Tóm tắt luận văn Thạc sĩ Công nghệ thông tin: Kiến trúc phần mềm chịu tải cao dựa trên nền tảng điện toán đám mây Microsoft Azure

Luận văn tập trung trình bày những khái niệm tổng quan về điện toán đám mây Microsoft Azure và tìm hiểu các dịch vụ được cung cấp của Azure. Các kiến trúc phần mềm trên nền tảng đám mây, đồng thời xây dựng một kiến trúc phần mềm, kết hợp các dịch vụ của Azure cho một ứng dụng chịu tải cao.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ QUANG HOAN KIẾN TRÚC PHẦN MỀM CHỊU TẢI CAO DỰA TRÊN NỀN TẢNG ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY MICROSOFT AZURE Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành:Kỹ Thuật Phần Mềm Mã số: 8480103.01 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội – 2018 Giới thiệu Ngày nay, việc ứng dụng CNTT ngày nhiều ảnh hưởng sâu sắc đến mặt đời sống, thấy CNTT áp dụng hầu hết lĩnh vực sống, từ trò chơi điện tử thiết kế để đáp ứng nhu cầu giải trí, ứng dụng soạn thảo văn hỗ trợ việc xử lý cơng việc văn phịng, đến ứng dụng áp dụng học máy lĩnh vực tài ngân hàng Chúng ta dễ dàng thấy ưu điểm việc ứng dụng CNTT nay, đưa người khắp giới tiến lại gần Cùng với phát triển yêu cầu người dùng, hệ thống máy tính ngày trở lên lớn hơn, phức tạp phân tán Mục đích để đáp ứng số lượng lớn người dùng, có khả chịu tải cao Để thỏa mãn nhu cầu này, ban đầu người ta thường phải đầu tư hệ thống tốn Làm để giảm chi phí khơng cần thiết mà thỏa mãn nhu cầu sử dựng tốn ln đặt Điện toán đám mây giải pháp tốt để giải toán Với mà điện tốn đám mây mang lại, nói cách mạng lớn lĩnh vực CNTT đời Điện toán đám mây khái niệm hoàn chỉnh cho xu hướng nhiều doanh nghiệp khơng có máy chủ riêng mà có máy tính với số phần mềm bản, tất phụ thuộc vào đám mây Với dịch vụ có sẵn internet, doanh nghiệp khơng phải mua trì hàng trăm, hàng nghìn máy tính phần mềm kèm theo mà họ cần tập trung cơng việc có người khác lo sở hạ tầng công nghệ thay họ Microsoft nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây hàng đầu giới nay, Azure tảng chiến lược Microsoft Azure cung cấp cho lập trình viên nhiều tiện ích hạ tầng để xây dựng ứng dụng web Trong luận văn này, chúng tơi tập trung trình bày khái niệm tổng quan điện toán đám mây Microsoft Azure tìm hiểu dịch vụ cung cấp Azure Các kiến trúc phần mềm tảng đám mây, đồng thời xây dựng kiến trúc phần mềm, kết hợp dịch vụ Azure cho ứng dụng chịu tải cao Luận văn trình bày chương: Chương 1: Giới thiệu khái niệm điện tốn đám mây, kiến trúc, đặc tính, thành phần điện toán đám mây Chương 2: Kiến trúc phần mềm dựa dịch vụ điện tốn đám mây Microsoft Azure Chương 3: Một mơ hình ứng dụng kiến trúc phần mềm tảng công nghệ Azure Microsoft Chương 4: Tóm tắt kết thu qua luận văn Chương TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỐN ĐÁM MÂY 1.1 Điện tốn đám mây 1.1.1 Khái niệm Hạ tầng máy tính, viễn thơng ngày nói hội tụ tảng công nghệ số Với công nghệ kết nối kể đến như: skết nối có dây, khơng dây, kết nối qua cáp đồng, cáp quang, vệ tinh, wifi hay mạng 3G, 4G,… cho phép kết nối mạng toàn cầu, vươn tới nơi giới Hạ tầng sở kỹ thuật công nghệ phát triển dẫn đến thiết bị tính tốn đa dạng, từ siêu máy tính, máy chủ lớn, tới máy tính cá nhân, máy tính xách tay, thiết bị di động thông minh hay thiết bị di động giá rẻ kết nối với Trong giới điện toán, thiết bị kết nối với làm để khai thác tối đa lực điện toán với chi phí thấp thời gian nhanh nhất? Các nhu cầu đặt vô to lớn điện toán đám mây (Cloud computing) đời kỳ vọng đáp ứng tất yêu cầu thực tế người Điện toán đám mây giúp đem sản phẩm dịch vụ công nghệ thông tin chất lượng cao đến đối tượng theo nhu cầu, với thời gian nhanh chi phí rẻ Điện tốn đám mây (Cloud Computing) hiểu đơn giản: nguồn điện tốn khổng lồ Máy chủ, phần mềm, dịch vụ,… nằm Internet thay máy tính cá nhân, máy tính gia đình văn phịng để người kết nối sử dụng cần Với dịch vụ cung cấp sẵn internet, doanh nghiệp mua trì hàng trăm, chí hàng nghìn máy tính phần mềm Các dịch vụ mở rộng thu hẹp tùy theo nhu cầu sử dụng doanh nghiệp, chi phí tính theo mức độ sử dụng khách hàng 1.1.2 Các đặc tính điện tốn đám mây Điện tốn đám mây có năm tính chất bật so với mơ hình truyền thống.[14] Hình 1.1: Mơ hình điện toán đám mây ❖ Tự phục vụ theo nhu cầu (On-demand self-service): Người sử dụng dịch vụ tự yêu cầu cung cấp dịch vụ tài nguyên dạng máy chủ, dịch vụ phần mềm hay dịch vụ lưu trữ,…một cách tự động mà không cần phải qua nhà cung cấp dịch vụ ❖ Tính đàn hồi nhanh chóng (Rapid Elasticity): Tài nguyên đám mây cung cấp cách nhanh chóng mềm dẻo Có khả mở rộng thu hẹp theo nhu cầu theo tham số cấu hình Có thể coi tài nguyên điện toán đám mây khơng có giới hạn, truy cập vào thời điểm ❖ Tập hợp tài nguyên (Resource pooling): Tài nguyên máy tính nhà cung cấp gộp chung để phục vụ nhiều người dùng thơng qua mơ hình cho th Các nguồn tài ngun vật lý ảo khác gán động phân bổ lại theo nhu cầu người dùng Khách hàng khơng có quyền kiểm sốt hiểu biết vị trí xác tài nguyên cung cấp định mức trừu tượng cao (ví dụ định quốc gia, vùng địa lý, trung tâm liệu) Tài nguyên bao gồm: lưu trữ, xử lý, nhớ băng thông mạng ❖ Truy cập mạng rộng rãi (Broad Network Access): Dịch vụ đám mây ln có sẵn sàng miễn có kết nối internet Chỉ cần từ ứng dụng kết nối internet máy tính để bàn, laptop, thiết bị di động,…là bạn truy cập tới tài nguyên đám mây Người dùng truy cập lúc, nơi vào dịch vụ đám mây ❖ Dịch vụ đo đếm (Measured Service): Hệ thống đám mây tự động kiểm soát tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên cách tận dụng khả đo lường loại dịch vụ lưu trữ, xử lý, băng thông tài khoản người dùng hoạt động Khách hàng theo dõi, kiểm tra tài nguyên họ sử dụng, qua cung cấp minh bạch cho nhà cung cấp dịch vụ khách hàng 1.2 Các mơ hình dịch vụ điện toán đám mây 1.2.1 Dịch vụ hạ tầng (IaaS – Infrastructure as a Service) 1.2.2 Dịch vụ tảng (PaaS – Platform as a Service) 1.2.3 Dịch vụ phần mềm (SaaS – Software as a Service) 1.3 Các thành phần điện tốn đám mây 1.4 Các mơ hình triển khai điện tốn đám mây 1.4.1 Mơ hình đám mây riêng (Private Cloud) 1.4.2 Mơ hình đám mây cơng (Public Cloud) 1.4.3 Mơ hình đám mây lai (Hybrid Cloud) 1.4.4 Mơ hình đám mây cộng đồng (Community Cloud) 1.5 Kết luận Chương KIẾN TRÚC PHẦN MỀM DỰA TRÊN CÁC DỊCH VỤ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY MICROSOFT AZURE Ở phần này, luận văn trình bày tổng quan dịch vụ tảng Microsoft Azure hướng tiếp cận thiết kế kiến trúc phần mềm tảng điện toán đám mây Microsoft Azure 2.1 Nền tảng Microsoft Azure 2.1.1 Tổng quan Window Azure Platform 2.1.2 Nền tảng Microsoft Azure Để quản trị Microsoft Azure, Microsoft cung cấp cho giao diện portal để quản lý Management Portal (https://portal.azure.com) Các dịch vụ có Microsoft Azure phân loại thành nhóm dịch vụ khác Management Portal Mục đích việc phân loại thành nhóm dịch vụ Management Portal giúp người dùng dễ dàng nhận tiếp cận cách nhanh chóng đến dịch vụ cung cấp Microsoft Azure Hình 2.1: Các thành phần Microsoft Azure a) Compute b) Data management c) Networking d) Developer services e) Security & Management f) Web & Mobile g) Backup h) Integration i) Analytics & IoT j) Storage k) Media 2.2 Các kiểu kiến trúc phần mềm Cloud 2.2.1 Kiến trúc phân tầng (N-tier) a) Tổng quan Hình 2.2: Mơ hình Kiến trúc phân tầng [11] Kiến trúc phân tầng (N-tier) thực phân chia ứng dụng thành tầng logic tầng vật lý Chia tầng cách để phân tách trách nhiệm quản lý phụ thuộc Mỗi tầng có trách nhiệm cụ thể Một lớp tầng sử dụng cách dịch vụ lớp tầng thấp b) Mơ hình kiến trúc phân tầng Azure Hình 2.3: Mơ hình Kiến trúc phân tầng Azure [11] c) Kiến trúc phân tầng sử dụng Kiến trúc phân tầng thường triển khai dạng dịch vụ hạ tầng (IaaS), với tầng chạy mộ máy ảo riêng biệt Tuy nhiên, ứng dụng phân tầng không thiết phải sử dụng hoàn toàn dịch vụ IaaS túy, mà áp dụng với dịch vụ khác nhớ đệm, dịch vụ tin nhắn, dịch vụ lưu trữ liệu Kiến trúc phân tầng thường áp dụng cho trường hợp sau: • Các ứng dụng web đơn giản • Thực chuyển đổi ứng dụng on-premise lên Azure với điều kiện việc chỉnh sửa, tái cấu trúc tối thiểu • Phát triển thống ứng dụng on-premise đám mây Kiến trúc phân tầng phổ biến ứng dụng truyền thống on-premise, phù hợp tự nhiên để chuyển đổi hệ thống lên Azure 2.2.2 Kiến trúc Web - Queue - Worker a) Tổng quan Hình 2.4: Mơ hình Kiến trúc Web – Queue – Worker [11] b) Mơ hình kiến trúc Azure Hình 2.5: Mơ hình Kiến trúc Web – Queue - Worker Azure [11] c) Kiến trúc sử dụng Kiến trúc Web – Queue – Worker thường sử dụng số trường hợp sau: • Các ứng dụng có miền tương đối đơn giản • Ứng dụng có số quy trình cơng việc hoạt động nhiều thời gian • Khi muốn sử dụng dịch vụ quản lý thay sử dụng sở hạ tầng Azure (IaaS) 2.2.3 Kiến trúc vi dịch vụ (Microservice) a) Tổng quan • Training liệu ban đầu: nhân viên chụp ảnh ban đầu (bao gồm góc độ chụp ảnh khác nhau) để thực làm liệu training cho trình nhận diện hình ảnh sau b) Quản lý chấm cơng • Việc chấm cơng thực tự động nhân viên xuất trước camera Thông tin chấm công hàng ngày cập nhật vào sở liệu chương trình • Bảng chấm cơng bao gồm: số thứ tự, họ tên nhân viên, số ngày làm việc, số ngày nghỉ phép, số ngày nghỉ phép, số ngày nghỉ có lương,… 3.2.2 Quy trình chấm cơng khn mặt a) Mơ hình quy trình xử lý Việc chấm công thực tự động nhân viên xuất trước camera Thông tin chấm công hàng ngày cập nhật vào Hình 3.1: Quy trình chấm công khuôn mặt 16 b) Mô tả bước quy trình 3.2.3 Biểu đồ trường hợp sử dụng (Use Case) Tác động vào hệ thống có nhóm tác nhân là: Quản trị hệ thống, Quản lý chấm cơng Người dùng thuộc nhóm Quản trị hệ thống có quyền thực tất chức hệ thống Trường hợp sử dụng tổng quan: Hình 3.2: Các trường hợp sử dụng tổng quan Trong trường hợp tổng quan, người quản trị hệ thống thực chức năng: Quản lý thơng tin phịng ban, Quản lý thông tin nhân viên, Quản lý lịch làm việc, Quản lý thời gian chấm công, Quản lý người dùng hệ thống, Quản lý thông tin cấu hình, Thống kê, báo cáo Một số trường hợp sử dụng cụ thể: • Quản lý phịng ban: 17 Hình 3.3: Use case Quản lý phịng ban • Quản lý nhân viên: Hình 3.4: Use case Quản lý nhân viên • Quản lý lịch làm việc: 18 Hình 3.5: Use case Quản lý lịch làm việc • Chấm cơng: Hình 3.6: Use case Chấm cơng • Quản lý người dùng: 19 Hình 3.7: Use case Quản lý người dùng • Cấu hình hệ thống: Hình 3.8: Use case Cấu hình hệ thống • Thống kê: 20 Hình 3.9: Use case Thống kê 3.2.4 Các module chức hệ thống 3.3 Thiết kế hệ thống 3.3.1 Mơ hình tổng thể chức hệ thống Hình 3.10: Mơ hình tổng thể chức hệ thống 21 3.3.2 Mơ hình phân rã chức Hình 3.11: Mơ hình phân rã chức 3.3.3 Kiến trúc hệ thống Hình 3.12: Kiến trúc hệ thống 22 3.3.4 Quy trình xử lý liệu ảnh nhận diện Hình 3.13: Quy trình xử lý ảnh nhận diện 23 3.4 Xây dựng chương trình thử nghiệm 3.4.1 Môi trường cài đặt, triển khai 3.4.2 Các bước triển khai ứng dụng a) Cài đặt dịch vụ Azure b) Bố trí lắp đặt Camera - Cấu hình Camera yêu cầu tối thiểu: o Độ phân giải 1Mpx (HD 1280x720) o Frame rate: 16 Frames per second - o Chuẩn nén: H.264, H.265, MJPEG o Giao thức: RTSP, HTTP Vị trí lắp đặt: từ 1.6 đến 2.2m tính từ mặt đất tới vị trí lắp Camera Khoảng cách nhận diện xác nhất: từ 1.0 đến 4.5 m tính từ vị trí đứng tới Camera với điều kiện đủ ánh sáng, tránh ánh sáng chói chiếu vào mặt Hình 3.14: Hình ảnh bố trí Camera c) Khởi tạo liệu ảnh nhân viên - Máy ảnh dùng để chụp ảnh có độ phân giải từ 2Mpx đến 8Mpx 24 - Khoảng cách chụp ảnh từ 0.8 đến 1.2m (tính từ vị trí chụp ảnh tới máy ảnh) - Kích thước ảnh khơng q 4MB - Hình ảnh sau chụp yêu cầu rõ nét, không bị nhịe, mờ Trong ảnh phép có ảnh khn mặt Chụp ảnh với góc chụp khác (đảm bảo nâng cao tính xác - nhân viên di chuyển) Các góc chụp nghiêng trái, nghiêng phải, ngẩng mặt, cúi mặt không 30 độ Hình 3.15: Ảnh mẫu nhận diện nhân viên 3.4.3 Màn hình giao diện 3.5 Đánh giá khả chịu tải hệ thống 3.5.1 Đánh giá với số lượng user đồng thời tăng dần - Cấu hình Web app: o Ram: 1.75 Gb o CPU: Core o Số lượng Instances: instance o API test: https://api-time-attendance.azurewebsites.net/api/Dashboard/GetDataDashboard - User user ảo tạo từ hệ thống Azure Load test, máy tự động gửi yêu cầu tới trang thống kê hệ thống - Kết sau thực chạy test 25 STT Số user Response time (giây) Số request / giây % CPU Ram used (Mb) 100 0.864 104.3 70 92 Mb 200 1.6 111.5 65 97 Mb 300 2.2 119.6 80 102 Mb 500 3.7 119.9 70 112 Mb 1000 109 66 144 Mb 5000 33.6 99.2 58 180 Mb 10000 34 106 60 240 Mb Bảng 3.1: Kết thực load test Đánh giá kết quả: o Đánh giá theo thời gian phản hồi (response time) RESPONSE TIMES (S) - 40 35 30 25 20 15 10 3.7 2.2 1.6 0.864 0 2000 34 33.6 4000 6000 8000 10000 12000 SỐ LƯỢNG USER ĐỒNG THỜI Hình 3.16: Biểu đồ số thể thời gian thực yêu cầu – test o Đánh giá theo số request thực giây 26 REQUEST PER SECOND 140 120 100 80 60 40 20 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 SỐ LƯỢNG USER ĐỒNG THỜI Hình 3.17: Biểu đồ số request thực giây – test Kết thực cho thấy số lượng người dùng đồng thời lúc tăng, cấu hình server khơng đổi nên lượng yêu cầu xử lý đồng thời lúc không thay đổi nhiều Khi số lượng yêu cầu đến nhiều, làm cho thời gian phản hồi lại yêu cầu ngày tăng 3.5.2 Kiểm thử với số lượng instance tăng dần - Cấu hình Web app: o Ram: 1.75 Gb o CPU: Core o Số lượng user đồng thời: 10.000 user - User user ảo tạo từ hệ thống Azure Load test, máy tự động gửi yêu cầu tới trang thống kê hệ thống - API test: https://api-time-attendance.azurewebsites.net/api/Dashboard/GetDataDashboard 27 - Kết sau thực chạy test STT Số user Số Response instances time (giây) Số request / giây % CPU Ram used 10000 34 106 60 240 Mb 10000 16.7 222.6 65 220 Mb 10000 15.4 263.3 70 180 Mb 10000 9.4 440 72 150 Mb 10000 5.5 600 66 120 Mb Bảng 3.2: Kết thực load test RESPONSE TIMES (S) Đánh giá kết quả: o Đánh giá theo thời gian phản hồi (response time) 40 34 35 30 25 16.7 20 15.4 15 9.4 10 5.5 0 SỐ INSTANCES Hình 3.18: Biểu đồ số thể thời gian thực yêu cầu – test o Đánh giá theo số request thực giây REQUEST PER SECOND - 700 600 600 440 500 400 222.6 300 200 263.3 106 100 0 SỐ INSTANCES Hình 3.19: Biểu đồ số request thực giây – test 28 Kết thực cho thấy, với số lượng người dùng, ta tăng số lượng instances, số lượng yêu cầu san cho instance xử lý Nhờ việc tăng số lượng instance mà thời gian phản hồi lại với yêu cầu giảm, số lượng yêu cầu xử lý giây tăng Do để tăng khả chịu tải hệ thống, cách tốt tăng số lượng instance lên 3.6 Kết luận Như chương giới thiệu tốn chấm cơng nhận diện khn mặt q trình triển khai ứng dụng lên mơi trường Microsoft Azure, thử nghiệm quy trình hệ thống với tính khởi tạo liệu khuôn mặt ban đầu, nhận diện nhân viên vào vị trí đặt camera quan sát, thống kê thời gian chấm công nhân viên Hệ thống triển khai trụ sở ngân hàng Thương mại cổ phần Hàng Hải (Maritime bank) tầng 28, tịa nhà TNR, 54 Nguyễn Chí Thanh, Phường Láng Thượng, Quận Đống Đa, Hà Nội với số lượng nhân viên 481 người Chương thực thử nghiệm khả chịu tải hệ thống với số lượng lớn người dùng đồng thời thời điểm Với cấu hình hệ thống mức thấp (CPU core, Ram 1.75 Gb), chạy với instance có 10.000 người đồng thời hệ thống có khả xử lý 600 request/ giây Do lựa chọn cấu hình hệ thống với mức cao hơn, số lượng instance nhiều hệ thống hồn tồn đáp ứng nhiều số lượng người dùng đồng thời lúc 29 Chương KẾT LUẬN Việc triển khai ứng dụng tảng điện toán đám mây dần trở thành xu hướng tất yếu nhờ ưu điểm vượt trội điện toán đám mây Việc triển khai ứng dụng tảng đám mây giúp cho doanh nghiệp tiết kiệm khoản đầu tư ban đầu tương đối lớn sở hạ tầng Với khả co giãn kích cỡ việc tính chi phí theo thực dùng, doanh nghiệp khơng phải lo lắng việc lãng phí tài nguyên có biến động nhân Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu làm luận văn hướng dẫn thầy TS Trần Trọng Hiếu thầy PGS-TS Phạm Ngọc Hùng tơi hồn thành luận văn với đề tài “Kiến trúc phần mềm chịu tải cao dựa tảng điện toán đám mây Microsoft Azure” Luận văn đạt kết sau: - Tìm hiểu, nghiên cứu lý thuyết tổng quan liên quan đến dịch vụ điện toán đám mây - Tìm hiểu dạng kiến trúc phần mềm triển khai tảng đám mây Microsoft Azure - Xây dựng thành công ứng dụng tảng đám mây đánh giá khả chịu tải ứng dụng sau triển khai Kết nghiên cứu luận văn áp dụng cho dự án chuyển đổi hệ thống cho ứng dụng chạy on-primise lên tảng cloud, dự án phát triển tảng Microsoft Azure có khả đáp ứng lượng lớn người dùng truy cập đồng thời Hướng phát triển tương lai đề tài: - Xây dựng thêm chức ứng dụng Mobile cho phép nhân viên đăng nhập để xem thơng tin chấm cơng, đăng ký lịch nghỉ,… - Tích hợp với hệ thống tính tiền lương để tính lương cho nhân viên - Phát triển phần nhận diện hình ảnh thiết bị nhỏ gọn (Raspberry) Trong trình nghiên cứu thực hiện, học viên nhận giúp đỡ nhiệt tình thầy hướng dẫn TS Trần Trọng Hiếu, PGS-TS Phạm Ngọc Hùng thầy, cô Khoa Công nghệ thông tin, Trường Đại học Công nghệ, ĐHQG Hà Nội Học viên xin chân thành cảm ơn thầy cơ, xin kính chúc thầy cô luôn mạnh khỏe hạnh phúc ! 30 ... đối cao 14 Chương MỘT MƠ HÌNH ỨNG DỤNG KIẾN TRÚC PHẦN MỀM TRÊN NỀN TẢNG CÔNG NGHỆ AZURE CỦA MICROSOFT Trên sở lý thuyết kiểu kiến trúc phần mềm tảng điện toán đám mây dịch vụ cung cấp Azure Microsoft. .. ĐÁM MÂY MICROSOFT AZURE Ở phần này, luận văn trình bày tổng quan dịch vụ tảng Microsoft Azure hướng tiếp cận thiết kế kiến trúc phần mềm tảng điện toán đám mây Microsoft Azure 2.1 Nền tảng Microsoft. .. Chương 2: Kiến trúc phần mềm dựa dịch vụ điện toán đám mây Microsoft Azure Chương 3: Một mơ hình ứng dụng kiến trúc phần mềm tảng cơng nghệ Azure Microsoft Chương 4: Tóm tắt kết thu qua luận văn Chương