(TIỂU LUẬN) TIỂU LUẬN AN TOÀN điện TOÁN đám mây đề tài tìm hiểu, thử nghiệm về cloudsim

BAN CƠ YẾU CHÍNH PHỦ HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT Mà ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ AN TỒN ĐIỆN TỐN ĐÁM MÂY Đề tài Tìm hiểu, thử nghiệm CloudSim Sinh viên thực hiện: - Nguyễn Duy Luận - Trần Trọng Nghĩa Hà Nội, 2020 Tieu luan Nội dung DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 1.1 Định nghĩa 1.2 Các mơ hình dịch vụ 1.3 Ưu, nhược điểm CHƯƠNG 2: CÔNG CỤ MÔ PHỎNG ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY CLOUDSIM 2.1. Giới thiệu 2.2. Tính 2.3. Cấu trúc thành phần 10 2.3.1 Mơ hình Cloud 11 2.3.2 Mơ hình cấp phát máy ảo 12 2.3.3 Mơ hình chợ Cloud .13 2.4 Các đối tượng CloudSim 13 2.5 Cài đặt CloudSim 16 2.6  Kiến trúc lập lịch CloudSim .17 2.7 Các API CloudSim .17 2.7.1 CloudSim: 18 2.7.2 Datacenter 18 2.7.3 DatacenterBroker 19 2.7.4 DatacenterCharacterristics 20 2.7.5 Host 20 2.7.6 Vm (Vitual machine) 21 2.8 Các bước để mô đám mây CloudSim 22 Trang | Tieu luan DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số Hình Tên Hình 1.1 Cloud Computing 1.2 Các ứng dụng Cloud 1.3 Các mơ hình Cloud 1.4 Chi tiết mơ hình Cloud 2.1 Kiến trúc theo lớp CloudSim 2.2 Khởi động thành cơng CloudSim 2.3 Mơ hình CloudSim 2.4 Chạy mô thành công Trang | Tieu luan Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN TỐN ĐÁM MÂY 1.1.Định nghĩa - Theo IBM, điện toán đám mây, hay nói ngắn gọn đám mây, việc cung cấp tài nguyên máy tính cho người dùng tùy theo mục đích sử dụng thơng qua kết nối Internet Nguồn tài ngun thứ liên quan đến điện tốn máy tính, ví dụ phần mềm, phần cứng, hạ tầng mạng máy chủ mạng lưới máy chủ cỡ lớn - Theo Amazon, điện toán đám mây việc phân phối tài nguyên CNTT theo nhu cầu qua Internet với sách tốn theo mức sử dụng Thay mua, sở hữu bảo trì trung tâm liệu máy chủ vật lý, bạn tiếp cận dịch vụ công nghệ, lượng điện toán, lưu trữ sở liệu, cần thiết, từ nhà cung cấp dịch vụ đám mây Amazon Web Services (AWS) Hình 1.1: Cloud Computing Trang | Tieu luan - Có thể thấy số ứng dụng điển hình Cloud DropBox, GoogleDrive SkyDrive Hình 1.2: Các ứng dụng Cloud 1.2 Các mơ hình dịch vụ Các nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây cung cấp dịch vụ họ theo ba mơ hình bản: -Cơ sở hạ tầng dịch vụ (IaaS-Infrastructure as a Service) -Nền tảng dịch vụ (Paas - Platform as a Service) -Phần mềm dịch vụ (SaaS-Software as a Service) Hình 1.3: Các mơ hình Cloud  Infrastructure as a Service (IaaS): IaaS chứa khối xây dựng cho đám mây CNTT IaaS thường cung cấp quyền truy cập vào tính Trang | Tieu luan mạng, máy tính (ảo phần cứng chuyên dụng) không gian lưu trữ liệu IaaS đem đến cho bạn mức độ linh hoạt khả kiểm soát quản lý tài nguyên CNTT cao IaaS gần giống với tài nguyên CNTT mà nhiều phận CNTT nhà phát triển quen thuộc.   Platform as a Service (Paas): PaaS giúp bạn bỏ qua phức tạp hay rắc rối phải tự quản lý hạ tầng (thường có liên quan đến phần cứng hệ điều hành) Nếu bạn thuê dịch vụ PaaS, bạn cần tập trung vào việc triển khai phần mềm lên bắt đầu chạy Nhờ có PaaS mà bạn khơng phải lo update Windows cho máy chủ có vá, khơng phải quản lý RAM, CPU, khơng phải lên kế hoạch nguồn lực  Software as a Service (SaaS): SaaS cung cấp cho bạn sản phẩm hoàn chỉnh nhà cung cấp dịch vụ vận hành quản lý Trong hầu hết trường hợp, nhắc đến SaaS, mọi người thường nghĩ đến ứng dụng dành cho người dùng cuối (chẳng hạn email tảng web) Với SaaS, ta không cần phải nghĩ cách trì dịch vụ cách quản lý sở hạ tầng ngầm Ứng dụng dùng người dùng cuối Trang | Tieu luan Hình 1.4: Chi tiết mơ hình Cloud 1.3 Ưu, nhược điểm - Ưu Điểm : + Ưu điểm điện tốn đám mây giảm thiểu tối đa chi phí sử dụng Đối với doanh nghiệp vừa lớn việc lưu trữ sở liệu máy chủ vật lý ln cồng kềnh,chi phí để trì sửa chữa tốn kém,chưa kể việc mát liệu Với Cloud, cần bỏ khoản kinh phí vừa đủ để thuê server mà khơng cần phải lo tới khâu bảo trì, bảo mật,do an tồn tiết kiệm nhiều + Ưu điểm thứ hai cloud bạn truy cập liệu lúc nơi, cần thiết bị bạn có kết nối với internet + Độ an toàn bảo mật cao ứng dụng khác Tuy nhiên chưa tuyệt đối Trang | Tieu luan - Nhược điểm + Cloud có độ bảo mật cao, song chưa tuyệt đối, điều nhiều doanh nghiệp dự định sử dụng Trang | Tieu luan CHƯƠNG 2: CƠNG CỤ MƠ PHỎNG ĐIỆN TỐN ĐÁM MÂY CLOUDSIM 2.1. Giới thiệu - CloudSim phần mềm mã nguồn mở theo giấy phép GPL phát triển trong các Cloud Computing Distributed Systems (đám mây) Phịng thí nghiệm, tại các phần mềm Bộ mơn Kỹ thuật máy tính Khoa học của Đại học Melbourne   - CloudSim framework cho phép mơ hình hóa, mơ hóa dịch vụ kết cấu hạ tầng điện tốn đám mây Người dùng ứng dụng thử nghiệm mơi trường lặp có kiểm sốt, qua đó, tìm tắc nghẽn hệ thống mà khơng cần đám mây thực chạy kiểm thử với cấu hình khác nhau, để phát triển kỹ thuật dự phòng phù hợp 2.2. Tính Tính CloudSim bao gồm:   Hỗ trợ mơ hình hóa mơ trung tâm liệu Điện tốn đám mây quy mơ lớn  Hỗ trợ mơ hình hóa mơ máy chủ ảo hóa, với sách tùy chỉnh để cung cấp tài nguyên máy chủ cho máy ảo  Hỗ trợ mơ hình hóa mô vùng chứa ứng dụng  Hỗ trợ mơ hình hóa mơ tài ngun tính tốn nhận biết lượng  Hỗ trợ mơ hình hóa mơ cấu trúc liên kết mạng trung tâm liệu ứng dụng truyền thơng điệp  Hỗ trợ mơ hình hóa mô đám mây liên hợp  Hỗ trợ chèn động phần tử mô phỏng, dừng tiếp tục mô Trang | Tieu luan  Hỗ trợ sách người dùng xác định để phân bổ máy chủ cho máy ảo sách phân bổ tài nguyên máy chủ cho máy ảo 2.3. Cấu trúc thành phần Hình 2.1: Kiến trúc theo lớp CloudSim Trang | 10 Tieu luan CloundSim mơ điện tốn đám mây kiến trúc CloudSim chia thành nhiều lớp với thành phần Cloud - Tại tầng thấp SimJava thư viện mô kiện rời rạc cho java  thực chức cần thiết cho mô cấp cao khuôn khổ đợi xử lý kiện, tạo thành phần hệ thống (dịch vụ, lưu trữ, trung tâm liệu, môi giới, máy ảo ), thông tin liên lạc thành phần, quản lý đồng hồ mô - Tầng tiếp thư viện thực GridSim cơng cụ mơ hình hóa mơ tài nguyên phân phối quản lý lập kế hoạch có hỗ trợ thành phần phần mềm cấp cao cho mơ hình hóa nhiều sở hạ tầng lưới điện, bao gồm mạng lưới cách thức trao đổi, thành phần Grid nguồn lực, tập hợp liệu, khối lượng công việc dịch vụ thông tin - Các CloudSim thực cấp độ lập trình mở rộng chức cốt lõi tiếp xúc lớp GridSim CloudSim cung cấp hỗ trợ cho mơ hình hóa mơ ảo hóa Cloudbased mơi trường trung tâm liệu dành riêng giao diện quản lý cho máy ảo, nhớ, lưu trữ, băng thông.  Lớp CloudSim quản lý điều khiển thực đơn vị cốt lõi (máy ảo, máy chủ, trung tâm liệu,ứng dụng) thời gian mô   - Những vấn đề trích lập dự phịng mô để máy ảo dựa người dùng yêu cầu, thực ứng dụng quản lý động giám sát xử lý CloudSim Một máy chủ đám mây đồng thời chia sẻ số máy ảo mà thực ứng dụng dựa thông số kỹ thuật QoS (Quality of Service) người dùng định nghĩa -Lớp Uers code cho thấy nhiều cấu hình liên quan đến chức cho host số máy ảo, đặc điểm kỹ thuật máy ảo, ứng dụng số nhiệm vụ yêu cầu nó, số lượng người dùng loại ứng dụng người dùng, sách lập kế hoạch mơi giới Một nhà phát triển ứng dụng đám mây tạo kết hợp yêu cầu sử dụng phân phối, ứng dụng, cấu hình, kịch có sẵn Cloud thực kiểm tra mạnh mẽ dựa tùy chỉnh cấu hình Cloud hỗ trợ CloudSim 2.3.1 Mơ hình Cloud Kiến trúc dịch vụ tảng liên quan đến Cloud mơ hình hóa chương trình mơ thành phần Datacenter cho việc quản lý yêu cầu dịch vụ Trang | 11 Tieu luan Datacenter tạo tập hợp Host, có trách nhiêm để quản lý máy ảo VM chu kì sống chúng Các Host thành phần biểu thị cho nút Cloud: cài đặt sẵn khả xử lý (biểu diễn qua đơn vị MIPS = milion of instruction per second), nhớ, khả lưu trữ sách định thời để xử lý việc cấp phân phát lõi tính tốn cho máy ảo Các thành phần máy Host thực giao diện hỗ trợ mô hình hóa mơ cho nút nhân đa nhân Việc phân phối máy ảo phục vụ cho ứng dụng cụ thể đến thành phần Host trách nhiệm thành phần Virtual Machine Provisioner Thành phần cung cấp tập phương thức cho người nghiên cứu, với hỗ trợ việc thực sách dựa mục tiêu tối ưu Những sách mặc định có sẵn giản đơn theo hướng đến trước phục vụ trước Với thành phần Host, cấp phát lõi tính tốn tới máy ảo thực dựa việc cấp phát host Những sách tìm xem tài khoản có lõi tính tốn giao cho máy ảo khả sẵn Do vậy, cấp phát lõi CPU cho máy ảo cụ thể phân tán động máy ảo (chia sẻ theo thời gian) gán lõi cho máy ảo theo yêu cầu theo sách cụ thể Mỗi thành phần Host khởi tạo định thời máy ảo thực việc cấp phát theo không gian hay thời gian Những người nghiên cứu hay phát triển Cloud mở rộng định thời máy ảo VM để thử nghiệm với vài sách cấp phát Kế đến chi tiết liên quan đến sách chia sẻ theo thời gian khơng gian đề cập 2.3.2 Mơ hình cấp phát máy ảo Một ý tưởng khiến Cloud computing khác biệt với Grid computing việc triển khai tối đa cơng nghệ ảo hóa cơng cụ hỗ trợ Mơ hình ứng dụng cổ điển ánh xạ cách xác nút tính tốn ứng dụng riêng rẽ khơng cịn phù hợp trừu tượng hóa tính tốn mơi trường Cloud Ví dụ hai Datacenter chạy Host có nhân Mặc dù có tách biệt tổng lượng tài nguyên sẵn có bị ràng buộc năngblực host Những yếu tố quan trọng cần xem xét tiến trình xem xét định cấp phát tài nguyên Để cho phép giả lập sách khác nhau, Trang | 12 Tieu luan CloudSim hỗ trợ việc định thời máy ảo VM hai mức: trước tiên mức Host sau mức máy ảo VM Ở mức đầu tiên, xác định rõ tổng lực xử lý nhân host gán cho máy ảo Tại mức tiếp theo, máy ảo VM phân rõ tổng lực xử lý cụ thể cho tác vụ thực thi Tại mức, CloudSim thực sách cấp phát tài nguyên theo thời gian khơng gian 2.3.3 Mơ hình chợ Cloud Hỗ trợ dịch vụ đóng vai trị người môi giới nhà cung cấp dịch vụ Cloud khách hàng thông qua dịch vụ điểm nhấn điện toán đám mây Hơn thế, dịch vụ cần chế để xác định chi phí dịch vụ sách giá Mơ hình sách chi phí giá ý tưởng cần xem xét thiết kết chương trình mơ Cloud, bốn thuộc tính xem xét đến cho Datacenter: - Chi phí xử lý - Chi phí đơn vị nhớ - Chi phí đơn vị lưu trữ - Chi phí đơn vị băng thơng sử dụng Chi phí đơn vị nhớ lưu trữ kèm theo q trình khởi tạo máy ảo Chi phí đơn vị băng thơng sử dụng có q trình truyền liệu Bên cạnh đó, chi phí sử dụng nhớ, lưu trữ, băng thơng chi phí liên quan có mối liên hệ với việc sử dụng tài ngun tính tốn Do vậy, máy ảo tạo mà khơng có tác vụ thực thi chúng, có chi phí nhớ lưu trữ Những vấn đề thay đổi người dùng 2.4 Các đối tượng CloudSim Trang | 13 Tieu luan Hình 2.3: Mơ hình CloudSim Datacenter: Đây đối tượng chứa dịch vụ sở hạ tầng cấp lõi (phần cứng, phần mềm) cung cấp nhà cung cấp nguồn tài ngun mơi trường điện tốn đám mây Nó đóng gói tập hợp host (máy chủ) đồng hay không đồng liên quan đến cấu hình tài nguyên họ (bộ nhớ, lõi, lực, lưu trữ) Hơn nữa, thành phần Datacenter khởi tạo thành phần ứng dụng trích lập dự phòng tổng quát thực tập hợp sách phân bổ thiết bị băng thơng, nhớ lưu trữ cho máy chủ máy ảo DatacenterBroker: Đây đối tượng mơi giới, có trách nhiệm làm trung gian người sử dụng nhà cung cấp dịch vụ SaaS tùy thuộc vào yêu cầu QoS người sử dụng triển khai nhiệm vụ phục vụ Cloud Các nhà môi giới hoạt động thay mặt cho người sử dụng tìm nhà cung cấp dịch vụ Cloud phù hợp cách truy vấn CIS(CloudInformation Services) thông tin dịch vụ đám mây cam kết đàm phán trực tuyến cho phân bổ nguồn lực / dịch vụ có Trang | 14 Tieu luan thể đáp ứng QoS ứng dụng cần Nghiên cứu phát triển hệ thống phải mở rộng lớp để đánh giá thử nghiệm sách tùy chỉnh môi giới DatacenterCharacteristics: Đây đối tượng chứa thơng tin cấu hình nguồn tài ngun DataCenter bao gồm thông tin như: kiến trúc tài nguyên, hệ điều hành (OS), sách quản lý khu vực (chia sẻ thời gian chia sẻ không gian), chi phí thời gian mà nguồn tài nguyên xác định theo cấu hình tài nguyên Host: Là đối tượng thể nguồn tài nguyên vật lý máy tính máy chủ lưu trữ Nó chứa thơng tin quan trọng số lượng nhớ lưu trữ, danh sách loại lõi xử lý (đại diện cho máy tính đa lõi), phân bổ sách để chia sẻ khả xử lý máy ảo, sách dự phịng nhớ băng thơng tới máy ảo VM (Virtual Machine): Là đối tượng máy ảo, quản lý suốt vòng đời máy chủ Ở máy chủ đồng thời khởi tạo nhiều máy ảo phân bổ lõi dựa sách chia sẻ vi xử lý xác định trước (chia sẻ không gian, chia sẻ thời gian) Mỗi thành phần máy ảo có quyền truy cập chẳng hạn nhớ, xử lý, lưu trữ, sách lập kế hoạch nội máy ảo mở rộng từ thành phần trừu tượng gọi VMScheduling VmScheduler: Đây lớp trừu tượng thực thành phần chủ mơ hình sách (chia sẻ không gian, chia sẻ thời gian) cần thiết cho việc phân bổ nhân xử lý cho máy ảo Các chức lớp dễ dàng ghi đè để chứa sách chia sẻ xử lý ứng dụng đặc thù VMProvisioner: Đây đối tượng trừu tượng đại diện cho sách trích lập dự phịng máy ảo để phân bổ cho máy chủ Các chức VMProvisioner chọn máy chủ có sẵn trung tâm liệu, đáp ứng nhớ, lưu trữ, yêu cầu sẵn sàng cho việc triển khai máy ảo Việc thực SimpleVMProvisioner mặc định cung cấp với gói CloudSim cấp phát máy ảo với máy chủ có sẵn đáp ứng yêu cầu nói Các máy chủ thiết lập theo thứ tự Tuy nhiên, sách phức tạp dễ dàng thực thành phần để đạt phân bố tối ưu hóa, ví dụ, lựa chọn máy chủ dựa khả họ để đáp ứng yêu cầu QoS đáp ứng thời gian, ngân sách VMAllocationPolicy: Đây đối tượng lớp trừu tượng thực thành phần chủ mơ hình sách (chia sẻ khơng gian, chia sẻ thời gian) Trang | 15 Tieu luan cần thiết cho việc phân bổ khả xử lý cho máy ảo Các chức đối tượng dễ dàng ghi đè để chứa sách chia sẻ xử lý Cloudlet: Là đám mây thu nhỏ chứa dịch vụ ứng dụng dựa đám mây phân phối nội dung, mạng xã hội, công việc kinh doanh thường triển khai trung tâm liệu Cloudlet mở rộng để hỗ trợ cho mơ hình thực thành phần số liệu khác ứng dụng giao dịch theo định hướng sở liệu CloudletScheduler: Là đối tượng trừu tượng mở rộng việc thực sách khác để xác định sách xử lý Cloudlets máy ảo Hai loại sách trích lập dự phịng cung cấp:  - Chia sẻ khơng gian (CloudetSchedulerSpaceShared) - Chia sẻ thời gian (CloudletSchedulerTimeShared) BWProvisioner: Đây đối tượng trừu tượng mơ tả sách trích lập dự phịng băng thơng cho máy ảo triển khai thành phần máy chủ Chức thành phần thực việc phân bổ băng thơng mạng nhằm thiết lập cho máy ảo triển khai trung tâm liệu.  MemoryProvisioner: Đây đối tượng trừu tượng đại diện cho sách trích lập dự phịng cho cấp phát nhớ cho máy ảo Thành phần thực sách phân bố không gian nhớ vật lý máy ảo với Việc thực triển khai máy ảo máy chủ khả thi thành phần MemoryProvisioner xác định máy chủ có dung lượng nhớ cịn trống từ triển khai máy ảo có yêu cầu RamProvisioner: Đây đối tượng thuộc lớp trừu tượng đại diện cho sách trích lập dự phịng cho cấp phát nhớ (RAM) đến máy ảo Việc thực triển khai máy ảo máy chủ khả thi thành phần RamProvisioner máy chủ chứa dung lượng nhớ trống Các RamProvisionerSimple không giới hạn số lượng nhớ mà máy ảo yêu cầu Tuy nhiên, yêu cầu vượt khả nhớ có sẵn khơng cấp phát NetworkTopology: Đối tượng chứa đựng thông tin hoạt động mạng mơ Nó lưu trữ thơng tin cấu trúc liên kết, tạo cách sử dụng tổ hợp cấu trúc liên kết BRITE Trang | 16 Tieu luan 2.5 Cài đặt CloudSim CloudSim là thư viện để mơ điện tốn đám mây ngơn ngữ Java Ta cần cài đặt Eclipse thư viện CloudSim Hình 2.2: Khởi động thành cơng CloudSim 2.6  Kiến trúc lập lịch CloudSim CloudSim phát triển từ GridSim, CloudSim đưa ba thành phần Hosts, Virtual Machines, Applications, ba thành phần nhằm mô ba mơ hình IaaS (Infrastructure as a Service), PaaS (Platform as a Service), SaaS (Software as a Service) điện tốn đám mây CloudSim hỗ trợ để tạo sở hạ tầng tính tốn đám mây với quy mô lớn, bao gồm trung tâm liệu nút máy tính vật lý máy ảo java Nó cung cấp mơ hình trung tâm liệu, môi giới dịch vụ, lập lịch sách định vị tài nguyên Trong ứng dụng thường sử dụng API CloudSim 3.0.3 để tạo Task, Host, VM, Datacenter, … mở rộng lớp DataCenterBroker CloudSim để đưa sách lập lịch phù hợp với thuật toán lập lịch Trang | 17 Tieu luan 2.7 Các API CloudSim 2.7.1 CloudSim: public static void init(int numUser,Calendar cal, boolean traceFlag) - Phương thức dùng để nạp thư viện CloudSim nên gọi trước hết.Trong phương thức này, tạo thực thể CloudSim sau:    • CloudInformationService    • CloudSimShutdown Các tham số: - numUser: số người dùng tạo - cal: thời gian để mơ Nếu vơ giá trị, sau thời gian lấy từ Calendar.getInstance() - traceFlag: Ghi lại dấu vết CloudSim thực mơ phóng   public static double startSimulation() throws NullPointerException - Bắt đầu thực mô CloudSim Lưu ý: Phương pháp nên gọi sau tất thực thể thiết lập bổ sung   public static void stopSimulation()throws NullPointerException - Dừng mô xác định người sử dụng thời gian thực 2.7.2 Datacenter public Datacenter(String name,           DatacenterCharacteristics characteristics, Trang | 18 Tieu luan           VmAllocationPolicy vmAllocationPolicy,           List storageList,           double schedulingInterval)            throws Exception - Phương thức dùng để tạo đối tượng Datacenter Các tham số: -name: Tên Datacenter tạo -characteristics: Một đối tượng DatacenterCharacterristics -storageList: List lưu trữ, dùng để mơ phóng liệu -vmAllocationPolicy:Chính sách sử dụng máy ảo 2.7.3 DatacenterBroker public DatacenterBroker(String name)throws Exception - Phương thức dùng để tạo đối tượng datacenterbroker Tham số: -name: Tên datacenterbroker tạo   public void submitCloudletList(List