Tổng Quan Về Điện Toán Đám Mây

Điện toán đám mây (cloud computing): hay còn gọi là điện toán máy chủ ảo nơi các tính toán được “định hướng dịch vụ” và phát triển dựa vào Internet. Cụ thể hơn, trong mô hình điện toán đám mây, tất cả các tài nguyên, thông tin, và software đều được chia sẻ và cung cấp cho các máy tính, thiết bị, người dùng dưới dạng dịch vụ trên nền tảng một hạ tầng mạng công cộng (thường là mạng Internet). Các user sử dụng dịch vụ như cơ sở dữ liệu, website, lưu trữ, … trong mô hình cloud computing không cần quan tâm đến vị trí địa lý cũng như các thông tin khác của hệ thống mạng đám mây - “điện toán đám mây trong suốt đối với người dùng”. Người dùng cuối truy cập và sử dụng các ứng dụng đám mây thông qua các ứng dụng như trình duyệt web, các ứng dụng mobile, hoặc máy tính cá nhân thông thường. Hiệu năng sử dụng phía người dùng cuối được cải thiện khi các phần mềm chuyên dụng, các cơ sở dữ liệu được lưu trữ và cài đặt trên hệ thống máy chủ ảo trong môi trường điện toán đám mây trên nền của “data center”. “Data center” là thuật ngữ chỉ khu vực chứa server và các thiết bị lưu trữ, bao gồm nguồn điện và các thiết bị khác như rack,cables, …có khả năng sẵn sàng và độ ổn định cao. Ngoài ra còn bao gồm các tiêu chí khác như: tính module hóa cao, khả năng mở rộng dễ dàng, nguồn và làm mát, hỗ trợ hợp nhất server và lưu trữ mật độ cao. Có 3 mô hình triển khai điện toán đám mây chính là public (công cộng), private (riêng), và hybrid (“lai” giữa đám mây công cộng và riêng). Đám mây công cộng là mô hình đám mây mà trên đó, các nhà cung cấp đám mây cung cấp các dịch vụ như tài nguyên, platform, hay các ứng dụng lưu trữ trên đám mây và public ra bên ngoài. Các dịch vụ trên public cloud có thể miễn phí hoặc có phí. Đám mây riêng thì các dịch vụ được cung cấp nội bộ và thường là các dịch vụ kinh doanh, mục đích nhắm đến cung cấp dịch vụ cho một nhóm người và đứng đằng sau firewall. Đám mây “lai” là môi trường đám mây mà kết hợp cung cấp các dịch vụ công cộ ng và riêng. Ngoài ra còn có “community cloud” là đám mây giữa các nhà cung cấp dịch vụ đám mây. Về mô hình cung cấp dịch vụ có 3 loại chính là IaaS – cung cấp hạ tầng như một service, PaaS – cung cấp Platform như một service, và SaaS – cung cấp software như một service.

Một số lợi ích cơ bản và đặc trưng của hệ thống “Điện toán đám mây”: Tăng sự linh hoạt của hệ thống (Increased Flexibility): khi cần thêm hay bớt một hay vài thiết bị (storaged devices, servers, computers, …) chỉ cần mất vài giây. Sử dụng tài nguyên theo yêu cầu (IT Resources on demand): tùy thuộc vào nhu cầu của khách hàng mà administrator setup cấu hình hệ thống cung cấp cho khách hàng. Tăng khả năng sẵn sàng của hệ thống (Increased availability): các ứng dụng và dịch vụ được cân bằng động để đảm bảo tính khả dụng. Khi một trong các hardware bị hư hỏng không làm ảnh hưởng đến hệ thống, chỉ suy giảm tài nguyên hệ thống. Tiết kiệm phần cứng (Hardware saving): mô hình truyền thống trong nhiều trường hợp cần một hệ thống riêng biệt cho mỗi tác vụ, dịch vụ. Điều này gây ra lãng phí, trong mô hình “Điện toán đám mây”, các tài nguyên IT được quản lý để đảm bảo sự không lãng phí này. Cung cấp các dịch vụ với độ sẵn sàng gần như 100% (taking down services in real time). Trả theo nhu cầu sử dụng thực tế (Paying-as-you- go IT): mô hình “Cloud computing”, tích hợp với hệ thống billing để thực hiện việc tính cước dựa theo dung lượng người dùng đối với các tài nguyên như tốc độ CPU, dung lượng RAM, dung lượng HDD, … Tóm lại, mô hình “Điện toán đám mây” đã khắc phục được 2 yếu điểm quan trọng của mô hình truyền thống về “khả năng mở rộng (scalability)” và “độ linh hoạt (flexibility)”. Các tổ chức cũng như công ty có thể triển khai ứng dụng và dịch vụ nhanh chóng, chi phí giảm, và ít rủi ro. Phần tiếp theo sẽ giới thiệu về ảo hóa – là công nghệ cốt lõi và được xem như là một bước đệm chuyển tiếp từ mô hình truyền thống sang CC.

1. Kernel mode và User mode

Kernel mode: đây là không gian được bảo vệ nơi mà “nhân” của HĐH xử lý và tương tác trực tiếp với phần cứng. Một ví dụ điển hình cho Kernel mode là các drivers của thiết bị. Khi có sự cố thì hệ thống ngưng hoạt động và thông báo lỗi như ở windows sẽ hiển thị màn hình xanh khi có lỗi giao tiếp phần cứng. User mode: đây là không gian nơi các ứng dụng chạy, ví dụ Office, MySQL, hay Exchange server. Khi có sự cố ở các ứng dụng thì chỉ có các ứng dụng ngưng hoạt động mà không ảnh hưởng gì đến server.

2. Hypervisor

Tất cả các loại ảo hóa được quản lý b ởi VMM (Virtual Machine Monitor). VMM về bản chất cũng được chia làm 2 loại là: VMM đóng vai trò như một phần mềm trung gian chạy trên HĐH để chia sẻ tài nguyên với HĐH. Ví dụ: VMware workstation, Virtual PC, KVM. VMM đóng vai trò là một hypervisor chạy trên phần cứng. Ví dụ: VMware ESXi, Hyper-V, Xen. Hypervisor là một phần mềm nằm ngay trên phần cứng hoặc bên dưới HĐH nhằm mục đích cung cấp các môi trường tách biệt gọi là các phân vùng – partition. Mỗi phân vùng ứng với mỗi máy ảo - VM có thể chạy các HĐH độc lập. Hiện nay có 2 hướng tiếp cận hypervisor khác nhau (loại 2 – hypervisor VMM) với tên gọi: Monolithic và Micro hypervisor.

3. Full-virtualization

Full- virtualization là công nghệ ảo hóa để cung cấp 1 loại hình máy ảo dưới dạng mô phỏng của 1 máy chủ thật với đầy đủ tất cả các tính năng bao gồm input/output operations, interrupts, memory access,… Tuy nhiên mô hình ảo hóa này không thể khai thác tốt hiệu năng khi phải thông qua một trình quản lý máy ảo (Virtual Machines monitor hay hypervisor) để tương tác đến tài nguyên hệ thống (mode switching). Vì vậy sẽ bị hạn chế bớt 1 số tính năng khi cần thực hiện trực tiếp từ CPU. Xen, VMWare workstation, Virtual Box, Qemu/KVM, và Microsoft Virtual Server hỗ trợ loại ảo hóa này.

4. Para-virtualization

Para-virtualization hay còn gọi là ảo hóa “một phần” là kỹ thuật ảo hóa được hỗ trợ và điều khiển bởi 1 hypervisor nhưng các Oss của guest thực thi các lệnh không phải thông qua Hypervisor (hay bất kỳ 1 trình quản lý máy ảo nào) nên không bị hạn chế về quyền hạn. Tuy nhiên nhược điểm của loại ảo hóa này là các OS biết đang chạy trên 1 nền tảng phần cứng ảo và khó cấu hình cài đặt. Ảo hóa Para -Virtualization được hỗ trợ bởi Xen, VMware, Hyper-V, và UML.

5. OS-level virtualization (Isolation)

OS level virtualization, còn gọi là containers Virtualization hay Isolation: là phương pháp ảo hóa mới cho phép nhân của hệ điều hành hỗ trợ nhiều instances được cách ly dựa trên một HĐH có sẵn cho nhiều users khác nhau, hay nói cách khác là tạo và chạy được nhiều máy ảo cách ly và an toàn (secure) dùng chung 1 HĐH. Ưu điểm của ảo hóa này là bảo trì nhanh chóng nên được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực hosting. OpenVZ, Virtuozzo, Linux-VServer, Solaris Zones, và FreeBSD Jails hỗ trợ lo ại ảo hóa này. Một lưu ý là loại ảo hóa Isolation này chỉ tồn tại trên HĐH Linux. Nếu ảo hóa chỉ là công nghệ nền tảng của CC thì việc triển khai CC trong thực tế dựa vào 2 giải pháp cơ bản sau: sử dụng các sản phẩm thương mại cho CC như của VMware, Microsoft (Hyper-V), hoặc các sản phẩm nguồn mở như Eucalyptus và OpenStack. Phần kế sẽ trình bày về lợi ích của hướng tiếp cận triển khai CC dùng nguồn mở.

Trong thời đại cách mạng mới này, điện toán đám mây có thể cung cấp cho các tổ chức phương tiện và các phương pháp cần thiết để đảm bảo sự ổn định tài chính và dịch vụ chất lượng cao. Tất nhiên, phải có hợp tác chung nếu quá trình điện toán đám mây là để đạt tới sự an toàn tối ưu và các tiêu chuẩn vận hành chung. Với sự ra đời của điện toán đám mây, điều cấp thiết với tất cả chúng ta là sẵn sàng cho cuộc cách mạng này.