Tìm hiểu mô hình quản lý và truy xuất dữ liệu đám mây IDRAGON ứng dụng cho thiết bị di động

Mở đầu Điện toán đám mây là một chủ đề được quan tâm nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ những năm gần đây, cùng với ứng dụng rộng rãi các công nghệ ảo hóa máy chủ, cung cấp hạ tầng, nền tả

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

-

Đồng Thị Tuyết Chinh

TÌM HIỂU MÔ HÌNH QUẢN LÝ VÀ TRUY XUẤT DỮ LIỆU ĐÁM MÂY

IDRAGON ỨNG DỤNG CHO THIẾT BỊ DI ĐỘNG

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số: 60.48.01

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2012

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: ………

(Ghi rõ học hàm, học vị)

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

Mở đầu

Điện toán đám mây là một chủ đề được quan tâm nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ những năm gần đây, cùng với ứng dụng rộng rãi các công nghệ ảo hóa máy chủ, cung cấp hạ tầng, nền tảng và phần mềm như là các dịch vụ Điện toán đám mây (cloud computing), còn gọi là điện toán máy chủ ảo, là mô hình điện toán sử dụng các công nghệ máy tính và phát triển dựa vào mạng Internet Thuật ngữ "đám mây" ở đây là lối nói ẩn dụ chỉ mạng Internet (dựa vào cách được bố trí của nó trong sơ đồ mạng máy tính) và như liên tưởng về độ phức tạp của các cơ sở

hạ tầng chứa trong nó Theo tổ chức IEEE: "Nó là hình mẫu trong đó thông tin được lưu trữ thường trực tại các máy chủ trên Internet và chỉ được được lưu trữ tạm thời ở các máy khách, bao gồm máy tính cá nhân, trung tâm giải trí, máy tính trong doanh nghiệp, các phương tiện máy tính cầm tay, "

Hình 1.1: Mô hình minh họa đám mây

Tuy nhiên cho tới nay, những nghiên cứu và ứng dụng điện toán đám mây trên thế giới (các công ty đa quốc gia như: IBM, Microsoft, Oracle/Sun, HP, Cisco…), cũng như tại Việt Nam đưa sản phẩm điện toán đám mây ra thị trường,

mới đề cập ở mức ứng dụng ảo hóa (đám mây hóa) tại các trung tâm dữ liệu – nơi lưu trữ dữ liệu và phần mềm trên máy chủ để cung cấp các dịch vụ liên quan cho người sử dụng đầu cuối, qua môi trường Internet (các đám mây công cộng –public) Nhu cầu đặt ra là cần xây dựng các sản phẩm đám mây cho mạng nội bộ hoặc trong doanh nghiệp (các dịch vụ đám mây riêng – private) và đặc biệt là các ứng dụng đám mây thích hợp cung cấp cho các thiết bị di động

Ý tưởng của đồ án được xây dựng dựa trên việc tìm hiểu một số công nghệ quản lý, lưu trữ, truy xuất, đồng bộ dữ liệu đám mây thông qua các nghi thức là các chuẩn giao tiếp (protocol) như: NFS, CIFS, WebVAD,…, trên cơ sở đó xây dựng ứng dụng phát triển phần mềm cho thiết bị di động – ứng dụng trong điện toán đám mây iDragon Cloud

Căn cứ vào những vấn đề tìm hiểu và nghiên cứu như trên, luận văn bao gồm 3 chương:

Chương 1: Lưu trữ và thao tác dữ liệu trong điện toán đám mây

Giới thiệu điện toán đám mây (khái niệm, lịch sử, các dạng điện toán đám mây); mô hình kiến trúc điện toán đám mây; tìm hiểu lưu trữ dữ liệu trong điện toán đám mây; các thao tác dữ liệu trong dịch vụ đám mây

Chương 2: Giới thiệu điện toán đám mây iDragon

Mô hình điện toán đám mây iDragon; các dịch vụ nền tảng trong điện toán đám mây iDragon; lưu trữ và truy xuất dữ liệu trong đám mây iDragon

Chương 3: Ứng dụng điện toán đám mây iDragon cho thiết bị di động

Các mô hình phát triển phần mềm dựa trên dữ liệu đám mây; mô hình ứng dụng dữ liệu đám mây cho thiết bị di động; xây dựng ứng dụng điện toán đám mây iDragon cho thiết bị di động

Chương 1: Lưu trữ và thao tác dữ liệu trong điện toán đám mây

1 Khái niệm điện toán đám mây

1.1 Khái niệm điện toán đám mây

Điện toán đám mây có thể được định nghĩa là một kiểu tính toán mới trong

đó sự cân bằng động và các tài nguyên ảo hóa được cung cấp như dịch vụ trên Internet Điện toán đám mây đã trở thành một khuynh hướng công nghệ quan trọng, nhiều chuyên gia kỳ vọng điện toán đám mây sẽ định hình lại các quy trình công nghệ thông tin và thị trường công nghệ Với điện toán đám mây, người dùng

có thể dùng các thiết bị như: PCs, laptops, smartphones, PDAs (Professional Development Approval System), hay thiết bị di động để truy nhập các chương trình, các nền tảng lưu trữ và triển khai ứng dụng trên Internet thông qua các dịch

vụ được các nhà cung cấp điện toán đám mây hỗ trợ

Đám mây là một tập hợp của phần cứng, mạng, các thiết bị lưu trữ, dịch vụ

và giao diện cho phép các ứng dụng tính toán như một dịch vụ

1.2 Lịch sử

Thuật ngữ điện toán đám mây bắt nguồn từ ứng dụng điện toán lưới trong thập niên 1980, tiếp theo là điện toán theo nhu cầu (utilitycomputing) và phần mềm dịch vụ (SaaS) Sáu giai đoạn của mô hình điện toán hay có thể gọi là sáu mô

hình điện toán bao gồm:

Giai đoạn 1: nhiều người dùng chia sẻ mainframes công suất cao thông qua các thiết bị đầu cuối giả (dummy terminals)

Giai đoạn 2: chỉ một PC cũng đã đủ sức mạnh để đáp ứng nhu cầu tính toán của người dùng

Giai đoạn3: máy tính cá nhân và các servers được kết nối vào mạng cục bộ để chia sẻ tài nguyên và nâng cao hiệu năng

Giai đoạn 4: mạng cục bộ này được kết nối với mạng cục bộ khác tạo thành một mạng toàn cầu như Internet để sử dụng các ứng dụng và tài nguyên từ xa

Giai đoạn 5: điện toán lưới (grid computing) cung cấp năng lực tính toán và năng lực lưu trữ dùng chung thông qua một hệ thống tính toán phân tán

Giai đoạn 6: điện toán đám mây cung cấp các tài nguyên dùng chung trên Internet theo một cách đơn giản và cân bằng

1.3 Các loại đám mây

Điện toán đám mây thường được phân loại làm ba loại đám mây chính, theo

vị trí của đám mây là: đám mây công cộng (public cloud), đám mây cục bộ (private cloud), đám mây lai (hybrid cloud)

1.3.1 Đám mây công cộng

Đám mây công cộng là những đám mây mở cho người dùng mà ứng dụng lưu trữ, các nguồn tài nguyên khác có sẵn và được cung cấp bởi một số nhà cung cấp dịch vụ thông qua mạng Internet Một số các nhà cung cấp dịch vụ như: Google, Amazon, Microsoft…

Các đám mây công cộng cung cấp tiềm năng tốt nhất về hiệu quả chi phí, nhưng vấn đề bảo mật dữ liệu chỉ cung cấp trên danh nghĩa dựa vào các phần hỗ trợ sẵn có Đám mây công cộng thường tính lệ phí sử dụng hàng tháng cho mỗi

GB kết hợp với phí chuyển băng thông, người dùng có thể mở rộng lưu trữ theo yêu cầu và sẽ không tốn chi phí mua phần cứng lưu trữ

1.3.2 Đám mây riêng

Đám mây cục bộ còn được gọi là: “điện toán đám mây nội bộ” hay “đám mây riêng” là thế hệ tiếp theo của ảo hóa Trong đám mây cục bộ cơ sở hạ tầng điện toán đám mây chỉ hoạt động cho một tổ chức duy nhất không chia sẻ cho các

tổ chức khác cho dù quản lý nội bộ hoặc bởi một bên thứ ba và lưu trữ trên máy nội bộ hay bên ngoài Đám mây cục bộ tương tự như ảo hóa ở mức độ máy chủ, máy trạm và ứng dụng, điện toán đám mây cục bộ có tính năng nâng cao, thu hút nhiều doanh nghiệp Điển hình là mô hình dịch vụ đám mây riêng của Google và Amazon

1.3.3 Đám mây lai

Điện toán đám mây lai là một thành phần của hai hoặc nhiều đám mây (cục

bộ, công cộng hoặc công cộng) với nhiều nhà cung cấp nội bộ/ bên ngoài, do đó chúng thừa kế được lợi ích và các tính năng cốt lõi của cả hai loại hình đám mây

Ngoài ra, gần đây có thêm một mô hình điện toán đám mây cộng đồng (Community Cloud) Mô hình này thực chất là các đám mây riêng có hạ tầng, cấu hình hoàn toàn giống nhau được kết nối với nhau

2 Mô hình kiến trúc điện toán đám mây

Kiến trúc đám mây gồm: nền tảng đám mây (Cloud Platform), các dịch vụ đám mây (Cloud Service), cơ sở hạ tầng đám mây (Cloud Infrastructure), lưu trữ đám mây (Cloud Storage)

Hình 1.4: Kiến trúc điện toán đám mây

Điện toán đám mây có thể coi như một tập hợp dịch vụ, tập hợp này có thể được trình bày như một kiến trúc phân tầng theo

SaaS (Software as a Service – phần mềm như là dịch vụ): là tầng đỉnh của kiến trúc SaaS cho phép người dùng chạy các ứng dụng từ xa của đám mây

IaaS (Infrastructure as a Service – hạ tầng cơ sở như là dịchvụ): là tài nguyên điện toán được cung cấp như là một dịch vụ Đó là các máy tính được ảo

hóa với năng lực xử lý được đảm bảo và băng thông dự trữ đủ để lưu trữ và truy nhập Internet

PaaS (Platform as a Service – nền tảng như là dịch vụ) tương tự IaaS, ngoài

ra còn có các hệ điều hành và dịch vụ cần thiết cho một ứng dụng cụ thể Nói cách khác, PaaS là IaaS cộng thêm một số phần mềm riêng dành cho một ứng dụng cho trước

dSaaS (data Storage as a Service – lưu trữ dữ liệu như là dịch vụ) cung cấp không gian lưu trữ mà khách hàng có thể sử dụng, bao gồm cả băng thông lưu trữ

2.1 SaaS

Một thực thi đầu tiên trong dịch vụ đám mây là phần mềm như một dịch vụ (SaaS) – các ứng dụng nghiệp vụ được tổ chức bởi các nhà cung cấp và chuyển giao như một dịch vụ SaaS có nguồn gốc từ nhà cung cấp dịch vụ (ASP –Application Service Providers)

Ban đầu, phần mềm như một dịch vụ (SaaS) không chỉ đơn giản thực hiện trên Internet, vì lợi ích an ninh và độ tin cậy, các dịch vụ này sẽ sử dụng mạng riêng ảo (VPN – Virtual Private Networks) Một VPN cơ bản có thể tạo một mạng công cộng từ mạng cục bộ (bằng cách sử dụng một số hình thức mã hóa) thay vì phải mua kết nối chuyên dụng, việc này cho phép truyền dữ liệu an toàn qua mạng công cộng như Internet

Ví dụ về phần mềm như dịch vụ như: Yahoo Mai, Yahoo là nhà cung cấp dịch vụ email lớn nhất với khoảng 260triệu người sử dụng, Facebook, eBay, Skype, GoogleApps, một số công ty sử dụng trang web xã hội Facebook như là một mạng nội bộ miễn phí cho nhân viên của mình Trang bán đấu giá trực tuyến EBay là cơ sở của hơn 500.000 doanh nghiệp nhỏ, Skype (miễn phí cuộc gọi trực tuyến và video) được sử dụng bởi các doanh nghiệp nhỏ trên toàn thế giới và GoogleApps (tin nhắn và các công cụ cộng tác) có hơn một triệu doanh nghiệp sử dụng

2.2 IaaS

Cơ sở hạ tầng như một dịch vụ (IaaS) là việc phân phối phần cứng máy tính (máy chủ, công nghệ mạng, lưu trữ và không gian dữ liệu) như một dịch vụ, nó cũng có thể bao gồm việc cung cấp các hệ thống điều hành và các công nghệ ảo hóa quản lý tài nguyên

Với IaaS, khách hàng thuê tài nguyên thay vì việc mua và cài đặt dữ liệu vào trung tâm dữ liệu của họ Dịch vụ thường được trả tiền theo sử dụng Dịch vụ

có thể mở rộng quy mô nếu khách hàng có nhu cầu sử dụng nhiều tài nguyên hơn

so với dự kiến, họ có thể nhận được ngay lập tức khi có yêu cầu (khả năng cung cấp cũng có một giới hạn) Khả năng mở rộng linh hoạt của cơ sở hạ tầng cho phép nó mở rộng hoặc thu hẹp tùy theo yêu cầu của ứng dụng Ngoài ra, tham số cung cấp liên quan đến cấp độ dịch vụ thỏa thuận, cấp độ của dịch vụ chính là khả năng sẵn sàng phục vụ của các nhà cung cấp dịch vụ

2.3 PaaS

Trong nền tảng như một dịch vụ (PaaS – Platform as a Service), nhà cung cấp sẽ cung cấp nhiều hơn cơ sở hạ tầng, nó có thể coi như một ngăn xếp các giải pháp – một tập hợp các tài nguyên yêu cầu để nhà phát triển có thể xây dựng ứng dụng gồm cả phần mềm và thời gian chạy PaaS có thể coi là phát triển của dịch

vụ Web hosting Trong các năm gần đây các công ty dịch vụ Web hosting cũng cung cấp các gói phần mềm khá hoàn chỉnh để xây dựng các trang Web PaaS có ý tưởng xa hơn, đó là cung cấp một nền tảng bao gồm toàn bộ các tiến trình trong vòng đời phát triển của phần mềm: phân tích, thiết kế, xây dựng, kiểm thử, triển khai và bảo trì Lợi ích chính của PaaS là phát triển và triển khai phần mềm dựa hoàn toàn vào dịch vụ đám mây, do đó không có quản lý và bảo trì, quá trình phát triển từ giai đoạn thiết kế sẽ được thực thi trên đám mây PaaS tạo ra tính năng động, có thể mở rộng, thu hẹp; cung cấp địa chỉ cụ thể và các dịch vụ tiêu chuẩn cho truy xuất và bảo mật dữ liệu của khách hàng

Một số ví dụ về các nền tảng như một dịch vụ (PaaS) bao gồm: Google App Engine, AppJet, Etelos, Qrimp, và Force.com đó là môi trường phát triển chính thức cho Salesforce.com

3 Lưu trữ dữ liệu trong điện toán đám mây

3.1 Ưu điểm của lưu trữ dữ liệu đám mây

Lưu trữ một lượng rất lớn các thông tin trên mạng cục bộ (LAN) là khá tốn kém Năng lực lưu trữ dữ liệu điện tử của các thiết bị như máy chủ tập tin, các mạng lưu trữ khu vực (SAN) và mạng lưu trữ đính kèm (NAS) cung cấp hiệu suất cao, tính sẵn sàng cao có thể truy cập thông qua giao diện tiêu hỗ trợ

Lưu trữ dữ liệu đám mây có nhiều thuận lợi là: giá rẻ, không yêu cầu cài đặt, không cần thay thế, có hệ thống sao lưu và phục hồi, đã không có các yêu cầu vật lý (không đòi hỏi điều kiện môi trường, không có nhân viên quản lý)

3.2 Nhược điểm của lưu trữ dữ liệu đám mây

Hiệu suất của các đám mây dữ liệu lưu trữ được giới hạn bởi băng thông Tốc

độ Internet và WAN chậm khoảng 10-100 lần so với tốc độ mạng LAN

Tính sẵn có của dữ liệu lưu trữ đám mây là một vấn đề nghiêm trọng Đám mây cung cấp dữ liệu dựa trên khả năng kết nối mạng giữa mạng LAN, WAN và nhà cung cấp dịch vụ đám mây Trong khi đó, kết nối mạng có thể bị ảnh hưởng khi có sự gián đoạn mạng lưới toàn cầu, năng lượng mặt trời, cắt đứt cáp ngầm và

vệ tinh hư hại khi mạng lưới bị hư hỏng

Các nhà cung cấp sử dụng các giao thức mạng trong lưu trữ dữ liệu đám mây

có thể gây không tương thích với tập tin bình thường phục vụ trên mạng LAN Truy cập vào đám mây dữ liệu lưu trữ thường liên quan đến chương trình được tạo

ra để thu hẹp sự khác biệt trong các giao thức sử dụng

Lưu trữ dữ liệu đám mây không có một bộ các giao thức tiêu chuẩn phổ biến, điều này có nghĩa sẽ phức tạp khi lựa chọn các nhà cung cấp vì có thể các giao thức sử dụng không tương thích

3.3 Lưu trữ dữ liệu đám mây trong điện toán đám mây

Khi thảo luận về lưu trữ đám mây và các tiêu chuẩn liên quan, điều quan trọng là phân biệt các nguồn lực khác nhau cùng được cung cấp như các dịch vụ: giao diện chức năng (đường dẫn dữ liệu), giao diện quản lý (kiểm soát đường dẫn) Một khái niệm quan trọng khác là siêu dữ liệu Khi quản lý một lượng lớn

dữ liệu với các yêu cầu khác nhau, siêu dữ liệu là một cơ chế phù hợp để đảm bảo các yêu cầu của các nhà cung cấp dịch vụ Lưu trữ đám mây có một số thuộc tính

để xác định: trả tiền khi theo dữ liệu, tạo ảo giác về khả năng vô hạn (đàn hồi), đơn giản trong sử dụng, quản lý dữ liệu

3.3.1 Lưu trữ đám mây

Trong mô tả thuật ngữ điện toán đám mây thường sử dụng một đám mây như là biểu tượng kết nối mạng, đám mây đại diện cho kết nối mọi điểm bất kỳ trong một mạng (any to any), các kết nối thực tế và các dịch vụ đang chạy trong mạng đều được thực hiện ngầm với người sử dụng Một phần quan trọng trong mô hình điện toán đám mây chính là nơi lưu trữ tài nguyên và các khái niệm ảo hóa

Do đó, lưu trữ đám mây chỉ đơn giản là việc cung cấp lưu trữ ảo hóa theo yêu cầu, lưu trữ dữ liệu như là môt dịch vụ (DaaS), có nghĩa là: "dữ liệu được chuyển giao trong mạng dựa theo các cấu hình lưu trữ ảo và các dịch vụ dữ liệu liên quan, trên

cơ sở đảm bảo các yêu cầu về cấp độ dịch vụ”

3.3.2 Lưu trữ dữ liệu như một dịch vụ (DaaS)

Lưu trữ dữ liệu như một dịch vụ trừu tượng hóa dữ liệu lưu trữ đằng sau một tập hợp các giao diện dịch vụ cung cấp theo yêu cầu Một phần quan trọng của bất kỳ DaaS là sự hỗ trợ của khách hàng Các giao thức chuẩn hỗ trợ bao gồm: iSCSI (Internet Small Computer System Interface), CIFS / NFS (Common Internet File System/ Network File System) hoặc WebDAV (Web-based Distributed Authoring and Versioning) cho việc lưu trữ tập tin mạng

Hình 1.8: Giao diện lưu trữ dữ liệu tiêu chuẩn

Quản lý lưu trữ thường được thực hiện theo khối của các giao diện lưu trữ

dữ liệu chuẩn, hoặc thông qua một API, hoặc thông qua một giao diện người dùng dựa trên trình duyệt Giao diện này có thể được dùng để gọi các dịch vụ dữ liệu như ảnh chụp hoặc sao chép dữ liệu Trong mô hình này, chúng ta trừu tượng không gian lưu trữ cơ bản tiếp xúc với các giao diện này bằng sử dụng một hộp chứa (container), được coi như một nhóm các dữ liệu được lưu giữ và là một điểm kiểm soát để áp dụng dịch vụ dữ liệu tổng hợp

DaaS cung cấp là một không gian lưu trữ dạng bảng lưu trữ cho phép mở rộng quy mô theo chiều ngang, thêm các trường dữ liệu theo yêu cầu lưu trữ, chứ không phải là ảo hóa các trường cơ sở dữ liệu quan hệ

Một cải tiến của mô hình dữ liệu này là mô hình dữ liệu dạng bảng được thể hiện như hình sau:

Hình 1.9: Giao diện lưu trữ dữ liệu cho cơ sở dữ liệu/ bảng dữ liệu

Một loại thứ ba của giao diện chức năng lưu trữ dữ liệu, là giao diện xử lý tất cả các đối tượng dữ liệu truy cập thông qua một URI (Uniform Resource Identifier) duy nhất Dữ liệu được lấy về thông qua sử dụng giao thức chuẩn HTTP và một trình duyệt để hiển thị dữ liệu Mỗi đối tượng dữ liệu được tạo mới, cập nhật, xóa như là một nguồn tài nguyên riêng biệt Trong mô hình giao diện này, một container là một nhóm các đối tượng dữ liệu đơn giản, container chỉ hỗ trợ thực thi một bậc gọi chung là container “mềm” Mô hình này gọi là giao diện lưu trữ cho lưu trữ đối tượng dữ liệu khách hàng – Storage Interfaces for Object Storage Client Data

Hình 1.10: Giao diện lưu trữ cho lưu trữ đối tượng dữ liệu khách hàng

3.3.3 Quản lý dữ liệu trong đám mây

Một điều quan trọng được chú ý đầu tiên trong lưu trữ đám mây là hiệu quả tốt nhất, đó chính là chất lượng lưu trữ, đảm bảo nhu cầu của các nhà cung cấp ứng dụng, vừa bổ sung thêm các dịch vụ dữ liệu Tuy nhiên lưu trữ đám mây cũng khá phức tạp để khách hàng thiết lập lịch trình sao lưu thông qua các giao diện người dùng chuyên dụng, triển khai các dịch vụ dữ liệu cá nhân cho các phần dữ liệu của họ Bằng cách sử dụng các loại siêu dữ liệu khác nhau trong giao diện lưu trữ đám mây, có thể tạo ra một giao diện cho phép đáp ứng các yêu cầu dịch vụ

mà quản lý dữ liệu không phức tạp