ĐIỆN TOÁN PHÂN TÁN, ĐIỆN TOÁN LƯỚI, ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHÚNG

ðiện toán lưới và ñiện toán ñám mây là những công nghệ hàng ñầu trong việc tính toán, cung cấp các dịch vụ, chia sẻ thông tin.. Bảng các mẫu DC, các dịch vụ mới và các thành phần mới của

1

ðẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ðẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÀI THU HOẠCH CHUYÊN ðỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU NÂNG CAO

TÊN ðỀ TÀI

ðIỆN TOÁN PHÂN TÁN, ðIỆN TOÁN LƯỚI, ðIỆN TOÁN ðÁM MÂY VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHÚNG

GIẢNG VIÊN: PGS.TS ðỖ PHÚC HỌC VIÊN: TRẦN NGỌC THUẬN

MÃ SỐ HỌC VIÊN: CH1101141

KHÓA: 6

LỜI MỞ ðẦU

Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ ñặc biệt là trong lĩnh vực công nghệ thông tin ðiện toán phân tán là vấn ñề ñáng ñược quan tâm hiện nay

ðiện toán lưới và ñiện toán ñám mây là những công nghệ hàng ñầu trong việc tính toán, cung cấp các dịch vụ, chia sẻ thông tin

Bài báo cáo trình bày những nội dung cơ bản của ðiện toán phân tán

(Distributed Computing), ðiện toán lưới (Grid Computing), ðiện toán ñám mây (Cloud Computing), so sánh giữa ðiện toán lưới và ñiện toán ñám mây, những ảnh hưởng của ñiện toán ñám mây ñối với ngành CNTT truyền thống

Tôi xin chân thành cám ơn PGS.TS ðỗ Phúc ñã cung cấp những kiến thức cơ bản trong chuyên ñề Cơ sở dữ liệu nâng cao, cám ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của Thầy trong chuyên ñề

MỤC LỤC

trong tương lai

Trang 11

truyền thống

Trang 12

A ðiện toán phân tán (Distributed Computing(DC))

Với sự phát triển nhanh của mạng truyền thông, sự tăng cường về sức mạnh của máy tính, sự phát triển của Internet ñã làm thay ñổi cách quản lý thông tin

và dịch vụ về thông tin

Tài nguyên phân tán về mặt ñịa lý như: thiết bị lưu trữ (storage devices), tài nguyên dữ liệu (data sources) và những siêu máy tính (supercomputers) sẽ ñược tương tác và sử dụng của người dùng trên toàn thế giới như là một hệ thống ñơn, tài nguyên dùng chung

Hệ thống này sẽ cung cấp các tài nguyên dùng chung, các dịch vụ, … cho người dùng với tính chính xác cao, an toàn, và chi phí là thấp nhất

Ki ến trúc lớp trong ñiện toán phân tán (Distributed computing)

Thành tựu ñáng kể nhất của ðiện toán phân tán bao gồm: ñiện toán lưới (Grid Computing) và ñiện toán ñám mây (Cloud Computing)

Không chỉ ñược cải tiến về thành phần kỹ thuật máy tính mà còn ñược cải tiến

về giao thức giao tiếp Kết nối mạng trên nền SNA (Systems Network Architecture), ñưa ra bởi IBM năm 1974 và trên ITU-T’s X.25 tháng 3/1976 Những giao thức trên từng bước ñược thay thế bởi giao thức hiệu quả hơn, ñơn giản hơn là TCP/IP

Clients (e.g, web browser, and other locally installed software, devices) Middleware services (e.g, for load balancing, scheduling, billing)

Resource entity 1

(e.g., application

server)

Resource entity 2 (e.g., virtual system)

Resource entity 1 (e.g.,database, storages)

Resource entity n

Resource interconnecter Shared resource

Bảng các mẫu DC, các dịch vụ mới và các thành phần mới của DC

New Computing

Paradigms

New Services New or enhanced

Features

- Cloud computing

- Edge computing

- Grid computing

- Utility computing

- Software as a Service (SaaS)

- Infrastructure as a Service (IaaS)

- Platform as a Service (PaaS)

- Service-Oriented Architecture (SOA)

- Ubiqiuious access

- Reliability

- Scalability

- Virtualization

- Exchangeability/

Location Independence

- Cost-effectiveness

đắch ựến của hệ thống ựiện toán phân tán (Distributed Computing System(DCS)) là kết nối người dùng với tài nguyên một cách trong suốt, mở, hiệu quả, chắnh xác, ựa dạng

Tài nguyên ựược chia sẻ trong lưới (Grid), mây (Cloud) và hệ thống DCS khác bao gồm:

- Tài nguyên vật lý

o Nguồn thiết bị máy tắnh

o Thiết bị lưu trữ

o Phương tiện kết nối

- Tài nguyên ảo, có thể ựược thay ựổi và ựộc lập về vị trắ vật lý, giống như

bộ nhớ ảo (virtual memory)

o Hệ ựiều hành

o Phần mềm và bản quyền

o Tác vụ và ứng dụng

o Dịch vụ

B Tổng quan về các mô hình ñiện toán

I Sự tiến hóa của mô hình ñiện toán

Mô hình ñiện toán tiến hóa qua các thời kì lịch sử khác nhau do sự phát triển của máy tính và hạ tầng mạng truyền thông Từ thế hệ máy tính thứ nhất ñến thế hệ thứ ba, máy tính vẫn là các máy tính cồng kềnh, ñắt ñỏ; các chương trình ứng dụng ñược phát triển với chi phí rất cao do sự thiếu thân thiện của ngôn ngữ lập trình cũng như ñiều kiện vận hành và sử dụng hệ thống khắt khe

Thế hệ thứ 4 của máy tính xuất hiện những năm 70 ñến nay với sự xuất hiện của vi xử lí với các ngôn ngữ lập trình thân thiện, phù hợp hơn cho từng lĩnh vực ứng dụng ñặc thù Với việc cho ra ñời máy tính cá nhân ñầu những năm

80 của IBM và Apple, ñiện toán ñã ñược tiếp cận rộng rãi và trở nên phổ thông Bước sang những năm 80 nhất là những năm 90 công nghệ và hạ tầng mạng Truyền thông ñã có những bước phát triển vượt bậc, với sự ra ñời của mạng Internet kết nối toàn cầu và sự bùng nổ của ứng dụng Web

Ngày nay, những năm ñầu thế kỷ 21, hạ tầng máy tính, viễn thông ñã hội

tụ trên nền công nghệ số Công nghệ kết nối có dây, không dây qua cáp ñồng, cáp quang, vệ tinh, wifi, mạng 3G, 4G,… cho phép kết nối mạng toàn cầu, vươn tới cả vùng sâu, vùng xa nghèo khó Với hạ tầng ICT phát triển như vậy, các thiết bị tính toán cũng hết sức ña dạng từ các siêu máy tính, máy chủ lớn, tới các máy tính cá nhân, máy tính xách tay, các thiết bị di ñộng thông minh hay các ñiện thoại di ñộng giá rẻ ñều có thể kết nối với nhau – một thế giới ñã kết nối

Khi thế giới ñiện toán ñã kết nối, làm thế nào ñể khai thác ñược tối ña năng lực ñiện toán ñó với chi phí thấp nhất và nhanh nhất? Làm thế nào ñể một doanh nghiệp có hệ thông ứng dụng ERP trong vòng 24 giờ? Làm thế nào ñể dự

án phần mềm có môi trường phát triển với công cụ quản lý dự án sẵn sàng trong vòng 4 giờ? Làm thế nào ñể cô giáo hiệu trưởng ở vùng cao có thể có ứng dụng quản lí hồ sơ, giáo án tức thì mà không phải tìm hiểu các bước “cài ñặt” hoặc

Ộsao lưu dữ liệuỢ? Không thể kể hết các nhu cầu tương tự, nhưng có thể nói ựiện toán ựám mây là mô hình ựược kỳ vọng ựáp ứng các nhu cầu ựó, ựem sản phẩm

và dịch vụ công nghệ thông tin chất lượng cao ựến mọi ựối tượng theo nhu cầu, với thời gian nhanh hơn và chi phắ rẻ hơn

II điện toán lưới

định nghĩa: Khái niệm ựiện toán lưới ựã bắt ựầu xuất hiện vào ựầu thập niên

90 với nghĩa ẩn dụ là làm cho việc sử dụng sức mạnh của máy tắnh dễ dàng như

là việc sử dụng ựiện năng Ngày nay có rất nhiều ựịnh nghĩa về tắnh toán lưới Một ựịnh nghĩa về Grid khá hoàn chỉnh ựược ựưa ra bởi tiến sĩ Ian Foster như sau:

s ẵn sang, khả năng, chi phắ của chúng và yêu cầu về chất lượng dịch vụ (QoS)

c ủa người dùng ựể giải quyết bài các bài toán ứng dụng có quy mô lớn trong

ựoàn, liên kết với nhau ựể chia sẻ tài nguyên và kỹ năng nhằm ựáp ứng tốt hơn

Một hệ thống Grid có 3 ựặc ựiểm chắnh:

- Có sự kết hợp, chia sẻ tài nguyên không ựược quản lý tập trung

- Sử dụng các giao diện và giao thức chuẩn, mang tắnh mở, ựa dụng

- đáp ứng yêu cầu cao về chất lượng dịch vụ

Hệ thống bao gồm phần cứng, phần mềm,, ựường truyền và hàng bào nhiêu thiết bị khácẦ trong những gian thắch hợp tạo một môi trường tắnh toasn gọi là môi trường lưới

Môi trường lưới có thể phân chia thành 3 lớp: Lớp ứng dụng (Grid Application), lớp cơ sở hạ tầng (Grid Infrastructures) và lớp giữa (Grid Middleware) Lớp ứng dụng rất phong phú, chẳng hạn từ việc truy xuất dữ liệu qua ựiện thoại di ựộng ựến những hệ mô phỏng xử lý một lượng dữ liệu lớn ựể

có thể quan sát quá trình diễn biến của một thắ nghiệm khoa học nào ựó Lớp hạ tầng cơ sở gồm hệ thống máy tắnh, siêu máy tắnh, các hệ lưu trữ, hạ tầng truyền dẫn và Internet Còn lớp giữa cung cấp cho lớp ứng dụng và lớp cơ sở hạ tầng những giao thức ựược chuẩn hóa, tạo khả năng truy cập lưới dễ dàng, thuận tiện

Có thể xem lớp giữa là một hệ phần mềm hệ thống nằm giữa lớp phần mềm ứng dụng và hệ ñiều hành, nhằm cung cấp các dịch vụ cho các ứng dụng như dịch vụ khám phá tài nguyên, lưu trữ thực thi, thông tin (Information), theo dõi tài nguyên (Resource Monitoring), kiểm lỗi và phục hồi (Failure Detector and Recovery)… ðây là những dịch vụ cốt lõi ñể cho người dùng tham gia vào môi trường lưới Tùy theo yêu cầu của người dùng, lớp ứng dụng sẽ tạo ra cho người dùng một nền tảng ứng dụng(Platform) thích hợp

Ki ến trúc hệ thống tính toán lưới

ðiện toán lưới là một dạng của ñiện toán phân tán, trong ñó tồn tại một siêu máy tính ảo, là sự bao gồm một tập hợp các máy tính ñơn liên kết với nhau và hoạt ñộng phối hợp ñể thực hiện các tác vụ cực lớn, tác vụ này có thể ñược chia nhỏ ñể thực hiện song song trên những máy tính ñơn của tập hợp máy tính ñó

III ðiện toán ñám mây

Có rất nhiều khái niệm về “ðiện toán ñám mây” (Cloud Computing) Theo tác giả thấy rằng ñịnh nghĩa của NIST là rõ ràng với cách nhìn bao quát: “CC là mô hình ñiện toán cho phép truy cập qua mạng ñể lựa chọn

và sử dụng tài nguyên tính toán (Ví dụ: mạng, máy chủ, lưu trữ, ứng dụng

và dịch vụ) theo nhu cầu một cách thuận tiện và nhanh chóng, ñồng thời cho phép kết thúc sử dụng dịch vụ, giải phóng tài nguyên dễ dàng, giảm thiểu các giao tiếp với nhà cung cấp”

Mô hình ñiện toán ñám mây

Theo ñó, mô hình chính là cho phép sử dụng dịch vụ theo yêu cầu (on-deman service); cung cấp khả năng truy cập dịch vụ qua mạng rộng rãi từ máy tính ñể bàn, máy tính xách tay tới thiết bị di ñộng (broad - network access); với tài nguyên tính toán ñộng, phục vụ nhiều người (resource pooling for multi-tenanci), năng lực tính toán phần mềm dẻo, ñáp ứng nhanh với nhu cầu thấp tới cao (rapid elasticity) Mô hình CC cũng ñảm bảo việc sử dụng các tài nguyên ñược “ño” ñể nhà cung cấp dịch vụ quản trị và tối ưu ñược tài nguyên, ñồng thời người dùng chỉ phải trả chi phí cho phần tài nguyên ñã sử dụng (pay - by - use)

Mô hình ñiện toán ñám mây có chi phí thấp hơn so với mô hình sử dụng hạ tầng công nghệ thông tin truyền thống vì phí sử dụng ñược trả theo dịch vụ và thời gian, mà khách hàng không phải ñầu tư quá nhiều vào cơ sở hạ tầng và giảm ñược chi phí vận hành và bảo trì

Với cơ sở hạ tầng quy mô lớn do nhà cung cấp mang lại, việc lưu trữ và bảo trì khối lượng lớn dữ liệu có thể ñược tiến hành dễ dàng Việc tăng ñột ngột khối lượng công việc cũng ñược xử lý hiệu quả

vì các ñám mây có thể ñược mở rộng một cách dễ dàng và linh hoạt Người dùng cũng không phải quan tâm ñến các thay ñổi trong công nghệ lưu trữ, ñiều mà trước kia có thể gây ra vấn ñề khi có

chuyển ñổi lớn về công nghệ và phương tiện lưu trữ ñặc biệt với những khối lượng dữ liệu lớn

Tính linh hoạt cao là một yêu cầu quan trọng trong kinh doanh Với các doanh nghiệp phải ñiều chỉnh nhanh khi ñiều kiện kinh doanh thay ñổi, tốc ñộ cung cấp dịch vụ là rất quan trọng ðiện toán ñám mây nhấn mạnh vào việc ñưa các ứng dụng và sản phẩm ra thị trường một cách nhanh chóng, bằng cách sử dụng các mô-ñun xây dựng sẵn thích hợp nhất cho việc triển khai

Dịch vụ CC rất ña dạng và bao gồm tất cả các lớp dịch vụ ñiện toán từ cung cấp năng lực tính toán trên máy chủ với hiệu suất cao hay các máy chủ ảo, không gian lưu trữ dữ liệu, hay một hệ ñiều hành, một công cụ lập trình, hay một ứng dụng kế toán… Các dịch vụ ñược phân loại khá ña dạng, nhưng các mô hình dịch vụ CC phổ biến nhất có thể ñược phân thành 3 nhóm: Dịch vụ hạ tầng (IaaS), Dịch vụ nền tảng (PaaS) và Dịch vụ phần mềm (SaaS)

Dịch vụ hạ tầng IaaS (Infrastructures as a Service)

Dịch vụ IaaS cung cấp các dich vụ cơ bản bao gồm năng lực tính toán, không gian lưu trữ, kết nối mạng tới khách hàng Khách hàng (cá nhân hoặc tổ chức) có thể sử dụng tài nguyên hạ tầng này ñể ñáp ứn nhu cầu tính toán hoặc cài ñặt ứng dụng riêng cho người sử dụng Với dịch vụ này khách hàng làm chủ

hệ ñiều hành, lưu trữ và các ứng dụng do khách hàng cài ñặt Khách hàng ñiển hình của dịch vụ IaaS có thể là mọi ñối tượng cần tới một máy tính và tự cài ñặt ứng dụng của mình

Ví dụ: dịch vụ EC2 của Amazon Khách hàng có thể ñăng ký sử dụng một máy tính ảo trên dịch vụ của Amazon và lựa chọn một hệ thống ñiều hành (Window hoặc Linux) và tự cài ñặt ứng dụng của mình

Dịch vụ nền tảng PaaS (Platform as a Service)

Dịch vụ PaaS cung cấp nền tảng ñiện toán cho phép khách hàng phát triển các phần mềm phục vụ nhu cầu tính toán hoặc xây dựng thành dịch vụ trên nền tảng Cloud ñó Dịch vụ PaaS có thể cung cấp dưới dạng các ứng dụng lớp giữa (middleware), các ứng dụng chủ (application server) cùng các công cụ lập trình với ngôn ngữ lập trình nhất ñịnh ñể xây dựng ứng dụng Dịch vj PaaS cũng có thể ñược xây dựng riêng và cung cấp cho khách hàng thông qua API riêng Khách hàng xây dựng ứng dụng và tương tác với hạ tang CC thông qua API ñó

Ở mức PaaS, khách hàng không quản lý nền tảng Cloud hay các tài nguên lớp như hệ ñiều hành, lưu giữ ở lớp dưới Khách hàng ñiển hình của dịch vụ PaaS chính là các nhà phát triển ứng dụng (ISV)

Dịch vụ App Engine của Google là một dịch vụ PaaS ñiển hình, cho phép khách hàng xây dựng các ứng dụng web với môi trường chạy ứng dụng và phát triển dựa trên ngôn ngữ lập trình Java hoặc Python

Dịch vụ phần mềm SaaS (Software as a Service)

Dịch vụ SaaS cung cấp các ưng dụng hoàn chỉnh như một dịch vụ theo yêu cầu cho nhiều khách hàng với chỉ một phiên bản cài ñặt Khách hàng lựa chọn ứng dụng phù hợp với nhu cầu và sử dụng mà không quan tâm tói hay bỏ công sức quản lý tài nguyên tính toán bên dưới

Dịch vụ SaaS nổi tiếng nhất phải kể ñến Salesforce.com với các ứng dụng cho doanh nghiệp mà nổi bật nhất là CRM Các ứng dụng SaaS cho người dùng cuối phổ biến là các ứng dụng office Online của Microsoft hay Google Docs của Google

IV So sánh ðiện toán lưới và ðiện toán ñám mây

ðiện toán ñám mây thật ra là phát triển từ ñiện toán lưới, kết hợp tất cả các dịch vụ, cơ sở hạ tầng, … thành 3 lớp và cung cấp cho người dùng

Cả hai ñều dựa trên nền tảng là ñiện toán phân tán (Distributed computing)

Sự khác nhau

Về mô hình

- Mô hình ñiện toán lưới hướng ñền các dự án nghiên cứu trong môi trường học thuật như các trường ñại học, nghiên cứu,… Khi một tổ chức nào ñó gia nhập vào hệ thống lưới thì sẽ có thể truy cập ñến các Grid và ñồng thời có thể sử dụng tài nguyên, kết quả thí nghiệm, … trên hệ thống này

- Mô hình ñiện toán ñám mây linh hoạt hơn, mở rộng hơn, hướng người dùng rộng rãi hơn, khách hàng chỉ cần trả theo nhu cầu sử dụng Ngoài ra Cloud còn hỗ trợ khả năng mở rộng hệ thống mang tính kinh tế, tức là người sử dụng có thể triển khai với hệ thống ngày một lớn hơn với chi phí phù hợp

Về kiến trúc

- ðiện toán lưới tập trung trên việc tích hợp các tài nguyên sẵn có gồm cả phần cứng, hệ ñiều hành, cơ sở hạ tầng an ninh của các hệ thống ðiện toán lưới ñịnh nghĩa và cung cấp một tập các giao thức chuẩn, phần mềm

cơ sở (middleware), bộ công cụ và các dịch vụ ñược xây dựng trên tập giao thức này

- ðiện toán ñám mây hướng ñến các cấp ñộ khác nhau của dịch vụ nhằm ñáp ứng tối ña nhu cầu của người sử dụng như IaaS, SaaS, PaaS ðiện toán ñám mây thường ñược xem như là một ñám mây tính toán và lưu trữ

có thể ñược truy cập thông qua các giao thức chuẩn và qua một giao tiếp trừu tượng

 Ưu việt của công nghệ tính toán mây so với những công nghệ có trước

là nó cho phép người dùng một khả năng khai thác lớn với chi phí thấp, người dùng chỉ trả chi phí cho nhà cung cấp những gì ñã khai thác