Nghiên cứu mô hình điện toán đám mây, cài đặt thử nghiệm và đánh giá

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Huỳnh Hoàng Long NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY, CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ Chuyên ngành : Công Nghệ Thông Tin LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : TS PHẠM HUY HOÀNG Hà Nội – Năm 2012 Trang MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Danh mục chữ viết tắt Danh mục hình vẽ MỞ ĐẦU 10 CHƢƠNG I : TỔNG QUAN 12 1.1.CƠ SỞ CỦA LUẬN VĂN 12 1.1.1.Điện toán đám mây thâm nhập thị trƣờng CNTT Việt Nam 12 1.1.2.Tình hình phát triển điện toán đám mây nƣớc khác 12 1.1.3.Tình hình phát triển “Điện Toán Đám Mây” Việt Nam 13 1.1.4 Mục tiêu luận văn 14 1.1.5.Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 15 CHƢƠNG : ẢO HÓA 17 2.1.Giới thiệu ảo hóa 17 2.2.Ảo hóa ? 17 2.3.Lịch sử ảo hóa 18 2.4.Tại ảo hóa lại quan trọng ? 19 2.4.1.Tối ƣu hóa công suất sử dụng phần cứng : 19 2.4.2.Nhu cầu lƣu liệu : 20 2.4.3.Ứng dụng công nghệ xanh để đạt hiệu sử dụng lƣợng tốt : 21 2.4.4.Chi phí quản lý hệ thống lớn ngày tăng 22 2.5.Ảo hóa hoạt động nhƣ ? 22 2.6.Tầm quan trọng ảo hóa đám mây 26 2.7.Phân loại ảo hóa sở hạ tầng Điện Toán Đám Mây 26 2.7.1.Ảo hoá server 26 2.7.2 Ảo hoá Storage 27 2.7.3 Ảo hoá Network 28 Trang 2.7.4 Ảo hoá ứng dụng 29 2.8.Các môi trƣờng Ảo Hóa 30 CHƢƠNG : GIỚI THIỆU ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 32 3.1.Định nghĩa điện toán đám mây 32 3.2.Nền tảng hình thành Điện Toán Đám Mây : 35 3.3.Đặc trƣng Điện Toán Đám Mây 36 3.3.1.Phục vụ theo yêu cầu Tự phục vụ (On-Demand/Self Service) : 36 3.3.2.Truy xuất thông qua Internet (Access Via The Internet) : 36 3.3.3.Chuyên dụng hay chia sẻ tài nguyên (Dedicated or Shared resources) : 36 3.3.4.Khả co dãn (Rabit Elasticity) : 38 3.3.5.Điều tiết dịch vụ (Measured Service) : 38 3.4.Điện toán đám mây giải vấn đề sau : 39 3.5.Lợi ích Điện Toán Đám Mây 39 3.5.1.Gia tăng khả sử dụng (Increased capability) : 39 3.5.2.Cải thiện hiệu suất (Improved performance) : 39 3.5.3.Giảm chi phí (Lower cost) : 39 3.5.4.Tính sẵn sàng cao (High Availability) : 40 3.5.5.Giảm nguy (Reduced risk) : 41 3.5.6.Linh hoạt mở rộng quy mô (Flexible scaling) : 41 3.5.7.Không quản lý sở hạ tầng phức tạp (No infrastructure management complexity) : 41 3.6.Vấn đề khó khăn triển khai sử dụng Điện Toán Đám Mây : 42 3.6.1.Điện Toán Đám Mây có phải giải pháp tối ƣu cho doanh nghiệp? 42 3.6.2 Sự công qua mạng : 43 3.6.3 Data lock-in : 43 3.6.4.Bảo mật kiểm tra liệu : 44 3.6.5.Gây thắt cổ chai việc truyền liệu : 45 3.6.6.Khó tiên đoán hiệu suất thực thi máy tính : 46 3.6.7.Đáp ứng khả lƣu trữ ngƣời dùng : 46 Trang 3.6.8.Khả co dãn hệ thống : 47 3.6.9 Bản quyền phần mềm : 48 3.7.Các mô hình Điện Toán Đám Mây : 48 3.7.1.Mô hình dịch vụ : 49 3.7.1.1.Dịch vụ sở hạ tầng (Infrastructure as a service – IaaS) : 49 3.7.1.2.Dịch vụ tảng (Platform as a service – PaaS) : 50 3.7.1.3.Phần mềm dịch vụ (Software as service – IaaS) : 52 3.7.2.Theo mô hình triển khai : 54 3.7.2.1.Đám mây riêng (Private Cloud) : 54 3.7.2.2.Đám mây công cộng (Public Cloud) : 55 3.7.2.3.Đám mây lai (Hybirb Cloud) : 56 CHƢƠNG : CƠ SỞ HẠ TẦNG DỊCH VỤ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 59 4.1.Các thành phần Điện Toán Đám Mây 59 4.2.Các lớp sở hạ tầng Điện Toán Đám Mây 60 4.3.Cách thức hoạt động Điện Toán Đám Mây 63 4.4.Cơ sở hạ tầng lƣu trữ Điện Toán Đám Mây 64 4.5.Lợi ích cho doanh nghiệp xây dựng Đám Mây Riêng 66 4.6.Một số trƣờng hợp sử dụng phổ biến Điện Toán Đám Mây 68 4.7.Một số giải pháp cho Điện Toán Đám Mây 69 4.7.1.Giải pháp Microsoft 69 4.7.2.Giải pháp IBM 73 4.7.3 Giải pháp Vmware 76 4.7.4.Giải pháp Citrix Xen 79 CHƢƠNG : MÔ HÌNH TRIỂN KHAI THỬ NGHIỆM 80 5.1.Mô hình triển khai máy vật lý tổng thể: 80 5.2.Mô hình triển khai VMWARE 81 5.3.Mô hình triển khai Citrix Xen 87 5.3.1.Mô hình triển khai vật lý: 87 5.3.2.Mô hình triển khai máy ảo: 88 Trang 5.4.Một số hình ảnh chƣơng trình triển khai thực tế : 92 CHƢƠNG : ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN SAU KHI TÌM HIỂU VÀ TRIỂN KHAI THỬ NGHIỆM ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 95 HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 Trang LỜI CAM ĐOAN - Tôi xin cam đoan Đồ Án Tốt Nghiệp Thạc Sĩ : “Nghiên cứu mô hình Điện Toán Đám Mây, cài đặt thử nghiệm đánh giá.” công trình nghiên cứu thân dƣới hƣớng dẫn TS Phạm Huy Hoàng - Các kết nêu Đồ Án trung thực, không chép toàn văn công trình khác Hà Nội, ngày 02 tháng 04 năm 2012 Tác giả ĐATN Huỳnh Hoàng Long Trang DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT NIST National Institute of Standards and Technology SaaS Software as a Service PaaS Platform as a Service IaaS Instructure as a Service WAN Wide Area Network VM Virtual Machine SAN Storage Area Network API Application Programming Interface IT Information Technology … Trang DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hiệu Tên hình vẽ Trang hình vẽ 1.1 Các nhà cung cấp dịch vụ Điện Toán Đám Mây 12 1.2 Họp báo Bộ Khoa học Công nghệ tập đoàn IBM 13 1.3 Lễ khánh thành trung tâm Điện Toán Đám Mây 14 Việt Nam 2.1 Giới thiệu ảo hóa 18 2.2 Kiến trúc ảo hóa X86 23 2.3 Ảo hóa hoạt động nhƣ 24 2.4 Ảo hóa network 29 2.5 Kiến trúc xử lý hỗ trợ ảo hóa 31 3.1 Định nghĩa Điện Toán Đám Mây 34 3.2 Single-tenant 37 3.3 Multi-tenant 37 3.4 Biểu đồ so sánh hiệu suất chạy 72 máy ảo EC2 46 máy chia sẻ nhớ (a) máy chia sẻ ổ cứng (b) 3.5 Hình dịch vụ sở hạ tầng 49 3.6 Hình dịch vụ tảng 50 3.7 Phần mềm dịch vụ 52 3.8 Đám Mây Riêng 54 3.9 Đám Mây Công Cộng 55 3.10 Đám Mây Lai 57 3.11 Triển khai ứng dụng Đám Mây Lai 57 4.1 Các thành phần Điện Toán Đám Mây 59 4.2 Các lớp sở hạ tầng Điện Toán Đám Mây 61 4.3 Cơ sở hạ tầng lƣu trữ Điện Toán Đám Mây 64 Trang 4.4 Mô hình Kiến trúc giải pháp Đám Mây Riêng Microsoft 70 4.5 Mô hình Kiến trúc giải pháp Đám Mây Riêng IBM 75 4.6 Tạo sở hạ tầng Điện Toán Đám Mây với Vmware 78 4.7 Tạo sở hạ tầng Điện Toán Đám Mây với Citrix 79 5.1 Mô hình vật lý triển khai tổng thể 80 5.2 Mô hình triển khai Vmware 81 5.3 Kiến trúc triển khai Cloud Vmware 82 5.4 Sơ đồ ESXi Server 82 5.5 Sơ đồ vCenter Server 83 5.6 Sơ đồ vCenter Chargeback 84 5.7 Sơ đồ vShield 85 5.8 Sơ đồ vCloud Director 86 5.9 Mô hình triển khai vật lý Citrix Xen 87 5.10 Mô hình triển khai máy ảo Citrix Xen 88 5.11 Sơ đồ Provisoning Server 89 5.12 Sơ đồ triển khai XenApp 90 5.13 Sơ đồ triển khai XenDesktop 91 5.14 Giao diện vCloud Director 92 5.15 Giao diện vCenter 92 5.16 Giao diện vCenter Chargeback 93 5.17 Giao diện XenCenter 93 5.18 Giao diện XenDesktop 94 5.19 Giao diện XenApp 94 Trang MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài : - Trên giới ngày có nhiều công ty chuyển dịch theo hƣớng sử dụng giải pháp công nghệ thông tin Điện Toán Đám Mây phục vụ nhu cầu công việc Bởi Điện Toán Đám Mây cắt giảm chi phí liên quan đến việc đầu tƣ công nghệ thông tin doanh nghiệp Có thể giảm vốn đầu tƣ chi phí vận hành cách thuê tài nguyên Điện Toán Đám Mây trả tiền cho sử dụng - Ngoài Điện Toán Đám Mây làm giảm số khoản chi tiêu cho việc quản lý nguồn tài nguyên khác toàn doanh nghiệp Mô hình Điện Toán Đám Mây mang lại linh hoạt kinh doanh nhờ khả điều chỉnh mở rộng , doanh nghiệp đáp ứng dễ dàng nhu cầu hạ tầng thay đổi - Điện Toán Đám Mây thực kết hợp thiết bị công nghệ thông tin có với tảng ảo hóa kiến trúc hƣớng dịch vụ ý tƣởng để tạo giải pháp biến sở hạ tầng công nghệ thông tin thành dịch vụ cho thuê - Với ƣu điểm việc áp dụng mô hình Điện Toán Đám Mây hƣớng lựa chọn tất yếu tƣơng lai Mục đích nghiên cứu : - Tìm hiểu Điện Toán Đám Mây - Nghiên cứu mô hình Điện Toán Đám Mây - Triển khai cài thử nghiệm Điện Toán Đám Mây sử dụng phần mềm VMWARE CITRIX XEN Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu : - Nghiên cứu mô hình cung cấp dịch vụ điện toán đám mây - Nghiên cứu triển khai Điện Toán Đám Mây, xây dựng mô hình Đám Mây Riêng ứng dụng Điện Toán Đám Mây - Tìm hiểu tổng quan Điện Toán Đám Mây Trang 10 Hình 5.6 : Sơ đồ vCenter Chargeback - vShield : bảo vệ ứng dụng chống lại mối đe dọa từ mạng nội làm giảm nguy sách vi phạm phạm vi vành đai công ty cách sử dụng ứng dụng tƣờng lửa kiểm tra gói sâu, kiểm soát kết nối dựa nguồn địa IP đích Kết nối trực tiếp với vSphere để tạo quản lý sách thích ứng với môi trƣờng Điện Toán Đám Mây động Trang 84 Hình 5.7 : Sơ đồ vShield - vCloud Director : o Giúp cho việc quản lý tài nguyên hiệu cách tổng hợp lực pool sở hạ tầng vật lý vào trung tâm liệu ảo theo sách vCloud director tích hợp với Vmware vSphere triển khai mở rông khả giống nhƣ Distributed Resource Scheduler (DRS) and vNetwork Distributed Switch , cung cấp việc tính toán mềm dẻo, lƣu trữ giao diện mạng thông qua nhiều cụm Sử dụng trung tâm liệu ảo đƣợc xây dựng bên vSphere, vDC cho phép nguồn tài nguyên đƣợc cấp quyền mà không cần thiết phải cấu hình lặp lặp lại bảo dƣỡng đáng kể o Đơn giản hóa việc quản lý mạng ảo cách quản lý VLAN suất portgroup network pools Tạo phân đoạn lớp để linh hoạt kết nối với mạng bên ngoài, rào chắn tƣờng lửa hay NAT, cô lập hoàn toàn từ việc kết nối bên Đảm bảo an toàn, ngƣời Trang 85 thuê dùng công nghệ vShield Edge để cô lập bảo vệ trung tâm liệu ảo o Triển khai tiêu thụ tài nguyên thông qua cổng web phải mua vé đứng đợi hàng đợi, ngƣời dùng cuối lƣu trữ vApp cấu hình thƣờng xuyên danh mục cho phép chia sẻ - công tác với với ngƣời dùng tổ chức vCloud Director phát cung cấp mẫu vApp triển khai nhanh chóng cung cấp khác công nghệ VMware’s unique Linked Clone vShield Edge cung cấp định tuyến nhƣ DHCP NAT cho phép ngƣời dùng cuối triển khai cấu hình vApp giống hệt kết nối với mạng bên mà vụ va chạm mạng o Đội IT tận dụng nhiều mô hình phân bổ tài nguyên để quản lý việc tiêu thụ từ trả tiền Pay-as-you-go đến mô hình dự trữ cố định Triển khai dich vụ vDC đƣợc đo lƣờng theo dõi với Vmware Center Chargeback, đảm bảo trách nhiệm cho việc sử dụng tài nguyên Cuối cùng, tổ chức CNTT trì kiểm soát với điều khoản, han ngạch cho thuê chi phối điều khiển truy cập mà tận dụng doanh mục thƣ mục LDAP tồn Hình 5.8 : Sơ đồ vCloud Director Trang 86 5.3 Mô hình triển khai Citrix Xen 5.3.1 Mô hình triển khai vật lý: Hình 5.9 : Mô hình triển khai vật lý Citrix Xen - Xen Server : phần mềm ảo hóa đƣợc đƣa Citrix – công ty chuyên công nghệ ảo hóa Đƣợc phát triển tảng Xen hypervisor, Xen Server hỗ trợ tạo máy ảo cho Linux Window - Xen Center : quản lý xen sever máy ảo - SAN (Storage area network) : Thiết bị lƣu trữ dùng ổ cứng chạy RAID 10 hỗ trợ chuẩn iSCSI Trang 87 5.3.2 Mô hình triển khai máy ảo: Hình 5.10 : Mô hình triể khai máy ảo Citrix Xen - Provisioning server : tạo máy ảo từ file ảnh tự động cấp phát đến Xen Desktop chế giống nhƣ máy chủ bootrom - Provisioning service : sử dụng công nghệ streaming cho phép máy tính đƣợc cung cấp đƣợc cung cấp lại thời gian thực từ ảnh đơn đƣợc chia sẻ từ đĩa đơn Làm nhƣ quản trị viên hoàn toàn loại bỏ hoàn toàn cần thiết phải quản lý sửa hệ thống cá nhân Thay vào đó, việc quản lý ảnh đƣợc thực ảnh tổng thể Trang 88 Hình 5.11 : Sơ đồ Provisoning Server - Domain controller : cấp phát địa ip quản lý user dùng chung cho hệ thống máy ảo chạy domain - XenApp : sản phẩm phần mềm cung cấp ứng dụng, máy tính để bàn, máy chủ nguồn lực khác cho ngƣời sử dụng từ máy chủ tập trung Cài đặt XenApp nhiều máy để xuất ứng dụng, máy tính để bàn máy chủ nguồn lực khác mà ngƣời dùng truy cập Tùy thuộc vào việc triển khai mà ngƣời dùng kết nối mạng nội công ty từ địa điểm xa, chẳng hạn nhƣ nhà, văn phòng, quán cà phê … có kết nối internet Ngƣời dùng kết nối từ nhiều loại khác thiết bị bao gồm máy tính, điện thoại thông minh, máy tính Linux Macintosh Trang 89 Hình 5.12 : Sơ đồ triển khai XenApp - Xen Desktop : Cung cấp hệ thống cung cấp đầy đủ máy tính để bàn ảo cách tích hợp số thành phần phân phối với công cụ cấu hình cao cấp làm đơn giản hóa việc sáng tạo việc quản lý thời gian thực sở hạ tầng máy tính để bàn ảo Trang 90 Hình 5.13 : Sơ đồ triển khai XenDesktop  pServerOne : máy chủ vật lý chạy XenServer chứa thành phần sở hạ tầng XenDesktop  pServerTwo : máy chủ vật lý chạy XenServer chứa máy tính ảo  pXenCenterComputer : máy tính chạy XenCenter, thành phần XenServer cho phép quản lý máy ảo pServerOne pServerTwo  User device : hay nhiều máy tính chạy hệ điều hành windows Trang 91 5.4 Một số hình ảnh chƣơng trình triển khai thực tế : Hình 5.14 : Giao diện vCloud Director Hình 5.15 : Giao diện vCenter Trang 92 Hình 5.16 : Giao diện vCenter Chargeback Hình 5.17 : Giao diện XenCenter Trang 93 Hình 5.18 : Giao diện XenDesktop Hình 5.19 Giao diện XenApp Trang 94 CHƢƠNG : KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ SAU KHI TÌM HIỂU VÀ TRIỂN KHAI THỬ NGHIỆM ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY  Đã xây dựng đƣợc mô hình cung cấp dịch vụ Đám Mây Riêng với khả tính toán cho thuê  Triển khai ứng dụng, máy ảo cung cấp cho ngƣời sử dụng chạy Điện Toán Đám Mây  Những lợi ích từ mô hình rõ ràng hấp dẫn Truy xuất vào dịch vụ cách rõ ràng, loại bỏ khoản đầu tƣ, hoãn loại bỏ số chi phí khác, tăng tính linh hoạt CNTT, tăng khả di động cho ngƣời dùng cải thiện tính sẵn sàng dịch vụ  Có thể cung cấp đến doanh nghiệp sở hạ tầng mạng, server, thiết bị lƣu trữ … cách đầy đủ môi trƣờng ảo hóa Ví dụ nhƣ thay đầu tƣ nhiều tiền để làm datacenter công ty việc thuê dịch vụ Amazone aws, tiết kiệm đƣợc nhiều tiền thời gian dễ dàng đạt đƣợc mong muốn : Lƣu trữ xử lý liệu cực lớn với giá thành thấp độ an toàn cao  Tuy nhiên bên cạnh việc làm cho ngƣời sử dụng cảm thấy “rất dễ” việc triển khai sở hạ tầng trở nên “rất khó”  Cứ tƣởng tƣợng trung tâm Điện Toán Đám Mây với hàng chục nghìn máy chủ để đặt chúng hết vào nơi mà đảm bảo đủ điện năng, máy lạnh, chống sét, chống ẩm…và hệ thống mạng luôn thông suốt với tốc độ cực lớn Các thiết bị nhƣ ổ cứng, CPU, Ram, card mạng, thiết bị mạng… phải nhƣ quy trình quản lý, theo dõi thay sữa chữa nhƣ để đảm bảo hoạt động thông suốt liên tục  Một vấn đề hệ thống phần mềm cài đặt lên máy chủ, xử lý lƣu trữ liệu nhƣ cần chi phí lớn mà giới có công ty có khả tài đáp ứng đủ cho nhu cầu Chƣa kể đến Trang 95 nhiều yếu tố khác nhƣ đội ngũ nhân viên công nghệ cao để đáp ứng công việc phức tạp  Việc triển khai Điện Toán Đám Mây đòi hỏi cung cấp hợp đồng đầy đủ mức độ dịch vụ công cụ kiểm soát chúng Khó có khả an toàn việc lƣu trữ liệu khách hàng đám mây Và ngƣời sử dụng phải phụ thuộc vào công nghệ nhà cung cấp dịch vụ Điện Toán Đám Mây  Điện Toán Đám Mây công nghệ theo xu hƣớng tƣơng lai, với công việc đƣợc xử lý chủ yếu thiết bị di dộng thông minh sở hạ tầng mạng tiên tiến Trang 96 HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Xây dựng mô hình Đám Mây Riêng cung cấp sở hạng tầng ảo phục vụ đầy đủ nhu cầu công việc công ty hoạt động dựa việc sử dụng CNTT vào hầu hết công việc Triển khai mô hình máy ảo Đám Mây ứng dụng Đám Mây với quy mô trƣờng đại học, Xây dựng trung tâm Đám Mây, hệ thống phòng Lab chạy máy ảo Đám Mây ứng dụng Đám Mây Kết hợp sở hạ tầng Vmware Citrix Xen xây dựng mô hình sở hạ tầng Điện Toán Đám Mây thích hợp cho việc triển khai kinh doanh với quy mô vài nghìn máy ảo phần mềm ứng dụng Đám Mây … Trang 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt : Viết Trƣơng (02/2009), Giáo trình Hệ quản trị sở liệu Oracle Tiếng Anh : Brian J.S and Curtis Franklin, Jr (2010), Cloud Computing, Technologies and Strategies of Ubiquitous Data Center Judith Hurwitz, Robin Bloor, Marcia Kaufman, Fern Halper (2010), Cloud Computing for DUMMIES Rajkumar Buyya, James Broberg, Andrzej Goscinski, (2010), Cloud Computing, Principles and Paradigms Scott Lowe, (2011), Mastering Vmware vSphere 5.0 EMC Corporation (2009), Cloud Comuting Foundation (Copyright) Internet : www.vmware.com www.citrix.com http://vi.wikipedia.org 10 http://en.wikipedia.org 11 http://www.hypervizor.com 12 http://www.salesforce.com 13 http://www.kenhgiaiphap.com 14 http://forum.itlab.com.vn … Trang 98 ... dụng mô hình Điện Toán Đám Mây hƣớng lựa chọn tất yếu tƣơng lai Mục đích nghiên cứu : - Tìm hiểu Điện Toán Đám Mây - Nghiên cứu mô hình Điện Toán Đám Mây - Triển khai cài thử nghiệm Điện Toán Đám. .. tƣợng phạm vi nghiên cứu : - Nghiên cứu mô hình cung cấp dịch vụ điện toán đám mây - Nghiên cứu triển khai Điện Toán Đám Mây, xây dựng mô hình Đám Mây Riêng ứng dụng Điện Toán Đám Mây - Tìm hiểu... ĐOAN - Tôi xin cam đoan Đồ Án Tốt Nghiệp Thạc Sĩ : Nghiên cứu mô hình Điện Toán Đám Mây, cài đặt thử nghiệm đánh giá. công trình nghiên cứu thân dƣới hƣớng dẫn TS Phạm Huy Hoàng - Các kết nêu