Chương 1 là chương giới thiệu khái quát về điện toán đám mây và vấn đề cân bằng tải trên môi trường cloud. Một số khái niệm về cân bằng tải, các thuật toán điển hình trong cân bằng tải. Đồng thời giới thiệu một số các thuật toán học máy và thuật toán cân bằng tải phổ biến hiện nay. Dựa trên nền tảng đó, luận án đề xuất phát triển các thuật toán dựa trên học máy và phân tích dữ liệu để cải thiện hiệu quả của quá trình cân bằng tải trong môi trường điện toán đám mây.
Chương 2, nội dung được phân tích dựa trên lấy ý tưởng từ phương pháp SWOT về việc tiếp cận phân tích cân bằng tải trong môi trường điện toán đám mây, đánh giá hiệu suất của cân bằng tải, cùng với việc khảo sát các nghiên cứu đã công bố liên quan đến đề tài luận án. Đồng thời, chương này cũng đề cập đến việc tiếp cận nâng cao cân bằng tải từ ý tưởng của SWOT, đó là tiếp cận từ hai hướng khác nhau: một là hướng tiếp cận từ bên trong và hai là hướng tiếp cận từ các yếu tố bên ngoài. Chương 3 trình bày các thuật toán đề xuất xây dựng bộ cân bằng tải theo hướng tiếp cận từ bên trong, cụ thể là các thuật toán cải tiến từ các thuật toán phổ biến và các thuật toán ứng dụng học máy và phân tích dữ liệu vào cân bằng tải, nhằm đạt hiệu năng cao hơn trên môi trường đám mây. Với chương này, luận án đã đạt được 4 thuật toán CBT mới MCCVA, APRTA, RCBA và ITA tương ứng với các công trình công bố [CT1], [CT2], [CT7] và [CT3].
Chương 4 trình bày các thuật toán đề xuất theo hướng tiếp cận từ bên ngoài. Bao gồm xây dựng bộ cân bằng tải kết hợp với việc kiểm soát deadlock và dự báo deadlock trên môi trường cloud; giải pháp cân bằng tải dưới góc độ hành vi người dùng bao gồm độ ưu tiên của tác vụ (task) / các yêu cầu (request), cụ thể là phân tích các thông số của request dưới góc độ người dung, từ đó ứng dụng các thuật toán phân lớp để đưa ra quyết định phân bổ xử lý, từ đó sử dụng hiệu quả nhất tài nguyên của cloud. Với tiếp cận từ bên ngoài, kết quả đạt được là 02 thuật toán bao gồm PDOA và k-CTPA tương ứng với công trình công bố [CT4 & CT5] và [CT6]. 8 PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1 – GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY Điện toán đám mây (cloud computing) [33] [34] [35] [36], còn được biết đến dưới tên gọi điện toán dựa trên máy chủ ảo, là hệ thống tính toán phục vụ theo yêu cầu và xây dựng trên nền tảng mạng kết nối toàn cầu Internet.
Mô hình này cho phép việc chia sẻ tài nguyên, dữ liệu và phần mềm dưới hình thức dịch vụ thông qua một mạng công cộng, thường là Internet, tới các máy tính và thiết bị của người dùng. Trong mô hình điện toán đám mây, người dùng không cần phải biết hoặc quan tâm đến vị trí cụ thể của cơ sở dữ liệu hay trang web mà họ đang truy cập - mọi thứ diễn ra một cách minh bạch và không đòi hỏi hiểu biết kỹ thuật từ phía người dùng. Người dùng có thể truy nhập vào các dịch vụ này qua web browser, ứng dụng di động, hoặc máy tính thông thường. Tính hiệu quả trong sử dụng của người dùng cuối được tăng lên nhờ việc sử dụng phần mềm và cơ sở dữ liệu được lưu trữ trên server ảo trong điện toán đám mây, đặt tại các trung tâm dữ liệu.
Các trung tâm dữ liệu là những không gian chứa đựng server, hệ thống lưu trữ, cùng với nguồn điện và các thiết bị liên quan như giá đỡ, dây cáp, v., được thiết kế để đảm bảo sự sẵn có và ổn định cao. Chúng còn được đánh giá dựa trên những yếu tố như khả năng mở rộng, tính linh hoạt, hệ thống làm mát, và khả năng hợp nhất server cũng như lưu trữ dữ liệu với mật độ cao. Trong điện toán đám mây, có ba mô hình triển khai chủ yếu: đám mây công cộng, đám mây riêng tư và đám mây lai. Mô hình đám mây công cộng liên quan đến việc các nhà cung cấp dịch vụ đám mây cung cấp tài nguyên, nền tảng hoặc ứng dụng lưu trữ dưới dạng dịch vụ mở cho công chúng, có thể kèm theo chi phí hoặc không.
Trong khi đó, đám mây riêng tư dành riêng các dịch vụ của mình cho một tổ chức cụ thể, thường được bảo vệ bởi tường lửa và dành cho việc sử dụng nội bộ. Đám mây lai là sự pha trộn giữa hai mô hình trên, cung cấp một số dịch vụ mở rộng và một số dành riêng. Bên cạnh đó, còn có mô hình đám mây cộng đồng, nơi mà nhiều tổ chức cùng chia sẻ tài nguyên đám mây. Về phía các mô hình dịch vụ, ba loại phổ biến là IaaS (Cơ sở hạ tầng như một Dịch vụ), PaaS (Nền tảng như một Dịch vụ), và SaaS 9 (Phần mềm như một Dịch vụ), mỗi loại phục vụ các nhu cầu khác nhau từ cung cấp tài nguyên máy chủ đến nền tảng phát triển ứng dụng và phần mềm sẵn sàng sử dụng.1:Mô hình điện toán đám mây [37] Trong vài năm trở lại đây, điện toán đám mây đã trở thành một trào lưu công nghệ hàng đầu thế giới, chứng kiến sự tăng trưởng đột phá về cả chất lượng và quy mô, cũng như đa dạng hóa các dịch vụ được cung cấp.
Các tập đoàn công nghệ hàng đầu như Google [38], Amazon [39], Microsoft [40], đã dẫn đầu trong việc phát triển lĩnh vực này. Điện toán đám mây cung cấp một mô hình mà các giải pháp công nghệ thông tin được triển khai như là dịch vụ thông qua Internet, giảm nhu cầu của người dùng về đầu tư vào nhân sự, công nghệ và cơ sở hạ tầng cho việc thiết lập hệ thống. Điều này giúp giảm thiểu chi phí và rút ngắn thời gian cần thiết cho việc triển khai, cho phép người sử dụng có thể chuyên tâm vào những hoạt động chính của mình. Không chỉ mang lại lợi ích cho người sử dụng, nhưng các nhà cung cấp dịch vụ cũng thu được lợi ích từ mô hình điện toán này.
Điện toán đám mây (Cloud Computing) [41] [37], [42] đang là hướng phát triển hàng đầu hiện nay, nối tiếp từ các hệ thống mạng và máy tính phân tán truyền thống bằng cách tích hợp tài nguyên tính toán, lưu trữ, nền tảng và dịch vụ đa dạng theo yêu cầu một cách linh hoạt và nhanh chóng, đồng thời cũng dễ dàng thu hồi tài 10 nguyên và giảm thiểu sự cần thiết cho sự tương tác trực tiếp với nhà cung cấp. Mô hình này chủ yếu dựa trên việc cung cấp dịch vụ ngay khi có yêu cầu (ondemand service); đảm bảo khả năng truy cập rộng rãi qua mạng từ nhiều loại thiết bị từ máy tính để bàn đến di động (broad network access); chia sẻ tài nguyên tính toán một cách động giữa nhiều khách hàng (resource pooling for multi-tenanci), và khả năng mở rộng linh hoạt năng lực tính toán để đáp ứng nhu cầu thay đổi từ thấp đến cao (rapidelasticity). Điện toán đám mây, nhờ vào các kỹ thuật ảo hóa [43], sử dụng các dịch vụ qua mạng để cung cấp nguồn lực cơ bản, các nền tảng ứng dụng, phần mềm, và nhiều dịch vụ khác cho người dùng. Trong khuôn khổ của IaaS (Infrastructure as a Service), các nhà cung cấp tạo ra một môi trường ứng dụng phần mềm đầy đủ bằng cách kết hợp phần cứng, phần mềm, và thiết bị liên quan để tuân theo cam kết chất lượng dịch vụ đã thỏa thuận với khách hàng.
Công nghệ máy ảo (Virtual Machine) thường xuyên được triển khai trong các data center, máy chủ cụm và cho nhiều ứng dụng khác. Điều này tạo điều kiện để nhiều hệ điều hành có thể hoạt động đồng thời trên một máy chủ đơn lẻ, đảm bảo rằng các dịch vụ được cung cấp một cách độc lập và đáng tin cậy, cũng như tăng cường khả năng tái sử dụng tài nguyên vật lý hiện có. Điện toán đám mây [44] đang mở ra một lĩnh vực nghiên cứu với nhiều tiềm năng, hứa hẹn mang lại lợi ích về mặt kinh tế cho các doanh nghiệp khắp thế giới. Nó cung cấp một giải pháp hiệu quả cho việc lưu trữ và xử lý dữ liệu, cho phép các công ty truy cập vào cơ sở hạ tầng, các nền tảng và dịch vụ phần mềm theo yêu cầu một cách linh hoạt qua Internet.
Điện toán đám mây [45] đại diện cho một kiểu cung cấp dịch vụ trong lĩnh vực công nghệ thông tin, nối tiếp từ các hệ thống mạng trước đây, cho phép người sử dụng truy nhập vào các nguồn tài nguyên từ việc lưu trữ dữ liệu đến sử dụng phần mềm quản lý và xử lý thông tin phức tạp, đặc biệt là trên các nền tảng lớn như Google hay Facebook. Thay vì quản lý trực tiếp, người dùng chỉ cần kết nối với một thiết bị đầu cuối để sử dụng các nguồn tài nguyên này, trong khi hệ thống điện toán đám mây phụ trách việc lên lịch và xử lý các yêu cầu, từ việc quản lý thời gian chờ đợi đến thời gian xử lý và hoàn thành các tác vụ. Điện toán đám mây [46] đang thay đổi bản chất của ngành công nghệ thông tin, thúc đẩy sự thay đổi trong việc sử dụng và cung cấp phần mềm và phần cứng. Nó 11 cho phép người dùng chỉ tập trung vào sản phẩm của họ mà không cần lo lắng về việc quản lý tài nguyên máy tính như băng thông, lưu trữ, hoặc ứng dụng phần mềm.
Hợp đồng dịch vụ giữa nhà cung cấp và khách hàng xác định rõ các yêu cầu về chất lượng dịch vụ thông qua các thỏa thuận mức dịch vụ (SLA). Bằng việc tuân thủ SLA, nhà cung cấp cam kết đảm bảo chất lượng dịch vụ đã thỏa thuận. Sử dụng máy ảo cho phép tối ưu hóa tài nguyên phần cứng hiện có mà vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ. Để tránh giảm hiệu suất, các thuật toán phải có khả năng phát hiện và phân loại máy chủ quá tải và không sử dụng.
Những thuật toán này cung cấp kế hoạch tối ưu cho việc di chuyển và phân phối máy ảo trong thời gian thực. Là một mô hình tính toán mới, [47] Cloud Computing là một mô hình tính toán hiện đại, ra đời sau sự phát triển của các công nghệ như máy tính phân phối, điện toán lưới, lưu trữ dữ liệu mạng, công nghệ máy chủ cụm và tính toán song song.