Nghiên cứu phát triển hệ thống cung cấp dịch vụ học máy theo mô hình điện toán đám mây SaaS

Những năm gần đây, điện toán đám mây là một chủ dé được quan tâm nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ, cùng với ứng dụng rộng rãicác công nghệ ảo hóa máy chủ, cung cấp hạ tầng, nền tảng và p

HỌC VIEN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THONG

DO TRƯỜNG GIANG

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIEN HỆ THONG CUNG CAP DỊCH VỤ HỌC

MAY THEO MÔ HÌNH ĐIỆN TOÁN DAM MAY SaaS

Chuyén nganh: HE THONG THONG TIN

Mã số: 60.48.01.04

TOM TAT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI 2015

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIÊN THONG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS HÀ HẢI NAM

Phản biện ÏÌ: - c2 2n na

Phản biện 2: _ Q22 2n nh na

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện

Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc: gid ngay thang NAM

Có thê tim hiệu luận văn tai:

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

I MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Sự phát triển nhanh chóng của hệ thống mạng Internet trên thế giới, cùngvới nhu cầu

của con người ngày càng cao các dịch vụ cho thuê phần mềm qua mạng (Software as a

Service, viết tat là SaaS) dần dan thay thế cho mô hình bán phần mềm cổ điển Ngày nay,phần mềm như một dịch vụ SaaS được biết đến như mô hình dịch vụ công nghệ thông tinđang ngày càng được sử dụng rộng rãi trên thé giới vì lợi thévé chi phí và đáp ứng đầy đủ vànhanh chóng đối với nhu cầu của doanh nghiệp Những năm gần đây, điện toán đám mây là

một chủ dé được quan tâm nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ, cùng với ứng dụng rộng rãicác công nghệ ảo hóa máy chủ, cung cấp hạ tầng, nền tảng và phần mềm như là dịch vụ

Điện toán đám mây còn được gọi là điện toán máy chủ ảo, là mô hình điện toán sử dụng các

công nghệ máy tính và phát triển dựa vào Internet

Trong điện toán đám mây, mọi khả năng liên quan đến công nghệ thông tin đều đượccung cấp dưới dang dich vụ, cho phép người dùng truy cập sử dung các dịch vụ công nghệ

mà không cần phải quan tâm tới sơ sở hạ tầng phục vụ công nghệ đó Có ba mô hình dịch

vụ công nghệ trong điện toán đám mây phổ biến nhất, đó là: Mô hình phần mềm như một

dịch vụ (SaaS), mô hình nền tảng như một dịch vụ (PaaS) và mô hình hạ tầng như một dịch

“đám mây hóa” Nền tảng điện toán đám mây cho phép kết nối một cách dễ dàng, nhanh

chóng và an toàn máy tính của người sử dụng với các dịch vụ điện toán đám mây của nhà

cung cấp

Xuất phát từ yêu cầu của thực tế, nhằm mục đích hướng tới việc xây dựng, thiết kế một

hệ thống cung cấp dịch vụ học máy theo mô hình điện toán đám mây, phần mềm như làmột dịch vụ Luận văn có tựa đề : “Nghiên cứu phát triển hệ thống cung cấp dịch vuhoc

máy theo mô hình điện toán đám may SaaS”.

2 Tổng quan vấn đề nghiên cứu

- Tong quan về đề tài nghiên cứu:

Đề tài “Nghiên cứu phát triển hệ thống cung cấp dịch vụhọc máy theo mô hình

điện toán đám mây SaaS” sẽ đề xuất các phương pháp để xây dựng và phát triển các hệ

thống cung cấp dịch vụ theo mô hình điện toán đám mây SaaS Luận văn sẽ đưa ra cácphương pháp xây dựng các mô hình hệ thống điện toán đám mây đã được các hãng nhưGoogle , Microsoft, Amazon xây dựng và phát triển Sau đó luận văn sẽ tiến hành xâydựng, cai đặt một hệ thống cung cấp dịch vụ theo mô hình điện toán đám mây SaaS

- Các nghiên cứu trước đây:

Điện toán đám mây (Cloud Computing) nỗi lên như là một trong những chủ đề nóng và

có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực công nghệ thông tin.Tuy nhiên điện toán đám mây là mộtmảng khó và rộng lớn Mỗi đề thường chỉ khaithác vào một khía cạnh nào đó của điện toánđám mây Điện toán đám mây dựa trên một số lĩnh vực nghiên cứu điện toán khác như tính

toán hiệu năng cao, ảo hóa, điện toán tiện ích, cụm máy tính và điện toán lưới (Grid

Computing).Tính toán lưới là một thuật ngữ đã được sử dụng trên mười năm gần đây, điệntoán đám mây được đưa vào sử dụng như một thuật ngữ công nghệ thông tin mới.Một sốchuyên gia nói rằng điện toán đám mây là thương hiệu mới, nhưng những chuyên gia khácnói rằng nó chỉ là một phần của Điện toán lưới Đó cũng chính là lý đo tại sao nhiều bài báo

từ nhiều nhà khoa học như (Liu Yuxi, Wang Jianhua, lan Foster, Yong Zhao, loan Raicu,

Shiyong Lu, ) chỉ ra các mối liên quan giữa điện toán dam mây và tính toán lưới

Nghiên cứu về điện toán lưới với các công nghệ nền tảng, là tiền thân của điện toán đám

mây, đã được thực hiện tại Việt Nam trong thời gian 10 năm qua tại một số trường đại học,

viện nghiên cứu Tuy nhiên, do lĩnh vực ứng dụng của tính toán lưới khá giới hạn (chủ yếuphục vụ giải quyết các bài toán khoa học tính toán ở qui mô lớn) nên tính toán lưới chưa

được ứng dụng rộng rãi ở Việt Nam.Các kết quả nghiên cứu về điện toán lưới phần nào còn

mang tính lý thuyết, hàn lâm, khó trở thành các công cụ va sản pham phần mềm đề chuyên

giao công nghệ cho các doanh nghiệp khai thác.

Điện toán đám mây ngay từ khi ra đời đã cho thấy khả năng ứng dụng rất nhanh và rộngrãi trong thực tế, nên ngay từ khi du nhập vào Việt Nam đã nhanh chóng được sự quan tâmkhông chỉ của giới khoa học, của các chuyên gia về công nghệ thông tinmà còn của nhiều

cơ quan, tổ chức, doanh nghiệp quan tâm tới ứng dụng công nghệ thông tin Các nghiên cứu

về điện toán đám mây tại Việt Nam mới chỉ ở mức độ tìm hiểu công nghệ, tìm hiểu các sảnphẩm của các hãng lớn Cũng rat ít các đề tài tập trung đi tìm hiểu một cách kĩ lưỡng, phân

tích các giải pháp xây dựng một hệ thống cung cấp dịch vụ theo mô hình điện toán đám mâySaaS Với việc nghiên cứu mô hình phần mềm như là dịch vụ SaaS trong điện toán đámmây, tập trung vào việc phân tích nhằm xây dựng một mô hình dựa theo mô hình công nghệ

Azure của Microsoft, luận văn nay tập trung tim hiểu những đặc điểm cơ bản về điện toánđám mây nói chung sau đó ứng dụng, phân tích, xây dựng thử nghiệm một hệ thống họcmáy theo mô hình điện toán đám mây SaaS Trên cơ sở đó nghiên cứu phát triển một hệ

thống SaaS với những chức năng cơ bản đặt ra

3 Mục đích nghiên cứu của luận văn

Luận văn tập trung đưa ra các định hướng để xây dựng và phát triển một hệ thốngcung cấp dịch vụ học máy theo mô hình điện toán đám mây SaaS Từ đó cài đặt triển khaimột hệ thống cung cấp dịch vụ theo mô hình điện toán đảm mây SaaS

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng của luận văn là các thành phần trong hệ thống cung cấp dịch vụ học máytheo mô hình điện toán đám mây SaaS Luận văn tập trung nghiên cứu cấu trúc, thành phần

và cách triển khai mô hình hệ thống cung cấp dịch vụ theo mô hình điện toán đám mâySaaS Phạm vi nghiên cứu luận văn chỉ đề cập đến một phần quan trọng của điện toán đám

mây — đó là SaaS.

5 Phương pháp nghiên cứu

Về mặt lý thuyết:Tổng hợp các kiến thức tổng quát về điện toán đám mây trong đó tậptrung vào mô hình hệ thống cung cấp dịch vụ SaaS Phân tích các vấn đề đặt ra và tìm giải

pháp xây dựng hệ thống dịch vụ học máy theo mô hình điện toán đám mây Khái quátphương pháp học máy và đưa ra các hướng phát triển, ứng dụng của học máy nói chung vàhọc máy trong điện toán đám mây Qua đó đánh giá, so sánh, tổng kết các van dé

Về mặt thực nghiệm: Cài đặt và thử nghiệm các giải pháp xây dựng mô hình cung cấp

dịch vụ theo mô hình điện toán đám mây SaaS Dựa vào mô hình điện toán đám mây

tương tự của Microsoft đưa ra mô hình thử nghiệm Qua đó đánh giá, tổng kết các quả

thực nghiệm thu được và hoàn thiện.

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE ĐIỆN TOÁN DAM MAY

1.1 Khái quát về điện toán đám mây

Theo viện tiêu chuẩn và công nghệ Hoa Kỳ (NIST): “Điện toán đám mây là môhình dịch vụ cho phép ở một vi trí thuận tiện, khách hàng có thể truy cập mạng theo yêu

cầu và được chia sẻ tài nguyên máy tính (mạng,máy chủ,lưu trữ , ứng dụng và dịch vụ)

được nhanh chóng” Mô hình điện toán đám mây bao gồm 5 đặc tính cơ bản, 3 mô hìnhdịch vụ và 4 mô hình triển khai

1.2 Năm đặc tính cơ bản của điện toán đám mây

Kha năng co dan (Rapid elasticity

Dich vu theo nhu cầu (On-demand self-service

Không phụ thuộc vi tri (Location independent resource pooling

Truy cập dé dang (Broad network access

Diéu tiét dich vu (Measured service

1.3.1 Phần mềm như một dịch vu (SaaS - Software as a Service)

Nowe dang chuối

Nha cung cáp SaaS

Hinh 1.2: M6 hinh dich vu SaaS

La tầng kiến trúc của điện toán đám mây liên quan tới phần mềm, va thường đượcphân phối thông qua môi trường Web - là một môi trường quen thuộc với hầu hết ngườidùng, có thể phục vụ cho hàng trăm nghìn khách hàng cùng một lúc (dịch vụ đám mâycông cộng) hoặc môi trường mạng dùng riêng gồm các máy tính và thiết bị mạng cài đặt

các phân mêm chuyên dụng

Hình 1.3 :Mô hình dịch vụ PaaS

Là một dạng dịch vụ biến thể từ SaaS, nhưng khi dựa trên công nghệ điện toán đám

đã trở thành một loại dich vụ đám mây mới đề cung cấp nền tảng vận hành các ứng dụng

Một tô chức hay doanh nghiệp có thé xây dựng ứng dụng chạy trên PaaS của nhà cung cấp

dịch vụ đám mây và phân phối lại cho người sử dụng hay khách hàng của mình

1.3.3 Cơ sở hạ tầng như là một dich vu (Infrastructure as a Service)

La tang thấp nhất của điện toán đám mây, noi tập hợp các tài san vật lý như các phancứng máy chủ, hệ thống lưu trữ và các thiết bị mạng, được chia sẽ và cung cấp dưới dạngdịch vụ IaaS cho các tổ chức hay doanh nghiệp khác nhau

1.4 Bốn mô hình triển khai của điện toán đám mây

1.4.1 Dam mây công cộng (public cloud )

Đám mây công cộng là các dịch vụ đám mây được một bên thứ ba (người bán) cung

cấp Chúng tồn tại ngoài tường lửa công ty và chúng được lưu trữ đầy đủ và được nhà cung

cấp đám mây quản lý

Hình 1.5: Mô hình Public Cloud

1.4.2 Dam mây riêng (private cloud)

Đám mây riêng là các dich vụ đám mây được cung cấp trong doanh nghiệp Những

đám mây này tồn tại bên trong tường lửa công ty và chúng được doanh nghiệp quản ly

1.4.3 Đám mây hỗn hợp (Hybrid Cloud)

Hình 1.7 : Mô hình đám mây lai

Đám mây hỗn hợp là một sự kết hợp của các đám mây công cộng và đám mây

riêng Những đám mây này thường do doanh nghiệp tạo ra và các trách nhiệm quản lý sẽ

được phân chia giữa doanh nghiệp và nhà cung cấp đám mây công cộng Đám mây lai sử

dụng các dịch vụ có trong cả không gian công cộng và riêng.

1.4.4 Đám mây cộng đồng (Comunity cloud)

Dam mây cộng đông là các dam mây được chia sẻ bởi một sô tô chức và hỗ trợ một cộng đông cụ thê có môi quan tâm chung (ví dụ: chung sứ mệnh, yêu câu an ninh, chính

sách ).

1.5 Các thành phần kiến trúc của điện toán đám mây

Về cơ bản điện toán đám mây được chia làm 5 lớp riêng biệt, có tác động qua lạilẫn

nhau bao gôm:

Hình 1.9 : Thành phan của điện toán đám mây

1.6 So sánh mô hình điện toán đám mây và mô hình điện toán lưới

Đặc trưng Grid computing Cloud computing

Mục đích sử dụng Hop tac chia sẻ các nguona x

tính toán của internet

Sử dụng khả năng tính toán trong

nội bộ của “đám mây”

Luu trữ Lưu trữ nhiều hơn “đám

mây”; dùng các giao thức dé

tìm kiếm các tài nguyên thích hợp trên mạng dé lưu trữ

Kha năng lưu trữ ít hơn“lưới”;

dùng các trungtâm dữ liệu trong việc lưu trữ

Nhanh hon “lưới”, việc trao đôi

tài nguyên thường thực hiện bằng

đường truyền nội bộ, được xây

dựng dé kết nối giữa các trung

tâm dữ liệu Tốc độ có thé lên đến

hang giga byte Kha năng mở rộng

Có khả năng mở rộng Khi có

nhu cầu sử dụng thêm tài nguyên thì hệ thống sẽ tìm trên mang xem hiện có tai

nguyên nao dap ứng phù hop

nhu cầu của mình không

Có khả năng mở rộng, co lại dễ

dàng và nhanh (theo nhu câu sử

dụng)

Phạm vi ứng dụng Chủ yếu hướng tới khoa học Chủ yêu hướng tới thương mại,

quan tâm đến việc phục vụ nhu

cầu của khách hàng thông qua việc cung cấp các dịch vụ theo nhu cầu

của khách hàng

Tài nguyên Việc sử dụng tài nguyên

thông qua việc tìm kiếm các

tài nguyên trên Internet,

người dùng không thê cấu

hình tài nguyên theo ý muốn

Cung cấp tài nguyên theo dạng tai nguyên thống nhất, người dùng

được phép cấu hình tài nguyên theo nhu cầu sử dụng

Hệ điều hành Bắt kỳ một hệ điêu hành tiêu

chuân nào

Một máy ảo có nhiêu hệ điều

hành chạy

Quản lý người dùng Tô chức phân câp và ảo hoá Tập trung hoặc có thê uỷ nhiệm

là nên tảng cho bên thứ ba

Quản lý tài nguyên Phân tán Tập trung/ Phân tán

Cấp phát/ Lập lịch Phân tán Tập trung/ Phân tán

Khả năng cộng tác Theo tiêu chuân lưới mở Dựa vào dịch vụ Web

Những ứng dụng DDGrid (Drug Discovery Cloudo (Google apps, Amazon

Grid), MammoGrid, WebService, ),RoboEarth, Panda

Geodise Cloud antivirus

Các công cụ hỗ trợ Nimrod-G, Gridbus, Legion Cloudera, CloudSim, Zenoss

Bang 1.1: So sanh gitta Grid Computing va Cloud Computing 1.7 So sánh các dich vụ lưu trữ đám mây theo các tiêu chí khác nhau

Services Fs MEFS BW Encrypt | VEolder | Wins Mac | Linux | Web | Android IOS WM/

WP7 4Sync 15G 2G UnLtd _ OK OK OK OK OK OK OK OK

Bảng 1.2: So sánh các dịch vụ lưu trữ đám mây dựa trên các tiêu chí khác nhau

1.8 Những ưu điểm và những thách thức khi sử dụng điện toán đám mây

1.9 Kết luận chương

Kết thúc chương, luận văn đã cung cấp cái nhìn tông thé về điện toán đám mây, những

khái niệm, đặc điểm mô hình dịch vụ, mô hình triển khai cũng cách thức hoạt động của điện

toán đám mây Mô hình SaaS trong công nghệ điện toán đám mây cung cấp,hỗ trợ người

dùng trong công việc, học tập nghiên cứu, chiến lược kinh doanh là ratcan thiết Tuy nhiên,

mô hình SaaS cũng tồn tại những thách thức an ninh của riêngnó.Chương 1 đã trình bày các

nội dung chính sau:

- Dua ra, phân tích các khái niệm điển hình về điện toán đám mây Qua đó nhấn mạnhkhái niệm của viện tiêu chuẩn và công nghệ Hoa Ky Sau đó tìm hiểu các đặc điểm của

điện toán đám mây dựa theo khái niệm này.

- Năm đặc tính của điện toán đám mây

- Ba mô hình dịch vụ điện toán dam mây

- Bốn mô hình triển khai điện toán đám mây

- Các thành phần kiến trúc

- So sánh mô hình điện toán đắm mây và mô hình điện toán lưới

- So sánh các dịch vụ lưu trữ điện toán dam mây hiện nay dựa trên các tiêu chí khác nhau.

CHƯƠNG 2: HỌC MÁY VÀ MÔ HÌNH ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY

2.1 Mô hình SaaS trong điện toán dam mây

2.1.1 Khái niệm SaaStrong điện toán đám mây?

Theo định nghĩa của hãng nghiên cứu toàn cầu IDC là : “Phần mềm hoạt động trên

web, được quản lý bởi nhà cung cấp và cho phép người sử dụng truy cập từ xa”

2.1.2 Các đặc trưng của mô hinhcung cấp dịch vụ SaaS

-Sử dụng qua môi trường mạng, không cần cài đặt trên máy tính của khách hàng

- Pham mềm và đữ liệu được lưu trữ trên máy chủ của nhà cung cấp dịch vụ

- Thay vì phải trả tiền một lần dé sở hữu phần mềm vĩnh viễn thì khách hàng có thé trả phí

- Kiến trúc đơn thé hiện-đa người dùng (single-instance, multi-tenant architecture)

2.1.3 Bốn cấp độ phát triển của SaaS

Cấp độ 1: Cấp độ có thê tùy biến

Cấp độ 2: Cấp độ cung cấp khả năng cấu hình

Cấp độ 3: Cho phép cấu hình hiệu năng đa người dùng

Cấp đô 4: Cho khả năng mở rộng, khả năng cấu hình, hiệu năng đa người dùng

2.1.4 Những lợi ích của mô hình phần mềm SaaS

s* Lợi ích về phía khách hang:

s* Lợi ích nhà cung cấp dịch vụ:

- Nhà cung cấp dịch vụ không phải lo vấn đề vi phạm bản quyền vì chỉ có một phầnmềm duy nhất được cài đặt và quản lý từ xa, hoàn hacker không thé nào lấy cắp được Nếucàng nhiều người sử dụng thì nhà cung cấp dịch vụ càng có thé kiếm được nhiều tiền khôngbằng cách thu phí thì cũng bang cách thu tiền quảng cáo,

2.1.5 Những khó khăn, thách thức của mô hình SaaS

> Đối với người dùng

> Đối với nhà cung cấp dịch vụ

2.1.6 Van dé bao mat

Bảo mật thông tin cho những ứng dụng SaaS là quan tâm hang dau Vì thế, dé tìmkiếm được một giải pháp bảo mật phù hợp là một van đề khó khăn Van đề bao mật thôngtin liên quan trực tiếp đến lòng tin của khách hàng Đảm bảo về bảo mật cũng chứng tỏ

được khả năng của nhà cung câp với khách hàng của mình.

2.1.7 Vấn đề đảm bảo truy cập đồng thời

2.1.8 Mô hình SaaS và các mô hình phần mềm khác

2.1.8.1 SaaS và Mô hình truyền thống ( không chạy qua mạng)

Khả năng Mô hình SaaS Mô hình phần mềm truyền thống

Truy cập Truy cập qua mạng Internet Không truy cập qua mạng Internet

Đa người Đa người dùng Đơn người dùng ( hiểu theo nghĩa

dùng không có nhiều người truy cập ứng

Tích hợp Nhà cung cấp tích hợp, khách |Phức tạp, khó khăn Đòi hỏi đội ngũ kỹ

hàng chỉ việc sử dụng thuật chuyên môn cao

Triển khai Nhanh chóng Cần thời gian dài

Bảng 2.1 Mô hình SaaS và mô hình phần mềm truyền thống