Phương pháp xây dựng cơ sở hạ tầng như một dịch vụ điện toán đám mây

Với mô hình triển khai công nghệ thông tin truyền thống của các đơn vị, doanh nghiệp thì cơ sở hạ tầng mạng, máy chủ, hệ thống, lưu trữ hoạt động một cách rời rạc, mỗi máy chủ được phân bổ cho các phòng ban khác nhau của đơn vị để chạy ứng dụng, chính vì vậy tài nguyên hệ thống không được sử dụng tối ưu, gây lãng phí, khó khăn trong quản lý và nâng cấp, mở rộng hệ thống. Vậy bài toán đặt ra là cần phải xây dựng mô hình tập trung tài nguyên máy chủ để chia sẻ cho nhiều ứng dụng cũng được sử dụng, thay vì phải đầu tư nhiều máy chủ vật lý cho các ứng dụng khác nhau, nay chỉ cần một số lượng máy chủ rất ít ví dụ một hoặc hai máy chủ vẫn có thể chạy được rất nhiều ứng dụng mà không cần đến máy chủ dự phòng. Phương pháp giải quyết bài toán trên là xây dựng mô hình đám mây IaaS (cơ sở hạ tầng như một dịch vụ).

THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 Phương pháp xây dựng sở hạ tầng dịch vụ điện toán đám mây A method for building infrastructure as a cloud service Trần Thị Hương, Nguyễn Hạnh Phúc, Võ Văn Thưởng Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, huongtt@vimaru.edu.vn Tóm tắt Với mơ hình triển khai cơng nghệ thông tin truyền thống đơn vị, doanh nghiệp sở hạ tầng mạng, máy chủ, hệ thống, lưu trữ hoạt động cách rời rạc, máy chủ phân bổ cho phòng ban khác đơn vị để chạy ứng dụng, tài nguyên hệ thống không sử dụng tối ưu, gây lãng phí, khó khăn quản lý nâng cấp, mở rộng hệ thống Vậy toán đặt cần phải xây dựng mơ hình tập trung tài nguyên máy chủ để chia sẻ cho nhiều ứng dụng sử dụng, thay phải đầu tư nhiều máy chủ vật lý cho ứng dụng khác nhau, cần số lượng máy chủ ví dụ hai máy chủ chạy nhiều ứng dụng mà không cần đến máy chủ dự phòng Phương pháp giải tốn xây dựng mơ hình đám mây IaaS (cơ sở hạ tầng dịch vụ) Kết mô hình dịch vụ sở hạ tầng tạo gồm lớp sau: lớp tảng hạ tầng phần cứng, mạng thiết bị; lớp ảo hóa, hệ điều hành cần phải có ảo hóa host based; lớp quản lý dịch vụ sở hạ tầng đám mây Bộ phần mềm quản lý đám mây cài đặt trực tiếp máy chủ ảo phân chia từ máy chủ vật lý Từ khóa: Điện tốn đám mây, IaaS, ảo hóa máy chủ, cloudstack Abstract With technology deployment model's traditional information entities, enterprises, network infrastructure, servers, systems, hosting a discrete operation, each server is allocated to departments several of the units to run the application, so system resources are not used optimally, wasting, difficulty in management and upgrades, system expansion So the problem posed is the need to build models focused resource sharing server for multiple applications being used, instead of having to invest a lot of physical servers for various applications, now only a very small number of servers for example one or two servers can still run a lot of applications without the need for redundant servers The method of solving the problem is to build on the cloud IaaS model Service model infrastructure will result into the following classes: class hardware infrastructure platforms, networks and devices; virtualization layer, the operating system will need to be if based virtualization hosts; class service management infrastructure of the cloud Potty cloud management software will be installed directly on the virtual servers are separated from the physical server Keywords: Cloud computing, IaaS, server virtualization, cloudstack Đặt vấn đề Điện toán đám mây xu hướng công nghệ nước ta năm gần Mơ hình điện tốn đám mây có bước nhảy vọt chất lượng, quy mơ cung cấp loại hình dịch vụ với nhà cung cấp dịch vụ tiếng FPT, IBM, Viettel IDC, VNPT số hãng khác Điện tốn đám mây mơ hình điện tốn internet, tài nguyên phần cứng, phần mềm, tảng lập trình cung cấp cho người sử dụng theo nhu cầu Các dịch vụ điện toán đám mây truy cập từ xa web qua mạng internet [5] Người dùng sử dụng trực tiếp phần mềm mà không cần phải thời gian cài đặt vào máy, tảng phần cứng mà không cần phải đầu tư mua Với điện toán đám mây, dịch vụ nhà cung cấp hoàn tồn HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 422 THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 suốt với người sử dụng dễ dàng truy cập người dùng cơng nghệ thơng tin Mơi trường điện tốn đám mây đời khắc phục nhược điểm mơi trường điện tốn truyền thống Mơ hình cơng nghệ thơng tin truyền thống có đặc điểm: thiết bị lưu trữ tăng 40 - 70% năm, tốc độ sử dụng máy tính đạt 10 - 25% tổng lực tính tốn có, chi phí cao cho hệ thống vận hành, nguồn điện làm mát, 60-180 ngày để triển khai ứng dụng mới, 50% trung tâm liệu cấp độ doanh nghiệp bị lỗi thời vòng năm [1] Cơ sở hạ tầng mang tính ngẫu hứng có nhiều nhược điểm: khơng tối ưu hóa, tốn băng thông, quản lý thiếu linh hoạt cứng nhắc, trung tâm liệu không quản lý tập trung mà phân bố riêng lẻ phận Những thống kê cho thấy mơ hình hệ thống thông tin lỗi thời hiệu quả, cần phải chuyển sang mơ hình điện tốn - điện tốn đám mây Một dịch vụ tảng điện toán đám mây cung cấp sở hạ tầng dịch vụ Người sử dụng thay phải đầu tư nhiều máy chủ vật lý, sử dụng tài ngun ảo hóa thơng qua mơi trường internet [1, 2] Mơ hình dịch vụ sở hạ tầng đám mây đời trở nên cần thiết nhiều tổ chức, đơn vị mà có nhu cầu ứng dụng cơng nghệ thơng tin Với mơ hình sở hạ tầng truyền thống, tổ chức doanh nghiệp cá nhân phải tự đầu tư cho hệ thống máy chủ, thiết bị hỗ trợ khơng gian để trì vận hành liên tục hệ thống Bên cạnh vấn đề đầu tư nhân lực để quản trị, bào trì hệ thống, điều kiện để hệ thống hoạt động liên tục như: nguồn điện, hệ thống phụ trợ, mạng, máy chủ dự, thiết bị dự phòng tốn [3] Mơ hình sở hạ tầng dịch vụ triển khai đơn vị, doanh nghiệp giải pháp tối ưu làm giảm chi phí đầu tăng hiệu hoạt động hệ thống ứng dụng công nghệ thông tin vào quản lý Xây dựng sở hạ tầng dịch vụ điện toán đám mây 2.1 Giới thiệu tốn Điện tốn đám mây mơ hình dịch vụ có kiến trúc phân tầng Đặc tính dẫn đến hình thành ba loại hình dịch vụ khác điện toán đám mây bao gồm: sở hạ tầng dịch vụ, tảng dịch vụ phần mềm dịch vụ Cơ sở hạ tầng dịch vụ hình thức cung cấp sở hạ tầng đám mây theo nhu cầu sử dụng người dùng, mơ hình dịch vụ Dịch vụ IaaS cung cấp tài nguyên phần cứng có khả co giãn (mở rộng thu hẹp) điều chỉnh theo yêu cầu người sử dụng Với đặc điểm này, IaaS đặc biệt phù hợp cho đơn vị, doanh nghiệp từ mức cần sử dụng tạm thời, thử nghiệm hay thay đổi yêu cầu hạ tầng phần cứng, đến mức tận dụng sở hạ tầng có triển khai theo đám mây riêng không muốn đầu tư ban đầu thực thuê dịch vụ đám mây cơng cộng Mơ hình giúp loại bỏ chi phí đầu tư triển khai hệ thống phần cứng chi phí vận hành, bảo trì quản trị hệ thống Dịch vụ IaaS đưa hình thức như: cung cấp máy ảo - từ máy tính cấu hình thơng thường đến máy chủ chuyên biệt, cung cấp dung lượng lưu trữ cho máy ảo, địa IP, đám mây riêng dịch vụ hạ tầng khác Các dịch vụ cung cấp riêng lẻ cung cấp theo gói dịch vụ, cung cấp máy ảo, máy chủ vật lý nhiệm vụ quan trọng Bởi hầu hết đơn vị, doanh nghiệp sử dụng không hiệu tảng sở hạ tầng có, tài nguyên đầu tư chi phí cao dùng đến 10% đến 25% tổng lực máy tính, bên cạnh cần phải chuẩn bị máy chủ dự phòng Như với mơ hình triển khai cũ đơn vị, doanh nghiệp sở hạ tầng mạng, máy chủ, hệ thống, lưu trữ hoạt động cách rời rạc, máy chủ phân bổ cho phòng ban khác đơn vị để chạy ứng dụng, điều gây khó khăn quản lý nâng cấp, mở rộng hệ thống Vậy tốn đặt cần phải xây dựng mơ hình tập trung tài nguyên máy chủ để chia sẻ cho nhiều ứng dụng sử dụng, thay phải đầu tư nhiều máy chủ vật lý cho ứng dụng khác nhau, cần số lượng máy chủ ví dụ HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 423 THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 hai máy chủ chạy nhiều ứng dụng mà khơng cần đến máy chủ dự phòng 2.2 Phương pháp xây dựng mơ hình Hình Mơ hình dịch vụ sở hạ tầng đám mây Mơ hình sở hạ tầng dịch vụ điện tốn đám mây minh họa hình Phần phân tích thể chất toán xây dựng sở hạ tầng dịch vụ phải giải vấn đề việc tập trung tài nguyên chia sẻ tài nguyên Điều thực nhờ cơng nghệ ảo hóa máy chủ Cơng nghệ ảo hóa đời cho phép tăng hiệu suất làm việc máy tính lên cấp độ chưa có Ảo hóa hệ thống tức tiến hành phân chia máy chủ vật lý thành nhiều máy chủ ảo kết hợp nhiều máy chủ vật lý thành máy chủ logic Đối với người sử dụng họ nhận biết sử dụng server ảo giống máy vật lý độc lập có đủ tài nguyên cần thiết vi xử lý, nhớ, kết nối mạng, server ảo khơng có tài nguyên độc lập vậy, tài nguyên gán từ máy chủ vật lý [3] Như với tốn đưa cần đầu tư máy chủ vật lý có hỗ trợ ảo hóa chạy tốt nhiều ứng dụng khác Điều cho thấy rõ khác hệ thống ảo hóa khơng ảo hóa Bên cạnh ảo hóa góp phần tăng cường tính liên tục khơng ngắt qng.Thực ảo hóa tài nguyên giai đoạn xây dựng mơ hình sở hạ tầng dịch vụ Phần triển khai quản lý mơ hình cấp phát máy chủ ảo Bộ phần mềm quản lý máy chủ ảo sử dụng loại khác nhau, nhiên nghiên cứu sâu vào phần triển khai phần mềm mã nguồn mở apache cloudstack Như vây phương pháp xây dựng mô hình có hai bước chính: - Bước 1: Tập trung tài nguyên chia sẻ tài nguyên Bước chất triển khai ảo hóa hệ thống Ảo hóa hệ thống máy chủ thực theo hai cách: ảo hóa loại host HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 424 THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 based ảo hóa tảng hệ điều hành sẵn có, ảo hóa hypervisor based ảo hóa trực tiếp tảng phần cứng - Bước 2: Triển khai cài đặt phần mềm apache cloudstack Đây phần mềm mã nguồn mở, sử dụng miễn phí, triển khai phức tạp phần thực thi mã nguồn phụ thuộc nhiều tài nguyên phần cứng máy tính sử dụng Bộ phần mềm cung cấp giao diện quản lý web 2.3 Mơ hình thực ảo hóa Ảo hóa phần khơng thể thiếu đám mây dựa khả trừu tượng bao đóng Ảo hóa cung cấp máy chủ ảo, cho phép chạy nhiều ứng dụng server vật lý, tài nguyên chia sẻ để sử dụng tối đa hết lực tính tốn có Với hệ thống truyền thống khơng ảo hóa khơng thể thực điều Từ máy chủ vật lý sau triển khai ảo hóa tạo máy ảo để chạy ứng dụng khác thể hình Hình Mơ hình tổng thể chia sẻ tài ngun 2.3.1 Mơ hình hoạt động đám mây IaaS quản lý CloudStack Với sở hạ tầng có, tổ chức doanh nghiệp triển khai thành dịch vụ hạ tầng đám mây cách đơn giản không nhiều thời gian với việc ứng dụng phần mềm apache cloudstack Các nhà quản lý tận dụng dịch vụ sở hạ tầng đám mây để cung cấp hiệu không giới hạn tài nguyên phần cứng cho người dùng cuối (End user) Cloudstack cho phép xây dựng đám mây cung cấp sở hạ tầng dịch vụ (đám mây IaaS) hỗ trợ nhiều phần mềm ảo hóa, mạng phức tạp, tường lửa, cân tải môi trường đa người dùng Với phần mềm mã nguồn mở apache cloudsatck vấn đề quản lý tài nguyền hạ tầng sở phức tạp trở nên đơn giản dễ thực như: cấp phát tài nguyên máy tính cách xác định; đưa cho người dùng cuối khả cung cấp phương án dịch vụ điện tốn khác cách có kiểm soát; đo lường sử dụng tài nguyên người dùng theo thời gian Đám mây IaaS cung cấp tài nguyên máy chủ, máy chủ ảo, mạng (network), lưu trữ (storage) theo nhu cầu người dùng cuối Người dùng cuối sử dụng tài nguyên từ xa thông qua mạng internet tài khoản cấp người quản trị hệ thống Cloudstack cho phép người dùng cuối tự động cấp phát tài nguyên theo nhu cầu sử dụng giao diện web dễ dùng, đơn giản, thân thiện Mơ hình hoạt động đám mây IaaS thể hình CloudStack cho phép kết hợp nhiều máy chủ vật lý thành môi trường đồng (một máy chủ logic), người quản trị tiến hành tạo cấp phát máy chủ ảo theo nhu cầu sử dụng Ưu điểm quan trọng mà phần mềm nguồn mở đem lại quản lý tập trung tài nguyên đạt tới hàng ngàn server, làm cho tài nguyên trở nên suốt với người sử dụng Với ưu điểm máy chủ ảo bị hỏng khơng ảnh hưởng đến hoạt động hệ HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 425 THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 thống Bên cạnh đó, máy chủ quản lý (management server) triển khai thành nhiều node để đảm bảo tính cân tải tránh tình trạng q tải server vật lý Hình Mơ hình hoạt động đám mây IaaS 2.3.2 Kiến trúc mô hình triển khai IaaS cloudstack Trong mơ hình kiến trúc hình 4, phần mềm ảo hóa (lớp hypervisor) đơn vị mơ hình Host đơn vị cấu tạo nhỏ (tương đương với máy tính đơn) Cluster tập hợp host có cấu hình giống hợp thành nhóm chia sẻ primary storage Primary storage nơi lưu trữ chứa ổ đĩa ảo cho máy chủ ảo Khi triển khai thực tế theo chế cluster hệ thống hoạt động bình thường cho dù có phần tử cluster tình trạng downtime (không hoạt động) Một Pod tạo thành nhiều cluster tương đương với tủ Rack Trong thực tế, data center vật lý bao gồm nhiều tủ Rack, mơ hình cloudstack zone ánh xạ data center chứa secondary storage Tại Secondary storage chứa templates, snapghots tài ngun khác Hình Kiến trúc mơ hình triển khai IaaS CloudStack 2.3.3 Thủ tục tạo máy chủ ảo theo Server offerings Cloudstack cho phép người quản trị tạo máy chủ ảo cách thuận tiện, thủ tục tạo máy chủ ảo thực sau: - Xác định hệ điều hành cho máy chủ ảo, như: Windows, Linux; - Xác định tài nguyên máy tính cần cung cấp, như: CPU, RAM, Network; - Xác định ổ đĩa cung cấp, chọn theo Disk offering xác định volume size; - Xác định mạng dịch vụ, chọn theo Network offering; - Kết thúc thủ tục: máy ảo tài nguyên máy ảo tạo xong (như hình 5) HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 426 THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 Hình Tạo cấp phát tài nguyên cho máy chủ ảo cloudstack 2.3.4 Cài đặt triển khai hệ thống Phương pháp xây dựng mơ hình dịch vụ mơ tả Đầu tiên ảo hóa hệ thống máy chủ triển khai, sau phần mềm quản lý đám mây cài đặt Kết mô hình dịch vụ sở hạ tầng gồm lớp sau: - Lớp tảng hạ tầng phần cứng, mạng thiết bị; - Lớp ảo hóa, hệ điều hành cần phải có ảo hóa host based; - Lớp quản lý dịch vụ sở hạ tầng đám mây Bộ phần mềm quản lý đám mây cài đặt trực tiếp máy chủ ảo phân chia từ máy chủ vật lý Lớp tảng phần cứng cần chuẩn bị máy chủ 64 bit x86 lưu trữ máy chủ ảo Lớp ảo hóa sử dụng phần mềm ảo hóa virtuabox hệ điều hành máy chủ Yêu cầu để cài đặt phần mềm quản lý đám mây tối thiểu phải có là: cài đặt hệ điều hành Centos Ubuntu cho máy ảo, phần mềm mã nguồn mở Quy trình cài đặt phần mềm phức tạp thực qua nhiều bước Trong nghiên cứu này, phương pháp triển khai cài đặt phần mềm quản lý tập trung mô tả giải thích với phần mềm ảo hóa Virtuabox hệ điều hành CentOs cho máy chủ ảo [4] Phần mô tả đoạn mã cài đặt hệ thống theo bước dài, báo cáo nghiên cứu đưa quy trình triển khai hệ thống Giao diện quản lý đám mây thu truy cập địa 10.0.2.15:8080/client/ để vào giao diện đăng nhập với user: admin, password: password Đánh giá kết đạt Mơ hình triển khai sở hạ tầng dịch vụ quản lý cloudstack thiết lập có giao diện hình bên Với giao diện sử dụng trực quan, người quản trị hệ thống tạo Host, Cluster, Pod zone phần mô tả kết hình Dịch vụ sở hạ tầng điện toán đám mây giúp cho đơn vị, doanh nghiệp sử dụng tối ưu, có hiệu sở hạ tầng tận dụng tối đa lực tính tốn hệ thống máy tính Với mơ hình này, việc quản lý tài nguyên hạ tầng tập trung, giúp cho đơn vị, doanh nghiệp tiết kiệm chi phí trì hệ thống, khơng gian đặt máy chủ lượng tiêu thụ, giảm thời gian khơi phục cố, khơng cần thiết phải có máy chủ dự trữ tài nguyên hệ thống co giãn, dễ dàng mở rộng hệ thống HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 427 THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 Hình Quy trình cài đặt phần quản lý mơ hình dịch vụ Hình Giao diện quản lý máy chủ ảo Tài liệu tham khảo [1] Huỳnh Quyết Thắng Điện toán đám mây 138 tr, NXB Bách Khoa Hà Nội 2014 [2] Kris Jamsa Cloud Computing 324 tr, Jones & Bartlett Learning 2012 [3] Lizhe Wang Cloud Computing: Methodology, Systems, and Applications 844 tr, Amazon Digital Services 2011 [4] Apache CloudStack: Open Source Cloud Computing https://cloudstack.apache.org/ [5] P Mell and T Grance The NIST definition of cloud computing National Institute of Standards and Technology (NIST) Special Publication 800-145 Sep 2011 HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 428 ... mây bao gồm: sở hạ tầng dịch vụ, tảng dịch vụ phần mềm dịch vụ Cơ sở hạ tầng dịch vụ hình thức cung cấp sở hạ tầng đám mây theo nhu cầu sử dụng người dùng, mơ hình dịch vụ Dịch vụ IaaS cung cấp... dựng mơ hình Hình Mơ hình dịch vụ sở hạ tầng đám mây Mơ hình sở hạ tầng dịch vụ điện toán đám mây minh họa hình Phần phân tích thể chất toán xây dựng sở hạ tầng dịch vụ phải giải vấn đề việc tập... lý Xây dựng sở hạ tầng dịch vụ điện toán đám mây 2.1 Giới thiệu tốn Điện tốn đám mây mơ hình dịch vụ có kiến trúc phân tầng Đặc tính dẫn đến hình thành ba loại hình dịch vụ khác điện toán đám mây