Hiện thực của Clound Computing

I.  Hiện thực cloud computing: 
Các thông tin được tham khảo trên Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki Cloud computing cung cấp hạ tầng, nền tảng và phần mềm như là dich vụ, mà có thể được cung ứng như là một dich vụ cho thuê trong cách dùng bao nhiêu trả bấy nhiêu đối với người dùng.

Cloud computing được hiện thực theo 3 kiểu:
 – Infrastructure-as-a-Service (IaaS – Dịch vụ hạ tầng): Cung cấp cho người dùng hạ tầng thô (thường là dưới hình thức các máy ảo) như là một dịch vụ. 

Những kiến trúc ảo xếp chồng là một ví dụ của xu hướng mọi thứ là dịch vụ và có cùng những điểm chung. Hơn hẳn một máy chủ cho thuê, không gian luu trử tập trung hay thiết bị mạng, máy trạm thay vì đầu tư mua những nguyên thì có thể thuê đầy đủ dịch vụ bên ngoài. Những dịch vụ này thông thường được tính chi phí trên cơ sở tính toán chức năng và lượng tài nguyên sử dụng (và từ đó ra chi phí) sẽ phản ảnh được mức độ của hoạt động. Đầy lầ một sự phát triển của những giải pháp lưu trữ web và máy chủ cá nhân ảo. 

Tên ban đầu được sử dụng là dịch vụ phần cứng (HaaS) và được tạo ra bởi một nhà kinh tế học Nichlas Car vào thang 3 năm 2006, nhưng điều này cần thiết. Nhưng từ này đã dần bị thay thế bởi khái niệm dịch vụ hạ tầng vào khoảng cuối năm 2006.

Những đặc trưng tiêu biểu:
  -Cung cấp tài nguyên như là dịch vụ: bao gồm cả máy chủ, thiết bị mạng, bộ nhớ, CPU, không gian đĩa cứng, trang thiết bị trung tâm dữ liệu.
  -Khả năng mở rộng linh hoạt
  -Chi phí thay đổi tùy theo thực tế
  -Nhiều người thuê có thể cùng dùng chung trên một tài nguyên
  -Cấp độ doanh nghiệp: đem lại lợi ích cho công ty bởi một nguồn tài nguyên tích toán tổng hợp

Các ví dụ: Amazon EC2/S3, Elastra (Beta 2.0 2/2009), Nirvanix, AppNexus    Platform-as-a-Service (PaaS – Dịch vụ nền tảng): Cung cấp API cho phát triển ứng dụng trên mộtt nền tảng trừu tượng
Cung cấp nền tảng tinh toán và một tập các giải pháp nhiều lớp. Nó hỗ trợ việc triển khai ứng dụng mà không quan tâm đến chi phí hay sự phức tạp của việc trang bị và quản lý các lớp phần cứng và phần mềm bên dưới, cung cấp tất cả các tính năng cần thiết để hỗ trợ  chu trình sống đầy đủ của việc xây dựng và cung cấp một ứng dụng và dịch vụ web sẵn sàng trên Internet mà không cần bất kì thao tác tải hay cài đặt phần mềm cho những người phát triển,  quản lý tin học, hay  người dùng cuối. Nó còn được biết đến với một tên khác là cloudware. 

Cung cấp dịch vụ nền tảng (PaaS) bao gồm những điều kiện cho qui trình thiết kế ứng dụng, phát triển, kiểm thử, triển khai và lưu trữ ứng dụng có giá trị như là dịch vụ ứng dụng như cộng tác nhón, săp xếp và tích hợp dịch vụ web, tích hợp cơ sở dữ liệu, bảo mật, khả năng mở rộng, quản lý trạng thái, phiên bản ứng dụng, các lợi ích cho cộng đồng phát triển và nghiên cứu ứng dụng. Những dịch vụ này được chuẩn bị như là một giải pháp tính hợp trên nền web.
 
Những đặc trưng tiêu biểu:
   -Phục vụ cho việc phát triển, kiêm thử, triển khai và vận hành ứng dụng giống như là môi trường phát triển tích hợp
   -Các công cụ khởi tạo với giao diện trên nền web. Kiến trúc đồng nhất
Tích hợp dịch vụ web và cơ sở dữ liệu Hỗ trợ cộng tác nhóm phát triển
   -Công cụ hỗ trợ tiện tích

Các yếu tố: Thuận lợi:
o  Dịch vụ nền tảng (PaaS) đang ở thời kì đầu và được ưa chuộng ở những tính năng vốn được ưa thích bơi dịch vụ phần mềm (đề cập sau), bên cạnh  đó có tích hợp các yếu tố về nền tảng hệ thống.
o  Ưu điểm trong những dự án tập hợp những công việc nhóm có sự phân tán  về địa lý.
o  Khả năng tích hợp nhiều nguồn của dich vụ web
o  Giảm chi phí ngoài lề khi tích hợp các dịch vụ về bảo mật, khả năng mở  rộng, kiểm soát lỗi…
o  Giảm chi phí khi trừu tượng hóa công việc lập trình ở mức cao để tạo dục  vụ, giao diện người dùng và các yếu tố ứng dụng khác.
 o  Mong đợi ở người dùng có kiến thức có thể tiếp tục hoàn thiện và hỗ trợ  tương tác với nhiều người để giúp xác định mức đô khó khăn của vấn đề  chúng ta gặp phải.
o  Hướng việc sử dụng công nghệ để đạt được mục đích tạo điều kiện dễ  dàng hơn cho việc phát triển ứng dụng đa người dùng cho những người  không chỉ trong nhóm lập trình mà có thể kết hợp nhiều nhóm cùng làm  việc

Khó khăn:
o  Ràng buộc bởi nhà cung cấp: do giới hạn phụ thuộc và dịch vụ của nhà  cung cấp
o  Giới hạn phát triển: độ phức tạp khiến nó không phù hợp với yêu cầu phá  triển nhanh vì những tính năng phức tạp khi hiện thực trên nền tảng web. zosso (2/2008), Google App Engine, Salesforce, Heroku, Engine Yard Software-as-a-Service (SaaS – Dịch vụ phần mềm): Cung cấp dịch vụ phần mềm thực thi từ xa. Dịch vụ phần mềm (SaaS) là một mô hình triển khai ứng dụng mà ở đó người cung cấp cho phép người dụng sử dụng dịch vụ theo yêu cầu. Những nhà cung cấp SaaS có thể lưu trữ ứng dụng trên máy chủ của họ hoặc tải ứng dụng xuống thiết bị khách hàng, vô hiệu hóa nó sau khi kết thúc thời hạn. Các chức năng theo yêu cầu có thể được kiểm soát bên trong để chia sẻ bản quyền của một nhà cung cấp ứng dụng thứ ba.

Những đặc trưng tiêu biểu
-Phần mềm sẵn có đòi hỏi việc truy xuất, quản lý qua mạng.
-Quản lý các hoạt dộng từ một vị trí tập trung hơn là tại mỗi nơi của khách hàng, cho phép khác hàng truy xuất từ xa thông qua web.
-Cung cấp ứng dụng thông thường gần gũi với mô hình ánh xạ từ một đến nhiều hơn là mô hình 1:1 bao gồm cả các đặc trưng kiến trúc, giá cả và quản lý.
-Những tính năng tập trung nâng cấp, giải phóng người dùng khỏi việc tải các bản vá lỗi và cập nhật.
Thường xuyên tích hợp những phần mềm giao tiếp trên mạng diện rộng
Các ví dụ: 3Tera (2/2006), Salesforce

II. Một số ví dụ về cách tính chi phí trong Cloud
     -Định giá cố định: nhà cung cấp sẽ xác định rõ đặc tả về khả năng tính toán cố định (dung lượng bộ nhớ được cấp phát, loại CPU và tốc độ .v.v…)
    -Định giá theo đơn vị: được áp dụng phổ biến cho lượng dữ liệu truyền tải, dụng lượng bộ nhớ được cấp phát và sử dụng,… cách này uyển chuyên hơn cách trên
    –  Định giá theo thuê bao: ứng dụng phần lớn trong mô hình dịch vụ phần mềm (SaaS) người dùng sẽ tiên đoán trước định mức sử dụng ứng dụng cloud (cách tình này thường khó đạt được độ chính xác cao)

III. Market oriented Cloud computing:
đề cập kiến trúc được R. Buyya đề nghị trong bài báo
“Market-Oriented Cloud Computing: Vision, Hype, and Reality for Delivering IT Services as Computing Utilities”
Với những tiến bộ của xã hội con người hiện đại, những dịch vụ thiết yêu được cung cấp rộng rãi để mọi người đều có thể tiếp cận như điện, nước, gá và điện thoại đã đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hằng ngày. Những dịch vụ tiện ích này có thể được sử dụng thương xuyên cần được sẵn sàng ở mọi nơi mà người dùng mong muốn vào mọi lúc. Khác hang sau đó có thể trả cho nhà cung cấp dịch vụ dựa trên lượng sử dụng các dịch vụ tiện ích đó. Tương tự như các ví dụ trên, giữa nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng cần có những thỏa thuận cụ thể được nêu trong SLA (Service Level Agreement) trong đó xác định vể yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service)

Kiến trúc Market Oriented Cloud:
Khách hàng phụ thuộc vào nhà cung cấp dịch vụ Cloud cung cấp tất cả năng lực tính toán họ cần,  họ yêu cầu về chất lượng dich vụ QoS phải được duy trì bởi nhà công cấp để phù hợp với mục tiêu và đảm bảo hoạt động của họ. Nhà cung cấp Cloid se cẫn xem xét để đáp ứng các yêu cầu về dịch vụ của mỗi khách hàng để thương lượng với SLA cụ thể. Để đạt được điều này, nhà cung cấp dịch vụ Cloud không thể tiếp tục triển khai trên
mô hình quản lý tài nguyên tập trung mà ở đó không cung cấp cho họ khả năng chia sẻ tài nguyên mà vẫn đáp ứng được tất cả các yêu cầu về dịch vụ. Thay vào đó, mô hình quản lý market-oriented được đề cập để đạt được sự cân đối  giữu nhà cung cấp và khách hàng.

Kiến trúc bao gồm 4 thành phàn chủ yếu:
User/Broker (Người dùng/ Nhà môi giới): người dùng hay nhà phân phối sử dụng quền ủy thác để gửi yêu cầu dịch vụ từ bất kì đâu trên thế giới tới Data center (trung tâm dữ liệu) hay Cloud để được xử lý SLA Resource Allocator (Bộ phân phối tài nguyên SLA): đóng vai trò như một trung gian giữa các nhà cung cấp Data center và Cloud với người dùng/ nhà môi giới bên ngoài. 

 

 Kiến trúc Market-Oriented Cloud
Service Request Examiner and Admission Control: khi một yêu cầu dịch vụ được gửi lên lần đầu sẽ được phien dich thành các yêu cầu về chất lượng dịch vụ QoS trước khi xác định xem nó sẽ được chấp nhận hay từ chối. Do vậy, điều đó đảm bảo răng không có tình trạng quá tải dịch vụ khi mà các yêu cầu dịch vụ không the được đáp ứng đầy đủ vì giới hạn tài nguyên hệ thống sẵn sàng. Nó cung cần thông thin về trạng thái cuối cùng về tình trạng sẵn sàng của tài nguyên (từ cơ chế VM Monitor) và khả năng xử lý tải (từ cơ chế Service Request Monitor) theo thứ tự để quyết định việc phân phối tài nguyên một cách hiệu quả. Sau đó nó sẽ phân yên cầu cho các máy ảo VM và xác định đặc tả tài nguyên cho máy ảo được phân. Pricing: cung cấp cơ chế quyết định cách các yêu cầu service được tính tiền.

Vi dụ như yêu cầu có thê được tính tiền dựa theo thời gian các nhiệm vụ, tỷ lệ giá cả (cố định/thay đổi) hay tính sẵn sàng của tài nguyên (sẵn có/yêu cầu). Cơ chế định giá phục như nề tảng cho cung vâp và yêu cầu tài nguyên tính toán trong Data center và các trang thiết bị trong việc cấp phát tài nguyên hiệu quả.
Accounting: cung cấp cơ chế để thao tác trên lưu lượng dùng tài nguyên được yêu cầu do đó chi phí cuối cùng có thể được tính toán và tính phí cho người dùng. Thêm vào đó, lịch sử sử dụng có thể được dùng để tối ưu bởi Service Request Examiner and Admission Control

VM Monitor: cung cấp cơ chế lưu vết những máy ảo sẵn sàng và các thông tin về tài nguyên của chúng.
Dispatcher: cung cấp cơ chế bắt đầu thực thi việc cấp phát máy ảo VM của những yêu cầu dịch vụ đã được chấp nhận.
Service Request Monitor: cung cấp cơ chết lưu vết tiến trình của yêu cầu dịch vụ VMs (các máy ảo): nhiều máy ảo có thê được mở và tắt dộng trên một máy vật lý để phù hợp với yêu cầu dịch vụ, do đó việc chuẩn bị tối đa để có thể chia nhỏ tài nguyên để có thể đáp ứng các yêu cầu cụ thể của yêu cầu dịch vụ. Thêm vào đó, nhiều máy ảo VM có thể chạy động thời ứng dụng trên những môi trường hệ điều hanh khác nhau trên một máy vật lý duy nhât do các máy ảo VM tách biệt hoàn toàn vói các máy khác trên cung máy vật lý Physical Machines (các máy vật lý): Những trung tâm dữ liệu bao gồm nhiều máy chủ có thể cung cấp tài nguyên phù hợp với yêu cầu.

IV. Mô phỏng Cloud:
xem xét một ví dụ như CloudSim trong bài viết của R. N. Calheiro và các đồng nghiệp “CloudSim: A Novel Framework for Modeling and Simulation of Cloud Computing Infrastructures and Services”

Kiến trúc CloudSim
Một cách tổng thể bao gồm 4 lớp:
SimJava: mức thấp nhất trong kiến trúc bao gồm những công cụ mô phỏng sự kiên dùng để hiện thục những chức năng cốt lõi cần thiết cho việc mô phỏng ở lớp cao hơn như sắp xếp và xử lý sự kiện, khởi tạo các thành phần, các thành phần giao tiếp và quản lý mô phỏng đồng hồ .

GridSim: bộ công cụ hỗ trợ các thành phần phần mềm cấp cao hơn để mô hình hóa nhiều nền tăng lưới, bao gồm cả hệ thống mạng và liên kết đồng bộ những thành phần cơ bản của lưới như tài nguyên, tạp dữ liệu, lưu vết tải và dịch vụ thông tin.
CloudSim: là phần hiện thực ở mức thiếp theo bởi việc mở rộng tự đọng các tính năng cơ bản được cung cấp bởi lớp GridSim. CloudSim cung cấp hỗ trợ lý thuyết cho việc mô hình và mô phỏng hóa những môi trường tập trung dữ liệu dựa trên nền tảng Cloud. Lớp CloudSim  quản lý việc khởi tạo và thực thi các thực thể cốt lõi (máy ảo, máy chủ, trung tâm dữ liệu, ứng dụng) trong suốt quá trình mô phỏng. Lớp này có khả năng khởi tạo đồng thời và quản lý mở rộng trong suốt với những nề tảng Cloud bao gồm ngàng nghìn thành  phần hệ thống. Những vấn đề cơ bản như chuẩn bị triển khai máy ảo
VM dựa trên yêu cầu người dùng, quản lý quá trinh thực thi ứng dung và theo dõi dộng đều được quản lý bởi lớp này. Người cung cấp Cloud có thể hiện thực những chiến lược của họ để tự đọng mở rộng lõi của chức năng chuẩn bị triển khai máy ảo VM.
User-code: đây là lớp trên cùng của hệ thống mô phỏng cho phép cấu hình những chức năng liên quan cho các máy chủ (số lượng, đặc tả cho chúng và những việc khá), ứng dung (số lượng các tác vụ và yêu cầu của chúng), các máy ảo VM, số lượng người dùng và các loại ứng dụng và chính sách định thời môi giới. Một người phát triển ứng dụng Cloud có thể tạo ra nhiều sự phân tán yêu cầu người dung, cấu hình ứng dung, và những ngữ cảnh ở lớp này.

Kiến trúc lớp của CloudSim
Mô hình Cloud
Kiến trúc dịch vụ nền tảng liên quan đến Cloud được mô hình hóa trong chương trình mô phỏng bởi thành phần Datacenter cho việc quản lý yêu cầu dich vụ. Datacenter được tạo bởi các tập hợp các Host, có trách nhiêm để quản lý các máy ảo VM trong chu kì sống của chúng. Các Host là những thành phần biểu thị cho các nút trong Cloud: nó được cài đặt sẵn khả năng xử lý (biểu diễn qua đơn vị MIPS = milion of instruction per second), bộ nhớ, khả năng lưu trữ và chính sách định thời để xử lý việc cấp phân phát lõi tính toán cho các máy ảo. Các thành phần máy Host thực giao diên hỗ trợ mô hình hóa và mô phỏng cho cả những nút 1 nhân và đa nhân.

Việc phân phối máy ảo phục vụ cho ứng dụng cụ thể nào đó đến các thành phần Host là trách nhiệm của thanh phần Virtual Machine Provisioner. Thành phần này cung cấp một tập các phương thức cho người nghiên cứu, với những hỗ trợ trong việc hiện thực chính sách mới dựa trên những mục tiêu về tối ưu. Những chính sách mặc định hiện có sẵn rất giản đơn theo hướng ai đến trước sẽ được phục vụ trước.

Với mỗi thành phần Host, sư cấp phát các lõi tính toàn tới các máy ảo được thực hiện dựa trên việc câp phát của hót. Những chính sách tìm xem trong tài khoản có bao nhiêu lõi tính toán được giao cho mỗi máy ảo và bao nhiêu khả năng còn sẵn. Do vây, có thể cấp phát lõi CPU cho máy ảo cụ thể hay là phân tán động giữa các máy ảo (chia sẻ theo thoi gian) và gán lõi cho máy ảo theo yêu cầu hoặc là theo một chính sách cụ thể nào đó.

Mỗi thành phần Host khởi tạo một bộ định thời máy ảo hiện thực việc cấp phát theo không gian hay thời gian. Những người nghiên cứu hay phát triển Cloud có thê mở rộng bộ định thời máy ảo VM để thử nghiệm với một vài chính sách cáp phát. Kết đến chi tiết liên quan đến chinh sách chia sẻ theo thời gian và không gian sẽ được để cập.

Mô hình cấp phát máy ảo VM
Một trong những ý tưởng khiến Cloud computing khác biệt với Grid computing là việc triển khai tối đa công nghệ ảo hóa và các công cụ.
Mô hình ứng dụng cổ điển ánh xạ cá chính xác các nốt tính toán và các ứng dụng riêng rẽ không còn phù hợp trong sự trừu tượng hóa tính toán trong môi trường Cloud. Ví dụ như hai Datacenter chay tren mot Host co 1 nhân. Mặc dù có vẻ như có sự tách biệt nhưng tổng lượng tài nguyên sẵn có bị rang buộc bơi năng lực của host. Những yếu tố quan trọng này cần được xem xét  trong tiến trình xem xet quyết định cấp phát tài nguyên. Để cho phép giả lập những chính sách khác nhau, Cloud Sim hỗ trợ việc đinh thời máy ảo VM ở hai mức: trước tiên taim mức Host và sau đó là mức máy ảo VM. Ở mức đầu tiên, có thể xác định rõ tổng năng lực xử lý của mỗi nhân trong hót sẽ được gán cho mỗi máy ảo. Tại mức tiếp theo, các máy ảo VM sẽ được phân rõ tổng năng lực xử lsy cu thể cho mỗi tác vụ được thực thi. Tại mỗi mức, CloudSim hiện thực chính sách cấp phát tài nguyên theo thời gian và không gian.

Mô hình chợ Cloud
Hỗ trợ dịch vụ đóng vai trò như là người môi giới giữa nhà cung cấp dịch vụ Cloud và khác hàng thông qua những dich vụ so trùng là điểm nhấn của Cloud computing. Hơn thế, những dịch vụ này cần cơ chế để xác định chi phí dịch vụ và các chính sách về giá.

Mô hinh chính sách chi phí và giá cả la một ý tưởng caand được xem xét khi thiết kết chương trình mô phỏng Cloud, bốn thuộc tính được xem xét đến cho một Datacenter:

Chi phí mỗi bộ xử lý
Chi phí mỗi đơn vị bộ nhớ
Chi phí mỗi đơn vị lưu trữ
Chi phí mỗi đơn vị băng thông sử dụng
Chi phí mỗi đơn vị bộ nhớ và lưu trữ được kèm theo trong quá trinh khởi tạo máy ảo Chi phí mỗi đơn vị băng thông sử dụng có trong quá trình truyền dữ liệu. Bên cạnh đó, các chi phí sử dụng bộ nhớ, lưu trữ, băng thông và các chi phí liên quan có mỗi liên hệ với việc sử dụng tài nguyên tính toán. Do vậy, nếu máy ảo VM được tạo mà không có tác vụ nào thực thi trên chúng, thì chỉ có chi phí về bộ nhớ và lưu trữ. Những vấn đề này có thể được thay đổi bởi người dùng.

Anh Ngọc (Tổng hợp Internet)

About Tony Nguyễn
Tôi tên Tony tự Tèo trú tại thôn Tám, Trảng Thanh tỉnh Thừa Thiên. Thưở thiếu thời trí tuệ tôi thường thường, tuy thế tính tình thật thà thẳng thắng, thích thi thơ ...

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: