CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU BỘ CÔNG CỤ OPENNEBULA VÀ
3.1. Hạn chế của điện toán lưới
Trong thập kỷ gần đây, chúng ta đã chứng kiến sự hợp nhất của vài nền tảng điện toán lưới đã đạt được mức độ vô hình của việc chia sẻ tài nguyên.
Mặc dù thành công này, điện toán lưới hiện nay bị trở ngại một số hạn chế, cụ thể là:
+ Gia tăng chi phí và thời gian phát triển và quay vòng ứng dụng. Một ứng dụng mới phải được kiểm thử trong một loạt các môi trường nơi mà các nhà phát triển bị giới hạn các khả năng cấu hình.
+ Giới hạn về số lượng tài nguyên có sẵn tới mỗi ứng dụng. Thông thường, một tổ chức ảo (VO) yêu cầu một cấu hình phần mềm cụ thể, vì vậy một ứng dụng có thể chỉ được thực thi trên các site này nơi mà hỗ trợ VO.
Hơn nữa các tài nguyên dành cho mỗi VO trong một site thường là cố định và không thể thích nghi với tải của VO.
+ Gia tăng chí phí hoạt động của cơ sở hạ tầng. Việc triển khai, bảo trì và phân phối các cấu hình khác nhau yêu cầu chuyên môn, tốn thời gian và dễ bị các lỗi thủ tục. Thậm chí tồi tệ hơn, các tổ chức mới tham gia vào một nền tảng điện toái lưới cần phải cài đặt và cấu hình ngăn xếp middleware.
3.2. Ƣu điểm của công nghệ ảo hóa và điện toán đám mây
Nền tảng điện toán lưới cung cấp giao diện API và dịch vụ thông dụng mà làm cho nó có thể tận dụng các nguồn tài nguyên phân phối mà không cần phải thay đổi các ứng dụng. Tuy nhiên, tính đồng nhất này không thể mở rộng các tài nguyên tính toán cơ bản, nơi người dùng bị đặt vào các sự phức tạp trong môi trường tính toán, làm rắc rối các ứng dụng và tăng tỷ lệ lỗi.
Các công nghệ ảo hóa phát triển nhanh chóng qua một vài năm, cung cấp cơ chế để cung cấp các tùy chỉnh, thống nhất các môi trường cho ngươi dùng. Sự linh hoạt bổ sung đi kèm với chi phí không đáng kể về sử dụng năng lượng, băng thông mạng và I/O ổ cứng với các hệ thống hiện đại. Sử dụng các công nghệ lưới kết hợp với ảo hóa sẽ cho phép điện toán lưới cung cấp các người dùng với một môi trường máy tính đồng nhất, đơn giản hóa các ứng dụng và giảm lỗi.
Song song với sự trưởng thành nhanh chóng của ảo hóa, công nghệ điện toán đám mây đã xuất hiện, như đã trình bày ở các chương trước. Các công nghệ này cho phép người dùng phân bổ các tài nguyên tính toán một cách tự động và xác định các đặc tính đối với các nguồn tài nguyên được phân bổ. Sự hợp nhất của các công nghệ điện toán lưới và điện toán đám mây sẽ cung cấp một môi trường tính toán năng động và linh hoạt hơn cho các nhà phát triển ứng dụng điện toán lưới.
Trong tính toán, một “đám mây” thường đề cập đến một đám mây
“Nền tảng như một dịch vụ”(IaaS), như Amazon EC2, nền tảng IT được triển
khai trong các trung tâm dữ liệu của nhà cung cấp theo hình thức của máy ảo.
Điện toán đám mây cho phép việc triển khai toàn bộ nên tảng IT mà không cần lo lắng chi phí vốn, thanh toán cho khả năng được dùng. Lý thuyết mở rộng tài nguyên mới này được giới thiệu đáp ứng tốt hơn tới việc thay đổi nhu cầu tính toán, cho phép tăng hay giảm khả năng để đáp ứng các nhu cầu dịch vụ lúc cao điểm hay biến động.
Với sự phổ biến nhanh chóng của các đám mây IaaS, một hệ thống gồm các công cụ và các công nghệ xuất hiện để có thể sử dụng để chuyển đổi cơ sở hạ tầng hiện có của một tổ chức vào một đám mây riêng, vì vậy cung cấp một đám mây riêng IaaS năng động và linh hoạt để chạy các dịch vụ được ảo hóa.
Các đám mây riêng cũng có thể hỗ trợ một mô hình đám mây lai bằng cách bổ sung cơ sở hạ tầng của chính nó với khả năng tính toán từ một đám mây công cộng bên ngoài. Một đám mây riêng/lai có thể cho phép truy cập từ xa tới các tài nguyên của chúng qua mạng Internet dùng các giao diện từ các đám mây chung hay nói khác đi là tuân theo các chuẩn chung và chuẩn của các đám mây công cộng đã có, như các giao diện dịch vụ web được dùng trong Amazon EC2, do đó làm cho chúng thành một đám mây công cộng.
Các công nghệ điện toán đám mây và ảo hóa cũng cung cấp các lợi ích khác tới các quản trị của trung tâm tài nguyên, như việc di trú của các dịch vụ mà không làm gián đoạn dịch vụ, cân bằng tải hay việc triển khai các máy chủ dự phòng. Giảm chi phí cho việc quản lý tài nguyên là lợi ích ngay lập tức cho người dùng.
Tóm lại, công nghệ đám mây và ảo hóa có thể áp dụng để mở rộng các nền tảng điện toán lưới đang tồn tại và trong tương lai.
3.3. Kiến trúc tăng cường hạ tầng tính toán lưới
Các nền tảng điện toán lưới có thể khắc phục các hạn chế này và có thể được mở rộng theo vài cách thông quá việc sử dụng các thành phần điện toán đám mây. Tuy nhiên, chúng ta phải nhớ rằng các kỹ thuật điện toán lưới, các chính sách và các thủ tục là kết quả trong nhiều năm của việc nghiên cứu, phát triển và hoạt động. Vì vậy, chúng ta sẽ đề xuất hướng giải quyết và không mang tính cách mạng, các bước trong việc phát triển cơ sở hạ tầng nghiên cứu tốt hơn. Các giải pháp được đưa ra trên cơ sở nghiên cứu các mô hình triển khai khả thi của Stratuslab và OpenNebula nêu ở chương 3.
Các giải pháp này chúng ta sẽ tiếp cận như sau:
+ Ảo hóa các site điện toán lưới: Việc tích hợp của các công nghệ điện toán đám mây riêng và các dịch vụ, đặc biệt là ảo hóa vào trong các cơ sở hạ tầng điện toán lưới đang tồn tại sẽ tăng cường các giải pháp chịu lỗi và dự phòng và tính năng di trú máy ảo cho phép cân bằng tải một cách linh họa và tiết kiệm năng lượng. Việc ảo hóa một site điện toán lưới sẽ cho phép việc cung cấp động cho các nút đang làm việc đáp ứng nhu cầu của người dùng.
Giải pháp này sẽ sử dụng vài tài nguyên cần thiết từ nhà cung cấp trong các nền tảng điện toán lưới đang tồn tại, người dùng sẽ được lợi trực tiếp thông qua việc tăng sự ổn định, đáng tin cậy và mạnh mẽ hơn của cơ sở hạ tầng.
+ Phân phối IaaS trong các site điện toán lưới: Việc cung cấp cơ sở hạ tầng dùng việc phân phối giống đám mây được thêm vào các dịch vụ điện toán lưới đang có. Các chuẩn giao tiếp đám mây công cộng sẽ cung cập một cách truy cập khác tới các tài nguyên site điện toán lưới để hỗ trợ việc thực thi của các ứng dụng trong máy ảo. Các chuẩn giao tiếp mới sẽ bổ sung các dịch vụ điện toán lưới đang tồn tại, cung cấp một cách mới để truy cập tới cơ sở hạng tầng của site điện toán lưới mà không thay đổi chức năng điện toán lưới.
Trong trường hợp này, người dùng sẽ được lợi từ ý tưởng này theo mô hình cung cấp tài nguyên cho các site điện toán lưới.
+ Mở rộng các site điện toán lưới: Dùng các công nghệ điện toán lai mở rộng tính sẵn sàng các tài nguyên tính toán cho các site điện toán đám mây bằng cách sử dụng các đám mây nội tại. Giải pháp này dễ dàng tăng cường năng lực cho các nhà cung cấp tài nguyên trong các cơ sở hạ tầng điện toán lưới đang tồn tại, cho phép họ phản ứng nhanh chóng với tình trạng cao điểm.
Người dùng sẽ được hưởng lợi trực tiếp qua khả năng tăng năng lực của cơ sở hạ tầng theo yêu cầu.
+ Liên kết các lưới và các đám mây: Các cụm ảo hay lưới, cũng như các nút riêng lẻ, có thể được triển khai trong các đám mây công cộng để truy cập được từ các cơ sở hạ tầng của điện toán lưới hiện tại dùng một bộ chuyển.
Cách này, chúng ta sẽ có một cơ sở hạ tầng được liên kết với các tài nguyên vật lý được cung cấp tĩnh (với việc chia sẻ truy cập) từ điện toán lưới được bổ sung với các tài nguyên ảo được cung cấp một cách tự động từ các đám mây khi cần thiết để đáp ứng một yêu cầu về chất lượng SLA (service level agreement). Kỹ thuật này cho phép việc cung cấp các tài nguyên đám mây từ các cơ sở hạ tầng điện toán lưới mà không cần bất kỳ thay đổi nào.
Các giải pháp trên, dựa trên các kỹ thuật điện toán đám mây và ảo hóa, sẽ cung cấp tính linh hoạt, tiết kiệm năng lượng tới các site lưới và sẽ tối ưu hóa tiện ích của các tài nguyên lưới cho cộng đồng người dùng hiện tại. Ba giải pháp đầu tiên có thể được xem như sự tiến hóa tự nhiên của một site lưới, đầu tiên trở thành một đám mây riêng rồi đến một đám mây công cộng và cuối cùng là một đám mây lai. Giải pháp thứ bốn nhắm đến liên kết các site lưới và các tài nguyên đám mây.
StratusLab được tạo ra để đánh giá sự trưởng thành của công nghệ điện toán đám mây hiện tại và dịch vụ ảo hóa để mở rộng cơ sở hạ tầng điện toán lưới, thúc đẩy lợi ích của ảo hóa và điện toán đám mây cho cộng đồng điện toán lưới mà cơ sở hạ tầng điện toái lưới không thay đổi.
3.3. Ảo hóa các site lưới
Nhu cầu tài nguyên của cộng đồng máy tính là vạn biến, vì vậy rất khó có thể đáp ựng được các nhu cầu này. Các nhà cung cấp tài nguyên cần các giải pháp cơ sở hạ tầng, được kiểm soát bởi các quản trị viên của site để đáp ứng như cầu cao điểm trong cụm của họ. Câu trả lời điện toán lưới thông thường là chia sẻ để giảm tình trạng cao điểm. Hơn nữa, để đáp ứng các yêu cầu của người dùng, điện toán lưới phải có thể dễ dàng phân bổ và tái phân bổ tài nguyên của nó. Đây là vấn đề với việc thực hiện điện toán lưới hiện tại, hạn chế bởi sự lựa chọn công nghệ của nó. Hầu hết người dùng điện toán lưới yêu cầu một môi trường cài đặt một cách cẩn thận để chạy,… thực thi hệ thống, các thư viện, các ứng dụng và các hệ thống chia sẻ file để mà buộc người quản trị phải đáp ứng các nhu cầu này cho một VO cho trước, để chạy một cách thành công trên các tài nguyên của họ.
Công nghệ hứa hẹn nhất để cung cấp cho VO với việc tùy chỉnh mô trường là ảo hóa. Các cải tiến hiệu suất đáng kể trong công nghệ ảo hóa có thể được thực hiện thử nghiệm với máy ảo như các khối cơ bản cho các nền tảng tính toán. Ảo hóa cung cấp một giải pháp hấp dẫn vì nó hoàn toàn phân tách máy chủ chứa máy ảo (máy host) (dưới sự điều khiển của các quản trị viên hệ thống của các nhà cung cấp tài nguyên) và các máy ảo chạy hệ điều hành người dùng.
Ảo hóa một site điện toán lưới dùng các công nghệ điện toán đám mây riêng, như hình 19, sẽ cho phép nó đáp ứng được sự thay đổi nhu cầu của
người dùng, bằng cách thích ứng và tùy chỉnh cơ sở hạ tầng để cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu bởi cộng đồng ứng dụng. Điều này sẽ cho phép cơ sở hạ tầng điện toán lưới tối đa hóa các tiện ích của tài nguyên, hỗ trợ tốt hơn việc chia sẻ tài nguyên giữa các cộng đồng. Để làm được việc này, máy ảo phải được khởi tạo để chạy một công việc điện toán lưới nhất định. Kể từ khi API đám mây thực sự hỗ trợ khả năng khởi tạo tự động máy ảo, từ một lượng ảnh ảo, việc này có thể đượ c quản lý các ảnh ảo được người dùng định nghĩa, một khi các API điện toán lưới cho phép các thông tin sẽ truyền từ người dùng đến bộ quản lý tài nguyên.
Các phần ở trên đã nhấn mạnh rằng việc sử dụng ảo hóa trong môi trường điện toán lưới cải thiện hiệu quả, tính linh hoạt và tính bền vững của các sản phẩm điện toán lưới hiện tại. Ví dụ, các công nghệ điện toán đám mây riêng sẽ giúp các trang web củng cố các dịch vụ điện toán lưới trên lượng tài nguyên vật lý thấp hơn, số lượng các hệ thống vật lý hoạt động ít hơn và việc quản trị dễ dàng hơn, năng lượng và các yêu cầu làm mát cũng ít hơn. Hiệu quả năng lượng là một vấn đề cho việc nghiên cứu cơ sở hạ tầng ngày nay.
Hình 19. Ảo hóa một site điện toán lưới
Tóm lại, điện toán lưới có thể tận dụng các lợi thế của ảo hóa, không chỉ bằng cách mở rộng các lợi ích của các máy ảo để xây dựng cụm,…, hợp nhất hay cung cấp nhanh chóng tài nguyên, mà còn duy trì lợi ích của điện toán lưới, …, hỗ trợ nhiều VO, tách riêng các tải và đóng gói dịch vụ.
3.4. Phân phối IaaS trong các site điện toán lưới
Nhiều nhà cung cấp tài nguyên thích việc dùng cơ sở hạ tầng vật lý của họ cho việc thực hiện các công việc khác từ việc thực thi các dịch vụ điện toán lưới, .., phát triển mã nguồn mới, đào tạo, tạo một cụm tính toán bên trong. Hơn nữa, họ muốn quyết định các phần tài nguyên sẵn có thông qua điện toán lưới. Các nhà cung cấp cần các giải pháp quản trị để dễ dàng phân vùng và cô lập các dịch vụ khác nhau đang chạy trong cùng nền tảng. Trong thực tế, một số nhà cung cấp tài nguyên triển khai đám mây riêng để hỗ trợ các hoạt động khác nhau, cơ sở hạ tầng điện toán lưới là một trong số đó. Ảo hóa site điện toán lưới dùng các công nghệ đám mây riêng sẽ cho phép các tổ chức thực thi nhiều dịch vụ ảo hóa trong cùng một cụm vật lý, tự động phân phối năng lực tới các dịch vụ. Vì cùng nền tảng vật lý có thể chia sẻ bởi nhiều dịch vụ khác nhau, việc tính toán đám mây riêng sẽ tăng lượng tài nguyên được cung cấp bởi các site điện toán lưới hiện tại và giảm công việc quản trị.
Hình 20. Cung cấp cơ sở hạ tầng như một dịch vụ
Một khi một site điện toán lưới được ảo hóa, như đã giải thích ở các phần trên, việc cung cấp các giao diện tương tác với đám mây, như hình 20, sẽ cung cấp một thay thế, bổ sung truy cập tới các tài nguyên site điện toán lưới và sẽ hỗ trợ việc thực hiện các ứng dụng được đóng gói trong một ảnh máy ảo. Sử dụng ảo hóa sẽ tăng lượng người dùng bằng cách làm cho phần mềm hữu ích cho một phạm vị rộng hơn các ứng dụng. Hơn nữa, chức năng mới này sẽ giảm nguồn nhân lực yêu cầu trong việc quay vòng ứng dụng và sẽ thu hút cộng đồng khoa học và các người dùng công nghiệp đã chập nhận mô hình cung cấp điện toán đám mây.
Việc này cho phép các site điện toán lưới để biến các site của họ thành một đám mây công cộng. Bằng cách này, các site hiện tại và tương lai sẽ được trang bị khả năng truy cập mạnh mẽ và mềm dẻo tới các tài nguyên của họ tới
một diện rộng lớn người dùng, trong khi không ảnh hưởng đến các khía cạnh quan trọng trong việc quản lý trung tâm dữ liệu, như an ninh, kiểm toán.
Có một nền tảng kết hợp cả hai công nghệ cho phép nó phục vụ lượng tối đa người dùng, bao gồm cả người dùng điện toán lưới truyền thống với các tài nguyên tính toán được kết hợp, như luận văn chỉ ra ở phần sau. Cộng đồng mới tiềm năng mà có nguồn tài chính để trả cho việc tối ưu tài nguyên, nhưng không có tài nguyên riêng của họ. Sự linh hoạt này cho phép người dùng cấu trúc các ứng dụng của họ theo cách mà hiệu quả nhất cho họ mà không cần phải triển khai các nguồn tài nguyên riêng biệt cho từng loại nền tảng hệ thống. Nó cũng sẽ cho phép họ tận dụng lợi thế của các nhà cung cấp thương mại. Công cụ quản lý cơ sở hạ tầng ảo hóa OpenNebula cung cấp các giao diện đám mây giống như chuẩn EC2 Query và OCCI [25] (Open Cloud Computing Interface) [19]. Do đó, các site điện toán lưới được ảo hóa dùng công nghệ này như một công cụ quản lý nền tảng hệ thống ảo sẵn sàng cung cấp IaaS.
3.5. Mở rộng đám mây của các site điện toán lưới
Các công nghệ đám mây lai cung cấp một phương pháp bổ sung để đối phó với tải lúc cao điểm, mở rộng kiểm soát của quản trị viên trên toàn hệ thống. Điện toán đám mây lai như chiếc cầu giữa các nền tảng hệ thống điện toán lưới hiện tại và các nền tảng hệ thống điện toán lưới mới đang nổi lên dựa vào mô hình đám mây.
Một vài nghiên cứu đã khám phá mô hình đám mây lai. Ví dụ, các dự án VioCluster cho phép tự động điều chỉnh năng lực của một cụm máy tính bằng cách chia sẻ tài nguyên giữa các miền ngang hàng. Ngoài ra, chúng ta sẽ được thấy sau đây, OpenNebula cho phép tạo các cụm kết hợp các tài nguyên vật lý, được ảo hóa và đám mây. Cuối cùng, dự án StratusLab đánh giá tính