Đề tài Nguyên lý sáng tạo ứng dụng trong điện toán đám mây và công nghệ ảo hóa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO THẠC SĨ CNTT QUA MẠNG ________________ BÁO CÁO THU HOẠCH MÔN HỌC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC Đề tài: Những nguyên lý sáng tạo ứng dụng trong Điện toán đám mây và Công nghệ ảo hóa Giảng viên hướng dẫn: GS.TSKH. Hoàng Kiếm Sinh viên thực hiện: Trần Trung Mã số: CH0901059 TP. HCM, năm 2010 Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học TRẦN TRUNG Trang 1 Lời nói đầu Khoa học và công nghệ là đặc trưng của thời đại, nghiên cứu khoa học đã trở thành hoạt động sôi nổi và rộng khắp trên phạm vi toàn cầu. các thành tựu của khoa học hiện đại đã làm thay đổi bộ mặt thế giới. Khoa học và công nghệ đã trở thành động lực thúc đẩy sự tiến bộ nhân loại. Cùng với nghiên cứu khoa học hiện đại, mọi người đang chú ý đến phương pháp nhận thức khoa học, coi đó là nhân tố quan trọng để phát triển khoa học. Trong nội dung bài tiểu luận này, em xin trình bày khái quát hai xu hướng của công nghệ thông tin hiện đại mà thế giới đang hướng đến sự hoàn thiện là điện toán đám mây và công nghệ ảo hóa. Kèm theo đó, em xin nêu ra và phân tích, theo ý kiến chủ quan của mình, những nguyên lý sáng tạo đã được ứng dụng trong hai xu hướng công nghệ trên. Chúng em xin chân thành cảm ơn GS. TSKH Hoàng Kiếm, giảng viên môn học Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học, đã truyền đạt những kiến thức quý báu về các phương pháp nghiên cứu trong khoa học máy tính cũng như những hướng nghiên cứu chính trên thế giới hiện nay. Xin chân thành cảm ơn ban cố vấn học tập và ban quản trị Chương trình đào tạo thạc sĩ Công nghệ thông tin qua mạng của Đại Học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện về tài liệu tham khảo. Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học TRẦN TRUNG Trang 2 Phần I. Điện toán đám mây I. Giới thiệu điện toán đám mây I.1. Giới thiệu Điện toán đám mây (Cloud Computing), còn gọi là điện toán máy chủ ảo, là mô hình điện toán sử dụng các công nghệ máy tính và phát triển dựa vào mạng Internet. Thuật ngữ "đám mây" ở đây là lối nói ẩn dụ chỉ mạng Internet (dựa vào cách được bố trí của nó trong sơ đồ mạng máy tính) và như một liên tưởng về độ phức tạp của các cơ sở hạ tầng chứa trong nó. Ở mô hình điện toán này, mọi khả năng liên quan đến công nghệ thông tin đều được cung cấp dưới dạng các "dịch vụ", cho phép người sử dụng truy cập các dịch vụ công nghệ từ một nhà cung cấp nào đó "trong đám mây" mà không cần phải có các kiến thức, kinh nghiệm về công nghệ đó, cũng như không cần quan tâm đến các cơ sở hạ tầng phục vụ công nghệ đó. Theo tổ chức Xã hội máy tính IEEE "Nó là hình mẫu trong đó thông tin được lưu trữ thường trực tại các máy chủ trên Internet và chỉ được được lưu trữ tạm thời ở các máy khách, bao gồm máy tính cá nhân, trung tâm giải trí, máy tính trong doanh nghiệp, các phương tiện máy tính cầm tay, ...". Điện toán đám mây là khái niệm tổng thể bao gồm cả các khái niệm như “phần mềm dịch vụ”, “Web 2.0” và các vấn đề khác xuất hiện gần đây, các xu hướng công nghệ nổi bật, trong đó đề tài chủ yếu của nó là vấn đề dựa vào Internet để đáp ứng những nhu cầu điện toán của người dùng. Ví dụ, dịch vụ Google AppEngine cung cấp những ứng dụng kinh doanh trực tuyến thông thường, có thể truy nhập từ một trình duyệt web, còn các phần mềm và dữ liệu đều được lưu trữ trên các máy chủ. Hình 1.1 Mô hình điện toán đám mây Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học TRẦN TRUNG Trang 3 I.2. Lịch sử 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). Điện toán lưới đặt trọng tâm vào việc di chuyển một tải công việc (workload) đến địa điểm của các tài nguyên điện toán cần thiết để sử dụng. Một lưới là một nhóm máy chủ mà trên đó nhiệm vụ lớn được chia thành những tác vụ nhỏ để chạy song song, được xem là một máy chủ ảo. Với điện toán đám mây, các tài nguyên điện toán như máy chủ có thể được định hình động hoặc cắt nhỏ từ cơ sở hạ tầng phần cứng nền và trở nên sẵn sàng thực hiện nhiệm vụ, hỗ trợ những môi trường không phải là điện toán lưới như Web ba lớp chạy các ứng dụng truyền thống hay ứng dụng Web 2.0. I.3. Đặc điểm I.3.1 So sánh Điện toán máy chủ ảo thường bị lẫn lộn với điện toán lưới, ("một dạng của điện toán phân tán trong đó tồn tại một 'siêu máy tính ảo', là sự bao gồm một cụm mạng máy tính, những máy tính liên kết mềm, hoạt động phối hợp để thực thi những tác vụ cực lớn"), điện toán theo nhu cầu (utility computing) ("khối những tài nguyên máy tính, như các bộ xử lý và bộ nhớ, trong vai trò một dịch vụ trắc lượng tương tự với các công trình hạ tầng kỹ thuật truyền thống chẳng hạn như điện lực hay mạng điện thoại") và điện toán tự trị (autonomic computing) ("những hệ thống máy tính có khả năng tự quản lý"). Thực ra việc triển khai nhiều hệ thống điện toán máy đám mây ngày nay được trang bị hệ thống lưới, có tính năng tự trị và được tiếp thị giống như những tiện ích, nhưng điện toán đám mây có thể được nhìn nhận như một bước phát triển tự nhiên tiếp theo từ mô hình lưới-theo nhu cầu. Nhiều kiến trúc đám mây thành công có cơ sở hạ tầng không quy tập hay ít quy tập hay những hệ thống tiếp thị trong đó có mạng ngang hàng như BitTorrent và Skype và điện toán tình nguyện như SETI@home. I.3.2 Kiến trúc Đại bộ phận hạ tầng cơ sở của điện toán đám mây hiện nay là sự kết hợp của những dịch vụ đáng tin cậy được phân phối thông qua các trung tâm dữ liệu (data center) được xây dựng trên những máy chủ với những cấp độ khác nhau của các công nghệ ảo hóa. Những dịch vụ này có thể được truy cập từ bất kỳ đâu trên thế giới, trong đó Đám mây là một điểm truy cập duy nhất cho tất cả các máy tính có nhu cầu của khách hàng. Các dịch vụ thương mại cần đáp ứng yêu cầu chất lượng dịch vụ từ phía khách hàng và thông thường đều đưa ra các mức thỏa thuận dịch vụ (Service level agreement). Các tiêu Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học TRẦN TRUNG Trang 4 chuẩn mở (Open standard) và phần mềm mã nguồn mở (open source software) cũng góp phần phát triển điện toán máy chủ ảo. Kiến trúc điện toán đám mây I.3.3 Các đặc tính Do các khách hàng nói chung không sở hữu hạ tầng cơ sở, họ chỉ đơn thuần truy cập hoặc thuê, họ có thể không cần chi phí đầu tư và dùng các tài nguyên như một dịch vụ, thay vào đó trả tiền cho nhu cầu sử dụng của mình. Nhiều dịch vụ điện toán đám mây sử dụng mô hình điện toán theo nhu cầu, mô hình tương tự với cách các tiện ích theo nhu cầu truyền thống như điện được tiêu thụ, trong khi một số khác tiếp thị dựa vào tiền đóng trước. Bằng cách chia sẻ sức mạnh điện toán vô hình và có thể suy vong giữa những người thuê bao, các mức độ tiện ích sẽ có thể được nâng cao, vì những máy chủ sẽ không bị nhàn rỗi, và do đó sẽ giảm chi phí đáng kể trong khi tốc độ phát triển của ứng dụng được gia tăng. Một khía cạnh hiệu quả của cách tiếp cận này là "năng lực máy tính được gia tăng nhanh chóng" do các khách hàng không phải quan tâm thiết kế cho đột điểm tải. Điện toán đám mây cần được "gia tăng băng thông rộng" để giúp nó có khả năng nhận được thời gian phản hồi giống nhau từ hạ tầng cơ sở quy tập ở những vị trí khác. Nhanh chóng cải thiện với người dùng có khả năng cung cấp sẵn các tài nguyên cơ sở hạ tầng công nghệ một cách nhanh chóng và ít tốn kém. Chi phí được giảm đáng kể và chi phí vốn đầu tư được chuyển sang hoạt động chi tiêu. Điều này làm giảm rào cản cho việc tiếp nhận, chẳng hạn như cơ sở hạ tầng được cung cấp bởi đối tác thứ 3 và không cần phải mua để dùng cho các tác vụ tính toán thực hiện 1 lần hay chuyên sâu mà không thường xuyên. Việc định giá dựa trên cơ sở tính toán theo nhu cầu thì tốt đối với những tùy chọn dựa trên việc sử dụng và các kỹ năng IT được đòi hỏi tối thiểu (hay không được đòi hỏi) cho việc thực thi. Sự độc lập giữa thiết bị và vị trí làm cho người dùng có thể truy cập hệ thống bằng cách sử dụng trình duyệt web mà không quan tâm đến vị trí của họ hay thiết bị nào mà họ Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học TRẦN TRUNG Trang 5 đang dùng, ví dụ như PC, mobile. Vì cơ sở hạ tầng off-site (được cung cấp bởi đối tác thứ 3) và được truy cập thông qua Internet, do đó người dùng có thể kết nối từ bất kỳ nơi nào. Việc cho thuê nhiều để có thể chia sẻ tài nguyên và chi phí giữa một phạm vi lớn người dùng, cho phép: Tập trung hóa cơ sở hạ tầng trong các lĩnh vực với chi phí thấp hơn (chẳng hạn như bất động sản, điện, v.v.) o Khả năng chịu tải nâng cao (người dùng không cần kỹ sư cho các mức tải cao nhất có thể). o Cải thiện việc sử dụng và hiệu quả cho các hệ thống mà thường chỉ 10-20% được sử dụng. Độ tin cậy cải thiện thông qua việc sử dụng các site có nhiều dư thừa, làm nó thích hợp cho tính liên tục trong kinh doanh và khôi phục thất bại. Tuy nhiên, phần lớn các dịch vụ của cloud computing có những lúc thiếu hụt và người giám đốc kinh doanh, IT phải làm cho nó ít đi. Tính co giãn linh động (“theo nhu cầu”) cung cấp tài nguyên trên một cơ sở mịn, tự bản thân dịch vụ và gần thời gian thực, không cần người dùng phải có kỹ sư cho chịu tải. Hiệu suất hoạt động được quan sát và các kiến trúc nhất quán, kết nối lỏng lẽo được cấu trúc dùng web service như giao tiếp hệ thống. Việc bảo mật cải thiện nhờ vào tập trung hóa dữ liệu, các tài nguyên chú trọng bảo mật, v.v… nhưng cũng nâng cao mối quan tâm về việc mất quyền điều khiển dữ liệu nhạy cảm. Bảo mật thường thì tốt hay tốt hơn các hệ thống truyền thống, một phần bởi các nhà cung cấp có thể dành nhiều nguồn lực cho việc giải quyết các vấn đề bảo mật mà nhiều khách hàng không có đủ chi phí để thực hiện. Các nhà cung cấp sẽ ghi nhớ (log) các truy cập, nhưng việc truy cập vào chính bản thân các audit log có thể khó khăn hay không thể. II. Sự phát triển của điện toán đám mây II.1 Các công ty Điện toán đám mây đang được phát động bới nhiều nhà cung cấp, trong đó có Amazon, Google, DataSynapse, và Salesforse cũng như những nhà cung cấp truyền thống như SunMicrosystems, HP, IBM, Intel và Microsoft. Nó đang được nhiều người dùng cá nhân cho đến những công ty lớn như GeneralElectric, L’Oreal, Procter & Gample và Valeo chấp nhận và sử dụng Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học TRẦN TRUNG Trang 6 II.2 Trung tâm điện toán Có lẽ Amazon là nơi thương mại hóa các trung tâm điện toán đầu tiên mặc dù kỹ thuật này đã được sử dụng từ lâu. Năm 2006, Amazon chào mời dịch vụ mang tên Amazon Web Services (AWS). Bất kỳ ai có thẻ tín dụng cũng có thể vào đây thuê một máy ảo trên hệ thống máy tính khổng lồ của Amazon để chạy ứng dụng. Các nhà điều hành AWS có thể nhanh chóng bổ sung máy chủ khi nhu cầu tăng hay tắt bớt khi nhu cầu giảm. Dịch vụ này có giá rất rẻ. Amazon không phải là công ty trực tuyến duy nhất xây dựng các trung tâm điện toán quy mô lớn. Google cũng đang điều hành một mạng lưới toàn cầu mấy chục trung tâm điện toán với hơn 2 triệu máy tính. Người dùng thường ngày tìm kiếm thông tin trên mạng internet thông qua Google Search chính là đang dùng dịch vụ điện toán đám mây của Google. Microsoft đang đầu tư tiền tỷ để bổ sung chừng 35.000 máy chủ mỗi tháng. Yahoo cũng đang bận rộn xây dựng các nhà máy điện toán kiểu như thế. Như vậy, xu hướng sắp tới là các doanh nghiệp có trung tâm dữ liệu riêng lẻ sẽ củng cố chúng theo hướng cắt giảm (vì các trung tâm loại này có hiệu năng rất thấp – chỉ chừng 6% năng lực xử lý) tập trung vào một ít trung tâm thật sự có hiệu quả. Còn các doanh nghiệp kinh doanh trung tâm dữ liệu sẽ phát triển mạnh, rồi cho doanh nghiệp bên ngoài thuê. Trước mắt các doanh nghiệp vừa và nhỏ là khách hàng chính vì doanh nghiệp lớn chưa chắc đã an tâm giao phó dữ liệu của mình cho người khác quản lý. Cũng có thể họ sẽ chuyển giao dần dần các loại dữ liệu không quan trọng, ví dụ NASDAQ thuê AWS để cung cấp dịch vụ tìm thông tin giao dịch cũ, gọi là Market Replay. II.3 Phần mềm đám mây Xu hướng phần mềm trở thành một dạng dịch vụ được cung cấp qua mạng Internet ngày càng rõ nét. Quan trọng hơn, các ứng dụng, dù có qua mạng hay không, sẽ không còn là một gói phần mềm ngày càng cồng kềnh – chúng sẽ bao gồm nhiều bộ phận cấu thành để đáp ứng nhu cầu đa dạng của khách hàng. Thuật ngữ đầu tiên được sử dụng cho xu hướng này là kiến trúc hướng dich vụ - SOA (Service Oriented Architecture). SOA thoạt tiên xuất hiện trong các ứng dụng mã nguồn mở nhưng sau đó các hãng lớn cũng chuyển sang hướng này vì các ứng dụng của họ ngày càng cồng kềnh, không đáp ứng nổi sự linh hoạt mà khách hàng cần. Thay vì cung ứng cho khách hàng những phần mềm chuyên biệt như quản lý tài chính hay quản lý khách hàng, các nhà cung cấp dịch vụ giới thiệu các cụm phần mềm có thể kết hợp tùy ý để làm ra loại phần mềm mới, ứng với nhu cầu của từng khách hàng. Sử dụng SOA các doanh nghiệp có thể tích hợp hệ thống công nghệ thông tin ngày càng phức tạp bằng cách biến chúng thành tập hợp các dịch vụ để đan xen chúng vào các quy trình kinh doanh. Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học TRẦN TRUNG Trang 7 Việc thương mại hóa SOA cho giới doanh nghiệp vẫn còn rất sơ khai nhưng ngược lại, ứng dụng chạy trên web cho người tiêu dùng thì phát triển mạnh. Ví dụ, tận dụng Google Map kết hợp với danh sách nhà bán, nhà cho thuê từ Craglist, người ta làm ra Housingmaps.com, chuyên đáp ứng nhu cầu tìm nhà thuê, nhà bán nhanh chóng, có cả bản đồ chi tiết. Hàng loạt dịch vụ kết hợp như thế đã ra đời, người dùng có thể tự mình kết hợp các mô-đun lại với nhau để tạo ra ứng dụng cho mình như tin tức kèm hình ảnh, âm thanh hay kết nối…. Hồi tháng 4-2008, Salesforce.com và Google tuyên bố tích hợp dịch vụ online của họ, qua đó người dùng Salesforce (hỗ trợ quản lý khách hàng) có thể chuyển dữ liệu qua các ứng dụng trên mạng của Google. II.4 Thiết bị kết nối Nếu các trung tâm dữ liệu và phần mềm ứng dụng là bản thân “đám mây”, các thiết bị kết nối sẽ kéo chúng về thế giới thật nơi con người sẽ thông qua đó tương tác trở lại với các “đám mây”. Sự ra đời của các thiết bị PDA, như điện thoại di động G1 của Google hay trình duyệt Chrome là nhằm phục vụ cho mục đích kết nối đó. Xu hướng sản xuất loại máy tính xách tay bé xíu – các netbook – cũng không nằm ngoài nỗ lực này. Máy đầu cuối không cần mạnh, chỉ cần có tính di động cao và kết nối tốt. Quá trình tính toán sẽ do đám mây đảm nhận. III. Các nhánh của điện toán đám mây III.1 Phần mềm hoạt động như dịch vụ (SaaS - Software as a Service) : Với loại cloud computing này, một phần mềm sẽ được phân phối qua trình duyệt tới hàng nghìn khách hàng. Về phía người sử dụng, SaaS đồng nghĩa với việc họ không cần đầu tư tiền bạc cho máy chủ và bản quyền phần mềm. Còn đối với nhà cung cấp, ví dụ như Salesforce.com, họ chỉ phải duy trì một ứng dụng chung cho nhiều đơn vị nên chi phí rẻ hơn so với kiểu hosting truyền thống. III.2 Điện toán theo yêu cầu (Utility Computing) : Hình thức kinh doanh đã xuất hiện từ lâu này đang được thổi một luồng gió mới từ Amazon.com, Sun, IBM và một số công ty cung cấp kho lưu và máy chủ ảo theo nhu cầu khác. Hiện đa số doanh nghiệp coi utility computing như một giải pháp bổ sung, phục vụ những công việc không mang tính trọng tâm. Nhưng về lâu dài nó sẽ thay thế một phần trung tâm cơ sở dữ liệu. III.2.1 Dịch vụ web (Web service) : Liên quan mật thiết đến SaaS, web service cung cấp giao diện lập trình ứng dụng (API - Application Programming Interface), như API của Google Maps, qua Internet để các chuyên gia phát triển phần mềm có thể khai thác tính năng. Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học TRẦN TRUNG Trang 8 III.2.2 Nền tảng như một dịch vụ (PaaS – Platform as a Service) : Đây cũng là một biến thể của SaaS nhưng mô hình cloud computing này mang đến môi trường phát triển như một dịch vụ: bạn xây dựng ứng dụng chạy trên cơ sở hạ tầng của nhà cung cấp và phân phối tới người dùng qua máy chủ của nhà cung cấp đó. Bạn sẽ không hoàn toàn được tự do bởi bị ràng buộc về thiết kế và và công nghệ. Một số ví dụ điển hình về PaaS là Force.com của Salesforce.com, Google App Engine, Yahoo Pipes… III.2.3 Dịch vụ quản lý (MSP - Managed Service Provider) : MSP - hình thức cloud computing lâu đời nhất - là ứng dụng chủ yếu dành cho giới chuyên môn hơn là người dùng đầu cuối, chẳng hạn dịch vụ quét virus cho e-mail hay chương trình quản lý desktop. Một số nhà cung cấp nổi tiếng là SecureWorks, IBM, Verizon và Everdream. III.2.4 Điện toán tích hợp (Internet integration) : Quá trình kết hợp các "đám mây" xuất hiện trên Internet mới đang ở giai đoạn đầu. Nhà cung cấp SaaS Workday gần đây đã sáp nhập vào một công ty khác trong cùng lĩnh vực này là CapeClear. Mục tiêu của họ cũng giống hãng Grand Central là trở thành cổng kết nối các cloud nhằm mang đến những giải pháp tích hợp cho khách hàng. Với mô hình cuối cùng này, điện toán cloud computing về sau sẽ được mô tả như là sky computing: Internet giống như bầu trời chứa nhiều đám mây dịch vụ riêng lẻ cho khách hàng dễ dàng kết nối. Các nhánh của điện toán đám mây Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học TRẦN TRUNG Trang 9 IV. Nhận xét về điện toán đám mây Từ góc nhìn bên ngoài, cloud computing đơn giản chỉ là việc di trú tài nguyên tính toán và lưu trữ từ doanh nghiệp vào “đám mây”. Người dùng chỉ định yêu cầu tài nguyên và cloud provider hầu như tập hợp các thành phần ảo này trong hạ tầng của nó. Việc di trú tài nguyên tính toán lên đám mây Ưu điểm mới của cloud computing là khả năng ảo hóa và chia sẻ tài nguyên giữa các ứng dụng. Áp dụng công nghệ ảo hóa để chia sẻ tài nguyên Ở đây 3 nền tảng độc lập tồn tại cho các ứng dụng khác nhau , mỗi ứng dụng chạy trên server của nó. Trong “đám mây”, server có thể được chia sẻ (được ảo hóa) giữa các hệ điều hành và các ứng dụng để sử dụng server tốt hơn. Càng ít server thì càng cần ít Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học TRẦN TRUNG Trang 10 không gian (giảm vùng bao phủ của các data center) và càng ít năng lượng làm mát (giảm tiêu hao nhiên liệu). Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học TRẦN TRUNG Trang 11 Phần II. Công nghệ ảo hóa I. Giới thiệu ảo hóa Ảo hoá là công nghệ tiên tiến nhất trong một loạt các cuộc cách mạng công nghệ nhằm tăng mức độ ảo hóa hệ thống cho phép tăng hiệu suất làm việc của máy tính lên một cấp độ chưa từng có. Ở mức đơn giản nhất, ảo hóa cho phép bạn sử dụng ít nhất một máy tính hoạt động trong nhiều môi trường khác nhau trên một phần cứng duy nhất. Ví dụ, với ảo hóa,bạn có thể đồng thời sử dụng một máy Linux và một máy Windows cùng trên một hệ thống. Hay bạn có thể dùng một máy bàn Windows95 và một máy bàn Windows XP trên một trạm máy. Máy ảo Ubuntu chạy trên Windows XP Về mặt kĩ thuật, ảo hóa tách biệt người sử dụng và ứng dụng về những đặc tính phần cứng chuyên biệt của các hệ thống mà họ sử dụng để thực hiện các công việc của máy tính. Công nghệ này hứa hẹn mở ra một làn sóng cách mạng phần cứng và phần mềm hoàn toàn mới. Ví dụ về một ích lợi của ảo hóa là đơn giản hóa quá trình nâng cấp các hệ thống (trong một số trường hợp, không cần nâng cấp hệ thống), bằng việc cho phép người sử dụng nắm bắt được trạng thái của máy ảo (VM), và sau đó chuyển trạng thái đó trong tình trạng nguyên vẹn từ hệ thống cũ sang một hệ thống mới. Ngoài ra, ảo hóa cũng hứa hẹn tạo ra khả năng điện toán với hiệu quả cao hơn. Số lượng thực các bộ xử lý, bộ nhớ, và các nguồn lưu trữ … cần có cho hệ thống ngày nay sẽ được điều chỉnh và quyết định bởi các tính năng tính toán của ảo hóa. Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học TRẦN TRUNG Trang 12 Ưu điểm lớn nhất mà ảo hóa mang lại cho chúng ta là khả năng hợp nhất hàng loạt các server dịch vụ vào một server duy nhất. Thông thường, các server chỉ sử dụng rất ít tài nguyên của hệ thống, trong đó phần lớn là bộ vi xử lý và bộ nhớ. Điều đó cũng có nghĩa là chúng ta đang lãng phí tài nguyên và tăng chi phí cho những gì mà ta không cần. Việc triển khai hàng loạt các máy ảo (mỗi máy áo tương ứng với 1 dịch vụ) trên một server duy nhất sẽ nâng cao hiệu suất sử dụng tài nguyên hệ thống. Chính vì vậy, ảo hóa chính là tương lai của điện toán đám mây (cloud computing). Mặc dù không phải là bắt buộc, nhưng những mô hình “đám mây” sử dụng công nghệ ảo hóa sẽ có hiệu năng và tính linh hoạt cao hơn nhờ có khả năng chia sẻ các tài nguyên ảo thông qua hệ thống mạng. Thực ra, chia sẻ tài nguyên không phải là cái gì mới mẻ, nhưng bằng cách sử dụng ảo hóa, chi phí triển khai hệ thống sẽ được giảm đáng kể và bên cạnh đó còn đảm bảo được tính hiệu quả trong việc sử dụng các tài nguyên. Google, IBM và Microsoft là các ông lớn đang trong quá trình tìm tòi, khai phá những tiềm năng của lĩnh vực này. Một ví dụ của điện toán đám mây chính là Microsoft Office Web Applications có dạng một ứng dụng web miễn phí (kèm quảng cáo). Chạy MS Office trên trình duyệt Internet Explorer II. Đặc điểm nổi bật của ảo hóa Dường như mọi nơi bạn đến, người ta đều đang đang nói đến ảo hóa. Các tạp chí công nghệ thổi phồng công nghệ này trên các mặt báo. Các phiên bản ảo hóa luôn được đề cao trong các hội nghị công nghệ. Và các nhà cung ứng công nghệ mô tả tại sao sản phẩm của họ lại tân tiến nhất trong công Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học TRẦN TRUNG Trang 13 nghệ ảo hóa. Tại sao ảo hóa là chủ đề nóng hổi như vậy? Có 4 lý do để trả lời cho câu hỏi trên như sau: II.1 Tối ưu hóa công suất sử dụng phần cứng: Ngày nay, hệ thống máy chủ ở các trung tâm dữ liệu thường hoạt động với 10 hoặc 15% tổng hiệu suất. Nói cách khác, 85% hoặc 90% công suất của máy không được dùng đến. Tuy nhiên, một máy chủ dùng chưa hết công suất vẫn chiếm diện tích sử dụng và hao tổn điện năng, vì vậy chi phí hoạt động của một máy không được sử dụng đúng mức có thể gần bằng với chi phí khi chạy hết công suất. Như vậy, quả thật là chúng ta đang lãng phí các tài nguyên của cả hệ thống. Hãy xem điều gì sẽ xảy ra? Với sự không ngừng cải tiến các đặc điểm hoạt động của phần cứng máy tính, máy tính trong năm tới sẽ có công suất gấp đôi máy tính của năm nay (đây là tương lai có thể thấy trước được). Hiển nhiên, phải có một cách nào đó hữu hiệu hơn để công suất của làm việc của máy tương ứng với tỷ lệ sử dụng và đó là những gì mà ảo hóa có thể làm được – bằng việc dùng một phần cứng duy nhất để hỗ trợ cùng một lúc nhiều hệ thống. Ứng dụng ảo hóa, các công ty có thể nâng cao đáng kể hiệu suất sử dụng phần cứng và sử dụng vốn hiệu quả hơn. Vì vậy, đây chính là lý do tại sao ảo hóa giúp nâng cao công suất của máy tính lại khiến mọi người quan tâm đến vậy. II.2 Nhu cầu lưu trữ dữ liệu: Các trung tâm dữ liệu đang dùng hết dung lượng của mình. Trong 20 năm qua, các tài liệu kinh doanh đã và đang được chuyển từ dạng giấy tờ sang dạng điện tử. Đây là quá trình số hóa tài liệu. Sự xuất hiện của Internet đã thúc đẩy nhanh hơn nữa sự chuyển biến này. Các công ty muốn trao đổi trực tiếp với khách hàng và đối tác qua Internet. Đương nhiên, việc này thúc đẩy việc các tài liệu kinh doanh được vi tính hóa. Trong một thấp kỷ qua, ảnh hưởng của Internet khiến một số lượng lớn các máy chủ được đồng loạt đưa vào sử dụng tại các trung tâm dữ liệu để lưu trữ hệ thống tài liệu khổng lồ này và vấn đề của nó là: khả năng lưu trữ của cac trung tâm dữ liệu này đang cạn kiệt và sự gia tăng nhanh chóng dữ liệu đòi hỏi phương pháp lưu trữ dữ liệu mới. Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học TRẦN TRUNG Trang 14 Những phương pháp này thường được gọi là ảo hóa lưu trữ, có nghĩa là việc lưu trữ này có khả năng được xử lý bởi bất kỳ một phần cứng độc lập nào. Với khả năng host cùng lúc các hệ thống khách trên một máy chủ vật lý duy nhất, ảo hóa cho phép các công ty nâng cấp trung tâm dữ liệu, do đó cắt giảm chi phí mở rộng dung lượng trung tâm dữ liệu. Đây là lợi ích lớn nhất của ảo hóa, vì chi phí xây dựng các trung tâm dữ liệu có thể lên tới hàng chục triệu đôla. II.3 Ứng dụng công nghệ xanh để đạt hiệu quả sử dụng năng lượng tốt hơn: Tác động của cuộc cách mạng xanh khiến các công ty đang tìm cách giảm lượng năng lượng tiêu thụ -- và một trong số những nơi họ nhận thấy có thể làm được điều đó đầu tiên là các trung tâm dữ liệu. Để thấy rõ sự quan tâm của mọi người đến lượng năng lượng tiêu thụ trong các trung tâm dữ liệu, hãy xem xét thực tế sau: “Một cuộc nghiên cứu do một nhà khoa học thực hiện chỉ ra rằng trong những năm 2000 đến năm 2005, lượng năng lượng các trung tâm dữ liệu ở Mỹ tiêu thụ tăng đã gấp đôi. Hơn nữa, nhà khoa học này cũng dự đoán tới cuối thập niên này, lượng năng lượng tiêu thụ sẽ tăng 40%. Lượng năng lượng các máy chủ ở trung tâm dữ liệu tiêu thụ và để làm mát chiếm khoảng 1,2% tổng năng lượng tiêu thụ ở Mỹ. Dựa trên kết quả của cuộc nghiên cứu, Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (EPA) đã thành lập một nhóm làm việc để xây dựng các tiêu chuẩn cho các kế hoạch và việc tiêu thụ năng lượng của máy chủ và áp dụng các tiêu chí “Ngôi sao năng lượng” (ES) mới cho các máy chủ sử dụng năng lượng hiệu quả. Do chi phí để vận hành các máy tính cùng với thực tế là nhiều máy tính choán hết trung tâm dữ liệu và đang hoạt động với hiệu suất thấp, khả năng giảm số lượng máy chủ vật lý có thể giúp cắt giảm rất đáng kể tổng chi phí năng lượng của các công ty. II.4 Chi phí quản lý hệ thống rất lớn và ngày càng tăng: Các máy không hoàn toàn tự hoạt động. Mỗi máy chủ đều cần đến sự giám sát và cung cấp điện của hệ thống quản lý. Các tác vụ quản lý phổ biến của hệ thống bao gồm: giám sát trạng thái của phần cứng; thay các chi tiết phần cứng bị lỗi; cài đặt hệ điều hành (OS) và phần mềm ứng dụng; bảo trì và sửa chữa nhanh ứng dụng; quản lý các tài nguyên máy chủ then chốt như bộ nhớ và đĩa; và sao lưu dữ liệu máy chủ sang các phương tiện lưu trữ để bảo mật và dự phòng. Như chúng ta có thể tưởng tượng, những công việc này đòi hỏi rất nhiều nhân lực. Để thuê những nhân viên quản trị hệ thống – người giữ cho các máy có thể hoạt động tốt Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học TRẦN TRUNG Trang 15 – không hề rẻ chút nào. Và không giống như các lập trình viên, các nhân viên quản trị hệ thống thường làm việc bên cạnh máy chủ, do họ cần xử lý phần cứng vật lý. Để kiểm soát sự gia tăng chi phí điều hành, ảo hóa mang lại cơ hội cắt giảm chi phí quản lý hệ thống bằng việc giảm số lượng máy tính cần được quản trị. Mặc dù, nhiều công việc liên quan đến quản lý hệ thống (hệ điều hành và ứng dụng, sao lưu dự phòng) không thể thay đổi trong một môi trường được ảo hóa, rất nhiều tác vụ không cần phải thực hiện nếu các máy chủ vật lý chuyển sang ảo hóa. Nói chung, ảo hóa có thể giảm thiểu phần lớn các yêu cầu quản lý. Do đó, ảo hóa trở thành sự lựa chọn tuyệt vời để giải quyết vấn đề tăng chi phí thuê nhân viên điều hành. III. Các ứng dụng ảo hóa phổ biến Một số ứng dụng phổ biến nhất của ảo hóa tập trung xung quanh khái niệm: ảo hóa là sự trừu tượng hóa các tài nguyên vật lý. Thực tế là có nhiều phương pháp ảo hóa đến nỗi chúng ta phải bối rối khi lựa chọn phương pháp ảo hóa nào để ứng dụng trong công ty. Hai phương pháp ảo hóa được ứng dụng nhiều nhất trong các trung tâm dữ liệu là ảo hóa máy chủ và ảo hóa lưu trữ. Trong mỗi phương pháp ảo hóa, có cái hay và phương pháp riêng của mình, mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng. III.1 Ảo hóa máy chủ: Có 3 phương pháp ảo hóa máy chính: ảo hóa hệ điều hành; mô phỏng phần cứng; và paravirtualization (tạm gọi ảo hóa song song), một khái niệm tương đối mới phân chia thành các khối lượng công việc nhỏ hơn và hoạt động tốt hơn. III.1.1 Ảo hóa hệ điều hành Một hệ điều hành được vận hành ngay trên một hệ điều hành chủ đã tồn tại và có khả năng cung cấp một tập hợp các thư viện tương tác với các ứng dụng, khiến cho mỗi ứng dụng được hỗ trợ cảm thấy như đang chạy trên một máy chủ vật lý. Từ phối cảnh của ứng dụng, nó được nhận thấy và tương tác với các ứng dụng chạy trên hệ điều hành ảo, và tương tác với hệ điều hành ảo mặc dù nó kiểm soát tài nguyên hệ điều hành ảo. Nói chung, không thể thấy các ứng dụng này hoặc các tài nguyên hệ điều hành đặt trong hệ điều hành ảo khác. Phương pháp ảo hóa này đặc biệt hữu dụng nếu nhà cung cấp muốn mang lại cho cộng đồng người sử dụng khác nhau các chức năng khác nhau của hệ thống trên một một máy chủ duy nhất. Đây là một phương pháp lý tưởng cho các công ty máy chủ Web: Họ sử dụng ảo hóa container (OS ảo) để khiến cho một trang Web chủ “tin rằng” trang web này kiểm soát toàn bộ máy chủ Tuy nhiên, trên thực tế mỗi trang Web chủ chia sẻ cùng một máy với các trang Web khác, mỗi trang Web này lại có một container riêng. Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học TRẦN TRUNG Trang 16 Ảo hóa hệ điều hành yêu cầu rất ít tài nguyên hệ thống, do đó bảo đảm hầu hết tài nguyên máy sẵn có cho các ứng dụng chạy trên container. Tuy nhiên, ảo hóa hệ điều hành vẫn có một số nhược điểm. Nhược điểm đầu tiên và lớn nhất là phương pháp này thường giới hạn sự lựa chọn hệ điều hành. Sự container hóa nghĩa là các container cung cấp một hệ điều hành tương tự như hệ điều hành chủ và thậm chí thống nhất về phiên bản và các bản vá lỗi. Như chúng ta có thể tưởng tượng, có thể xảy ra vấn đề nếu nhà cung cấp muốn chạy các ứng dụng khác nhau trên các container, do các ứng dụng thường được chứng thực cho một phiên bản hệ điều hành và các bản vá lỗi. Do đó, ảo hóa hệ điều hành thích hợp nhất với cấu hình thuần nhất, trong các tình huống này ảo hóa hệ điều hành là sự lựa chọn hoàn hảo. III.1.2 Mô phỏng phần cứng Trong phương pháp mô phỏng phần cứng, phần mềm dùng để ảo hóa (thường được biết đến là một hypervisor) trình diễn một môi trường phần cứng được mô phỏng mà các hệ điều hành khách hoạt động trên đó. Môi trường phần cứng được mô phỏng này thường ám chỉ phần mềm điều khiển máy ảo hay VMM. VMM tạo ra một môi trường phần cứng được chuẩn hóa trên đó hệ điều hành khách cư trú và tương tác. Do hệ điều hành máy khách và VMM tạo ra một gói thống nhất, gói này có thể được chuyển từ máy này sang máy khác, mặc dù các cấu hình vật lý của hệ thống mà gói chạy trên đó có thể khác. Hypervisor cư trú giữa VMM và phần cứng vật lý chuyển yêu cầu tài nguyên từ VMM sang máy chủ vật lý. Phương pháp ảo hóa này được hiểu là các ứng dụng chạy trên một hệ điều hành khách hoàn toàn biệt lập với ít nhất một hệ điều hành khách đang hoạt động, một hệ điều hành chạy trên mỗi VMM. Các VMM đều lưu trú trên một hypervisor ảo. Phương pháp này không chỉ hỗ trợ nhiều hệ điều hành, nó còn hỗ trợ nhiều hệ điều hành khác nhau. Những hệ điều hành này có thể khác nhau về phiên bản thậm chí là các hệ điều hành hoàn toàn khác như Windows và Linux có thể chạy đồng thời trên phần mềm ảo hóa phần cứng. Trình điều khiển máy ảo phải cung cấp cho máy ảo một “ảnh” của toàn bộ hệ thống, bao gồm BIOS ảo, không gian bộ nhớ ảo, và các thiết bị ảo. Trình điều khiển máy ảo cũng phải tạo và duy trì cấu trúc dữ liệu cho các thành phần ảo (đặc biệt là bộ nhớ), và cấu trúc này phải luôn được cập nhật cho mỗi một truy cập tương ứng được thực hiện bởi máy ảo. Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học TRẦN TRUNG Trang 17 Phương pháp mô phỏng phần cứng Ảo hóa phần cứng được sử dụng rộng rãi trong ngành phát triển phần mềm và bảo đảm chất lượng (QA), vì nó cho phép các hệ điều hành khác nhau chạy đồng thời trên một máy. Điều này cho phép phát triển song song hoặc thử nghiệm phần mềm ở nhiều môi trường hệ điều hành khác nhau. Mô phỏng phần cứng cũng được dùng để hợp nhất máy chủ, ở đó các môi trường ứng dụng/hệ điều hành được copy và chuyển từ nhiều máy chủ vật lý riêng rẽ sang một máy chủ vật lý duy nhất chạy phần mềm ảo. Một trong những nhược điểm của việc mô phỏng phần cứng là nó ảnh hưởng đến khả năng hoạt dộng của hệ thống điều này khiến cho các ứng dụng trên các máy ảo chạy chậm hơn bình thường. Một nhược điểm khác là phần mềm ảo hóa xuất hiện trước hệ điều hành khách trong một giao diện phần cứng được tiêu chuẩn hóa (VMM). Hypervisor mang đến cho VMM một giao diện, sau đó chuyển thành các yêu cầu đối với các tài nguyên vật lý thực trên máy. Nghĩa là hypervisor phải giữ các giao diện cho các tài nguyên của máy; các tài nguyên này được gọi là các trình điều khiển thiết bị. Vấn đề của trình điều khiển thiết bị đối với mô phỏng phần cứng đó là hypervisor đã có các trình điều khiển và người sử dụng không thể cài đặt các trình điều khiển mới (không giống như trên máy tính cá nhân). Do đó, nếu một máy có tài nguyên phần cứng và hypervisor không có trình điều khiển, phần mềm ảo hóa không thể chạy trên máy. Điều này có thể gây vấn đề, đặc biệt cho các công ty muốn sử dụng các phần cứng mới. Các công ty cung cấp phần mềm ảo hóa mô phỏng phần cứng gồm có VMWare (ở hai phiên bản VMWare Server và ESX Server) và Microsoft. Microsoft cung cấp một sản phẩm được gọi là Virtual Server. VMWare chỉ hỗ trợ các máy chủ x86, đặc biệt là Hệ điều hành Microsoft. Phần mềm Virtual Server của Microsoft được dự đoán là sẽ bị Hyper-V thay thế, phần mềm này được biết đến là một phần của Microsoft Windows Server 2008. Một phần mềm khác đó là Xen, phần mềm thay thế nguồn mở dựa trên hypervisor. Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học TRẦN TRUNG Trang 18 III.1.3 Paravirtualization Là một phương pháp ảo hóa máy chủ khác. Với phương pháp ảo hóa này, thay vì mô phỏng một môi trường phần cứng hoàn chỉnh, phần mềm ảo hóa này là một lớp mỏng dồn các truy cập các hệ điều hành máy chủ vào tài nguyên máy vật lý cơ sở, sử dụng môt kernel đơn để quản lý các server ảo và cho phép chúng chạy cùng một lúc (có thể ngầm hiểu, một server chính là giao diện người dùng được sử dụng để tương tác với hệ điều hành – hay nói cách khác: đây là cách để ta cảm nhận được hệ điều hành). Paravirtualization đem lại tốc độ cao hơn so với Full Virtualization và hiệu quả sử dụng các nguồn tài nguyên cũng cao hơn. Nhưng nó yêu cầu các guest OS chạy trên máy áo phải được chỉnh sửa. Điều này có nghĩa là không phải bất cứ hệ điều hành nào cũng có thể chạy Paravirtualization được (trái với Full Virtualization). XP Mode của Windows 7 là một ví dụ điển hình về Paravirtualization. Mô hình Paravirtualization Phương pháp ảo hóa này có hai ưu điểm. Thứ nhất, giảm chi phí hoạt động do số lượng mã rất ít. Mô phỏng phần cứng chèn toàn một lớp mô phỏng phần cứng giữa hệ điều hành chủ và phần cứng vật lý. Ngược lại, lớp phần mềm mỏng của paravirtualization hoạt động giống một cảnh sát giao thông hơn, nó cho phép một hệ điều hành chủ truy cập các tài nguyên vật lý của phần cứng, đồng thời ngăn không cho các hệ điều hành chủ khác truy cập các nguồn tài nguyên đó. Ưu điểm thứ hai của paravirtualization so với mô phỏng phần cứng là paravirtualization không giới hạn các trình điều khiển thiết bị trong phần mềm ảo hóa; thực tế là paravirtualization không hề có các trình điều khiển thiết bị. Thay vào đó, nó sử dụng các trình điều khiển thiết bị có trong một hệ điều hành chủ, gọi là máy chủ đặc quyền. Nó cho phép các công ty tận dụng hiệu suất phần cứng các máy chủ, chứ không bị giới hạn phần cứng mà các trình điều khiển phải sẵn có trong phần mềm ảo hóa này như trong ảo hóa mô phỏng phần cứng. Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học TRẦN TRUNG Trang 19 Tuy nhiên, phương pháp ảo hóa này cũng có một nhược điểm lớn: Do ít quan trọng và dồn truy cập vào một phần cứng cơ sở, paravirtualization yêu cầu các hệ điều hành chủ phải được thay đổi để tương tác với giao diện paravirtualization. Công việc này chỉ có thể được thực hiện khi truy cập mã nguồn của hệ điều hành. Do đó, nhược điểm này sẽ được giảm thiểu khi sử dụng các máy chủ có các con chip mới trong cơ sở hạ tầng sản xuất. Một ví dụ của paravirtualization là một sản phẩm nguồn mở mới được gọi là Xen, được công ty thương mại XenSource bảo trợ. Xen cũng xuất hiện trong các nguồn phân phối Linux gần đây từ Red Hat và Novell, và có trong nhiều nguồn phân phối cộng đồng Linux như Debian và Ubuntu. XenSource cũng tự bán các sản phẩm dựa trên Xen. Một phần mềm tiềm năng khác là Virtual Iron, một giải pháp dựa trên Xen. III.2 Ảo hóa lưu trữ Số lượng các công ty phát triển và lưu trữ dữ liệu tăng ngày càng nhanh. Do sự chuyển dịch các chu trình kinh doanh sang các ứng dụng số dựa trên Web, các công ty đang bị chìm ngập trong biển dữ liệu. Việc tăng quá nhanh dữ liệu đang gây ra vấn đề cho nhiều công ty. Thứ nhất, do dung lượng lưu trữ nhỏ, nhiều ứng dụng đã tạo ra quá nhiều dữ liệu hơn khả năng lưu trữ vật lý trên một máy chủ. Thứ hai, nhiều ứng dụng, đặc biệt những ứng dụng dựa trên Internet, có nhiều máy cần truy cập cùng dữ liệu. Tất cả các dữ liệu trì hoãn trên một máy có thể gây ra sự tắc nghẽn, đó là không đề cập đến nguy cơ các máy chủ có thể không hoạt động nếu một máy chủ chứa toàn bộ các dữ liệu của ứng dụng bị hỏng. Cuối cùng, sự bùng nổ các máy mà đã được nhắc đến trong trong phần trước của chương này có thể gây ra các vấn đề về sao lưu; nói cách khác, sao chép dữ liệu là nhiệm vụ không tưởng khi có hàng trăm nghìn máy cần được sao lưu dữ liệu. Vì những lý do này, dữ liệu cũng được ảo hóa. Các công ty sử dụng phương pháp lưu trữ tập trung (lưu trữ ảo hóa) như một biện pháp tránh các vấn đề truy cập dữ liệu. Hơn nữa, chuyển sang lưu trữ dữ liệu tập trung có thể giúp các công ty CNTT giảm chi phí và tăng hiệu quả quản lý dữ liệu. Vai trò của phần cứng Mặc dù ảo hóa là một công nghệ phần mềm, tác động của ảo hóa là khiến phần cứng trở nên càng quan trọng hơn. Đó là do việc tháo dỡ rất nhiều máy chủ và dịch chuyển các hệ điều hành đến các máy ảo khiến các máy chủ còn lại, những máy mà hỗ trợ tất cả các máy ảo đó, trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Mặc dù, các công ty CNTT có thể chấp nhận các máy chủ riêng rẽ trong môi trường “một ứng dụng, một máy chủ” bị hỏng bởi mỗi lỗi hệ thống sẽ ảnh hưởng đến một Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học TRẦN TRUNG Trang 20 nhóm người sử dụng, ảo hóa thì hoàn toàn khác. Mỗi máy chủ hỗ trợ nhiều máy ảo và nhiều ứng dụng của người sử dụng. Nếu một máy chủ ảo hóa gặp sự cố, nó sẽ gây ảnh hưởng đến nhiều ứng dụng và toàn bộ người sử dụng các ứng dụng đó. Phần cứng sẽ chỉ trở nên quan trọng hơn khi một phần cứng mới và sẵn sàng để ảo hóa xuất hiện trên thị trường. Các nhà sản xuất phần cứng đang tạo ra những khả năng ảo hóa có tầm quan trọng lớn. Do vậy, khi ứng dụng phần mềm ảo hóa, một tác động không ngờ là phần cứng mới trở nên ngày càng quan trọng hơn. III.3 Ảo hóa ứng dụng Mục tiêu của ảo hóa ứng dụng chính và cung cấp các lớp tương thích (compatibility layers), nó có thể giúp người sử dụng có thể chạy các phần mềm của Windows trên Linux chẳng hạn. Dự án mã nguồn mở Wine chính là một ví dụ tiêu biểu của ảo hóa ứng dụng. Một cách rõ ràng hơn, ảo hóa ứng dụng như một công nghệ phần mềm giúp tăng sự mềm dẻo trong quản lý và tương thích của các ứng dụng bằng cách tách chúng ra khỏi hệ điều hành chủ. Một ứng dụng không tương thích với hệ điều hành chủ, sau khi được kích hoạt để chạy sẽ bị “lừa” để nó lầm tưởng là đang chạy và tương tác trên một hệ điều hành tương thích. Ảo hóa ứng dụng - Wine cho phép chạy MS Office và IE trên Linux Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học TRẦN TRUNG Trang 21 Phần III. Những nguyên lý sáng tạo được ứng dụng I. Nguyên lý phân nhỏ Khi xây dựng một hệ thống phần mềm, các nhà phát triển đã phân tách ra thành nhiều thành phần module hoặc service khác nhau, cùng chia sẻ tài nguyên. Với công nghệ ảo hóa, thì mỗi thành phần có thể được phát triển trên các máy ảo khác nhau, khi cần thì kết nối và chia sẻ tài nguyên. Một ví dụ là về xây dựng một ứng dụng web: cơ sở dữ liệu được đặt trong một máy ảo, server web đặt trong một máy ảo, việc phát triển lại được thực hiện trong một máy ảo riêng. II. Nguyên lý tách khỏi Với điện toán đám mây, người dùng không còn phải trực tiếp cài đặt phần mềm hay lưu trữ dữ liệu trên thiết bị cá nhân vì tất cả đã được xử lý trên máy chủ và người dùng chỉ cần thông qua Internet để truy cập và xử lý. Nhờ đó các máy tính cá nhân hay smartphone, PDA không cần phải có cấu hình quá mạnh hay có khả năng lưu trữ nhiều mà chủ yếu chỉ cần có thể kết nối Intenet, truy cập dữ liệu thông qua trình duyệt. Trong công nghệ ảo hóa, để giảm thời gian khởi động hoặc tắt máy cũng như tăng hiệu suất thực thi một dịch vụ nào đó, ta có thể tách những dịch vụ không cần thiết phải chạy song song sang một máy ảo, và khi cần thì chỉ cần chạy máy ảo đó để kết nối đến. Một ví dụ cơ bản là khi lập trình phần mềm có truy cập cơ sở dữ liệu, ta có thể cài đặt cơ sở dữ liệu trong một hệ điều hành ảo, như vậy khi máy thật khởi động hay đang chạy sẽ nhanh hơn vì không tốn tài nguyên cho dịch vụ của cơ sở dữ liệu mà khi nào cần sử dụng, chỉ cần chạy máy ảo và kết nối đến. III. Nguyên lý cục bộ Trong công nghệ ảo hóa, nguyên lý này được thực thi một cách rất rõ ràng: hệ thống phần mềm hay lưu trữ được phân tách ra làm nhiều module, và một module được phát triển trên một nền tảng hệ điều hành riêng biệt để tối ưu hóa khả năng thực thi của chương trình. IV. Nguyên lý kết hợp Trong công nghệ ảo hóa, một máy chủ thật sẽ được cài đặt nhiều máy chủ ảo để thực thi những công việc khác nhau và có thể dễ dàng kết nối, chia sẻ tài nguyên. Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học TRẦN TRUNG Trang 22 Trong điện toán đám mây, người ta đã kết hợp được sức mạnh của công nghệ ảo hóa, Internet băng thông rộng và sự phát triển của viễn thông với các công nghệ kết nối như Wifi, 3G,… để ngày càng cho ra đời những dịch vụ, phần mềm trực tuyến mạnh mẽ mà người dùng có thể ở bất cứ đâu, vào bất cứ thời điểm nào, dùng bất cứ thiết bị gì có thể kết nối Internet đều có thể truy cập và sử dụng. V. Nguyên lý chứa trong Nguyên lý này được thể hiện rất rõ trong công nghệ ảo hóa: bên trong một máy chủ vật lý sẽ được cài đặt nhiều máy chủ ảo để có thể lưu trữ và xử lý những tác vụ chuyên biệt. VI. Nguyên lý thực hiện sơ bộ Trong điện toán đám mây, chúng ta sử dụng những công nghệ lập trình hiện đại như Ajax, Adobe Air, Google Gear, HTML5,… để xây dựng những thế hệ phần mềm mới có thể chạy được trên mọi nền tảng trình duyệt hay hệ điều hành. Chính nhờ đó, người dùng sẽ rất tiện lợi trong việc sử dụng dịch vụ bằng những thiết bị khác nhau. Trong công nghệ ảo hóa, một hệ điều hành ảo được cấu hình thật hoàn chỉnh có thể mang qua lại nhiều máy vật lý khác nhau mà không cần chỉnh sửa lại hoặc chỉ cần cài đặt thêm những phần mềm cần thiết. Điều này rất thuận lợi và nhanh chóng khi chúng ta muốn thiết lập một hệ thống mạng thực hiện những tác vụ khác nhau. VII. Nguyên lý dự phòng Thất thoát dữ liệu là một trong những vấn đề nóng bỏng nhất trong thế giới công nghệ hiện nay. Những nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây tin rằng với việc người dùng không lưu trữ bất kỳ dữ liệu nào trên máy cá nhân, mà tất cả được tập trung và xử lý trên máy chủ của nhà cung cấp sẽ làm hạn chế tổn thất về dữ liệu vì nhà cung cấp sẽ có nhiệm vụ và tập trung hơn trong việc đảm bảo an toàn. Thêm nữa, việc sử dụng các phần mềm nền web sẽ giảm thiểu khả năng xung đột giữa các phần mềm trong máy vì người dùng không cần phải cài đặt mà chỉ cần thông qua trình duyệt để xử dụng các dịch vụ online. Trong công nghệ ảo hóa, người dùng dễ dàng tạo ra những máy chủ lưu trữ và backup thông tin. Ví dụ chúng ta có thể tạo ra 3 máy ảo khác nhau, một máy dùng để truy cập Internet, một máy không truy cập Internet mà chỉ nối mạng nội bộ để xử lý công việc, một máy không truy cập Internet mà chỉ nối mạng nội bộ để thực hiện việc backup dữ Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học TRẦN TRUNG Trang 23 liệu. Điều này có thể dễ dàng thực hiện mà không cần tốn thêm tiền để mua các máy vật lý cùng các thiết bị kết nối mạng. VIII. Nguyên lý vạn năng Nguyên lý này được thể hiện rõ nét trong công nghệ ảo hóa. Trên một máy tính vật lý, người ta có thể tạo nhiều máy ảo chạy những hệ điều hành khác nhau từ thông thường đến server để thực hiện nhiều tác vụ cùng một lúc. Một ví dụ như sau: một máy tính thật cài hệ điều hành Windows 7, một máy ảo Linux Server để làm máy chủ web, một máy ảo Windows Server 2003 để cài đặt cơ sở dữ liệu, một máy ảo Windows XP để thử nghiệm và giải trí,… điều này đặc biệt thuận lợi cho người dùng hoặc những công ty vừa và nhỏ muốn có một hệ thống mạng để xử lý công việc và lưu trữ dữ liệu. Nhờ vậy chúng ta không còn phải bận tâm quá nhiều đến việc mua bổ sung thêm những máy tính vật lý, đồng thời làm tăng hiệu suất hoạt động của máy lên nhiều lần. IX. Nguyên lý năng động Trong điện toán đám mây, tính linh động được thể hiện rất rõ. Dữ liệu được lưu trữ trên máy chủ của nhà cung cấp, chúng ta sử dụng các dịch vụ phần mềm nền web thông qua trình duyệt để thực hiện các tác vụ theo yêu cầu. Như vậy với bất kỳ thiết bị nào như máy vi tính cá nhân, smartphone, pda hay các thiết bị tân thời như máy tính bảng, netbook, và ở bất cứ nơi nào, vào thời gian nào thì chỉ cần kết nối Internet là có thể truy cập dịch vụ. Không chỉ như thế, thế hệ web mới còn kết nối tất cả mọi người, cùng chia sẻ dữ liệu, chỉnh sửa thông tin, thực hiện công việc cùng lúc một cách dễ dàng. Chúng ta có thể thấy qua ví dụ sau: một người đi du lịch, chụp hình phong cảnh bằng smartphone, lập tức bức ảnh được đánh dấu vị trí và thời gian, được post lên trang web chia sẻ ảnh, đồng thời thông báo đến cho tất cả bạn bè đang kết nối, và họ ngay lập tức bình luận hay nói chuyện ngay trên trang web đó. Trong công nghệ ảo hóa, chúng ta tạo một máy ảo và thiết lập cấu hình chuẩn, khi cần có thể chép vào USB và mang qua lại các máy thật vật lý khác nhau hoặc có thể nhân bản ra nhiều máy ảo giống nhau để thực nghiệm. Chúng ta thực hiện điều đó dễ dàng và nhanh chóng, không cần chú tâm quá đến cấu hình của máy thực vật lý cũng như việc cài đặt driver điều khiển thiết bị. Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học TRẦN TRUNG Trang 24 X. Nguyên lý tác động hữu hiệu Trong công nghệ ảo hóa, các hệ thống trung tâm máy chủ phải chạy liên tục 24/24 vì người dùng ở khắp nơi trên thế giới, không cùng thời điểm đều có thể truy cập dịch vụ web và xử lý thông tin. XI. Nguyên lý rẻ thay cho đắt Trong điện toán đám mây, các dịch vụ được cung cấp theo nhiều phiên bản khác nhau. Với người dùng thông thường có thể dùng phiên bản miễn phí hoặc giá rẻ tuy phải chịu một số phiền phức như dung lượng lưu trữ, quảng cáo. Người dùng cao cấp hơn hoặc công ty có thể sử dụng theo thuê bao hàng tháng hoặc hàng năm với chất lượng tốt hơn. Tuy vậy, với sự phát triển như vũ bão hiện nay của công nghệ, thì sự cạnh tranh giữa những nhà cung cấp dịch vụ càng lớn, vì thế rất nhiều website cung cấp dịch vụ miễn phí mà chất lượng rất cao ra đời, đáp ứng nhu cầu của đại đa số người dùng. Với công nghệ ảo hóa, người dùng thông thường hoặc công ty vừa và nhỏ có thể giảm thiểu chi phí phải trả cho việc thiết lập hệ thống mạng hoặc máy chủ, thay vào đó chỉ cần đầu tư một máy chủ vật lý tốt, và trên đó có thể cài đặt nhiều hệ thống máy chủ khác, đáp ứng tốt nhu cầu công việc. XII. Nguyên lý thay thế sơ đồ cơ học Với điện toán đám mây, người dùng thông thường không cần phải quá để tâm đến việc đầu tư phần cứng để lưu trữ dữ liệu và xử lý công việc. Tất cả mọi thứ đã được lưu trữ trên máy chủ của nhà cung cấp dịch vụ web. Bằng cách này, nhiều người có thể truy cập và chia sẻ dữ liệu cùng nhau. Trong tương lai, một viễn cảnh được đưa ra là người dùng chỉ cần một thiết bị cài sẵn trình duyệt, không cần ổ cứng, kết nối Internet và truy cập, xử lý dữ liệu từ bất kỳ đâu. Trong công nghệ ảo hóa, nếu như trước kia, mỗi hệ điều hành cần phải cài trên một máy vật lý riêng biệt, thì giờ đây chỉ cần một máy tính vật lý có thể chạy nhiều hệ điều hành cùng lúc. Trong tương lai, ngay cả điện thoại thông minh cũng có thể khởi động cùng lúc nhiều hệ điều hành. Khóa luận môn học: Phương pháp Nghiên cứu khoa học TRẦN TRUNG Trang 25 Tài liệu tham khảo [1] WikiPedia, Cloud Computing, [2] Salesforge, What is Cloud Computing. [3] Nguyễn Văn Chương, Cloud Computing – Hạ tầng và ứng dụng, [4] Trung tâm tin học Khoa học tự nhiên, Cloud Computing là gì, [5] Cloud Computing Conference 2009, [6] IBM, Cloud Computing with Linux, [7] Diễn đàn công nghệ ảo hóa, www.congngheaohoa.com. [8] Wikipedia, Virtualization, [9] [10] Virtualization Jounal, [11] Virtualization Conference & Expo, [12] Virtualization Resource Site – Articles & Tutorials,