Chương 1 - Tổng quan về an toàn thông tin trong hệ thống tính toán lưới 1.1 Vai trò của tính toán lưới hiện nay Trước sự phát triển mạnh mẽ của điện toán đám mây, phần này trả lời cho câu hỏi ý nghĩa của điện toán lưới ngày nay.1 Giới thiệu Khái niệm Tính toán lưới đã bắt đầu xuất hiện vào đầu thập niên 90 với nghĩa ẩn dụ là làm cho việc sử dụng sức mạnh của máy tính dễ dàng như là việc sử dụng điện năng. Ngày nay có rất nhiều định nghĩa về tính toán lưới. Một định nghĩa về Grid khá hoàn chỉnh được đưa ra bởi tiến sỹ Ian Foster như sau : “Grid là một loại hệ thống song song, phân tán cho phép chia sẻ, lựa chọn, kết hợp các tài nguyên phân tán theo địa lý, thuộc nhiều tổ chức khác nhau dựa trên tính sẵn sàng, khả năng, chi phí của chúng và yêu cầu về chất lượng dịch vụ (QoS) của người dùng để giải quyết các bài toán, ứng dụng có quy mô lớn trong khoa học, kỹ thuật và thương mại. Từ đó hình thành nên các “tổ chức ảo” (Virtual Organization (VO)), các liên minh tạm thời giữa các tổ chức và tập đoàn, liên kết với nhau để chia sẻ tài nguyên và/hoặc kỹ năng nhằm đáp ứng tốt hơn các cơ hội kinh doanh hoặc các dự án có nhu cầu lớn về tính toán và dữ liệu, toàn bộ việc liên minh này dựa trên các mạng máy tính”.
Hình 1-1 mô tả các quá trình phát triển của điện toán, từ kiến trúc máy vi tính lớn/thiết bị đầu cuối, đến máy tính cá nhân, mạng điện toán đến điện toán lưới và đám mây. Trong giai đoạn 1, nhiều người dùng tương tác với một máy vi tính lớn qua các thiết bị đầu cuối. Trong giai đoạn 2, các máy tính cá nhân có sức mạnh đủ để thỏa mãn đa số người sử dụng. Trong giai đoạn 3, các máy tính cá nhân, máy tính xách tay và máy chủ kết nối với nhau thông qua các mạng nội bộ để chia sẻ tài nguyên và tăng hiệu năng.
Trong giai đoạn 4, các mạng nội bộ được kết nối với các mạng nội bộ khác tạo thành mạng toàn cầu như Internet để tận dụng các tài nguyên và ứng dụng ở xa. Trong giai đoạn 5, điện toán lưới cung cấp khả năng chia sẻ sức mạnh điện toán và lưu trữ thông qua một hệ thống điện toán phân tán. Trong giai đoạn 6, điện toán đám mây cung cấp khả năng chia sẻ tài nguyên trên Internet thông qua một cách đơn giản và linh động hơn. Các giai đoạn phát triển của điện toán Điện toán lưới là sự kết hợp và chia sẻ tài nguyên cũng như cách thức giải quyết vấn đề trong môi trường các tổ chức ảo động, nhiều thành viên nghiên cứu.
Việc chia sẻ được giám sát chặt chẽ trong đó những nhà cung cấp tài nguyên và những nhà tiêu thụ định nghĩa rõ ràng và cẩn thận cái gì được chia sẻ, ai được chia sẻ và chia sẻ trong điều kiện nào. Bước phát triển tiếp theo của điện toán lưới là điện toán theo nhu cầu, trong đó các tài nguyên máy tính được đo đạc như các dịch vụ. Điện toán theo nhu cầu đã giới thiệu ý tưởng về việc cung cấp động các tài nguyên điện toán. Điện toán đám mây được định nghĩa như là sự cung cấp các ứng dụng như các dịch vụ thông qua Internet, và các phần mềm và cơ sở hạ tầng phần cứng trong các trung tâm dữ liệu cung cấp các dịch vụ đó dùng mô hình kinh doanh giống như điện toán theo nhu cầu.
Việc đo đạc các dịch vụ để hỗ trợ cho mô hình kinh doanh thanh toán theo nhu cầu là thích hợp với các phần mềm ứng dụng (SaaS), nền tảng (PaaS), và cơ sở hạ tầng (IaaS). z 9 Thêm vào đó, điện toán đám mây tận dụng các công nghệ đang phát triển như Web 2.0 cho các dịch vụ ứng dụng, và ảo hóa cho việc cung cấp các tài nguyên động. So sánh 6 giai đoạn phát triển của điện toán, có vẻ như điện toán đám mây là một sự quay trở lại với mô hình điện toán máy tính lớn ban đầu. Tuy nhiên, hai mô hình này có vài điểm khác biệt quan trọng.
Điện toán máy vi tính lớn chỉ cho phép một sức mạnh tính toán giới hạn, trong khi điện toán đám mây cung cấp một sức mạnh và dung lượng gần như vô hạn. Thêm vào đó, trong điện toán máy tính lớn các thiết bị đầu cuối chỉ là những thiết bị truy cập, trong khi với điện toán đám mây các máy tính cá nhân có thể cung cấp khả năng điện toán và bộ đệm. Dẫu cho, ngày nay điện toán đám mây ở mọi nơi được nhắc đến và hưởng ứng thì tính toán lưới vẫn có chỗ đứng trong các phòng nghiên cứu các dự án của các tổ chức cần đến hỗ trợ tính toán lớn dựa trên nền tảng hạ tầng có sẵn với một cộng đồng tài nguyên tự nguyện. “Grid needs Cloud to prosper; Cloud needs Grid to scale” “Tính toán lưới cần Cloud để phát triển, còn Cloud cần lưới để mở rộng” Ian Foster.
[4] [5] Một số dự án lưới vẫn tiếp tục được quan tâm và triển khai. - EGI = European Grid Infrastructure: Các tài nguyên được sử dụng bởi hơn 13.000 nhà khoa học trên khắp châu Âu [6] - StratusLab: Gia tăng hạ tầng điện toán lưới với công nghệ ảo hóa và đám mây [10] - Initiative for Globus in Europe (IGE) : Mục tiêu chính là tiếp tục hỗ trợ cơ sở hạ tầng máy tính châu Âu, để phục vụ như một điểm trung tâm liên lạc tại châu Âu cho Globus, vào hướng Globus phát triển phù hợp với các yêu cầu của người dùng châu Âu và tăng cường ảnh hưởng của các nhà phát triển châu Âu trong Liên minh Globus.2 Vai trò của tính toán lưới trong nghiên cứu khoa học (e-science) Mục này đề cập đến vai trò của Tính toán lưới và lý giải vì sao Tính toán lưới là mô hình lý tưởng cho các bài toán thuộc nhiều ngành khoa học khác nhau. Chúng ta sẽ lấy ví dụ là bài toán mô phỏng sự đụng độ của các lỗ đen để nói lên những đặc tính thường có trong những bài toán thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau và sự phù hơp khi dùng Tính toán lưới để giải quyết những bài toán này. Một số vấn đề có thể còn đang ở dạng nghiên cứu phát triển nhưng chúng ta tin rằng chúng sẽ được hiện thực trong một tường lai gần.
4 vấn đề thường thấy trong các bài toán khoa học mà cụ thể là bài toán trong vật lý thiên thể, mô phỏng sự đụng độ của các lỗ đen Chia sẻ tài nguyên bên trong tổ chức ảo (Virtual Organization) z 10 Giao tiếp với những công việc đang được thực thi trên hệ thống lưới Tính toán phân tán Quản lý dữ liệu 1.1 Chia sẻ tài nguyên bên trong tổ chức ảo (Virtual Organization) Một tổ chức ảo là một tập hợp các tài nguyên được quản lý một cách độc lập, những được hợp tác, tập hợp lại để cộng đồng dùng nó giải quyết một mục tiêu chung. Việc tổ chức và sử dụng tài nguyên một cách hiệu quả rất quan trọng đối với cộng đồng người sử dụng này. Kịch bản sử dụng đơn giản và quan trọng nhất trong tính toán khoa học dựa trên Grid là khám phá tài nguyên (resource discovery) và nhờ hệ thống lưới thực thi một công việc nào đó (job submission). Một nhà khoa học ở Châu Âu đã chuẩn bị một file thực thi và các tham số đầu vào để giả lập việc trộn lẫn vào nhau giữa các lỗ đen,việc giả lập sử dụng nhiều tài nguyên phân tán ở khắp nơi trên thế giới, thông thường việc truy xuất tài nguyên ở mỗi nơi cần có một tài khoản, mật khẩu, hàng đợi, hệ thống tệp… khác nhau.Điều này gây khó khăn rất lớn cho cho các nhà khoa học có thể tiến hành các thí nghiệm, các mô phỏng với quy mô lớn.
Ngay cả việc đơn giản là chọn một nơi nào đó để thực thi quá trình mô phỏng cũng đã rất phức tạp. Nhưng với công nghệ Grid, quá trình truy xuất những tài nguyên này sẽ trở nên đơn giản. Việc xác nhận dựa trên chứng chỉ (certificate) cho phép người sử dụng truy xuất tất cả hệ thống trong tổ chức ảo với chỉ một lần đăng nhập, định danh và mật khẩu khi đăng nhập vào tổ chức ảo sẽ được ánh xạ vào tài khoản của người sử dụng đó. Đồng thời mô hình Grid cũng sẽ loại bỏ đi những đặc tính riêng của từng tài nguyên, tạo ra giao diện chung cho hệ thống tệp, cách nén dữ liệu… và do đó cho phép người sử dụng dùng các câu lệnh truy xuất thống nhất cho tất cả các tài nguyên.
Việc xây dựng những cổng thông tin dựa trên web ( web-based portal) cho phép người dùng truy xuất dễ dàng và thân thiện tất cả tài nguyên trong một tổ chức ảo. Sau khi đăng nhập vào, người dùng về nguyên tắc có thể nhìn thấy được tất cả các tài nguyên sẵn có và có thể cho chạy (submit) một công việc trên tài nguyên nào. Đôi khi người dùng chỉ quan tâm đưa công việc của mình lên lưới để chạy (submit), còn việc phân tán tài nguyên để cho hệ thống tự động. Mối quan hệ chia sẻ bên trong tổ chức ảo 1.2 Giao tiếp với những công việc đang được thực thi trên hệ thống lưới Trước đây, một nhà khoa học khi muốn chạy một ứng dụng mô phỏng lớn thì trước tiên phải thông báo và chuyển công việc vào một hệ thống trên một máy ở xa và sau đó cứ một khoảng thời gian lại log in vào máy từ xa đó để kiểm tra trạng thái của công viêc.
Công việc đó có thể vẫn còn trong hàng đợi hoặc có thể công việc đó đang được thực thi và cũng thường xuyên xảy ra trường hợp công việc đó đã bị kết thức vì một lý do nào đó. Có những trường hợp công việc nằm trong hàng đợi cả ngày, nhưng khi được thực thi thì thất bại chỉ vì một lỗi đơn giản trong quá trình khởi động hay có những công việc đã chạy cả 100.000 giờ của CPU nhưng cuối cùng lại trả ra kết quả sai chỉ vì tham số đầu vào sai. Những trường hợp như thế đã làm nảy sinh nhu cầu cần phải phát triển cơ chế giao tiếp , quản lý và chuyển hướng những công việc tốt hơn, đòi hỏi độ phức tạp hơn. Cactus là một ứng dụng Grid cho phép người dùng thông qua trình duyệt web có thể giao tiếp với các công việc đang thực thi.