đám mây(Approaches to Fault Tolerance in Cloud Infrastructure)

- Khả năng mở rộng xử lý theo khối (Scalable Batch Processing)

Chương 2 - SỰ ẢO HÓA

2.1 Khái niệm ảo hóa (virtualization)

Ảo hóa là một thuật ngữ chỉ sự trừu tượng của các tài nguyên máy tính Hay nói một cách khác, sự ảo hóa là việc tạo ra phiên bản

ảo của một cái gì đó, chẳng hạn như một nền tảng phần cứng, hệ điều hành, một thiết bị lưu trữ hoặc các tài nguyên mạng

2.2 Vai trò của ảo hóa

2.2.1 Tối ưu hóa công suất sử dụng phần cứng

Thay vì dùng nhiều máy thật người ta sử dụng 1 máy, trên cái máy đó “giả lập” những cái máy khác, dùng bao nhiêu máy thật cấp cho bấy nhiêu tài nguyên được sử dụng triệt để hơn

2.2.2 Giải quyết vấn đề về chi phí quản lý và sự cố máy tính

Quản lý riêng biệt các server này có thể làm đau đầu các nhà quản lý và khi chúng gặp sự cố thì quá trình phục hối lại đòi hỏi thời gian, làm gián đoạn hoạt động của nhân viên và gây tốn kém cho công ty Ảo hóa sẽ giúp giải quyết vấn đề này

Ảo hóa còn là một giải pháp giúp tiết kiệm điện, giảm các chi phí vận hành cho các máy tính thực tế, giảm tỏa nhiệt trong các trung tâm dữ liệu

2.2.3 Đảm bảo tương thích ứng dụng

Ảo hóa là bảo đảm khả năng tương thích ứng dụng Có thể cài đặt nhiều máy ảo, cài đặt nhiều nền tảng tương ứng tương thích ứng dụng

2.3 Các thành phần của một hệ thống ảo hóa

2.3.1 Tài nguyên vật lý (host machine / host hadware)

2.3.2 Các phần mềm ảo hóa (virtual software)

2.3.3 Máy ảo (virtual machine)

2.3.4 Hệ điều hành khách(Guest operating system)

2.4 Các phương pháp ảo hóa

2.4.1 Ảo hóa phần cứng (Hardware virtualization)

Ảo hóa phần cứng đề cập đến việc tạo ra một máy ảo hoạt động như một máy tính thực sự với hệ điều hành riêng Phần mềm

thực hiện các máy ảo được tách ra từ các tài nguyên phần cứng nằm bên dưới

2.4.1.1 Ảo hóa đầy đủ (Full virtualization)

2.4.1.2 Ảo hóa song song (Paravirtualization)

2.4.1.3 Phần cứng hỗ trợ ảo hóa (Hardware-assisted virtualization)

2.4.2 Ảo hóa phần mềm (Software virtualization)

2.4.2.1 Ảo hóa mức hệ điều hành (SoftwareOperating system-level virtualization)

2.4.2.2 Ảo hóa ứng dụng và ảo hóa không gian làm việc (Application virtualization and Workspace virtualization) 2.4.3 Ảo hóa bộ nhớ (Memory virtualization)

Ảo hóa bộ nhớ là tổng hợp tài nguyên bộ nhớ RAM từ hệ thống nối mạng vào một bộ nhớ chung

2.4.4 Ảo hóa lưu trữ (Storage virtualization)

Là quá trình trừu tượng hóa lưu trữ hoàn toàn hợp lý từ lưu trữ vật lý

2.4.5 Ảo hóa dữ liệu (Data virtualization)

Là sự trình bày của dữ liệu như một lớp trừu tượng, độc lập của hệ thống cơ sở dữ liệu, cấu trúc và lưu trữ dữ liệu

2.4.6 Ảo hóa mạng (Network virtualization)

Các khái niệm về một môi trường máy tính để bàn tách từ máy tính vật lý của nó (và hệ điều hành của nó) và lưu trữ nó trên máy khác trong mạng

2.5 Giải pháp ảo hóa trong mô hình điện toán đám mây riêng của VMware

VMware là một giải pháp hoàn chỉnh và toàn diện với sự kết hợp của các thành phần chính bao gồm nền tảng ảo hóa vSphere, phần mềm quản trị vCenter Server, vCloud Director, phần mềm giám sát mức độ sử dụng tài nguyên, tính phí vCenter Chargeback và thành phần bảo mật vShield Edge

Trong mô hình giải pháp đám mây riêng của VMware, ảo hóa đóng vai trò là nền tảng cơ bản VMware Sphere giúp khách hàng ảo hóa tài nguyên vật lý và đồng thời giúp họ tập trung những tài nguyên ảo này thành một trung tâm dữ liệu ảo, giúp cho việc quản

lý và sử dụng trở nên dễ dàng và linh hoạt hơn

VMware vCenter Server cung cấp nền tảng có thể thay đổi và mở rộng được để hình thành nền tảng cho quản lý ảo

VMware vCenter Server sẽ tập trung môi trường quản lý VMware vSphere, cải thiện đáng kể về quản lý đối với môi trường ảo so với các nền tảng quản lý khác

Nằm ở lớp cao hơn, vCloud Director đóng vai trò như trái tim trong giải pháp ĐTĐM của VMware Đây chính là thành phần tạo ra sự khác biệt giữa ĐTĐM và ảo hóa Tính năng cơ bản nhất của vCloud Director là khả năng tự động cấp phát và thu hồi máy ảo dựa trên giao diện tự phục vụ (selfservice portal) và danh mục các máy

ảo mẫu (service catalog) Bên cạnh đó, vCloud Director còn hỗ trợ môi trường đa người dùng (multi-tenant) cho phép tạo ra các môi trường hoàn toàn riêng biệt cho các phòng ban trong một tổ chức, hay các công ty con trong một tập đoàn

Để hoàn thiện hơn giải pháp đám mây riêng của mình, VMware cung cấp phần mềm vCenter Chargeback vừa để theo dõi mức độ sử dụng tài nguyên, vừa để tính ra mức chi phí sử dụng và phần mềm vShield Edge nhằm nâng cao tính bảo mật vCenter Chargeback cung cấp cho khách hàng những báo cáo thường xuyên

về mức độ sử dụng tài nguyên của từng máy ảo, một phòng ban cụ thể hay của cả một công ty Đồng thời dựa trên bảng cước do khách hàng định nghĩa, vCenter Chargeback có thể tạo các báo cáo chi tiết

về chi phí sử dụng tài nguyên

2.5.1 Nghiên cứu VMware vSphere Hypervisor

2.5.1.1 Giới thiệu

2.5.1.2 Cấu trúc VMware Esx Server

Máy chủ Esx sử dụng cấu trúc VMM - Hypervisor, nghĩa là máy chủ Esx sẽ tạo một lớp ảo hóa hypervisor để điều khiển quá trình chia sẻ và sử dụng tài nguyên của các máy ảo Nhờ cấu trúc xử

lý linh hoạt nên các máy ảo có thể tận dụng tối đa hiệu suất phần cứng và quản lý dễ dàng hơn

2.5.1.2.1 Hệ điều hành điều khiển

Hệ điều hành điều khiển (COS) được sử dụng để khởi động

hệ thống và chuẩn bị quá trình làm việc của phần cứng cho vmkernel Khi hệ điều hành điều khiển được tải lên nó hoạt động như các chương trình khởi động cho vmkernel, có nghĩa là nó chuẩn bị tất

cả các tài nguyên cần thiết cho hoạt động của vmkernel Khi COS đã tải xong Esx thì vmkernel sẽ bắt đầu hoạt động khởi động hệ thống

và đảm nhận vai trò hệ điều hành chính Lúc này vmkernel sẽ tải lại COS và một số thành phần phụ gọi là “người giúp đỡ công việc

(helper works)” và hoạt động ở chế độ đặc quyền Lúc này hệ điều hành điều khiển có một số nhiệm vụ khác khá quan trọng ảnh hưởng tới sự hoạt động của các máy ảo

2.5.1.2.2 Vmkernel

Khi hệ điều hành được nạp, các vmkernel bắt đầu khởi động

và khởi động hệ thống Nó chịu trách nhiệm quản lý và phân phối tài nguyên Các COS cũng được nạp lại như một máy ảo và được quản

lý bằng các cấu hình của nó Các COS thực hiện các quy tắc tương tự cho các nguồn tài nguyên và phân bổ nó cho người dùng trên hệ thống

2.5.1.2.3 The ESX Boot Process

Là quá trình khởi động máy chủ Esx Bằng việc quan sát quá trình khởi động của một hệ thống máy chủ Esx này chúng ta có thể thấy COS và vmkernel tương tác với nhau như thế nào và lúc nào vmkernel nắm quyền quản lý tài nguyên hệ thống

2.5.1.2.4 Phần cứng ảo (HardwareVirtualization)

ESX có trách nhiệm cung cấp các phần cứng ảo cho các máy

ảo Khi một máy ảo yêu cầu truy suất hay truy cập một tài nguyên nào đó thì vmkernel sẽ chịu trách nhiệm thiết lập một bản đồ ảo tương tác giữa các yêu cầu của máy ảo với phần cứng vật lý để xử lý 2.5.1.3 Tính Năng Của ESX Server

2.5.1.3.1 Virtual Machine File System (VMFS)

Đây là một hệ thống tập tin hiệu suất cao cho phép nhiều hệ thống có thể truy cập vào hệ thống tập tin tại cùng một thời điểm 2.5.1.3.2 Virtual symmetric multi-processing (Virtual SMP)

Virtual SMP cho phép VMware ESX Server có thể tận dụng đến bốn bộ vi xử lý vật lý trên hệ thống cùng lúc Cân bằng tải các tác vụ giữa các bộ vi xử lý

2.5.1.3.3 VMware High Availability (VMHA)

Mục đích của công nghệ này là di chuyển các máy ảo từ máy chủ ESX này sang một máy chủ ESX khác khi sảy ra sự cố về hỏng hóc máy chủ vật lý hay mất kết nối mạng

2.5.1.3.4 VMotion và Storage VMotion

VMonitor cho phép di chuyển các máy ảo từ máy chủ Esx này sang máy chủ Esx khác mà không gây đứt kết nối với người dùng

2.5.1.3.5 VMware Consolidated Backup (VCB)

Cho phép hệ thống có thể kết nối hệ thống lưu trữ SAN bên ngoài với hệ thống tập tin của máy chủ

2.5.1.3.6 Vcenter update Manager

Có thể thực hiện các nâng cấp ESX Server, các nâng cấp của

hệ điều hành Windows và Linux đối với máy ảo để vá lỗi cho các hệ thống này

2.5.1.3.7 VMware vShere Data Recovery

Một trong những tính năng mới trong các máy chủ Esx Backup dự phòng và tránh backup những phần đã backup nhằm tiết kiệm không gian lưu trữ

2.5.1.3.8 Virtual Center (VC) và VMware vSphere Client

Cung cấp nhiều công cụ quản lý từ xa đối với các máy chủ Esx

Chương 3 - ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY ỨNG DỤNG TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - HẬU CẦN CAND 3.1 Hiện trạng phần cứng, phần mềm

3.1.1 Phần cứng

Trường Đại học kỹ thuật - hậu cần CAND hiện có tổng số hơn 400 thành viên (cán bộ, giảng viên, công nhân viên) hoạt động tại các khoa, phòng, bộ môn Mỗi thành viên được trang bị ít nhất một bộ máy tính để phục vụ cho công tác chuyên môn, công tác giảng dạy của nhà trường

Nhà trường đề ra yêu cầu đào tạo đội ngũ cán bộ công an sau khi ra trường có năng lực và trình độ chuyên môn cao, đáp ứng được yêu cầu thực tế của địa phương Để đáp ứng được yêu cầu đó, trường

đã trang bị hơn 20 phòng thực hành, mỗi phòng trang bị 30 bộ máy tính phục vụ công tác giảng dạy, tạo điều kiện cho học viên học tập

lý thuyết, gắn liền với thực hành, thực tập

Nhà trường đã triển khai cơ sở hạ tầng cho hệ thống mạng nội bộ, hệ thống mạng Internet theo mô hình CNTT cũ, chưa đáp ứng được với nhu cầu ứng dụng, nhu cầu mở rộng, nhu cầu trao đổi thông tin một cách nhanh chóng trong tình hình mới

3.1.2 Phần mềm

Mô hình hoạt động của nhà trường được chia thành nhiều bộ phận, thực hiện các công tác chuyên môn riêng biệt Vì vậy, mỗi bộ phận lại có các chương trình phần mềm riêng phục vụ chuyên môn của mình Phòng đào tạo cần triển khai hệ thống phần mềm quản lý học viên, phần mềm quản lý điểm, phần mềm sắp xếp lịch học Phòng xây dựng lực lượng triển khai phần mềm quản lý nhân sự…

Ngoài những phần mềm chuyên biệt dành riêng cho các khoa, phòng, bộ môn thì còn cần các phần mềm, chương trình, chức năng phục vụ công tác chung của nhà trường Có thể kể đến như: Hệ thống mail nội bộ, phần mềm trắc nghiệm trực tuyến, xây dựng website nội bộ…

3.2 Nhu cầu, định hướng phát triển

Trong tình hình mới đã đặt ra những yêu cầu và thách thức mới:

- Xây dựng mô hình mạng máy tính hoạt động tốt, ổn định,

dễ dàng mở rộng Các bộ phận trong trường có thể giao tiếp, trao đổi thông tin, chia sẻ tài nguyên cho nhau một cách dễ dàng, tránh được những truy cập trái phép từ bên ngoài

- Tận dụng được cơ sở hạ tầng CNTT sẵn có