Luận văn Nghiên cứu mô hình phân tải server sử dụng proxy động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Minh Hoàng NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH PHÂN TẢI SERVER SỬ DỤNG PROXY ĐỘNG KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin HÀ NỘI - 2009 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Minh Hoàng NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH PHÂN TẢI SERVER SỬ DỤNG PROXY ĐỘNG KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Việt Hà Cán bộ đồng hướng dẫn: ThS. Vũ Quang Dũng HÀ NỘI – 2009 VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY, HANOI COLLEGE OF TECHNOLOGY Nguyen Minh Hoang RESEARCH ON SERVER WORKLOAD REDUCTION USING DYNAMIC PROXY GRADUATION THESIS Major field: Information Technology Supervisor: Nguyen Viet Ha, Dr. Eng. Co-supervisor: Vu Quang Dung, Master HANOI – 2009 Nghiên cứu mô hình phân tải Server sử dụng Proxy động i Lời cảm ơn Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới hai thầy giáo TS. Nguyễn Việt Hà và ThS. Vũ Quang Dũng. Các thầy đã hướng dẫn em tận tình trong suốt năm học vừa qua. Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy, cô giáo trong Khoa Công nghệ thông tin, Trường Đại học Công nghệ, ĐHQGHN. Các thầy cô đã dạy bảo, chỉ dẫn chúng em và luôn tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em học tập trong suốt quá trình học đại học đặc biệt là trong thời gian làm khoá luận tốt nghiệp. Tôi xin cảm ơn các bạn sinh viên khoá K50 trường Đại học Công nghệ, đã cho tôi những ý kiến đóng góp giá trị khi thực hiện đề tài này. Cuối cùng con xin gửi tới bố mẹ và toàn thể gia đình lòng biết ơn và tình cảm yêu thương sâu sắc. Hà Nội, ngày 20/5/2009 Nguyễn Minh Hoàng Nghiên cứu mô hình phân tải Server sử dụng Proxy động ii Tóm tắt Xu hướng chuyển mọi tính toán lên Server bên ngoài Internet đang dần trở nên phổ biến, và sẽ là một trong những hình thức hoạt động chủ yêu của tương lai. Do đó yêu cầu về việc phân tải cho Server là thiết yếu. Các mô hình hiện có chủ yếu phân tải cho Server bằng một Server khác hoặc dựa trên các Cache Proxy. Khoá luận này sẽ đưa ra một mô hình mới cho việc phân tải Server bằng việc sử dụng Proxy động được xây dựng dựa trên lý thuyết về Agent. Trong mô hình này, các tính toán sẽ được đóng thành các Agent và được chuỷên xuống cho Proxy thực hiện. Với mô hình này, việc tính toán trên Server sẽ được giảm bớt do một số tính toán có thể được thực hiện ngay trên Proxy. Cùng với đó là tính hiệu quả trong việc sử dụng đường truyền Internet cũng được tăng lên khi Proxy được bố trí như một cổng ra Internet của hệ thống mạng phía sau nó. Một kết quả nữa mà mô hình Proxy động có thể mang lại là tốc độ tính toán sẽ tăng lên do công việc được chia sẻ cho Proxy trong cùng mạng thực hiện và tốc độ truyền thông tin giữa Client với Proxy nhanh hơn so với việc truyền tới Server. Nghiên cứu mô hình phân tải Server sử dụng Proxy động iii Abstract Tendency to transfer all calculations on the Internet Server is gradually becoming popular, and will be one of the main active forms in the future. Therefore the requirements for the server workload reduction is essential. Current models have major share in a Server by using another Server or Cache Proxy. This thesis will offer a new model for the server workload reduction using dynamic Proxy based on the theory of Agent. In this model, calculations will be packaged into the Agent and moved to Proxy for executing. In here, calculation on the Server will be reduced because a number of calculations can be done on the Proxy. Along with that, efficiency in the use of internet access will also be enhanced when the Proxy is arranged as an Internet gateway for the network behind it. Another result that dynamic Proxy model can bring is that calculation speed will be increased because Server works will be shared by Proxy and communication speed between the Client and the Proxy is faster than that between the Client and the Server. Nghiên cứu mô hình phân tải Server sử dụng Proxy động iv Mục lục Lời cảm ơn .......................................................................................................................i Tóm tắt ........................................................................................................................... ii Abstract ......................................................................................................................... iii Mục lục ........................................................................................................................... iv Danh mục hình vẽ .......................................................................................................... vi Chương 1 Đặt vấn đề ...................................................................................................... 1 1.1. Thực trạng .............................................................................................................. 1 1.2. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................ 3 1.3. Sơ lược về cách tiếp cận ......................................................................................... 3 1.4. Cấu trúc của khóa luận ........................................................................................... 4 Chương 2 Agent phần mềm............................................................................................ 6 2.1. Tìm hiểu về Agent.................................................................................................. 6 2.1.1. Agent .............................................................................................................. 6 2.1.1.1. Agent là gì ................................................................................................ 6 2.1.1.2. Kiến trúc tổng thế ..................................................................................... 7 2.1.2. FIPA (Foundation for Intelligent, Physical Agents) ......................................... 8 2.1.2.1. Lịch sử phát triển ...................................................................................... 8 2.1.2.2. Các khái niệm cốt lõi ................................................................................ 9 2.1.2.2.1. Truyền thông Agent (agent communication) .......................................... 9 2.1.2.2.2. Quản lý Agent (Agent management) ...................................................... 9 2.2. Nền tảng JADE .................................................................................................... 10 2.2.1. Lịch sử phát triển........................................................................................... 10 2.2.2. Jade và mô hình các Agent ............................................................................ 11 2.2.3. Kiến trúc Jade................................................................................................ 11 2.2.4. Biên dịch và chạy nền tảng Jade .................................................................... 13 2.2.5. Agent di động (Mobile Agent) ....................................................................... 16 Chương 3 Mô hình Proxy động .................................................................................... 19 3.1. Mô tả bài toán ...................................................................................................... 19 3.2. Mô hình đề xuất ................................................................................................... 20 Nghiên cứu mô hình phân tải Server sử dụng Proxy động v 3.2.1. Ý tưởng ......................................................................................................... 20 3.2.2. Giải pháp ....................................................................................................... 21 3.2.2.1. Giải pháp cho Server .............................................................................. 21 3.2.2.2. Giải pháp cho Proxy ............................................................................... 21 3.2.3. Mô hình ......................................................................................................... 22 3.2.3.1. Mô hình chung ....................................................................................... 22 3.2.3.2. Mô hình của Server ................................................................................ 23 3.2.3.3. Mô hình của Proxy ................................................................................. 25 Chương 4 Thực nghiệm ................................................................................................ 29 4.1. Phân tích thiết kế .................................................................................................. 29 4.1.1. Mô tả chương trình ........................................................................................ 29 4.1.2. Yêu cầu kỹ thuật............................................................................................ 30 4.1.2.1. Yêu cầu kỹ thuật cho Server ................................................................... 30 4.1.2.2. Yêu cầu kỹ thuật cho Proxy .................................................................... 30 4.1.3. Các giai đoạn phát triển ................................................................................. 31 4.1.4. Thiết kế chương trình .................................................................................... 32 4.2. Cài đặt và thực nghiệm ......................................................................................... 33 4.2.1. Cài đặt Server ................................................................................................ 34 4.2.2. Cài đặt Proxy ................................................................................................. 34 4.2.3. Thực nghiệm ................................................................................................. 34 Chương 5 Kết luận ........................................................................................................ 37 5.1. Kết quả thu được .................................................................................................. 37 5.2. Hướng phát triển tiếp theo .................................................................................... 38 Tài liệu tham khảo ........................................................................................................ 40 Nghiên cứu mô hình phân tải Server sử dụng Proxy động vi Danh mục hình vẽ ` Hình 2.1: Quản lý Agent ................................................................................................. 10 Hình 2.2: Mối quan hệ giữa các thành phần trong kiến trúc chính ................................... 12 Hình 2.3: UML mối quan hệ giữa các thành phần trong kiến trúc chính .......................... 12 Hình 2.4: Cấu trúc thư mục JADE .................................................................................. 14 Hình 2.5: Kết quả khi khời động thành công ................................................................... 15 Hình 2.6: Giao diện nền tảng JADE ................................................................................ 15 Hình 2.7: Cấu trúc đơn giản của Agent di dộng............................................................... 17 Hình 3.1: Mô hình Client – Proxy – Server ..................................................................... 19 Hình 3.2: Mô hình hệ thống ............................................................................................ 23 Hình 3.3: Cấu trúc Server ............................................................................................... 24 Hình 3.4: Mẫu yêu cầu gửi cho Server ............................................................................ 25 Hình 3.5: Cấu trúc Proxy Server ..................................................................................... 26 Hình 3.6: Mẫu yêu cầu gửi cho Proxy ............................................................................. 28 Hình 4.1: Biểu đồ tuần tự của hệ thống ........................................................................... 32 Nghiên cứu mô hình phân tải Server sử dụng Proxy động 1 Chương 1 Đặt vấn đề 1.1. Thực trạng Internet là một hệ thống thông tin toàn cầu có thể được truy nhập công cộng gồm các mạng máy tính được liên kết với nhau. Hệ thống máy tính này bao gồm hàng ngàn mạng máy tính nhỏ hơn của các doanh nghiệp, các viện nghiên cứu, các trường đại học, các chính phủ và người dùng cá nhân. Các máy tính kết nối Internet có thể lấy thông tin từ rất nhiều nguồn khác nhau đồng thời cũng có thể chia sẻ thông tin của mình cho những người sử dụng khác. Internet mang lại rất nhiều tiện ích hữu dụng cho người dùng, phổ biến nhất có thể kể đến hệ thống thư điện tử, trò chuyện trực tuyến, truy tìm dữ liệu, các dịch vụ thương mại và chuyển ngân, và các dịch vụ về y tế giáo dục như chữa bệnh từ xa hoặc tổ chức các lớp học ảo. Chúng cung cấp một khối lượng thông tin và dịch vụ khổng lồ trên Internet. Nhu cầu sử dụng Internet không chỉ như một nơi cung cấp thông tin mà còn là nơi thực hiện trực tiếp các yêu cầu về tính toán ngày một lớn. Các dịch vụ chuẩn được sử dụng phổ biến trên Internet hiện nay như trao đổi thư điện tử, truy cập Web và truy cập dữ liệu đều dựa trên mô hình Client – Server [11]. Client – Server diễn tả mối quan hệ giữa hai chương trình máy tính mà ở đó chương trình Client tạo ra các yêu cầu về dịch vụ cho chương trình Server. Mô hình kiến trúc phần mềm Client - Server phân tách các hệ thống Client và các hệ thống Server và liên kết chúng dựa trên mạng máy tính. Một ứng Client – Server là một hệ thống được phân bố bao gồm cả phần mềm cho Client và phần mềm cho Server. Một phần mềm Client khi chạy có thể khởi tạo một tiến trình liên kết trong khi phía Server chờ đợi yêu cầu từ bất kỳ Client nào. Mô hình Client – Server là trung tâm của các ý tưởng về mạng tính toán. Đa số các ứng dụng kinh doanh được viết ra đều sử dụng mô hình Client – Server. Mỗi phiên bản của phần mềm Client có thể gửi các dữ liệu yêu cầu đến một hoặc nhiều Server. Sau đó, Server sẽ chấp nhận các yêu cầu này, xử lý chúng và trả thông tin đã được yêu cầu cho Client. Mặc dù khái niệm này có thể được sử dụng cho rất nhiều ứng dụng khác nhau theo các cách khác nhau nhưng kiến trúc cơ bản thì vẫn được giữ nguyên. Nghiên cứu mô hình phân tải Server sử dụng Proxy động 2 Kiểu kiến trúc cơ bản nhất áp dụng mô hình Client – Server là chỉ sử dụng hai máy, một Client và một Server. Kiểu kiến trúc này đôi khi được hiểu là hai lớp. Nó cho phép các thiết bị có thể chia sẻ các tài nguyên. Kiến trúc hai lớp có nghĩa là các hành động của Client là một lớp và ứng dụng tổng hợp các hành động của Server là một lớp. Ngày nay, các Client phổ biến nhất là trình duyệt web trên các máy tính. Các Server thông dụng bao gồm Web Server, Server dữ liệu (Database Server), Mail Server. Các trò chơi trực tuyến thông thường cũng là mô hình Client – Server. Trong mô hình Client – Server, hầu hết tất cả các tính toán đều được thực hiện trên Server. Cũng trong mô hình này, yêu cầu sử dụng đường truyền Internet là rất lớn, nó sẽ gây ra vấn đề không nhỏ với cơ sở hạ tầng mạng hiện nay, đặc biệt là với các nước có hệ thống cơ sở hạ tầng mạng còn kém như Việt Nam. Những chậm trễ về tốc độ truyền trên mạng khi có một lượng lớn người sử dụng tham gia có thể làm ảnh hưởng lớn đến công việc kinh doanh của cá nhân hay doanh nghiệp, gây hậu quả nghiêm trọng về kinh tế. Vì vậy, việc thiết kế hệ thống mạng và sử dụng nó một cách hợp lý để giảm thiểu rủi ro do việc chậm chễ trong việc truyền tin gây ra là một yêu cầu quan trọng của thực tế. Có thể nhận thấy rằng khi sử dụng Server để thực hiện các yêu cầu, rất nhiều các yêu cầu về tính toán giống nhau được lặp lại trong cùng một vùng. Chẳng hạn như với các công ty có yêu cầu về sử dụng dịch vụ kế toán được đặt trên một Server ngoài Internet, rất nhiều các máy tính trong công ty đó sẽ có các yêu cầu về các tính toán giống nhau, các tính toán này nhiều khi còn được yêu cầu lặp đi lặp lại, tất cả sẽ đều được gửi lên cho Server xử lý. Nếu bây giờ chúng ta có thể chọn lọc các tính toán được yêu cầu này, đưa nó về xử lý ở một máy chủ trong cùng vùng với các máy tính có yêu cầu, thì lượng thông tin truyền đi trên đường truyền Intenet sẽ được giảm đáng kể, đồng thời thông tin trả về cho các máy tinh sẽ nhanh hơn, giảm được các rủi ro do việc chậm trễ trong truyền tin gây ra. Thêm vào đó, việc đưa các tính toán này về vùng yêu cầu còn góp phần giảm thiểu đáng kể yêu cầu tính toán trực tiếp trên máy chủ. Điều này góp phần trực tiếp làm giảm chi phí cho việc bảo trì và nâng cấp hệ thống máy chủ. Như vậy chúng ta đã thấy được tầm ảnh hưởng của Internet và các vấn đề cần giải quyết khi sử dụng mô hình Client – Server truyền thống. Để đáp ứng đượng nhu cầu sử dụng và ứng dụng công nghệ mới, chúng ta cần giản giải quyết các vấn đề về khả năng phân tải cho các máy chủ và giảm lượng thông tin được truyền trên Internet. Vì vậy, cần Nghiên cứu mô hình phân tải Server sử dụng Proxy động 3 phải phát triển một mô hình cho phép đưa các tính toán được yêu cầu nhiều lần từ máy chủ trên Internet về máy chủ trong cùng vùng với các máy đưa ra yêu cầu tính toán. 1.2. Phạm vi nghiên cứu Trong phạm vi nghiên cứu của mình, đề tài sẽ chỉ đưa ra mô hình có khả năng thực hiện việc phân tải cho các máy chủ và giảm lượng thông tin được được truyền trên Internet dựa theo phương pháp đóng gói và di chuyển các tính toán từ các máy chủ trên Internet về khu vực có nhiều máy đưa ra yêu cầu tính toán giống nhau. Trong phần thực nghiệm của đề tài, mô hình đưa ra sẽ được ứng dụng thực tế vào một trương hợp cụ thể. Thực nghiệm này sẽ chứng minh rằng mô hình đã đưa ra hoàn toàn có thể triển khai và ứng dụng vào thực tế. Tuy nhiên do phạm vi nghiên cứu của đề tài có hạn nên thực nghiệm đưa ra không thể hiện hết những ưu điểm của mô hình đã được đưa ra. Những nghiên cứu tiếp theo về mô hình này sẽ được thực hiện và đưa ra những thực nghiệm khác thể hiện rõ hơn những ưu thế của mô hình khi được ứng dụng vào thực tế. 1.3. Sơ lược về cách tiếp cận Để có thể đưa ra một mô hình phù hợp với yêu cầu đặt ra là phân tải cho các máy chủ và giảm lượng thông tin truyền trên Internet, nghiên cứu các mô hình đã có trước đây là việc làm cần thiết. Trong các mô hình truyền thống, việc sử dụng máy chủ Proxy [13] là việc làm quen thuộc. Proxy Server là một giải pháp đã được dùng trước đây trong các mô hình mạng truyền thống. Proxy được bố trí như một cổng ra Internet của một mạng phía sau nó. Ngoài chức năng làm nhiệm vụ lưu chuyển thông tin giữa các máy trong mạng và ngoài Internet, Proxy còn được tích hợp thêm một số tính năng như lọc thông tin, bảo đảm an ninh cho mạng cục bộ v.v. Một trong những tính năng đã được tích hợp vào Proxy Server là Cache. Với chức năng này, tần suất sử dụng đường truyền trên Internet đã được giảm đáng kể nhờ việc lưu lại các kết quả truy vấn trước đó. Khi có các yêu cầu được lặp lại, kết quả của lần trước sẽ được lưu lại và sử dụng để trả lời cho các lần truy vấn sau. Tuy nhiên đây chỉ là lưu giữ kết quả của các yêu cầu giống nhau, khi có các yêu cầu tính toán giống nhau, nhưng kết quả khác nhau, yêu cầu kết nối ra Internet vẫn phải được thực hiện Nghiên cứu mô hình phân tải Server sử dụng Proxy động 4 Sử dụng Cache Proxy Server không phải là một lựa tốt cho mô hình cần đưa ra, tuy nhiên việc áp dụng mô hình Client – Proxy – Server là một giải pháp. Trong mô hình này, máy chủ Proxy ngoài chức năng cổng ra vào Internet thông thường, nó còn được bổ sung thêm khả năng nhận các tính toán và thực hiện nó rồi trả kết quả cho phía yêu cầu. Để các tính toán trên các má