Xây dựng hệ thống dịch vụ cloud computing infrastructure as a service

Xây dựng hệ thống dịch vụ cloud computing infrastructure as a service Xây dựng hệ thống dịch vụ cloud computing infrastructure as a service Xây dựng hệ thống dịch vụ cloud computing infrastructure as a service luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - PHẠM QUỐC BÁU XÂY DỰNG HỆ THỐNG DỊCH VỤ CLOUD COMPUTING – IFRASTRUCTURE AS A SERVICE LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN LINH GIANG Hà Nội – 2018 Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CLOUD COMPUTING 10 1.1 Cloud Computing 10 1.2 Kiến trúc tổng quan Cloud Computing 10 1.2.1 1.3 Các mơ hình dịch vụ điện tốn đám mây 12 Các giải pháp công nghệ phổ biến triển khai Cloud Computing 15 1.3.1 Giải pháp công nghệ VMware 15 1.3.2 Giải pháp công nghệ Microsoft 17 1.3.3 Giải pháp công nghệ IBM 20 1.4 Các đặc trưng hệ thống dịch vụ Cloud Computing - IaaS 23 CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC HỆ THỐNG DỊCH VỤ CLOUD COMPUTING – INFRASTRUCTURE AS A SERVICE 26 2.1 Kiến trúc tổng quan hệ thống 26 2.2 Kiến trúc hệ thống thành phần 27 2.2.1 Kiến trúc hệ thống VMware vSphere 27 2.2.2 Kiến trúc hệ thống vCenter 35 2.2.3 Kiến trúc hệ thống Network Security Virtualization (NSX) 38 Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service 2.2.5 Kiến trúc hệ thống vRealize Automation 40 2.2.6 Kiến trúc hệ thống xác thực tập trung Active Directory 42 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG DỊCH VỤ CLOUD COMPUTING – INFRASTRUCTURE AS A SERVICE 45 3.1 Mơ hình hệ thống triển khai 45 3.2 Chuẩn bị môi trường triển khai 50 3.2.1 Danh mục thiết bị phần cứng 50 3.2.2 Thông số máy chủ 50 3.3 Triển khai hệ thống dịch vụ 51 CHƯƠNG 4: THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 71 4.1 Thử nghiệm hệ thống kịch 71 4.1.1 Kịch thử nghiệm 71 4.1.2 Kết thử nghiệm theo tình 72 4.2 So sánh đánh giá kết 74 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Nguyễn Linh Giang tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình thực nghiên cứu thử nghiệm Tôi xin chân thành cảm ơn thầy, cô Viện Công Nghệ Thông Tin Truyền Thông – Đại học Bách Khoa Hà Nội giảng dạy, truyền đạt cho kiến thức q báu tạo điều kiện để tơi hồn thành khóa học thực luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn đến anh Mai Như Thành – Công ty liệu VNPT đồng nghiệp tơi Trung tâm tích hợp hệ thống – Công ty liệu VNPT chia sẻ nhiều tài liệu kinh nghiệm quý giá liên quan đến vấn đề nghiên cứu luận văn Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè chia sẻ, giúp đỡ tơi suốt q trình học tập nghiên cứu thực luận văn Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 18 tháng 10 năm 2017 Người thực Phạm Quốc Báu Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service LỜI CAM ĐOAN Luận văn đề tài “Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing - IaaS” thực hướng dẫn PGS TS Nguyễn Linh Giang, nghiên cứu mơ hình Cloud Computing; triển khai hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure-as-aservice Hệ thống cung cấp dịch vụ hạ tầng: compute, network, storage Hệ thông triển khai dựa tảng công nghệ VMware Tôi cam kết cơng trình nghiên cứu, phát triển thân, dựa công cụ, phần mềm mã nguồn mở hợp pháp, tài liệu tham khảo, nội dung trích dẫn ghi rõ nguồn gốc, khơng chép, vi phạm quyền cá nhân, tổ chức khác Hà Nội, ngày 18 tháng 10 năm 2017 Người thực Phạm Quốc Báu Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT IaaS Infrastructure as a Service PaaS Platform as a Service SaaS Software as a Service NSX Network Virtualization and Security Platform AD Active Directory CSDL Cơ Sở Dữ Liệu vRA vRealize Automation vRO vRealize Orchestrator IT Information Technology vCO vCenter Orchestrator EC2 Elastic Web-Scale Computing CRM Customer Relationship Management DAS Direct Attached Storage SAN Storage Area Network SCSI Small Computer System Interface CIFS Common Internet File System VMFS VMware File System DAS Direct Attached Storage FC Fiber Channel v… VMware Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Kiến trúc hệ thống Cloud Computing 11 Hình – Các lớp hệ thống Cloud Computing 12 Hình - Các lớp dịch vụ Cloud Computing 13 Hình - Tương quan thành phần lớp dịch vụ IaaS, PaaS, SaaS 14 Hình - Kiến trúc giải pháp công nghệ Cloud VMware 16 Hình – Kiến trúc giải pháp Cloud Microsoft 18 Hình - Mơ hình kiến trúc giải pháp cơng nghệ Cloud IBM 22 Hình – Kiến trúc hệ thống dịch vụ Cloud Computing – IaaS 26 Hình - Kiến trúc hệ thống VMware vCenter 36 Hình 10 – Mơ hình quản lý VMware vCenter Server 37 Hình 11 - Tương quan ảo hóa mạng NSX với ảo hóa máy chủ 38 Hình 12 – Kiến trúc VMware NSX 39 Hình 13 – Kiến trúc hệ thống vRealize Automation 41 Hình 14 – Kiến trúc hệ thống xác thực tập trung Active Directory 42 Hình 15 – Mơ hình triển khai hẹ thống Infrastructure as a Service 46 Hình 16 – Sơ đồ kết nối thành phần hệ thống IaaS 47 Hình 17 – Sơ đồ kết nối hệ thống tính cước vRealize Bussiness Cloud 48 Hình 18 – Sơ đồ kết nối chi tiết thành phần hệ thống IaaS 49 Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service MỞ ĐẦU a) Lý chọn đề tài Ngày nay, công ty, doanh nghiệp, việc quản lý tốt, hiệu liệu riêng công ty liệu khách hàng, đối tác toán ưu tiên hàng đầu khơng ngừng gây khó khăn cho họ Để quản lý nguồn liệu đó, ban đầu doanh nghiệp phải đầu tư, tính tốn nhiều loại chi phí chi phí cho phần cứng, phần mềm, mạng, chi phí cho quản trị viên, chi phí bảo trì, sửa chữa, … Ngồi họ cịn phải tính tốn khả mở rộng, nâng cấp thiết bị; phải kiểm soát việc bảo mật liệu tính sẵn sàng cao liệu Từ tốn điển vậy, thấy có nơi tin cậy giúp doanh nghiệp quản lý tốt nguồn liệu đó, doanh nghiệp khơng cịn quan tâm đến sở hạ tầng, cơng nghệ mà tập trung vào cơng việc kinh doanh họ mang lại cho họ hiệu lợi nhuận ngày cao Thuật ngữ “cloud computing” đời bắt nguồn từ hồn cảnh Thuật ngữ “cloud computing” cịn bắt nguồn từ ý tưởng đưa tất thứ liệu, phần mềm, tính tốn, … lên mạng Internet Chúng ta khơng cịn trơng thấy máy PC, máy chủ riêng doanh nghiệp để lưu trữ liệu, phần mềm mà số “máy chủ ảo” tập trung mạng Các “máy chủ ảo” cung cấp dịch vụ giúp cho doanh nghiệp quản lý liệu dễ dàng hơn, họ trả chi phí cho lượng sử dụng dịch vụ họ, mà không cần phải đầu tư nhiều vào sở hạ tầng quan tâm nhiều đến công nghệ Xu hướng giúp nhiều cho công ty, doanh nghiệp vừa nhỏ mà khơng có sở hạ tầng mạng, máy chủ để lưu trữ, quản lý liệu tốt Xuất phát từ tồn này, kết hợp với ý tưởng, học viên lựa chọn, nghiên cứu, triển khai hệ thống dịch vụ hạ tầng Cloud Computing b) Mục đích nghiên cứu Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service (1) Tìm hiểu tổng quan Cloud Computing (khái niệm, kiến trúc, hoạt động, …); (2) Tìm hiểu kiến trúc hệ thống Cloud Computing – Infrastructure-as-a-service; (3) Tìm hiểu công nghệ triển khai hệ thống Cloud Computing – Infrastructure-as-a-service; (4) Tìm hiểu mơ hình triển khai hệ thống dịch vụ Cloud Computing – IaaS; c) Đối tượng nghiên cứu: - Đặc tính, kiến trúc ưu, nhược điểm hệ thống dịch vụ Cloud Computing – IaaS; - Nghiên cứu mơ hình triển khai hệ thống Cloud Computing tiêu chí cần cam kết việc cung cấp dịch vụ hạ tầng d) Phạm vi nghiên cứu - Tổng quan hệ thống Cloud Computing; - Kiến trúc hệ thống dịch vụ Cloud Computing - IaaS; - Các công nghệ triển khai hệ thống Cloud Computing - IaaS; - Mơ hình triển khai hệ thống dịch vụ Cloud Computing - IaaS sử dụng công nghệ VMware; e) Tóm tắt nội dung, kết thu Luận văn trình bày kết nghiên cứu, tìm hiểu khảo sát lý thuyết Cloud Computing, mơ hình cung cấp dịch vụ Cloud Computing (IaaS, PaaS, SaaS), luận văn bao gồm tìm hiểu số công nghệ triển khai hệ thống dịch vụ Cloud Computing sử dụng phổ biến Trên sở đó, lựa chọn cơng nghệ phù hợp đáp ứng tiêu chí hiệu năng, khả chịu lỗi, triển khai cung cấp dịch vụ Sau triển khai hệ thống dịch vụ Cloud Computing – IaaS dựa tảng công nghệ VMware từ đánh giá so sánh với giải pháp công nghệ khác Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service f) Phương pháp nghiên cứu Quá trình nghiên cứu chia thành phần lý thuyết thực nghiệm sau: - Tìm hiểu lý thuyết chung Cloud Computing; - Nghiên cứu mơ hình cung cấp dịch vụ Cloud Computing; - Nghiên cứu giải pháp công nghệ triển khai hệ thống dịch vụ Cloud Computing – IaaS; - Khảo sát lựa chọn công nghệ phù hợp để triển khai hệ thống; - Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – IaaS dựa tảng công nghệ lựa chọn - Xây dựng môi trường, kịch thử nghiệm, thu thập kết đánh giá hệ thống dịch vụ với giải pháp công nghệ khác; Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service (14) Tạo Fabric Group có tên “vSphere” nhập thông tin fabric administrator để thực kết nối (15) Tạo thuộc tính Machine prefixes 65 Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service (16) Khởi tạo thông tin Network profile cho dải mạng 66 Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service 67 Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service (17) Khởi Bussiness Group có tên “vCloud_Admin” Assign thành viên nhóm; lựa chọn machine prefixes “vRA” cấu hình bước trên: 68 Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service 69 Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service 70 Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service CHƯƠNG 4: THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 4.1 Thử nghiệm hệ thống kịch 4.1.1 Kịch thử nghiệm Mục tiêu: Triển khai kịch thử nghiệm tảng công nghệ Cloud VMware Microsoft Thực lặp lại tình đưa so sánh kết Tiến hành triển khai lần luợt node hypervisor sử dụng công nghệ VMware Microsoft máy chủ có cấu hình tiêu chuẩn: Thiết bị STT Cấu hình Số Vai trị lượng Processor: 2x Intel Máy chủ HP ProLiant DL 160 Gen Cung cấp tài nguyên CPU E5-2609 v0 2.4 GHz 01 ảo hóa tính tốn ảo hóa lưu trữ; RAM: 48 GB HDD: 500 GB Ta sử dụng tình sau để đánh giá kết đạt được: a) Tình 1: Thống kê số máy chủ khởi tạo với cấu hình tiêu chuẩn: STT Thơng số Giá trị Cấu hình 1 CPU vCPU RAM GB HDD 20 GB Hệ điều hành Centos Cấu hình CPU vCPU RAM GB 71 Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service HDD 40 GB Hệ điều hành Windows Server 2012 x86 b) Tình 2: Hiệu sử dụng CPU máy chủ có cấu hình tiêu chuẩn 2; c) Tình 3: Thống kê hiệu sử dụng RAM máy chủ có cấu hình tiêu chuẩn 2; d) Tình 4: Thống kê tốc độ đọc ghi liệu máy chủ có cấu hình tiêu chuẩn 2; e) Tình 5: Cấu hình máy chủ ảo cao khởi tạo Ta thực khởi tạo theo dõi trình thực hiện, kết quả, so sánh kết luận 4.1.2 Kết thử nghiệm theo tình a) Tình Lưu ý: Tỉ lệ overcommit CPU RAM 1:1 Bảng kết quả: Công nghệ Số lượng VMs cấp phát Cấu hình tiêu chuẩn Cấu hình tiêu chuẩn VMware 21 21 Microsoft 20 20 Nhận xét kết quả: - Số lượng VM cấp phát có khác tảng cơng nghệ, lý do: o Hypervisor Microsoft (hyper-V) theo khuyến nghị cần GB RAM để chạy ổn định; Trong VMware ESXi cần GB RAM o Công nghệ ổ cứng hỗ trợ cấp phát theo Thin Provisioning đảm bảo số VM khởi tạo 72 Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service b) Tình Kết quả: Kết sử dụng CPU máy chủ ảo tương đương, có sai lệch khơng đáng kể c) Tình - Kết quả: Kết sử dụng RAM máy chủ ảo tương đương, có sai lệch khơng đáng kể d) Tình - Bảng kết quả: Tốc độ đọc ghi HDD Cơng nghệ Block Cấu hình tiêu chuẩn Cấu hình tiêu chuẩn Random Random Random Random read write read write VMware 4K 221 IOPS 220 IOPS 218 IOPS 215 IOPS Microsoft 4K 186 IOPS 183 IOPS 192 IOPS 188 IOPS Nhận xét kết quả: - Tốc độ đọc ghi máy chủ ảo cài đặt tảng VMware nhanh thực kiểm thử cấu hình tiêu chuẩn, chạy hệ điều hành Linux Windows e) Tình Bảng kết quả: Cơng nghệ Cấu hình VM cao khởi tạo CPU: 8vCPU VMware RAM: 44 GB HDD: 480 GB 73 Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service CPU: 8vCPU Microsoft RAM: 40 GB HDD: 450 GB Bảng 1-1 Kết thử nghiệm tình Nhận xét kết quả: - Bộ xử lý Intel Xeon E5-2609 v0 có core thread, không hỗ trợ công nghệ Hyper threading Do vậy, CPU tối đa cấp phát cho VM 8vCPU tảng công nghệ Microsoft VMware 4.2 So sánh đánh giá kết Qua tình đưa, thấy giải pháp Cloud VMware đem đến hiệu sử dụng tốt giải pháp Microsoft Cụ thể như:  Hiệu sử dụng máy chủ ảo chạy tảng Linux sử dụng tảng VMware mang lại hiệu suất thực tác vụ công việc nhanh Đây phản ánh với chiến lược phát triển Microsoft, năm 2016 hãng Microsoft tham gia vào cộng đồng hỗ trợ ứng dụng, hệ điều hành Linux  Cơ chế chống trùng lặp file (de-duplicate) tỏ hiệu cài hệ điều hành máy ảo nhiên dung lượng file lưu trữ toàn VM tảng Windows nhiều  Cơ chế HA VMware tỏ vượt trội sử dụng tính FaulTolerance, giúp khơng có thời gian down-time (zero-downtime) thành phần hệ thống dịch vụ xảy cố;  Cơ chế Backup liệu VMware tỏ vượt trội đem đến khả restore file, thư mục xảy cố; 74 Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service  Ngoải ra, VMware đem đến khả recovery Site-to-site toàn Site gặp cố Rõ ràng với tình đưa, thơng tin nghiên cứu cho ta thấy việc lựa chọn giải pháp VMware việc phát triển hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure mang đến nhiều lợi ích cho nhà cung cấp dịch vụ 75 Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Các kết trình bày luận văn là: - Về lý thuyết: o Nghiên cứu lý thuyết Cloud Computing: Làm rõ khái niệm, phân lớp cần có hệ thống Cloud Computing o Nghiên cứu làm rõ mơ hình cung cấp dịch vụ Cloud Computing:  Infrastructure as a Service;  Platform as a Service;  Software as a Service o Nghiên cứu làm rõ mơ hình triển khai hệ thống dịch vụ Cloud Computing:  Private Cloud;  Public Cloud;  Hybrid Cloud o Nghiên cứu giải pháp cơng nghệ thương mại triển khai hệ thống Cloud Computing: VMware, Microsoft, IBM o Nghiên cứu Kiến trúc hệ thống thành phần để triển khai hệ thống Cloud Computing – Infrastructure as a service, đặc trưng cần có - Về thực nghiệm: o Thực thiết kế hệ thống High Level Design Low Level Design; o Tối ưu hóa hệ thống:  Hệ thống mạng: Chuyển mạch vật lý, chuyển mạch mơi trường ảo hóa;  Hệ thống máy chủ: Lựa chọn dòng máy chủ hiệu cao, cấu hình tỉ lệ overcommit, tối ưu bios, …;  Hệ thống tính tốn: Tối ưu khả cấp phát tài nguyên CPU, RAM, ; 76 Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service  Hệ thống lưu trữ: Tối ưu khả đồng liệu, trình cấu hình vSAN, …; o Cài đặt, triển khai hệ thống ảo hóa VMware vSphere; o Cài đặt, triển khai hệ thống ảo hóa mạng VMware NSX; o Cài đặt triển khai hệ thống ảo hóa VMware vCenter; o Khởi tao, cấp phát máy chủ ảo, mạng ảo mơi trường ảo hóa VMware; o Cài đặt triển khai hệ thống xác thực tập trung Active Directory o Cài đặt triển khai hệ thống CSDL tập trung; o Cài đặt triển khai hệ thống OpenVPN; o Cài đặt triển khai hệ thống vRealize Automation; o Cài đặt triển khai hệ thống vRealize Bussiness Cloud; o Cài đặt triển khai hệ thống Infrastructure as a Serivce máy chủ thành phần; o Tích hợp hệ thống thành phần Active Directory, Database, vCenter Server, vRealize Automation, … - Những khó khăn khắc phục thực được: o Khó khăn q trình tiếp cận cơng nghệ vRealize Suite 7: công nghệ năm 2017, nhiều mẻ thiếu đội ngũ chuyên gia cộng đồng công nghệ Việt Nam; o Quá trình khắc phục cố, tối ưu hệ thống phải chủ động hỏi đội ngũ phát triển hãng bên VMware US để tìm hướng xử lý; Luận văn nghiên cứu, hoàn thiện xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service tảng công nghệ VMware Trong tương lai cần nghiên cứu, nâng cấp mơ hình cung cấp dịch vụ lớp cao Platform-as-aservice; Software-as-a-service./ 77 Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service 78 Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Cloud Computing: Concepts, Technology & Architecture (The Prentice Hall Service Technology Series from Thomas Erl) 1st Edition, October 2014 by Thomas Erl, Ricardo Puttini, Zaigham Mahmood [2] Architecting the Cloud: Design Decisions for Cloud Computing Service Models (SaaS, PaaS, and IaaS) 1st Edition, 2014 by Michael J Kavis [3] Cloud Computing Design Patterns (The Prentice Hall Service Technology Series from Thomas Erl) 1st Edition, June 2015 by Thomas Erl, Robert Cope [4] OpenStack Cloud Computing Cookbook - Third Edition Paperback – August 19, 2015 by Kevin Jackson, Cody Bunch, Egle Sigler [5] Virtualization and Private Cloud with VMware Cloud SuiteMar 3, 2017 by Lee Chao [6] VMware vRealize Automation Handbook: Implementing Cloud Management in the Enterprise EnvironmentNov 2, 2015 by Dr Guido Soeldner and Jens-Henrik Soeldner 79 ... dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service Hình - Tương quan thành phần lớp dịch vụ IaaS, PaaS, SaaS a) Dịch vụ hạ tầng IaaS (Infrastructure as a Service) Dịch vụ IaaS... Quốc Báu Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT IaaS Infrastructure as a Service PaaS Platform as a Service SaaS Software as a Service NSX... 44 Xây dựng hệ thống dịch vụ Cloud Computing – Infrastructure as a service CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG DỊCH VỤ CLOUD COMPUTING – INFRASTRUCTURE AS A SERVICE 3.1 Mơ hình hệ thống triển khai Hệ thống