Tìm hiểu về công nghệ điện toán đám mây ứng dụng với công cụ mã nguồn mở OpenNebula

LỜI CẢM ƠN Trong quá trình tìm hiểu nghiên cứu để hoàn thành bài thu hoạch, tôi gặp không ít khó khăn, nhưng những lúc như vậy, tôi luôn nhận được sự động viên, khích lệ của thầy giáo, PGS.TS Nguyễn Phi Khứ. Thầy đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình nghiên cứu, hướng dẫn tận tình trong cách thức và phương pháp nghiên cứu khoa học cũng như hỗ trợ tôi trong việc tìm tài liệu. Để có được những kết quả trong bài thu hoạch này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo, PGS.TS Nguyễn Phi Khứ trường Đại học Công Nghệ Thông Tin ĐH Quốc Gia Hồ Chí Minh. Cuối cùng tôi xin cảm ơn đồng nghiệp, gia đình và các bạn của tôi những người đã luôn bên cạnh, động viên và khích lệ tôi để có được kết quả như ngày hôm nay. Hà Nội, tháng 7 năm 2013 Học viên Lê Xuân Tùng i MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 2 Hình 1.01 Mô hình chung Điện toán đám mây 3 Hình 1.02 Mô hình Điện toán lưới 5 Hình 1.03 Các thành phần chính của Điện toán đám mây 12 Hình 1.04 Các dịch vụ Điện toán đám mây 14 Hình 1.05 Một số nhà cung cấp Điện toán đám mây 17 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ OPENNEBULA 19 Hình 2.01 Lịch sử phát triển OpenNebula 19 Hình 2.02 Nền tảng OpenNebula 20 Hình 2.03 Các thành phần OpenNebula 22 Hình 2.04 Thành phần cơ bản của đám mây nguồn mở 23 2.3Cấu trúc đám mây nguồn mở OpenNebula 25 Hình 2.05 Cấu trúc đám mây nguồn mở OpenNebula 25 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM 27 3.1Mô hình cài đặt 27 Hình 3.01 Mô hình cài đặt OpenNebula 27 3.2Cấu hình và cài đặt 28 3.2.1.Cấu hình Host01 28 3.2.2.Cấu hình Host02 và Host03 28 3.2.3.Cài đặt OpenNebula 29 Hình 3.02 Kiểm tra dịch vụ OpenNebula 31 Hình 3.03 Cấu trúc thư mục OpenNebula sau khi cài đặt 32 3.3Xây dựng đám mây dùng riêng 32 3.3.1Thêm host vào đám mây 32 Hình 3.04 Thêm host vào đám mây 33 Hình 3.05 Thông tin chi tiết về Host02 (1) 33 Hình 3.06 Thông tin chi tiết về Host02 (2) 34 3.3.2Thêm mạng ảo (virtual network) vào đám mây 34 Hình 3.07 Thêm mạng ảo vào đám mây 34 Hình 3.08 Thông tin chi tiết về mạng ảo 35 3.3.3Thêm VM vào đám mây 35 Hình 3.09 Thêm VM vào đám mây 36 Hình 3.10 Thông tin chi tiết về VM(1) 36 37 Hình 3.11 Thông tin chi tiết về VM(2) 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 ii DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1.01 Mô hình chung Điện toán đám mây 3 Hình 1.02 Mô hình Điện toán lưới 5 Hình 1.03 Các thành phần chính của Điện toán đám mây 12 Hình 1.04 Các dịch vụ Điện toán đám mây 14 Hình 1.05 Một số nhà cung cấp Điện toán đám mây 17 Hình 2.01 Lịch sử phát triển OpenNebula 19 Hình 2.02 Nền tảng OpenNebula 20 Hình 2.03 Các thành phần OpenNebula 22 Hình 2.04 Thành phần cơ bản của đám mây nguồn mở 23 Hình 2.05 Cấu trúc đám mây nguồn mở OpenNebula 25 Hình 3.01 Mô hình cài đặt OpenNebula 27 Hình 3.02 Kiểm tra dịch vụ OpenNebula 31 Hình 3.03 Cấu trúc thư mục OpenNebula sau khi cài đặt 32 Hình 3.04 Thêm host vào đám mây 33 Hình 3.05 Thông tin chi tiết về Host02 (1) 33 Hình 3.06 Thông tin chi tiết về Host02 (2) 34 Hình 3.07 Thêm mạng ảo vào đám mây 34 Hình 3.08 Thông tin chi tiết về mạng ảo 35 Hình 3.09 Thêm VM vào đám mây 36 Hình 3.10 Thông tin chi tiết về VM(1) 36 37 Hình 3.11 Thông tin chi tiết về VM(2) 37 BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu/chữ viết tắt Diễn giải iii 1 CNTT Công nghệ thông tin 2 CSDL Cơ sở dữ liệu 3 API Application Program Interface: giao diện lập trình ứng dụng 4 VM Virtual Machine: máy ảo 5 VMM Virtual Machine Monitoring: giám sát máy ảo iv BẢNG THUẬT NGỮ STT Thuật ngữ Diễn giải 1 Framework Nền tảng 2 Front-end Giao diện tương tác 3 Host Máy tính vật lý 4 Server Máy chủ 5 Web browser Trình duyệt web v LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, đối với các công ty, doanh nghiệp, việc quản lý tốt, hiệu quả dữ liệu của riêng công ty cũng như dữ liệu khách hàng, đối tác là một trong những bài toán được ưu tiên hàng đầu và đang không ngừng gây khó khăn cho họ. Để có thể quản lý được nguồn dữ liệu đó, ban đầu các doanh nghiệp phải đầu tư, tính toán rất nhiều loại chi phí như chi phí cho phần cứng, phần mềm, mạng, chi phí cho quản trị viên, chi phí bảo trì, sửa chữa, … Ngoài ra họ còn phải tính toán khả năng mở rộng, nâng cấp thiết bị; phải kiểm soát việc bảo mật dữ liệu cũng như tính sẵn sàng cao của dữ liệu. Thuật ngữ “Điện toán đám mây” ra đời bắt nguồn từ một trong những hoàn cảnh như vậy. Thuật ngữ “Điện toán đám mây” còn được bắt nguồn từ ý tưởng đưa tất cả mọi thứ như dữ liệu, phần mềm, … lên Internet. Chúng ta sẽ không còn trông thấy các máy PC, máy chủ của riêng các doanh nghiệp để lưu trữ dữ liệu, phần mềm nữa mà chỉ còn một số các “máy chủ ảo” tập trung ở trên mạng. Các “máy chủ ảo” sẽ cung cấp các dịch vụ giúp cho doanh nghiệp có thể quản lý dữ liệu dễ dàng hơn, họ sẽ chỉ trả chi phí cho lượng sử dụng dịch vụ của họ, mà không cần phải đầu tư nhiều vào cơ sở hạ tầng cũng như quan tâm nhiều đến công nghệ. Xu hướng này sẽ giúp cho các công ty, doanh nghiệp vừa và nhỏ mà không có cơ sở hạ tầng mạng, máy chủ để lưu trữ, quản lý dữ liệu tốt. Điện toán đám mây IaaS là bước tiếp theo trong sự phát triển của các trung tâm dữ liệu. Việc xác định một kích thước phù hợp cho tất cả các đám mây là không thể, và cũng không thể cung cấp một giải pháp áp đặt các yêu cầu về cơ sở hạ tầng cho trung tâm dữ liệu. Công nghệ OpenNebula là một chuẩn công nghiệp mã nguồn mở có khả năng tương tác làm cho đám mây tiến hóa bằng cách tận dụng cơ sở hạ tầng CNTT sẵn có, bảo vệ đầu tư cho khách hang, và tránh cung cấp khóa. OpenNebula được tạo ra nhằm cung cấp một lớp quản lý cởi mở, linh hoạt và toàn diện để tự động hóa và phối hợp các hoạt động ảo hóa của trung tâm dữ liệu bằng cách tận dụng và tích hợp các giải pháp cho mạng, kho lưu trữ, máy giám sát, ảo hóa, quản trị người dùng. Vì vậy, em đã chọn đề tài “Tìm hiểu về công nghệ điện toán đám mây ứng dụng với công cụ mã nguồn mở OpenNebula” với hi vọng nắm bắt được công nghệ này, để có thể xây dựng được những đám mây. 1 Bài thu hoạch: CGRID COMPUTING CHƯƠNG 1: ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 1.1 Lịch sử Điện toán đám mây Thành ngữ đám mây được sử dụng như một ẩn dụ cho Internet, để mô tả Internet trong những lược đồ mạng máy tính, và là một sự ảo hóa cho kiến trúc phức tạp mà nó che dấu. Đám mây là một thuật ngữ mượn từ ngành điện thoại. Trước những năm 90 các mạch vòng dữ liệu được nối cứng giữa các điểm. Trong những năm 90 những công ty điện thoại đường dài bắt đầu cung cấp dịch vụ VPN cho truyền thông dữ liệu. Các công ty điện thoại có thể cung cấp những dịch vụ dựa trên VPN với cùng một băng thông đảm bảo như những mạch vòng cố định ở một giá thành thấp bởi vì chúng duy trì khả năng chuyển mạch để cân bằng việc sử dụng khi chúng thấy đã đủ, do đó sử dụng băng thông một cách hiệu quả hơn. Kết quả là không thể xác định chính xác đường đi của dữ liệu. Thành ngữ đám mây telecom được sử dụng để mô tả kiểu mạng này. Điện toán đám mây cũng tương tự như vậy. Điện toán đám mây nhận dựa chủ yếu trên những máy ảo được tạo ra để đáp ứng những yêu cầu của người dùng. Các thể hiện ảo được tạo ra theo yêu cầu, do đó không thể xác định có bao nhiêu máy ảo sẽ chạy ở một thời điểm. Khi những máy ảo có thể được tạo ra trên bất cứ máy tính nào như yêu cầu, chúng hình thành một mạng mây. Một sự thể hiện thông thường trong biểu đồ mạng là một đường viền đám mây. Lịch sử khái niệm quay lại những năm 1960 khi John McCarthy phát biểu rằng “sự tính toán một ngày nào đó được tổ chức như một tiện ích công cộng”; thực chất nó chia sẻ những đặc tính với các công ty dịch vụ. Thuật ngữ đám mây đã đến từ việc sử dụng thương mại đầu những năm 1990 để tham chiếu đến những mạng ATM lớn. Đến thế kỷ 21, thuật ngữ điện toán đám mây đã bắt đầu xuất hiện, hầu hết sự tập trung ở thời điểm này là vào phần mềm như một dịch vụ (SaaS). Vào những năm 1999, Salesforce.com được thành lập bởi Marc Benioff, Parker Harris và các đồng nghiệp. Họ áp dụng nhiều kỹ thuật của những web site khách hàng khá lớn như Google và Yahoo đối với những ứng dụng thương mại. Họ cũng cung cấp khái niệm “Theo yêu cầu” và “Phần mềm như một dịch vụ” (SaaS – Software as a Service) với việc kinh doanh của họ và những khách hàng thành công. Chìa khóa cho SaaS là khả năng 2 Bài thu hoạch: CGRID COMPUTING tự cấu hình của khách hàng hay với một sự trợ giúp nhỏ. Những người dùng kinh doanh đã đón nhận một cách nồng nhiệt dich vụ này. Amazon.com đóng vai trò chính trong sự phát triển của điện toán đám mây bằng việc hiện đại hóa trung tâm dữ liệu của họ và thấy rằng kiến trúc đám mây mới đạt được những sự cải tiến hiệu quả bên trong, cung cấp tiếp cận tới các hệ thông bằng cách của các dịch vụ web Amazon trong năm 2005 dựa trên một cơ sở tính toán tiện ích. 1.2 Mô hình Điện toán đám mây Ngày nay Điện toán đám mây đang trở thành chủ đề được bàn luận sôi nổi. Điện toán đám mây đã thu hút rất nhiều sự quan tâm từ phía các nhà nghiên cứu, những người phát triển và người sử dụng. Trong phần này chúng ta sẽ đi sâu tìm hiểu mô hình điện toán đám mây đang được ứng dụng hiện nay. Hình 1.01 Mô hình chung Điện toán đám mây Điện toán đám mây là sự phát triển mạnh mẽ trên Internet và sử dụng kỹ thuật máy tính. Đây là một kiểu tính toán trong đó các tài nguyên ảo và có thể mở rộng được cung 3 Bài thu hoạch: CGRID COMPUTING cấp như một dịch vụ trên Internet. Người dùng không cần hiểu sâu về kiến trúc kỹ thuật trong đám mây cung cấp cho họ. Khái niệm điện toán đám mây kết hợp chặt chẽ kiến trúc như một dịch vụ (IaaS), nền tảng như một dịch vụ (PaaS) và phần mềm như một dịch vụ (SaaS) cũng như Web2.0 và những kỹ thuật khác hướng tới những lĩnh vực cơ bản của sự tin tưởng dựa trên Internet để thỏa mãn những sự cần thiết tính toán của người dùng. Các ví dụ bao gồm Saleforece.com và Google Apps cung cấp những ứng dụng thương mại online thông thường có thể tiếp cận từ một web browser, trong khi phần mềm và dữ liệu được để trên các server.  Lợi ích của điện toán đám mây: - Khi khách hàng không làm chủ kiến trúc, họ đơn giản chỉ tiếp cận hay thuê, và do đó có thể tránh các chi phí mua sắm và sử dụng các tài nguyên như một dịch vụ, trả tiền cho những gì họ sử dụng. - Chia sẻ sức mạnh tính toán giữa các thành phần có thể cải tiến tốc độ tối ưu cho ứng dụng. - Điều này đặc biệt quan trọng với những nơi mà sự quản lý yếu kém đối với những hệ thống lớn, đối với những ứng dụng tải trọng lớn. - Tiếp cận ngay lập tức tới sự phân phối rộng lớn, dễ dàng mở rộng hay thu hẹp phạm vi sử dụng. - Những người dùng có thể kết thúc hợp đồng ở bất kỳ thời điểm nào (do đó tránh rủi ro lãi suất và tình trạng không chắc chắn) và những dịch vụ thường được kèm theo bởi những thỏa thuận mức độ dịch vụ với hình phạt về kinh tế. - Sự độc lập thiết bị và vị trí: cho phép người dùng tiếp cận hệ thống sử dụng một trình duyệt không quan tâm vị trí của nó hay thiết bị nào nó sử dụng. Khi hạ tầng ở vị trí khác (đặc biệt được cung cấp bởi bên thứ 3) và tiếp cận thông qua Internet người dùng có thể tiếp cận bất cứ khi nào.  Nhược điểm: khả năng bảo mật và an toàn dữ liệu là một vấn đề nổi lên đối với điện toán đám mây. Lỗi lo về việc bị chiếm quyền điều khiển ứng dụng và việc xâm phạm dữ liệu riêng tư để trên đám mây luôn là rào cản đối với điện toán đám mây 4 Bài thu hoạch: CGRID COMPUTING 1.3 Phân tích, so sánh với các mô hình điện toán khác Điện toán đám mây xuất hiện bắt nguồn từ ứng dụng điện điện lưới (grid computing) trong thập niên 1980, tiếp theo là điện toán theo nhu cầu (utility computing) và phần mềm dịch vụ (SaaS). 1.3.1 Điện toán lưới (grid computing) Điện toán mạng lưới hoặc điện toán lưới (grid computing) là một loại hệ thống phân tán, bố trí song song, cho phép linh hoạt chia sẻ, tuyển lựa và tập hợp các nguồn tài nguyên độc lập và rải rác về địa lý, tùy theo khả năng sẵn có, công suất, hoạt động, chi phí và yêu cầu về chất lượng dịch vụ của người sử dụng. Hình 1.02 Mô hình Điện toán lưới Điện toán lưới có nghĩa là tất cả hoặc một phần của một nhóm máy tính, máy chủ và thiết bị lưu trữ trong mạng doanh nghiệp, được “ảo hóa” thành một cỗ máy tính lớn. Vì điện toán lưới giải phóng những khả năng tính toán không được sử dụng vào một thời điểm bất kỳ, chúng có thể cho phép các doanh nghiệp tăng cường rất nhiều về tốc độ, sức mạnh xử lý thông tin và sự liên kết, thúc đẩy các quy trình tính toán mật độ cao. Trong 5 [...]... đây, các chuyên gia cho rằng, đám mây sẽ không còn là khái niệm bó hẹp trong giới công nghệ mà là mắt xích quan trọng của cuộc sống hiện đại Hình 1.05 Một số nhà cung cấp Điện toán đám mây Một số xu hướng phát triển của điện toán đám mây: Sự phát triển của đám mây di động (mobile cloud): Apple iCloud, Amazon Cloud và dịch cụ điện toán đám mây trên Windows Phone đang giúp công nghệ này trở nên đại trà Nhu... việc hỗ trợ xây dựng đám mây dùng riêng, OpenNebula ủng hộ ý tưởng về các đám mây lai Đám mây lai cho phép kết hợp một cơ sở hạ tầng đám mây riêng tư với một cơ sở hạ tầng đám mây công cộng (như Amazon) để cho phép các mức 19 Bài thu hoạch: CGRID COMPUTING độ mở rộng cao hơn về môi trường lưu trữ OpenNebula cũng hỗ trợ các đám mây công cộng bằng cách cung cấp giao diện đám mây để lộ chức năng của nó... yêu cầu với một chi phí thấp nhất có thể Điện toán đám mây được phát triển để khắc phục những nhược điểm trên Điện toán đám mây gồm 6 thành phần chính liên quan với nhau: 11 Bài thu hoạch: CGRID COMPUTING Hình 1.03 Các thành phần chính của Điện toán đám mây - Infrastructure: cơ sở hạ tầng của điện toán đám mây là phần cứng được cung cấp như là các dịch vụ, nghĩa là được chia sẻ và có thể sử dụng lại... nhiều hệ thống phụ trợ khác giúp cho việc xử lý tải công việc từ các thành phần ứng dụng tới các ứng dụng tính toán hiệu năng cao Dịch vụ thương mại của loại dịch vụ này có thể kể ra là Joyent, sản phẩm chính là dòng các máy chủ ảo sẵn sàng dịch vụ theo yêu cầu 1.5 Các loại hình Điện toán đám mây Đám mây công cộng: đám mây công cộng mô tả điện toán đám mây theo cảm nhận truyền thống, trong đó các tài... trả trước thấp và sự quản lý ít phải dùng tay, mà về bản chất mô hình kinh tế tạo cho điện toán đám mây như một khái niệm hấp dẫn Đám mây lai (hybrid cloud): đám mây lai là sự giao thoa của hai hay nhiều mô hình đám mây, như kết hợp giữa đám mây công cộng và đám mây dùng riêng nghĩa là kết hợp giữa các dịch vụ đám mây được cung cấp cho mọi người sử dụng rộng rãi và cơ sở hạ tầng, các dịch vụ được xây... chức, doanh nghiệp duy nhất Môi trường đám mây lai bao gồm nhiều nhà cung cấp bên trong/bên ngoài sẽ trở thành điển hình cho hầu hết các doanh nghiệp 1.6 Các tác nhân tham gia điện toán đám mây Nhà cung cấp dịch vụ (provider): một nhà cung cấp điện toán đám mây hay nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây làm chủ và điều chỉnh hoạt động những hệ thống điện toán đám mây đang tồn tại để phân phối dịch vụ... hãng Hosting thao tác các trung tâm CSDL lớn - Các dịch vụ đám mây: các dịch vụ web được cung cấp thông qua điện toán đám mây 1.4.2 Các thành phần của điện toán đám mây Điện toán đám mây là cách thức chuyển đổi các chương trình ứng dụng diện rộng theo kiến trúc và phân phối các dịch vụ Trong nhiều thập kỷ qua, các hãng CNTT đã tập hợp nhiều công sức, thời gian và các tài nguyên để xây dựng cơ sở hạ... qua các ứng dụng web, Web service, từ một nhà cung cấp thứ 3 khác, chia sẻ các tài nguyên và tính phí dựa trên tính toán tiện ích Đám mây dùng riêng: đám mây dùng riêng là những từ mới mà nhà sản xuất đang sử dụng để mô tả sự cung cấp mà cạnh tranh điện toán đám mây trên mạng dành riêng Những sản phẩm này đòi hỏi phân phối một số lợi ích của điện toán đám mây mà không có những lỗ hổng, lợi dụng tính... triển phần mềm ứng dụng và quản lý các yêu cầu phần cứng, nhu cầu phần mềm Ví dụ nền dịch vụ như Khung ứng web (web application frameworks), web hosting, … - Application: ứng dụng đám mây là một đề xuất về kiến trúc phần mềm sẵn sàng phục vụ, nhằm loại bỏ sự cần thiết phải mua phần mềm, cài đặt, vận hành và duy trì ứng dụng tại máy bàn/thiết bị (desktop/device) của người sử dụng Ứng dụng đám mây loại bỏ... toán linh hoạt trên mạng của Amazon - Client: khách hàng đám mây là những yêu cầu phần mềm hoặc phần cứng để tận dụng các dịch vụ điện toán đám mây trên mạng Thiết bị cung cấp cho khách hàng có thể là trình duyệt web, máy để bàn, máy xách tay hoặc điện thoại di động 1.4.3 Các tầng kiến trúc của điện toán đám mây Cơ sở hạ tầng của điện toán đám mây gồm 6 tầng kiến trúc: - Các server thực (Physical Servers) . đã chọn đề tài Tìm hiểu về công nghệ điện toán đám mây ứng dụng với công cụ mã nguồn mở OpenNebula với hi vọng nắm bắt được công nghệ này, để có thể xây dựng được những đám mây. 1 Bài thu. triển và người sử dụng. Trong phần này chúng ta sẽ đi sâu tìm hiểu mô hình điện toán đám mây đang được ứng dụng hiện nay. Hình 1.01 Mô hình chung Điện toán đám mây Điện toán đám mây là sự phát. dịch vụ đám mây: các dịch vụ web được cung cấp thông qua điện toán đám mây. 1.4.2 Các thành phần của điện toán đám mây Điện toán đám mây là cách thức chuyển đổi các chương trình ứng dụng diện