a/ Tên nhiệm vụ: Xây dựng hệ quản trị tài nguyên trên Điện toán đám mây IaaS
b/ Tổ chức chủ trì nhiệm vụ: Khoa Công nghệ Thông tin - Trường Đại học Thủ Dầu Một
c/ Họ và tên chủ nhiệm nhiệm vụ: ThS. Bùi Thanh Khiết và cá nhân tham gia chính:
1. KS. Nguyễn Xuân Dũng
d/ Mục tiêu của nhiệm vụ: Vấn đề đặt ra làm thế nào quản lý hệ thống máy chủ một cách tập trung, hiệu quả với khả năng sau:
+ Cấp phát tài nguyên cho người sử dụng
+ Quản lý, theo dõi mức độ sử dụng tài nguyên: các thông tin theo dõi này sẽ giúp người quản trị có thể nhanh chóng đua ra các điều chỉnh cần thiết để hệ thống đáp ứng được các yêu cầu tính toán. Thông tin theo dõi này cũng giúp cho việc lên kế hoạch tăng thêm tài nguyên một cách hợp lý
- Từ đó yêu cầu đặt ra phải xây dựng hệ quản trị tài nguyên cho Điện toán Đám mây gồm các chức năng sau:
+ Quản lý máy chủ vật lý: Thêm vào hệ thống, cập nhật thông tin, xóa, giám sát thông tin máy vật lý
+ Quản lý máy chủ ảo: Cấp phát, quản lý trạng thái, thu hồi, di trú (chuyển máy ảo sang máy vật lý khác) máy chủ ảo
+ Quản lý mạng ảo: Thêm, cập nhật thông tin, xóa mạng ảo
+ Quản lý gói dịch vụ: Thêm, cập nhật, xóa gói dịch vụ
đ/ Kết quả thực hiện tóm tắt:
I. Đặt vấn đề
Sự phát triển mạnh mẽ của điện toán đám mây đã thu hút rất nhiều nhà khoa học, các trường đại học và cả các công ty công nghệ thông tin trên toàn thế giới đầu tư nghiên cứu. Trong điện toán đám mây, mọi thứ đều là dịch vụ, hiện tại có ba loại hình dịch vụ chính, đó là: SaaS – dịch vụ phần mềm, PaaS – dịch vụ nền và IaaS – dịch vụ hạ tầng. Ở mô hình dịch vụ cơ sở hạ tầng, người sử dụng sẽ được cung cấp cơ sở hạ tầng như mạng, máy chủ, CPU, bộ nhớ, không gian lưu trữ và các tài nguyên tính toán khác.
Như vậy để giải quyết vấn đề quản lý và cấp phát tài nguyên tính toán cho các đơn vị một cách hợp lý, tiết kiệm được chi phí đầu tư ban đầu, chi phí quản lý hệ thống, tận dụng triệt để tài nguyên hệ thống, nhóm tác giả đã đề xuất thực hiện “xây dựng hệ quản trị tài nguyên cho điện toán đám mây IaaS”.
II. Kết quả thực hiện (tóm tắt)
Tổng quan điện toán đám mây và ảo hóa máy chủ
Trong phần này, tác giả đã đưa ra khái niệm, tính chất, mô hình cung cấp dịch vụ, mô hình triển khai, lợi ích và thách thức triển khai của điện toán đám mây. Đưa ra khái niệm, phân loại, kiến trúc, lợi ích và cấp độ triển khai của ảo hóa máy chủ. Mối quan hệ giữa ảo hóa máy chủ và điện toán đám mây.
Qua đó ta có thể thấy, điện toán đám mây có rất nhiều định nghĩa, tùy theo cách tiếp cận của các chuyên gia. Trong khuôn khổ của đề tài này, tác giả định nghĩa điện toán đám mây là một mô hình điện toán phân tán có tính co giãn lớn mà hướng theo co giãn về mặt kinh tế, là nơi chưa các sức mạnh tính toán, kho lưu trữ, các nền tảng và cách dịch vụ được trực quan, ảo hóa và co giãn linh động, sẽ được phân phối theo nhu cầu cho các khách hàng bên ngoài thông qua internet.
Về ảo hóa máy chủ, là công nghệ ứng dụng ảo hóa nhằm khai thác triệt để khả năng làm việc của các phần cứng trong hệ thống máy chủ. Ý tưởng của ảo hóa máy chủ là tạo nhiều máy ảo trên một máy chủ vật lý, mỗi máy ảo cũng được cấp phát tài nguyên phần cứng như máy thật với RAM, CPU, card mạng, ổ cứng, hệ điều hành và các ứng dụng riêng.
Ảo hóa chính là chìa khóa của điện toán đám mây. Mặc dù không phải bắt buộc nhưng những mô hình điện toán đám mây sử dụng công nghệ ảo hóa sẽ có hiệu năng vá tính linh hoạt cao nhờ khả năng chia sẽ các tài nguyên ảo thông qua hệ thống mạng. Bằng cách sử dụng ảo hóa, chi phí triển khai hệ thống sẽ giảm đáng kể và còn đảm bảo được tính hiệu quả trong việc sử dụng tài nguyên.
Quản lý tài nguyên điện toán đám mây
Tài nguyên điện toán đám mây có thể được tạo ra, mở rộng hoặc thu hẹp lại theo nhu cầu thực tế. Với một môi trường động như điện toán đám mây, ảo hóa mang lại nhiều lợi ích như khả năng chia sẻ, sử dụng tối ưu tài nguyên, khả năng cô lập tài nguyên, giúp cho ứng dụng của một người dùng không ảnh hưởng đến người khác trong một môi trường chia sẻ.
Việc quản lý tài nguyên trên môi trường điện toán đám mây còn phụ thuộc vào nhu cầu, mục đích quản lý và vi phạm áp dụng của từng đơn vị, tổ chức. Đối với các đơn vị, để xây dựng dịch vụ điện toán đám mây, cần chú trọng vào tiến trình hoạt động của từng đơn vị, từ đó đưa ra giải pháp công nghệ dựa trên mô hình hiện có và cần phải trãi nghiệm thực tế, chứ không đơn thuần bỏ tiền mua các giải pháp dịch vụ điện toán đám mây. Một mô hình điện toán đám mây IaaS áp dụng cho phòng thí nghiệm/thực nghiệm đòi hỏi chi phí đầu tư thấp, có thể tùy biến/can thiệp vào các thuật toán điều phối tài nguyên là yêu cầu không thể thiếu.
Phân tích, thiết kế hệ quản trị tài nguyên điện toán đám mây IaaS
Đề tài đưa ra hệ kiến trúc gồm: Cụm máy vật lý, quản lý ảo hóa tập trung, cơ sở dữ liệu lưu trữ thông tin và giao điện toán đám mây. Mô hình quản lý tài nguyên điện toán đám mây IaaS được đề xuất có ba tầng: Tầng vật lý, tầng quản lý tập trung và tầng giao diện điện toán đám mây. Trong phần này, đề tài cũng nêu rõ chức năng, nhiệm vụ của từng tầng tham gia vào việc quản lý tài nguyên.
Đồng thời, để quản lý tài nguyên phải trãi qua hai tiến trình là cấp phát tài nguyên ảo và tiến trình giám sát tài nguyên. Tiến trình cấp phát tài nguyên ảo được trãi qua 5 bước: Yêu cầu cấp phát máy ảo, tìm máy vật lý phù hợp với yêu cầu của người dùng, triển khai máy ảo trên máy vật lý đã được chọn, lập lịch thực thi máy ảo và cấp phát máy ảo cho người dùng.
Tiến trình giám sát được phân ra hai cấp: Giám sát ở máy vật lý và giám sát ở phần quản lý tập trung. Ở máy vật lý, bộ giám sát tập trung tình trạng hoạt động của máy ảo trên máy vật lý nếu lỗi xảy ra sẽ gửi yêu cầu điều chỉnh lập lịch và di trú máy ảo tới máy vật lý sẵn sàng khác. Ở tầng quản lý tập trung, giám sát việc sử dụng tài nguyên đã được cấp phát, từ đó đưa ra chiến lược tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên. Kiểm tra xem liệu việc phân bố các máy ảo trên các máy vật lý đã được cân bằng hay chưa, nếu chưa có thể tiến hành cân bằng lại việc phân bố máy ảo trên máy vật lý.
Chiến lược cấp phát tài nguyên trên điện toán đám mây
Tác giả đã tiến hành nghiên cứu hai chiến lược chính trong cấp phát tài nguyên: Sử dụng tối thiểu máy chủ vật lý nhằm tiết kiệm tài nguyên (điện) của hệ thống và chiến lược cân bằng tải trong việc sử dụng các máy vật lý đảm bảo chất lượng dịch vụ nhằm tránh tình trạng quá tải ở máy chủ vật lý. Từ đó, tác giả tiến hành nghiên cứu hai thuật toán cấp phát cho hai chiến lược dựa vào thuật toán tham lam và thuật toán RoundRobin.
Hai thuật toán được cài đặt, thực nghiệm trên công cụ nguồn mở CloundSim toolkit 3.0 trên ngôn ngữ Java. Tùy vào mục tiêu của người khai thác IaaS mà có thể chọn chiến lược thích hợp, chẳng hạn sử dụng chiến lược sử dụng tối thiểu vật lý nếu muốn tiết kiệm tài nguyên hệ thống đặc biệt là năng lượng, ngược lại nếu muốn tránh tình trạng quá tải của hệ thống có thể dùng chiến lược cân bằng tải trong việc sử dụng các máy vật lý. Tuy nhiên, để đạt được sự linh hoạt trong việc cấp phát tài nguyên cần phải nghiên cứu thêm các vấn đề về chia sẻ tài nguyên, định thời trong cấp phát tài nguyên…
Triển khai hệ quản trị tài nguyên điện toán đám mây IaaS
Sau khi nghiên cứu, phân tích, thiết kế kiến trúc hệ quản trị tài nguyên cho điện toán đám mây, tác giả đã tiến hành triển khai thực nghiệm trên thực tế gồm 3 máy chủ. Máy chủ 1 chứa thành phần giao diện điện toán đám mây, được thực thi trên hai công nghệ Thin server và Apache, máy này chứa thành phần quản lý tài nguyên tập trung. Máy chủ 2,3 là máy vật lý đã cài đặt trình ảo hóa Xen Server.
Như vậy, có thể thêm nhiều máy chủ vật lý tùy vào quy mô của hệ thống lớn hay nhỏ. Việc xây dựng mô hình quản lý tài nguyên tập trung dựa trên cơ sở hệ thống OpenNebula có được những thuận lợi và giải quyết được tất cả các nhu cầu về quản lý như: OpenNebula cho phép triển khai điện toán đám mây theo mô hình điện toán đám mây riêng. Đây là một hệ thống mã nguồn mở sẽ thuận tiện cho quá trình triển khai đó là giảm thiểu chi phí triển khai và khả năng tùy biến cho hệ thống. Hệ thống tận dụng lại toàn bộ nguồn tài nguyên đang có trong toàn mạng, đó là tài nguyên về máy chủ, mạng kết nối… mà không làm thay đổi hay loại bỏ để đầu tư mới, gây lãng phí.
III. Kết luận
Kết quả của đề tài đã tạo ra các hình thức quản lý tài nguyên điện toán hiệu quả hơn, tiết kiệm chi phí vận hành và bảo trì, giảm điện năng tiêu thụ. Tạo môi trường cơ sở để sinh viên Khoa Công nghệ thông tin tiếp cận và thực tập trên công nghệ điện toán đám mây.
e/ Thời gian bắt đầu và thời gian kết thúc:
- Thời gian bắt đầu: 09/2014
- Thời gian kết thúc: 06/2015
g/ Kinh phí thực hiện: 40.068.000 đồng
(Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu tại Trung tâm Thông tin và Thống kê khoa học và công nghệ)