Đề tài Những Nguyên Lý Sáng Tạo Trong Điện Toán Đám Mây

2012 TP.HCM, THÁNG 11 NĂM 2012 TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA KHOA HỌC MÁY TÍNH  PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Đề tài: Những Nguyên Lý Sáng Tạo Trong Điện Toán Đám Mây Giảng viên: GS. TSKH. HOÀNG KIẾM Thực hiện: VŨ THỊ PHƯƠNG Mã số học viên: CH604801 Lớp: Cao học khóa 22 TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA KHOA HỌC MÁY TÍNH  PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Những Nguyên Lý Sáng Tạo Trong Điện Toán Đám Mây Giảng viên: GS. TSKH. HOÀNG KIẾM Thực hiện: VŨ THỊ PHƯƠNG Mã số học viên: CH604801 Lớp: Cao học khóa 22 TP.HCM, THÁNG 11 NĂM 2012 Những Nguyên Lý Sáng Tạo Trong Điện Toán Đám Mây 2012 Page 1 LỜI NÓI ĐẦU Sự phát triển của lịch sử xã hội loài người đã gắn liền với quá trình sáng tạo. Đó là một quá trình sáng tạo lâu dài và liên tục, từ việc chế tạo ra các công cụ thô sơ cho tới công cụ hiện đại hơn sử dụng nhiệt năng và tới sự phát minh ra điện đã đánh dấu một bước phát triển nhảy vọt trong sáng tạo, các máy tính khổng lồ cho tới các máy tính cá nhân nhỏ gọn lần lượt xuất hiện. Sự sáng tạo trở thành thành phần quan trọng trong việc xây dựng xã hội hiện đại. Cùng với sự sáng tạo, con người ngày càng đạt được những thành tựu vượt bậc trong khoa học công nghệ. Do nhu cầu cải tiến sáng tạo trong công nghệ phục vụ cho cuộc sống ngày càng cao đòi hỏi phải có một môn khoa học chuyên nguyên cứu về phương pháp sáng tạo giúp cho việc sáng tạo được dễ dàng và có cơ sở lý thuyết rõ ràng hơn. Vì thế các phương pháp luận sáng tạo ra đời với mục đ ch trang bị cho người học hệ thống các phương pháp các k năng thực hành về suy ngh để giải quyết các vấn đề và ra quyết định một cách sáng tạo về l u dài tiến tới điều khiển được tư duy sáng tạo của con người. Trong phạm vi bài tiểu luận này, em sẽ tìm hiểu tổng quan về khái quát một xu hướng của công nghệ thông tin hiện đại mà thế giới đang hướng đến sự hoàn thiện đó là công nghệ điện toán đám m y. Kèm theo đó em xin nêu ra và ph n t ch theo ý kiến chủ quan của mình, những nguyên lý sáng tạo đã được ứng dụng trong công nghệ này, sau đó giới thiệu một số ứng dụng sáng tạo gần sử dụng điện toán đám m y. Em xin chân thành cảm ơn GS.TSKH Hoàng Kiếm người đã tận tâm truyền đạt những kiến thức nền tảng cho chúng em trong môn học “Phương nghiên cứu khoa học trong tin học”. Cùng với kinh nghiệm nhiều năm trong sáng tạo của thầy đã giúp em có cái nhìn tổng quan hơn trong sáng tạo và tầm quan trọng của sự sáng tạo nhất là trong khoa học nghiên cứu và ứng dụng sáng tạo trong thực tế. Những Nguyên Lý Sáng Tạo Trong Điện Toán Đám Mây 2012 Page 2 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ..................................................................................................................... 1 MỤC LỤC ........................................................................................................................... 2 I. Tổng quan về điện toán đám m y. ............................................................................ 4 1.1. Giới thiệu. ........................................................................................................... 4 1.2. Khái niệm điện toán đám m y. ........................................................................... 5 II. Quá trình phát triển của điện toán đám m y. ............................................................ 9 2.1. Từ máy t nh đến điện toán đám m y. ............................................................... 10 2.2. Mô hình cung cấp dịch vụ của điện toán đám m y. ......................................... 16 2.3. Các mô hình hạ tầng đám m y. ........................................................................ 18 2.4. Lợi ích của điện toán đám m y......................................................................... 20 2.5. Công nghệ ảo hóa trong điện toán đám m y. ................................................... 21 2.5.1. Giới thiệu. .................................................................................................. 21 2.5.2. Các đặc điểm nổi bật. ................................................................................. 22 III. Những nguyên lý sáng tạo được ứng dụng. ......................................................... 25 3.1. Nguyên lý phân nhỏ. ......................................................................................... 25 3.2. Nguyên lý tách khỏi. ......................................................................................... 26 3.3. Nguyên lý cục bộ. ............................................................................................. 26 3.4. Nguyên lý kết hợp. ........................................................................................... 26 3.5. Nguyên lý chứa trong. ...................................................................................... 27 3.6. Nguyên lý thực hiện sơ bộ. ............................................................................... 27 3.7. Nguyên lý dự phòng. ........................................................................................ 27 3.8. Nguyên lý vạn năng. ......................................................................................... 28 3.9. Nguyên lý năng động. ....................................................................................... 28 3.10. Nguyên lý hữu hiệu. ...................................................................................... 29 3.11. Nguyên lý rẻ thay cho đắt. ............................................................................ 29 3.12. Nguyên lý thay thế sơ đồ cơ học. .................................................................. 30 Những Nguyên Lý Sáng Tạo Trong Điện Toán Đám Mây 2012 Page 3 IV. Một số ứng dụng sáng tạo mới với Cloud Computing. ....................................... 30 4.1. Thay máy tính bằng điện thoại thông minh (smartphone) và máy tính bảng. .. 30 4.2. Giải pháp Iveda trong video giám sát . ............................................................. 31 4.3. Phát triển các game thực tế ảo (MMO). ........................................................... 32 V. Kết luận. .................................................................................................................. 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 34 Những Nguyên Lý Sáng Tạo Trong Điện Toán Đám Mây 2012 Page 4 I. Tổng quan về điện toán đám mây. 1.1. Giới thiệu. Để kiểm tra phản ứng nhanh nhạy của các ứng viên xin việc, Google chỉ cần đặt ra một câu hỏi tưởng chừng đơn giản: "Bạn sẽ làm gì nếu dữ liệu hiện có tăng gấp 1.000 lần?". Nếu người xin việc bê nguyên những công thức được "lập trình sẵn" ở trường vào tình huống này, họ sẽ biến máy chủ thành những chú ốc sên khi nhận lượng video, ảnh, bản đồ, thông tin mua sắm... lên 1.000. Bởi thế để tìm được chỗ đứng ở Google, họ cần học cách làm việc và cả ước mơ ở một cấp độ rộng lớn hơn. Họ phải biết cách đưa khối lượng dữ liệu khổng lồ đó thoát khỏi phạm vi những trung tâm dữ liệu chật chội và đặt chúng ở đ u đó ngoài kia- nơi mà các chuyên gia của Google gọi là "cloud"- Những đám m y ảo. Trong thực tế hiện nay, với sự thay đổi và phát triển không ngừng đến từng phút giây của xã hội xung quanh chúng ta thì nhu cầu về khả năng lưu trữ được một lượng dữ liệu khổng lồ vượt ra ngoài những “cỗ máy vật lý” Data center là vô cùng cấp thiết. Sự phát triển như vũ bão của nền kinh tế thế giới đã đẩy các doanh nghiệp, tập đoàn đa quốc gia lớn vào tình thế phải có được một giải pháp công nghệ thông tin giúp họ lưu trữ được một khối lượng khổng lồ các dữ liệu liên quan đến công việc kinh doanh của họ. Bên cạnh đó các giải pháp đó cũng phải thỏa mãn các tiêu ch đơn giản, an toàn và dễ sử dụng vì không phải doanh nghiệp nào cũng có khả năng đầu tư mạnh vào hạ tầng công nghệ thông tin để phục vụ cho công việc kinh doanh của mình vì nhiều lý do khách quan và chủ quan. Không chỉ dừng lại ớ mức đó những “đòi hỏi” của con người ngày một tăng lên như là một thách thức gửi đến sự phát triển của khoa học công nghệ nói chung và công nghệ Những Nguyên Lý Sáng Tạo Trong Điện Toán Đám Mây 2012 Page 5 thông tin nói riêng. Ngày nay, khái niệm dịch vụ đã đang và sẽ trở thành một khái niệm quen thuộc với con người. Tất cả đều được chuyển hóa thành dịch vụ khi người dùng không muốn tự mình phải thực hiện tất cả mọi việc. Họ muốn những gì đơn giản nhất, dễ sử dụng nhất và không phải lúc nào cũng phải quản lý nó khi không có nhu cầu sử dụng. Vai trò của dịch vụ trong cuộc sống hàng ngày là không thể chối cãi. Tất cả các nhu cầu nói trên đều dẫn đến hai câu hỏi ch nh được đặt ra. Đó là làm thế nào để giải quyết bài toán lưu trữ một khối lượng dữ liệu, ứng dụng khổng lồ và làm thế nào để biến việc sử dụng các dữ liệu, ứng dụng thành các dịch vụ để đáp ứng nhu cầu của người dùng. Và một câu trả lời chung cho cả cho hai câu hỏi “hóc búa” trong nhiều năm qua này đã xuất hiện. Đó ch nh là Điện toán đám m y (Cloud Computing ĐTĐM). 1.2. Khái niệm điện toán đám mây. Thuật ngữ "Cloud Computing" ra đời giữa năm 2007 không phải để nói về một trào lưu mới mà để khái quát lại các hướng đi của cơ sở hạ tầng thông tin vốn đã và đang diễn ra từ mấy năm qua. Quan niệm này có thể được diễn giải một cách đơn giản: các nguồn điện toán khổng lồ như phần mềm, dịch vụ... sẽ nằm tại các máy chủ ảo (đám m y) trên Internet thay vì trong máy t nh gia đình và văn phòng (trên mặt đất) để mọi người kết nối và sử dụng mỗi khi họ cần. Những Nguyên Lý Sáng Tạo Trong Điện Toán Đám Mây 2012 Page 6 Hình 1.1: Mô hình điện toán đám m y1. Có thể điểm lại một số cách diễn giải định ngh a về ĐTĐM như sau (được tham khảo từ [1]): “ĐTĐM là khi tài nguyên và dịch vụ IT được xử lý tách rời khỏi hạ tầng bên dưới và được cung cấp theo nhu cầu của người dùng (người sử dụng, NSD), với quy mô tùy biến và phục vụ cho môi trường nhiều người dùng từ cùng một phiên bản triển khai” – diễn giải của Cisco. 1 Những Nguyên Lý Sáng Tạo Trong Điện Toán Đám Mây 2012 Page 7 “ĐTĐM là một mô hình phát triển, triển khai IT mới, cho phép cung cấp trong thời gian thực các sản phẩm, dịch vụ và giải pháp qua mạng Internet ”- diễn giải của IDC. “ĐTĐM là một hình thức điện toán mà ở đó các chức năng liên quan đến IT với khả năng mở rộng cao được cung cấp đến người dùng và khách hàng dưới dạng các dịch vụ thông qua các công nghệ Internet ”- diễn giải của Gartner. “Nói đến ĐTĐM là nói đến các ứng dụng được cung cấp dưới dạng dịch vụ qua Internet và được cung cấp bởi hệ thống phần cứng và phần mềm trong các trung tâm dữ liệu. Các ứng dụng này cho đến nay được gọi bằng tên Software-as-a- Service (SaaS). Hệ thống phần cứng và phần mềm trong các trung tâm dữ liệu được gọi là đám mây” - diễn giải (1) của giới khoa học. “Đám mây là nguồn tài nguyên (phần cứng, nền tảng phát triển, dịch vụ) đã được ảo hóa và có thể dễ dàng tiếp cận và sử dụng. Nguồn tài nguyên này có thể dễ dàng được điều chỉnh cho phù hợp với nhu cầu của người dùng để mang lại hiệu suất sử dụng tối đa, và phương thức “dùng bao nhiêu, trả bấy nhiêu” (pay-per-use) là cách mà người dùng sẽ dùng nguồn tài nguyên này với chất lượng được đảm bảo thống nhất với nhà cung cấp dịch vụ trong bản SLA giữa hai bên” - diễn giải (2) của giới khoa học. “ĐTĐM là mô hình triển khai IT trên cở sở áp dụng ảo hóa, trong đó tài nguyên (dưới dạng hạ tầng, hay ứng dụng, hay dữ liệu) được đưa đến người dùng qua mạng Internet như những ứng dụng được các nhà cung cấp dịch vụ cung cấp. Các dịch vụ này có tính mềm dẻo, có thể mở rộng theo nhu cầu của người dùng và được tính tiền theo phương thức “dùng bao nhiêu, trả bấy nhiêu” (pay-per-use) - diễn giải (3) của giới khoa học. Những Nguyên Lý Sáng Tạo Trong Điện Toán Đám Mây 2012 Page 8 Những diễn giải về ĐTĐM ở trên đều đã nhắc tới những tính chất cơ bản của ĐTĐM từ nhiều khía cạnh khác nhau. Các từ khóa cơ bản là “dịch vụ” “mạng Internet” “ảo hóa” “dùng bao nhiêu trả bấy nhiêu”. Hiểu một cách ngắn gọn “điện toán đám mây là một mô hình triển khai, dựa trên việc ảo hóa các tài nguyên, về cơ sở hạ tầng, các ứng dụng và dữ liệu được triển khai thông qua internet như là một dịch vụ phân phối bởi một hoặc một số nhà cung cấp dịch vụ. Những dịch vụ này được mở rộng theo yêu cầu và có thể cần phải tốn chi phí trả cho mỗi lần sử dụng”. Từ góc nhìn công nghệ, hai yếu tố công nghệ cơ bản nhất của ĐTĐM là:  Kết nối mạng mọi lúc mọi nơi cho người dùng.  Ảo hóa hạ tầng CNTT được sử dụng để cung cấp dịch vụ. Các dịch vụ mà ĐTĐM mang lại cho người dùng được truyền tải qua Internet và vì vậy kết nối mạng là nhân tố không thể tách rời với ĐTĐM. Người dùng của dịch vụ ĐTĐM trước hết phải được cung cấp khả năng nối mạng ổn định và liên tục với tốc độ đủ lớn. Trong thời đại công nghệ mạng và viễn thông đang có những bước tiến vựợt bậc như ngày nay, các công nghệ mạng LAN, WAN, cùng với những công nghệ truy nhập tốc độ cao như ADSL FTTH 3G 4G HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access) đều đã đạt mức chín muồi nhất định để đáp ứng được nhân tố cốt lõi thứ nhất của dịch vụ ĐTĐM. Ảo hóa - nhân tố cốt lõi thứ hai của dịch vụ ĐTĐM là biện pháp để hợp nhất nguồn tài nguyên hệ thống. Khi trong hệ thống IT có nhiều thiết bị vật lý riêng rẽ độc lập với nhau về mặt vật lý (ví dụ các máy chủ, các tủ lưu trữ, các thiết bị mạng), áp dụng ảo hóa sẽ giúp cho người dùng nhìn thấy một nguồn tài nguyên chung, duy nhất được hợp thành từ những thiết bị độc lập. Không những chỉ nhìn thấy, Người dùng/ứng dụng còn được trao cho khả năng chia sẻ theo ý muốn nguồn tài nguyên hợp nhất đó mà không cần quan Những Nguyên Lý Sáng Tạo Trong Điện Toán Đám Mây 2012 Page 9 t m đến vị trí vật lý thật sự của nguồn tài nguyên. Nói cách khác điều phối nguồn tài nguyên được tách rời khỏi hạ tầng vật lý và có thể được xử lý linh hoạt theo yêu cầu. Việc kết hợp công nghệ ảo hóa và hợp nhất giữa các trung tâm dữ liệu để tạo thành nguồn tài nguyên chung cung cấp dịch vụ cho người dùng thực ra đã được các nhà cung cấp dịch vụ như Amazon Google IBM Microsoft áp dụng từ một số năm trở lại đ y. Khái niệm và xu hướng ảo hóa và hợp nhất, tối ưu hệ thống đã có từ nhiều năm nay. Tuy nhiên đến ngày nay, những tiến bộ trong công nghệ ảo hóa và hợp nhất tiếp tục mang lại những thành quả mới trong dich vụ và vì thế góp phần làm cho ĐTĐM trở thành một khái niệm chín muồi hơn. Một lần nữa, có thể thấy rằng, xét trên khía cạnh công nghệ, ĐTĐM thật ra không phải là một sự đột phá về mặt bản chất vì ĐTĐM có thể coi là sự tổng hợp của những công nghệ đã và đang tồn tại để cung cấp một số t nh năng mới. Ngoài hai nhân tố cơ bản là kết nối mạng và ảo hóa, tất nhiên còn có các công nghệ và giải pháp liên quan khác cũng cần được quan tâm và phát triển cho các dịch vụ ĐTĐM. Chất lượng dịch vụ thể hiện qua hiệu năng hoạt động (performance), mức độ sẵn sàng của dịch vụ (service availability), vấn đề bảo mật dữ liệu và thông tin của NSD khi họ tin tưởng giao phó cho nhà cung cấp dịch vụ ĐTĐM là những điểm nóng vẫn đang thu hút sự đầu tư phát triển giải pháp của các nhà cung cấp dịch vụ hướng tới mảng thị trường ĐTĐM. II. Quá trình phát triển của điện toán đám mây. Điện toán đám m y có thể được xem như là một sự đổi mới theo những cách nhìn khác nhau. Theo quan điểm công nghệ, nó là một tiến bộ của máy tính, áp dụng các khái niệm ảo hóa để sử dụng phần cứng hiệu quả hơn. Tuy nhiên, một quan điểm khác theo hướng triển khai công nghệ thông tin, điện toán đám m y có ý ngh a là “có tiềm năng cách mạng hóa” làm thế nào các tài nguyên máy tính và các ứng dụng được cung cấp cho các mô Những Nguyên Lý Sáng Tạo Trong Điện Toán Đám Mây 2012 Page 10 hình kinh doanh mới [1]. Điện toán đám m y là một mô hình điện toán mới, do đó cần phản ánh sự phát triển của nó trong bối cảnh lịch sử máy tính. Trong phần này, sẽ cung cấp một bản tóm tắt ngắn của lịch sử của điện toán đám m y, nêu ra những lợi ích của điện toán đám m y. Đồng thời trong phần này cũng mô tả một mô hình lớp của các thành phần cấu thành của điện toán đám m y. 2.1. Từ máy tính đến điện toán đám mây. Điện toán đám m y là xu hướng quan trọng nhất trong nền công nghiệp công nghệ thông tin. Ngay cả những nhà phê bình lớn nhất dường như đồng ý rằng: Điện toán đám m y là một trong những thay đổi mô hình quan trọng nhất của thập kỷ qua. Nhưng đó là tất cả và nó xuất phát từ đ u? Hình 2.1: Những mốc quan trọng của quá trình hình thành điện toán đám m y. Điện toán đám m y đã phát triển thông qua một số giai đoạn trong đó bao gồm lưới điện và điện toán tiện ích, cung cấp dịch vụ ứng dụng (Application Service Provider), và Những Nguyên Lý Sáng Tạo Trong Điện Toán Đám Mây 2012 Page 11 phần mềm như dịch vụ (Software as a Service). Nhưng khái niệm bao quát về phân phối tài nguyên tính toán thông qua một mạng lưới toàn cầu bắt nguồn từ những năm sáu mươi. Các ý tưởng về một “mạng máy tính giữa các thiên hà” đã được giới thiệu trong một bài viết của JCR Licklider người chịu trách nhiệm tạo điều kiện cho sự phát triển của ARPANET vào năm 1969. Tầm nhìn của ông đã cho phép mọi người trên toàn cầu được kết nối với nhau các chương trình truy cập và dữ liệu ở trang web nào, từ bất cứ nơi nào Theo giải th ch Margaret Lewis giám đốc tiếp thị sản phẩm của AMD. “Đó là một tầm nhìn có vẻ rất giống như những gì chúng ta đang gọi điện toán đám m y”. Bởi vì mỗi trang t nh cho môi trường của chúng ta. Các chuyên gia khác thuộc tính khái niệm đám mây với máy tính nhà khoa học John McCarthy đã đề xuất ý tưởng về tính toán được giao như là một tiện ích công cộng tương tự như các văn phòng dịch vụ mà ngày trở lại những năm sáu mươi. Kể từ những năm sáu mươi điện toán đám m y đã phát triển cùng một số ngành, với Web 2.0 là sự phát triển gần đ y nhất. Tuy nhiên, kể từ khi có Internet với băng thông kết nối tăng lên đáng kể trong những năm 1990 điện toán đám m y cho công chúng có được một cái gì đó của một thành tựu phát triển. Một trong những cột mốc đầu tiên cho điện toán đám m y là sự xuất hiện của Salesforce.com năm 1999 mà đi tiên phong trong khái niệm của các ứng dụng doanh nghiệp cung cấp thông qua một trang web đơn giản. Công ty dịch vụ mở đường cho cả chuyên gia và các công ty phần mềm chính thống để cung cấp các ứng dụng trên Internet. Sự phát triển tiếp theo là Amazon Web Services trong năm 2002 trong đó cung cấp một bộ các dịch vụ dựa trên đám m y bao gồm lưu trữ, tính toán và ngay cả trí tuệ nhân tạo thông qua Amazon Mechanical Turk. Sau đó vào năm 2006 Amazon ra mắt điện toán Những Nguyên Lý Sáng Tạo Trong Điện Toán Đám Mây 2012 Page 12 đám m y Elastic Compute của nó (EC2) là một dịch vụ web thương mại cho phép các công ty nhỏ cá nh n thuê máy t nh mà trên đó để chạy các ứng dụng máy tính của mình. “Amazon EC2/S3 là một dịch vụ cơ sở hạ tầng điện toán đám m y có thể truy cập rộng rãi đầu tiên” Jeremy Allaire giám đốc điều hành của Brightcove. Brightcove chuyên cung cấp SaaS nền tảng video trực tuyến đến Vương quốc Anh đài truyền hình và báo chí. Một cột mốc lớn đã đến trong năm 2009 với Web 2.0 là bước tiến triển lớn, và Google và các công ty khác bắt đầu cung cấp các ứng dụng doanh nghiệp dựa trên trình duyệt, dịch vụ như Google Apps. “Sự đóng góp quan trọng nhất để điện toán đám m y đã được sự xuất hiện của ứng dụng sát thủ (killer apps) của các hãng công nghệ khổng lồ hàng đầu như Microsoft và Google. Khi các công ty này cung cấp dịch vụ một cách đáng tin cậy và dễ chấp nhận, hiệu quả thúc đẩy cho ngành công nghiệp các dịch vụ trực tuyến nhìn chung được chấp nhận rộng rãi hơn” ông Dan Germain giám đốc công nghệ tại Cobweb Solution. Các nhân tố khác cũng rất quan trọng thúc đẩy rõ rệt sự phát t