Tìm hiểu về điện toán đám mây và triển khai dịch vụ trên điện toán đám mây

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY VÀ TRIỂN KHAI DỊCH VỤ TRÊN ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thanh Hùng MSSV : 0851079038 Lớp : 49K – CNTT Giáo viên hướng dẫn: ThS. Lê Văn Tấn Nghệ An, tháng 12 năm 2012 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thiện đồ án này đầu tiên tôi gửi lời cảm ơn đến lãnh đạo khoa Khoa Công Nghệ Thông Tin - Đại học Vinh, toàn thể các thầy cô giáo đã tận tình giảng dạy trang bị cho tôi những kiến thức quý báu trong suốt quá trình học tập và rèn luyện tại trường. Đặc biệt tôi gửi lời cảm ơn chân thành đến Giảng viên hướng dẫn Th.S Lê Văn Tấn đã hết lòng giúp đỡ, hướng dẫn, cung cấp các tài liệu, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn cán bộ và nhân viên Doanh nghiệp tư nhân Tin học Thương mại Dũng Diệu đã tạo điều kiện giúp đỡ, chỉ bảo, hướng dẫn tận tình cho tôi trong quá trình tìm hiểu thực hành tại Doanh nghiệp. Trong thời gian làm việc thực hành tại Doanh nghiệp, tôi không những học hỏi được nhiều kiến thức bổ ích về lập trình, phần cứng và các hệ thống mạng giúp ích cho công việc hoàn thành đồ án mà còn học được tinh thần làm việc, thái độ làm việc trong môi trường thực tế Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, cha mẹ, bạn bè vì đã luôn là nguồn động viên to lớn, giúp đỡ con vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình học tập, và làm việc. Mặc dù đã cố gắng hoàn thành đề tài với tất cả nổ lực của bản thân nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong thầy cô nhận được sự cảm thông và nhận được sự đóng góp của quý thầy cô và các bạn. Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn! Vinh, năm 2012. Sinh viên: Nguyễn Thanh Hùng Nguyễn Thanh Hùng – 49K – Khoa CNTT 2 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 1 MỤC LỤC 2 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 4 MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 3 1.1. KHÁI NIỆM VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 3 1.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 4 1.3. CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY .4 1.4. SO SÁNH VỚI CÔNG NGHỆ KHÁC 5 1.5. MÔ HÌNH KIẾN TRÚC ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 6 1.5.1. Thành phần .6 1.5.2. Mô hình kiến trúc 6 1.5.2.1. Tầng ứng dụng (Application) .6 1.5.2.2. Tầng nền tảng (Platform) 7 1.5.2.3. Tầng cơ sở hạ tầng (Infrastructure) 9 1.6. CÁC MÔ HÌNH TRIỂN KHAI .10 1.6.1. Đám mây công cộng .10 1.6.2. Đám mây riêng .10 1.6.3. Đám mây cộng đồng .11 1.7. CÁC KỸ THUẬT TRONG ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY .11 1.8. LƯU TRỮ TRONG ĐÁM MẤY 12 1.9. CÁC VẤN ĐỀ CẦN QUAN TÂM .13 1.9.1. Bảo mật an toàn 13 1.9.2. Sự tuân thủ các quy định 13 1.9.3. Tác động của môi trường .13 1.10. CÁC ỨNG DỤNG ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY TIÊU BIỂU 13 1.10.1. Google App Engine .13 1.10.2. Windows Azure 14 1.10.3. Amazon Web Services 14 CHƯƠNG 2. CÁC DỊCH VỤ TRÊN NỀN ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 15 2.1. DỊCH VỤ THEO MÔ HÌNH TRUYỀN THỐNG 15 2.2. DỊCH VỤ TRÊN MÔ HÌNH ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY .16 2.2.1. Kiến trúc hệ thống 16 2.2.2. Đặc điểm hoạt động của hệ thống của điện toán đám mây .17 2.2.2.1. Sự an toàn .17 2.2.2.2. Độ tin cậy 18 2.3. ĐÁNH GIÁ ƯU NHƯỢC ĐIỂM 18 2.3.1.1. Ưu điểm 18 2.3.1.2. Nhược điểm 19 CHƯƠNG 3. TRIỂN KHAI HẠ TẦNG TRÊN NỀN ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 20 3.1. KHẢO SÁT VÀ PHÂN TÍCH NHU CẦU .20 Nguyễn Thanh Hùng – 49K – Khoa CNTT 3 3.2. THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG 21 3.2.1. Mô hình thực tế .21 3.2.2. Mô hình giả lập .23 3.3. TRIỂN KHAI CÀI ĐẶT MÔ HÌNH HỆ THỐNG .23 3.3.1. Cài đặt Microsoft Deployment Toolkit (MDT) .23 3.3.1.1. Tạo thư mục chung .24 3.3.1.2. Bổ sung thêm các hệ điều hành 24 3.3.1.3. Xây dựng chuỗi nhiệm vụ (task sequence) 25 3.3.1.4. Cấu hình Task Sequences .27 3.3.1.5. Cập nhập cho thư mục chung .27 3.4. CÀI ĐẶT GÓI DỊCH VỤ WINDOWS DEPLOYMENT SERVICES 27 3.4.1. Cấu hình Windows Deployment Services 28 3.4.2. Bổ sung các file ảnh thực thi 28 3.5. CÀI ĐẶT SYSTEM CENTER VIRTUAL MACHINE MANAGER 28 3.5.1. Cài đặt Microsoft center virtual machine manager Self-Service Portal (SSP) 29 3.6. THIẾT LẬP TÀI KHOẢN .30 3.6.1. Yêu cầu cơ sở hạ tầng .32 3.6.2. Tạo máy ảo 38 3.6.3. Phân quyền sử dụng 40 3.7. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ HOẠT ĐỘNG .41 KẾT LUẬN 43 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 SÁCH THAM KHẢO: .44 NHÂN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 45 Nguyễn Thanh Hùng – 49K – Khoa CNTT 4 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT NIST National Institute of Standards and Technology SaaS Software as a Service SOA Service Oriented Architecture PaaS Platform as a Service IaaS Instructure as a Service WAN Wide Area Network VM Virtual Machine API Application Programming Interface SAN Storage Area Network SSH Secure Shell AWS Amazon Web Services API Application Programming Interface QoS Quality of Service SCVMM System Center Virtrual Machine Manager SCVMMSPP System Center Virtrual Machine Manager Self-Service Portal Nguyễn Thanh Hùng – 49K – Khoa CNTT 5 Đồ án tốt nghiệp Đại học MỞ ĐẦU Trong vài năm qua, Công nghệ thông tin đã bắt đầu với mô hình mới Điện toán đám mây. Mặc dù điện toán đám mây chỉ là một cách khác để cung cấp các tài nguyên máy tính, chứ không phải là một công nghệ mới, nhưng nó đã châm ngòi một cuộc cách mạng trong cách cung cấp thông tin và dịch vụ của các tổ chức. Lúc đầu các loại máy tính lớn, có cấu hình mạnh triển khai lưu trữ dữ liệu, chạy các ứng dụng trên mô hình khách - chủ. Đệ có được một máy chủ có cấu hình theo ý muốn và các phần mềm chạy trên máy chủ đó người ta phải bỏ ra chi phí rất lớn. Chi phí về lắp đặt, nâng cấp, phòng máy, điều hòa nhiệt độ cho phòng máy chủ.vv Tính linh hoạt của điện toán đám mây là một chức năng phân phát tài nguyên theo yêu cầu. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng các tài nguyên tích lũy của hệ thống. Trước điện toán đám mây, các trang web và các ứng dụng dựa trên máy chủ đã được thi hành trên một hệ thống cụ thể. Với sự ra đời của điện toán đám mây, các tài nguyên được sử dụng như một máy tính ảo. Cấu hình hợp nhất này cung cấp một môi trường ở đó các ứng dụng thực hiện một cách độc lập mà không quan tâm đến bất kỳ cấu hình cụ thể nào. Ngoài ra điện toán đám mây, làm giảm một số các khoản chi tiêu bắt buộc kết hợp với việc quản lý nguồn tài nguyên khác nhau trên toàn doanh nghiệp cụ thể nào đó. Cuối cùng, các mô hình điện toán đám mây cung cấp sự linh hoạt trong kinh doanh. Nhờ khả năng điều chỉnh hoặc mở rộng các doanh nghiệp có thể đáp ứng dễ dàng hơn khi nhu cầu về hạ tầng thay đổi. Lý do chọn đề tài - Trong bối cảnh kinh tế suy thoái như hiện nay tại Việt Nam, các doanh nghiệp vừa và nhỏ đang gặp rất nhiều khó khăn trong việc lựa chọn và sử dụng giải pháp CNTT từ các đơn vị cung cấp các dịch vụ như email, web, hosting, lưu trữ,… Ngay cả khi tự xây dựng 1 bộ phận IT chuyên phục vụ và đáp ứng nhu cầu riêng, doanh nghiệp vẫn gặp phải những vấn đề như chi phí mua, xây dựng cơ sở hạ tầng, đào tạo nhân lực, tuyển dụng, trả lương và duy trì đội ngũ IT… Việc sử dụng mô hình điện toán đám mây theo hướng dịch vụ (Dùng bao nhiêu trả bấy nhiêu) có thể giúp doanh nghiệp giải quyết hầu hết những khó khăn đó. Nguyễn Thanh Hùng – 49K – Khoa CNTT 1 Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục đích nghiên cứu - Tìm hiểu về điện toán đám mây. - Triển khai công nghệ điện toán đám mây trên môi trường giả lập sử dụng phần mềm Microsoft System Center Virtual Machine Manager. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu mô hình cung cấp dịch vụ truyền thống và mô hình điện toán đám mây. - Nghiên cứu triển khai ứng dụng trên mô hình điện toán đám mây. Phương pháp nghiên cứu - Tìm hiểu các tài liệu liên quan về điện toán đám mây và các dịch vụ được cung cấp trên nên điện toán đám mây. - Triển khai thực nghiệm trên môi trường ảo Hyper-V để kiểm chứng lý thuyết đã nghiên cứu được. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Các giải pháp điện toán đám mây cho phép ứng dụng, tiện ích công nghệ được cung cấp như một dịch vụ và thuận tiện cho người dùng. - Điện toán đám mây (Thuật ngữ tiếng Anh: Cloud Computing, hay còn biết đến với tên gọi “Điện toán máy chủ ảo”) là mô hình máy tính dựa trên nền tảng phát triển của Internet. Nguyễn Thanh Hùng – 49K – Khoa CNTT 2 Đồ án tốt nghiệp Đại học CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 1.1. KHÁI NIỆM VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY Đám mây (cloud) là một mô hình mà mọi thông tin đều được lưu trữ, tính toán, xử lý trong các máy chủ đặt trên Internet. Do đó, điện toán đám mây được hiểu như cách thức áp dụng các kỹ thuật điện toán dựa trên Internet. Người sử dụng có thể làm việc với các thông tin đó mà không cần phải hiểu biết về công nghệ, kỹ thuật và hạ tầng cơ sở của đám mây, Khách hàng sẽ không còn lo ngại về các kiến thức chuyên môn để điều khiển công nghệ, máy móc và cơ sở hạ tầng, mà tại đây các chuyên gia trong “đám mây” của các nhà cung cấp sẽ giúp thực hiện điều đó. Thuật ngữ "đám mây" ở đây là lối nói ẩn dụ chỉ mạng Internet và liên tưởng về độ phức tạp của các cơ sở hạ tầng ở bên trong. Ở mô hình điện toán, mọi lĩnh vực liên quan đến công nghệ thông tin đều được cung cấp dưới dạng các "dịch vụ", nó cho phép khách hàng truy cập vào các dịch vụ của một nhà cung cấp nào đó "trong đám mây" mà không cần phải có các kiến thức, kinh nghiệm về công nghệ, cũng như không cần quan tâm đến các cơ sở hạ tầng bên trong. Tài nguyên, dữ liệu, phần mềm và các thông tin liên quan đều được quản lý trên các máy chủ ảo (chính là các “đám mây”). “Ứng dụng điện toán đám mây” là những ứng dụng trực tuyến trên Internet. Trình duyệt là giao diện ứng dụng vận hành còn dữ liệu được lưu trữ và xử lý ở máy chủ của nhà cung cấp ứng dụng đó. Điện toán đám mây tính toán, sử dụng phần mềm, truy cập dữ liệu và dịch vụ lưu trữ mà khách hàng không cần biết vị trí địa lý và cấu hình của hệ thống cung cấp dịch vụ. Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ (NIST) đã đưa ra nghĩa định nghĩa cụ thể: “Điện toán đám mây là một mô hình cho phép ở một vị trí thuận tiện, khách hàng có thể truy cập mạng theo yêu cầu và được chia sẻ tài nguyên máy tính (mạng, máy chủ, lưu trữ, ứng dụng và dịch vụ) được nhanh chóng từ nhà cung cấp. Trong trường hợp xấu nhất thì cũng phải cung cấp dịch vụ hoạt động ở mức cao nhất”. Hiểu theo cách khác, điện toán đám mây là sự thực hiện kết hợp nhiều công nghệ hiện có (SOA-Service Oriented Architecture - Kiến trúc hướng dịch vụ) với những ý tưởng mới để tạo ra một giải pháp công nghệ thông tin đầy đủ. Nguyễn Thanh Hùng – 49K – Khoa CNTT 3 Đồ án tốt nghiệp Đại học Với những ưu điểm trên việc áp dụng mô hình điện toán đám mây là một hướng lựa chọn tất yếu trong tương lai. 1.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY Khái niệm về điện toán đám mây xuất hiện từ những năm 1960 trở lại đây, khi John McCarthy phát biểu rằng “một ngày nào đó tính toán được tổ chức như một tiện ích công cộng”. Các đặc điểm của điện toán đám mây tạo ra như khả năng co giản, cung cấp như một tiện ích trực tuyến, với khả năng xem như vô hạn. Thuật ngữ “Điện toán đám” mây xuất hiện bắt nguồn từ ứng dụng “Điện toán lưới” (grid computing) trong thập niên 1980, tiếp theo là “Điện toán theo nhu cầu” (utility computing) và “Phần mềm dịch vụ” (SaaS). Amazon đã góp vai trò quan trọng trong sự phát triển của điện toán đám mây bằng cách hiện đại hóa trung tâm dữ liệu. Hầu hết các mạng máy tính được tạo ra khi sử dụng ít nhất là 10% năng lực của nó tại một thời điểm. Với kiến trúc điện toán đám mây giúp tối ưu năng lực làm việc của máy chủ. Amazon bắt đầu phát triển sản phẩm để cung cấp điện toán đám mây cho khách hàng và tung ra: Amazon Web Services (AWS) như một tiện ích máy tính. Trong năm 2007, Google, IBM và một số trường đại học bắt tay vào nghiên cứu dự án điện toán đám mây với quy mô lớn. Vào đầu năm 2008, Eucalyptus đã trở thành mã nguồn mở đầu tiên cho AWS API, nên tảng tương thích cho việc triển khai các đám mây riêng tư. Đầu năm 2008, OpenNebula tài trợ dự án kho lưu trữ và trở thành phần mềm mã nguồn mở đầu tiên triển khai đám mây riêng, đám mây lai và liên đoàn các đám mây. Trong năm đó, những nỗ lực đã được tập trung vào việc cung cấp chất lượng dịch vụ (QoS) để đảm bảo đám mây hoạt động, thuộc dự án của ủy ban IRMOS tài trợ. Đến giữa năm 2008, Gartner nhận thấy tiềm năng của điện toán đám mây có thể được đưa ra làm dịch vụ cung cấp cho khách hàng. 1.3. CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY Mô hình điện toán đám mây có những đặc điểm sau: - Sự linh động (Agility) giúp người dùng nhanh chóng sử dụng dịch vụ và không tốn kém đầu tư vào xây dựng cơ sở hạ tầng. - Giao diện lập trình ứng dụng (Application Programming Interface - API) giúp người lập trình tiếp cận và tương tác với phần mềm đám mây thông qua giao diện sử dụng. Nguyễn Thanh Hùng – 49K – Khoa CNTT 4 Đồ án tốt nghiệp Đại học - Chi phí (Cost) giảm được đáng kể khi sử dụng đám mây công cộng, chi phí vốn để xây dựng cơ sở hạ tầng có thể chuyển qua cho hoạt động khác. Điều này bỏ qua rào cản thuế quan, tại đây cơ sở hạ tầng được cung cấp bởi bên thứ ba và không cần phải mua luôn một lần để tính toán hay sử dụng công việc không thường xuyên tính toán chuyên sâu. - Độc lập về vị trí và thiết bị (Device and location independence) cho phép người dùng truy cập hệ thống với bất kỳ nơi đâu và trình duyệt nào, ở bất kì vị trí nào từ những thiết bị đang sử dụng như máy tính hay thiết bị di động. Khi cơ sở hạ tầng được cung cấp bởi bên thứ ba thì khách hàng có thể truy cập thông qua Internet. - Cho phép chia sẻ các nguồn tài nguyên và tính chi phí khi sử dụng cho nên:  Tập trung đầu tư được cơ sở hạ tầng.  Chia sẻ để tăng hiệu suất hoạt động.  Cải tiến hệ hiệu suất hệ thống. - Độ tin cậy (Reliability) sẽ được cải tiến thông qua những góp ý của khách hàng giúp điện toán đám mây được hoàn thiện, thiết kế phù hợp cho việc kinh doanh và khắc phục những lỗi ảnh hưởng tới hệ thống và khách hàng. - Khả năng mở rộng (Scalability) thông qua việc cung cấp động có thể mở rộng tùy theo yêu cầu của khách hàng. - Bảo mật (Security) có thể tập trung dữ liệu, gia tăng các hình thức bảo mật. Các mối quan tâm như: mất quyền kiểm soát những dữ liệu nhạy cảm và thiếu bảo mật tại nơi lưu trữ dữ liệu. Bảo mật luôn được đặt lên hàng đầu, đây là nhiệm vụ an ninh phía bên nhà cung cấp phải đạm bảo khi khách hàng sử dụng. Nhà cung cấp thường xuyên ghi nhật kí truy cập, để theo dõi và quản lí. - Bảo trì (Maintenance) ứng dụng điện toán đám mây dễ dàng thực hiện công việc này nếu chúng không được cài đặt trên mỗi máy tính của mỗi người dùng. 1.4. SO SÁNH VỚI CÔNG NGHỆ KHÁC Điện toán đám mây xuất hiện kèm theo nhiều đặc tính của công nghệ, nên không thể nhầm lẫn với một số công nghệ sau:  Autonomic computing là hệ thống máy tính có khả năng tự quản lí.  Mô hình Khách-chủ (Client-Server model) tính toán theo hình thức client- server được phổ biến rộng rãi cho bất kì ứng dụng phân tán nào, để phân Nguyễn Thanh Hùng – 49K – Khoa CNTT 5