Luận án: Nghiên cứu mô hình chợ ứng dụng đa đám mây - NCS. Huỳnh Hoàng Long

Luận án nghiên cứu mô hình chợ ứng dụng đa đám mây. Phân tích sâu về giải pháp khắc phục hiệu quả tình trạng vendor lock-in trong điện toán đám mây.

• Tác giả: Huynh Hoang Long
• Người hướng dẫn: Dr. Nguyen Huu Duc
• Trường học: Hanoi University of Science and Technology
• Chuyên ngành: Information Systems
• Đề tài: Mô hình chợ đa đám mây: Giải pháp chống vendor lock-in
• Loại tài liệu: Doctoral Dissertation
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hanoi

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN ÁN
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Bối cảnh nghiên cứu
• 1.2. Vấn đề nghiên cứu và động lực của luận án
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY VÀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN
• 2.1. Tổng quan về điện toán đám mây
• 2.2. Phân loại môi trường đám mây
• 2.2.1. Môi trường đơn đám mây
• 2.2.2. Môi trường đa đám mây
• 2.2.3. Ưu điểm của môi trường đa đám mây
• 2.3. Các mô hình phân phối dịch vụ đám mây hiện có
• 2.3.1. Môi giới dịch vụ đám mây
• 2.4. Các công nghệ hỗ trợ
• 2.4.1. Chuẩn đặc tả cấu trúc liên kết và điều phối cho ứng dụng đám mây - TOSCA
• 2.4.2. Thiết lập và khởi chạy ứng dụng dịch vụ - SALSA
• 2.5. Các hướng tiếp cận cho ứng dụng đám mây
• 2.5.1. Các hướng tiếp cận cho ứng dụng đám mây
• 2.5.2. Các hướng tiếp cận mô tả ứng dụng đám mây
• 2.5.3. Các hướng tiếp cận khớp nối dịch vụ đám mây
• 2.5.4. Các hướng tiếp cận khả năng di động đám mây
• 2.5.5. Các hướng tiếp cận tự sửa lỗi ứng dụng đám mây
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH O-MARKETPLACE
• 3.1. Các phương thức phân phối dịch vụ đám mây hiện có
• 3.1.1. Phương thức phân phối dịch vụ đám mây đơn giản
• 3.1.2. Phân phối dịch vụ đám mây qua môi giới đám mây
• 3.1.3. Phân phối dịch vụ đám mây qua chợ đám mây
• 3.2. Phương thức phân phối dịch vụ đám mây đề xuất cho chợ đa đám mây
• 3.3. Cấu trúc tổng thể của O-Marketplace
• 3.4. Cơ chế hoạt động của O-Marketplace
• 3.5. Hướng tiếp cận mới trong cung cấp SaaS của O-Marketplace
• 3.6. Tính khả thi của mô hình O-Marketplace
• 3.7. Các mục tiêu của O-Marketplace
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH ỨNG DỤNG CÓ THỂ TỔ HỢP
• 4.1. Khái niệm chung về CAM
• 4.1.1. Định nghĩa đơn giản về CAM
• 4.1.2. Mô hình trừu tượng của CAM
• 4.1.2.1. Mô hình phần mềm đám mây đa thành phần
• 4.1.2.2. Ngăn xếp phần mềm đám mây
• 4.1.2.3. Tổ hợp phần mềm đám mây
• 4.2. Các mẫu mô tả của CAM
• 4.2.1. Mẫu mô tả ứng dụng đa đám mây dựa trên CAM
• 4.2.2. Cấu trúc chung của mẫu thành phần phần mềm đám mây
• 4.2.3. Mẫu thành phần phần mềm đơn giản
• 4.2.4. Mẫu ngăn xếp phần mềm đám mây
• 4.2.5. Mẫu tổ hợp phần mềm đám mây
• 4.2.6. Mẫu dịch vụ nền tảng
• 4.3. Thực nghiệm với CAM
• 4.3.1. Tổng quan về phương pháp chuyển đổi từ CAM-D sang đặc tả TOSCA
• 4.3.2. Ánh xạ sang TOSCA
• 4.3.3. Mô tả ứng dụng Wordpress dựa trên CAM
• 4.3.4. Chuyển đổi các mẫu mô tả Wordpress sang đặc tả dựa trên TOSCA
• 4.3.5. Triển khai ứng dụng Wordpress trên đa đám mây bằng SALSA
• 4.4. Các ứng dụng của CAM trong bối cảnh O-Marketplace
• 4.4.1. Phương pháp khớp nối dựa trên CAM cho O-Marketplace
• 4.4.1.1. Hướng tiếp cận đề xuất cho phương pháp khớp nối
• 4.4.2. Khả năng di động của ứng dụng đa đám mây dựa trên CAM
• 4.4.2.1. Hướng tiếp cận đề xuất cho khả năng di động của ứng dụng đa đám mây
• 4.4.2.2. Phương pháp đề xuất tự động cập nhật blueprint của ứng dụng đa đám mây
• 4.4.2.3. Chương trình cập nhật khung nhìn
• 4.4.3. Phương pháp dựa trên CAM để tự sửa lỗi ứng dụng chợ đa đám mây
• 4.4.3.1. Hướng tiếp cận đề xuất để tự sửa lỗi ứng dụng đa đám mây
• 4.4.3.2. Quy trình tự sửa lỗi ứng dụng đa đám mây
• 4.4.3.3. Tái triển khai và tái cấu hình ứng dụng đám mây dựa trên CAM
• 4.5. Thảo luận về CAM
• 4.5.1. Vai trò của CAM trong mô hình O-Marketplace
• 4.5.2. Vai trò của CAM trong phát triển ứng dụng đám mây
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.1. Kết luận
• 5.2. Hướng phát triển
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC

Tóm tắt

I. Khám phá Mô hình chợ đa đám mây Chìa khóa chuyển đổi số hiệu quả

Trong bối cảnh chuyển đổi số đang diễn ra mạnh mẽ trên toàn cầu, điện toán đám mây đã trở thành xương sống cho nhiều hoạt động kinh doanh và công nghệ. Mô hình này không chỉ giúp doanh nghiệp tiết kiệm đáng kể chi phí đám mây mà còn mang lại sự linh hoạt và khả năng mở rộng chưa từng có. Các tổ chức liên tục tìm kiếm những giải pháp tối ưu nhất để khai thác triệt để tiềm năng của dịch vụ đám mây và duy trì lợi thế cạnh tranh. Tuy nhiên, cùng với những lợi ích đó là một thách thức lớn, đó là sự phụ thuộc vào một nhà cung cấp đám mây duy nhất, dẫn đến hiện tượng vendor lock-in. Đây là một vấn đề dai dẳng mà các mô hình cung cấp dịch vụ đám mây truyền thống, từ phân phối trực tiếp đến môi giới đám mây (Cloud Brokerage) hay các chợ đám mây đơn lẻ, đều chưa giải quyết được triệt để. Nhu cầu về một nền tảng chợ đám mây mới và tiên tiến hơn là cấp thiết, không chỉ để phá vỡ sự độc quyền mà còn để thúc đẩy một thị trường cạnh tranh lành mạnh và minh bạch hơn.

Bài viết này sẽ đi sâu vào Mô hình chợ đa đám mây: Giải pháp chống vendor lock-in, một chiến lược đa đám mây đột phá được đề xuất nhằm giảm thiểu vendor lock-in và tối ưu hóa trải nghiệm của người dùng. Mô hình này không chỉ cung cấp một phương thức mua sắm dịch vụ đám mây đa dạng mà còn tạo điều kiện cho các nhà phát triển tự do sáng tạo mà không bị ràng buộc bởi các hệ sinh thái công nghệ độc quyền. Nó đại diện cho một bước tiến quan trọng trong việc xây dựng kiến trúc đa đám mây linh hoạt, đảm bảo tính di động của ứng dụng và khả năng tương thích cao giữa các dịch vụ. Khám phá này không chỉ dừng lại ở lý thuyết, mà còn đi kèm với các ứng dụng thực tiễn và nghiên cứu sâu rộng, chứng minh khả năng giải quyết các vấn đề phức tạp trong môi trường đa đám mây. Mục tiêu chính là cung cấp một danh mục dịch vụ đám mây rộng lớn, khuyến khích sự cạnh tranh và mang lại giá trị cao nhất cho người tiêu dùng cuối cùng, giúp họ thực sự kiểm soát dịch vụ đám mây của mình.

1.1. Định nghĩa và vai trò của chợ đám mây trong chuyển đổi số

Một chợ đám mây (Cloud Marketplace) về cơ bản là một cửa hàng trực tuyến, nơi các nhà cung cấp đám mây trưng bày và bán dịch vụ đám mây của họ. Trong giai đoạn đầu, hầu hết các chợ đám mây lớn như AWS Marketplace hay Google Apps đều do chính các nhà cung cấp đám mây sở hữu và chỉ cung cấp các dịch vụ hoạt động trên kiến trúc đám mây độc quyền của họ. Tuy nhiên, sự bùng nổ của chuyển đổi số và sự trưởng thành của công nghệ điện toán đám mây đã thúc đẩy nhu cầu về một nền tảng chợ đám mây cởi mở hơn, không bị ràng buộc bởi một nhà cung cấp duy nhất. Vai trò của chợ đám mây không chỉ đơn thuần là một kênh giao dịch; nó còn đóng vai trò là cầu nối quan trọng giữa người dùng và một danh mục dịch vụ đám mây đa dạng, giúp đơn giản hóa đáng kể quá trình mua sắm dịch vụ đám mây. Một chợ đám mây tiên tiến, đặc biệt trong bối cảnh đa đám mây, sẽ đóng vai trò trung tâm trong việc quản lý đa đám mây và tích hợp dịch vụ đám mây từ nhiều nguồn khác nhau, tạo ra một hệ sinh thái cạnh tranh, linh hoạt và tối ưu hơn cho doanh nghiệp.

1.2. Lợi ích vượt trội của đa đám mây cho doanh nghiệp

Đa đám mây (Multi-cloud) là việc doanh nghiệp sử dụng đồng thời nhiều dịch vụ đám mây từ các nhà cung cấp đám mây khác nhau trong một kiến trúc đám mây thống nhất. Cách tiếp cận này mang lại nhiều lợi ích chiến lược, đặc biệt quan trọng trong kỷ nguyên chuyển đổi số hiện nay. Quan trọng nhất, chiến lược đa đám mây giúp phòng tránh vendor lock-in hiệu quả, giảm thiểu sự phụ thuộc vào một nhà cung cấp duy nhất và tăng cường đáng kể khả năng phục hồi (resilience) trước các sự cố bất ngờ. Doanh nghiệp có thể lựa chọn dịch vụ đám mây tốt nhất từ mỗi nhà cung cấp cho từng nhiệm vụ cụ thể, từ đó tối ưu hóa hiệu suất đám mây và tối ưu hóa chi phí đám mây. Theo Acronis Cyber Cloud và các tác giả [19, 43, 71], đa đám mây cho phép tận dụng lợi thế cạnh tranh về giá cả giữa các nhà cung cấp, đồng thời nâng cao an ninh đám mây bằng cách phân tán dữ liệu và ứng dụng. Khả năng tích hợp dịch vụ đám mây đa dạng cũng giúp tăng cường tính linh hoạt và khả năng mở rộng, đáp ứng nhanh chóng các yêu cầu kinh doanh thay đổi. "A multi-cloud strategy allows consumers to access the very specific capabilities they are lacking" [Thesis, p.3].

1.3. Bối cảnh nghiên cứu và động lực phát triển nền tảng chợ đám mây

Mặc dù điện toán đám mây mang lại nhiều lợi ích rõ rệt, các mô hình phân phối dịch vụ đám mây hiện tại vẫn còn tồn tại nhiều hạn chế đáng kể, làm chậm lại sự phát triển của thị trường. Các chợ đám mây do các nhà cung cấp đám mây độc quyền sở hữu thường dẫn đến tình trạng thiếu cạnh tranh và chất lượng dịch vụ không đồng đều. Vấn đề vendor lock-in vẫn là một mối lo ngại lớn, khi các ứng dụng và dữ liệu bị ràng buộc chặt chẽ với kiến trúc đám mây và API độc quyền của một nhà cung cấp [59]. Điều này cản trở tính di động của ứng dụng và việc tích hợp dịch vụ đám mây từ các nguồn khác nhau. Nhu cầu về một nền tảng chợ đám mây mới, có khả năng hỗ trợ đa đám mây và giảm thiểu vendor lock-in, là động lực chính cho các nghiên cứu hiện tại. Mục tiêu là tạo ra một môi trường nơi các nhà phát triển tự do xây dựng các giải pháp mà không bị ép buộc vào các hệ sinh thái công nghệ độc quyền, đồng thời cho phép người tiêu dùng tiếp cận một danh mục dịch vụ đám mây rộng lớn với giá cả cạnh tranh. Sự thiếu hụt các tiêu chuẩn cho mô hình chợ đa đám mây và mô hình ứng dụng đa đám mây càng thúc đẩy sự cấp thiết của các giải pháp mới để định hình tương lai của điện toán đám mây.

II. Thách thức lớn của điện toán đám mây Cách giải quyết Vendor Lock in

Điện toán đám mây đã định hình lại cách các doanh nghiệp vận hành, mang lại sự linh hoạt và khả năng mở rộng chưa từng có. Tuy nhiên, cùng với những lợi ích đó là một thách thức tiềm ẩn nhưng vô cùng nghiêm trọng: vendor lock-in, hay khóa nhà cung cấp. Đây không chỉ là một rủi ro kỹ thuật mà còn là một vấn đề kinh tế, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chuyển đổi số và sự cạnh tranh của doanh nghiệp. Khi một tổ chức phụ thuộc quá nhiều vào một nhà cung cấp đám mây duy nhất, việc chuyển đổi sang một nhà cung cấp khác sẽ đối mặt với chi phí đám mây chuyển đổi đáng kể, bao gồm chi phí pháp lý, kỹ thuật phức tạp và chi phí tái đào tạo nhân sự [59]. Điều này cản trở việc lựa chọn dịch vụ đám mây tối ưu và tối ưu hóa chi phí đám mây. Các chiến lược đa đám mây được phát triển nhằm mục đích phòng tránh vendor lock-in bằng cách phân tán tài nguyên và ứng dụng qua nhiều nhà cung cấp đám mây khác nhau. Tuy nhiên, việc thiếu các tiêu chuẩn mở đám mây và tính tương thích đám mây giữa các nền tảng vẫn là một rào cản lớn. Các kiến trúc đám mây độc quyền và API riêng biệt khiến việc tích hợp dịch vụ đám mây trở nên phức tạp. Vấn đề này không chỉ ảnh hưởng đến tính di động của ứng dụng mà còn làm giảm hiệu suất đám mây và tăng nguy cơ về an ninh đám mây do thiếu sự đa dạng trong cơ sở hạ tầng. Việc giải quyết vendor lock-in là cực kỳ quan trọng để đảm bảo một thị trường chợ đám mây lành mạnh, thúc đẩy sự đổi mới và cạnh tranh bền vững. Các nghiên cứu hiện tại tập trung vào việc phát triển các mô hình mới, như Mô hình chợ đa đám mây, nhằm cung cấp một giải pháp toàn diện cho thách thức này, cho phép doanh nghiệp thực sự kiểm soát danh mục dịch vụ đám mây của mình và tự do lựa chọn dựa trên nhu cầu thực tế và mục tiêu kinh doanh chiến lược.

2.1. Hiểu rõ Vendor lock in Rủi ro và tác động kinh doanh

Vendor lock-in là tình trạng một khách hàng trở nên phụ thuộc vào một nhà cung cấp đám mây cụ thể cho các sản phẩm và dịch vụ đám mây, không thể sử dụng nhà cung cấp khác mà không phải chịu chi phí đám mây chuyển đổi đáng kể [82]. Các rủi ro bao gồm: chi phí tăng cao do không thể tận dụng cạnh tranh giá, mất linh hoạt khi cần thay đổi kiến trúc đám mây hoặc tích hợp dịch vụ đám mây mới, và tiềm năng mất dữ liệu trong quá trình di chuyển. "Cloud vendor locks customers in several ways: (i) by developing his own platforms featuring proprietary web, command-line, and programming interfaces; (ii) by using proprietary standards or private architectures that lack interoperability with other cloud systems; (iii) by licensing the cloud software under exclusive conditions." [Thesis, p.2]. Điều này ảnh hưởng đến khả năng chuyển đổi số của doanh nghiệp, làm chậm quá trình đổi mới và giảm khả năng thích ứng với thị trường. Việc giảm thiểu vendor lock-in trở thành ưu tiên hàng đầu trong chiến lược đa đám mây của mọi tổ chức muốn duy trì sự linh hoạt và khả năng cạnh tranh.

2.2. Hạn chế của các mô hình dịch vụ đám mây hiện tại

Các mô hình phân phối dịch vụ đám mây hiện tại, bao gồm phân phối trực tiếp, Cloud Brokerage, và chợ đám mây truyền thống, vẫn còn nhiều hạn chế đáng kể làm cản trở sự phát triển của điện toán đám mây. Nhiều chợ đám mây bị chi phối bởi các nhà cung cấp đám mây lớn, dẫn đến sự độc quyền và thiếu cạnh tranh. Các nền tảng này thường buộc các nhà phát triển phải tuân thủ các API và kiến trúc đám mây độc quyền, làm phát sinh vấn đề khóa nhà cung cấp [Thesis, p.4]. Điều này cản trở sự tự do trong phát triển phần mềm và làm giảm tính di động của ứng dụng giữa các môi trường đa đám mây. Hơn nữa, việc tích hợp dịch vụ đám mây từ nhiều nguồn khác nhau trở nên phức tạp do thiếu tiêu chuẩn mở đám mây và tính tương thích đám mây. Các vấn đề về giám sát chất lượng dịch vụ (QoS) và tối ưu hóa chi phí đám mây cũng chưa được giải quyết triệt để, khiến người tiêu dùng có thể phải trả giá cao hơn giá trị thực của dịch vụ đám mây, làm giảm lợi ích của toàn bộ hệ sinh thái.

2.3. Tại sao khóa nhà cung cấp làm cản trở sự đổi mới

Khóa nhà cung cấp (vendor lock-in) là một rào cản đáng kể đối với sự đổi mới trong điện toán đám mây và chuyển đổi số. Khi các ứng dụng và dữ liệu bị ràng buộc vào một nhà cung cấp đám mây duy nhất, doanh nghiệp mất đi khả năng tận dụng những công nghệ mới nhất hoặc các dịch vụ đám mây tiên tiến từ các nhà cung cấp khác. Điều này hạn chế sự lựa chọn trong danh mục dịch vụ đám mây và kìm hãm sự sáng tạo trong kiến trúc đa đám mây. Sự phụ thuộc vào một hệ sinh thái công nghệ độc quyền khiến các nhà phát triển không thể tự do thử nghiệm và tích hợp dịch vụ đám mây đa dạng. Các chi phí đám mây chuyển đổi cao và rào cản kỹ thuật làm giảm động lực để doanh nghiệp tìm kiếm giải pháp tốt hơn, thậm chí khi có những lựa chọn hiệu quả hơn về hiệu suất đám mây hoặc an ninh đám mây. "Thus, vendor lock-in deters organizations adopting cloud technology." [Thesis, p.2]. Phòng tránh vendor lock-in không chỉ là một mục tiêu kỹ thuật mà còn là một chiến lược kinh doanh để thúc đẩy sự linh hoạt, cạnh tranh và đổi mới liên tục trong kỷ nguyên chuyển đổi số, giúp doanh nghiệp duy trì vị thế dẫn đầu.

III. Phương pháp Chợ đa đám mây Giảm thiểu Khóa nhà cung cấp ngay lập tức

Mô hình chợ đa đám mây đại diện cho một bước tiến quan trọng trong việc khắc phục những hạn chế của các mô hình dịch vụ đám mây truyền thống, đặc biệt là vấn đề khóa nhà cung cấp. Giải pháp này không chỉ đơn thuần là tổng hợp các dịch vụ mà còn tạo ra một môi trường cạnh tranh sôi động, nơi các nhà cung cấp đám mây phải liên tục cải thiện chất lượng và giá thành để thu hút người dùng. Bằng cách thiết lập một nền tảng chợ đám mây mở, doanh nghiệp có thể dễ dàng tiếp cận một danh mục dịch vụ đám mây rộng lớn từ nhiều nhà cung cấp khác nhau, từ đó giảm thiểu vendor lock-in một cách hiệu quả. Trọng tâm của phương pháp này là trao quyền cho người dùng khả năng lựa chọn và tích hợp dịch vụ đám mây dựa trên nhu cầu cụ thể về hiệu suất đám mây, chi phí đám mây và yêu cầu an ninh đám mây. Việc này được thực hiện thông qua các mô hình ứng dụng thành phần (Composable Application Model - CAM), cho phép các ứng dụng được phân tách thành các thành phần độc lập, có thể triển khai trên các kiến trúc đa đám mây khác nhau mà không bị ràng buộc. Điều này không chỉ tăng cường tính di động của ứng dụng mà còn thúc đẩy sự đổi mới trong phát triển phần mềm, tạo điều kiện cho một hệ sinh thái sáng tạo hơn. Mô hình chợ đa đám mây còn hỗ trợ một cơ chế đối sánh hiệu quả, giúp người dùng tìm kiếm và kết hợp các dịch vụ tương thích một cách tự động, tối ưu hóa quá trình lựa chọn. Điều này biến việc mua sắm dịch vụ đám mây từ một quá trình phức tạp thành một trải nghiệm liền mạch và hiệu quả, đặt nền móng cho một chiến lược đa đám mây bền vững và linh hoạt, hoàn toàn phù hợp với yêu cầu của chuyển đổi số.

3.1. O Marketplace Model Một mô hình chợ đa đám mây tiên tiến

O-Marketplace Model là một mô hình chợ đa đám mây mới được đề xuất, hoạt động như một thị trường đám mây mở. Mô hình này được thiết kế để cung cấp sự linh hoạt tối đa cho người tiêu dùng trong việc mua sắm dịch vụ đám mây và đồng thời thúc đẩy sự phát triển dịch vụ từ các nhà phát triển và nhà cung cấp đám mây. Điểm nổi bật là các nhà phát triển có thể tạo ra các thành phần phần mềm mà không bị ràng buộc vào bất kỳ API đám mây cụ thể nào. Ngược lại, các nhà cung cấp đám mây phải phát triển các thành phần nền tảng của họ để đáp ứng các yêu cầu công nghệ của các thành phần phần mềm này. "By the direct competition mechanism, a free competitive market for cloud suppliers is created. As the result, vendor lock-in is reduced." [Thesis, p.9]. Điều này tạo ra một cơ chế cạnh tranh trực tiếp, giảm thiểu vendor lock-in và đảm bảo danh mục dịch vụ đám mây đa dạng với chất lượng tốt hơn và giá cả cạnh tranh hơn, mang lại lợi ích kép cho cả nhà cung cấp và người tiêu dùng trong môi trường đa đám mây.

3.2. Composable Application Model CAM Tăng tính di động của ứng dụng

Để chuẩn hóa mô hình ứng dụng đa đám mây trong bối cảnh chợ đa đám mây, Composable Application Model (CAM) được giới thiệu. CAM cho phép các ứng dụng được cấu thành từ các thành phần phần mềm độc lập, có thể được triển khai trên nhiều kiến trúc đám mây và nền tảng không đồng nhất. Các thành phần và mối quan hệ phụ thuộc của chúng trong một ứng dụng đa đám mây được định nghĩa rõ ràng. CAM tách biệt phần mềm đám mây khỏi nền tảng đám mây (IaaS và/hoặc PaaS), cho phép các nhà phát triển tự do xây dựng phần mềm mà không cần quá lo lắng về sự phức tạp của các nền tảng đám mây bên dưới [Thesis, p.9]. "Cloud software can be freely implemented on various cloud platforms without having to re-develop." [Thesis, p.10]. Điều này làm tăng đáng kể tính di động của ứng dụng và khả năng tích hợp dịch vụ đám mây linh hoạt, đồng thời giảm thiểu vendor lock-in do không bị ràng buộc vào một nhà cung cấp đám mây cụ thể, tạo điều kiện cho sự đổi mới và cạnh tranh công bằng hơn.

3.3. Cơ chế mua sắm dịch vụ đám mây cạnh tranh trong chợ đa đám mây

Chợ đa đám mây thiết lập một cơ chế mua sắm dịch vụ đám mây minh bạch và cạnh tranh, vốn là cốt lõi để giảm thiểu vendor lock-in. Thay vì bị giới hạn bởi danh mục dịch vụ đám mây của một nhà cung cấp đám mây duy nhất, người tiêu dùng có thể tiếp cận một thị trường rộng lớn với nhiều lựa chọn từ các nhà cung cấp khác nhau. Cơ chế đối sánh (matchmaking) tiên tiến trong O-Marketplace cho phép người dùng tìm kiếm và lựa chọn các dịch vụ đám mây tương thích cho các thành phần ứng dụng của họ dựa trên các tiêu chí như chi phí đám mây, hiệu suất đám mây và an ninh đám mây [Thesis, p.10]. Điều này thúc đẩy các nhà cung cấp đám mây cạnh tranh về giá cả và chất lượng, mang lại lợi ích trực tiếp cho người dùng. Bằng cách khuyến khích sự cạnh tranh, mô hình chợ đa đám mây này đóng vai trò quan trọng trong việc phòng tránh vendor lock-in và tạo ra một môi trường điện toán đám mây công bằng hơn, nơi tính tương thích đám mây và tiêu chuẩn mở đám mây được ưu tiên hàng đầu, góp phần vào chuyển đổi số toàn diện.

IV. Xây dựng Kiến trúc đa đám mây Tối ưu hiệu suất và An ninh đám mây

Việc thiết kế một kiến trúc đa đám mây mạnh mẽ là yếu tố then chốt để khai thác tối đa lợi ích của điện toán đám mây, đồng thời giải quyết các thách thức cố hữu như vendor lock-in. Một chiến lược đa đám mây hiệu quả không chỉ đơn thuần là việc sử dụng nhiều nhà cung cấp đám mây mà còn là cách tích hợp dịch vụ đám mây một cách liền mạch, đảm bảo hiệu suất đám mây cao và an ninh đám mây vững chắc. Mô hình chợ đa đám mây đóng vai trò trung tâm trong việc hỗ trợ kiến trúc đa đám mây này, cho phép các doanh nghiệp lựa chọn các thành phần dịch vụ tốt nhất từ các nguồn khác nhau mà không bị ràng buộc. Quá trình quản lý đa đám mây trở nên phức tạp hơn, đòi hỏi các công cụ và phương pháp tiếp cận mới để giám sát, điều phối và tối ưu hóa tài nguyên trên các nền tảng khác nhau. Từ việc mua sắm dịch vụ đám mây đến triển khai và vận hành, mọi khía cạnh đều cần được xem xét kỹ lưỡng để đạt được tối ưu hóa chi phí đám mây và khả năng phục hồi cao nhất. "Multi-cloud can be defined as cloud systems in which applications are hosted as chunks among a heterogeneous network of different cloud." [Thesis, p.17]. Để đạt được điều này, sự hiểu biết sâu sắc về các thành phần, tiêu chuẩn mở đám mây và công cụ là không thể thiếu. Việc áp dụng các tiêu chuẩn mở đám mây và tăng cường tính tương thích đám mây là những yếu tố quyết định để xây dựng một kiến trúc đa đám mây linh hoạt, có thể thích ứng với các yêu cầu thay đổi và phòng tránh vendor lock-in hiệu quả. Phần này sẽ đi sâu vào các khía cạnh cấu trúc và quản lý để giúp doanh nghiệp xây dựng một chiến lược đa đám mây thành công, đồng thời tận dụng triệt để những ưu điểm của đa đám mây trong kỷ nguyên chuyển đổi số.

4.1. Các thành phần chính của kiến trúc đa đám mây cho dịch vụ đám mây

Một kiến trúc đa đám mây hiệu quả được xây dựng từ nhiều thành phần cốt lõi, bao gồm các lớp cơ sở hạ tầng (IaaS), nền tảng (PaaS) và phần mềm (SaaS) từ các nhà cung cấp đám mây khác nhau. Điểm mấu chốt là khả năng tích hợp dịch vụ đám mây và quản lý chúng như một hệ thống thống nhất. Các thành phần chính bao gồm: lớp trừu tượng đám mây (Cloud Abstraction Layer) để giảm sự phụ thuộc vào API độc quyền, các công cụ điều phối (orchestration) để tự động hóa triển khai và quản lý đa đám mây, và các giao diện danh mục dịch vụ đám mây tập trung. "Multi-cloud Systems (MS), i. cloud infrastructures composed of resources drawn from different cloud platforms, have been recently proposed as a way to allow customers to combine services or resources of different cloud platforms" [Thesis, p.17]. Sự kết hợp này giúp tăng cường tính di động của ứng dụng, cho phép các workload dễ dàng di chuyển giữa các đám mây, đồng thời hỗ trợ chiến lược đa đám mây trong việc phòng tránh vendor lock-in và tối ưu hóa hiệu suất đám mây.

4.2. Quản lý đa đám mây và tối ưu hóa chi phí đám mây

Quản lý đa đám mây đòi hỏi một cách tiếp cận toàn diện để giám sát, điều phối và kiểm soát các tài nguyên phân tán. Các công cụ nền tảng chợ đám mây đóng vai trò quan trọng trong việc này, cung cấp khả năng hiển thị và kiểm soát tập trung đối với danh mục dịch vụ đám mây và các tài nguyên được sử dụng. "A multi-cloud strategy helps companies scale their software and IT resource needs to meet a particular need on a short-term, saving costs." [Thesis, p.3]. Mục tiêu chính là tối ưu hóa chi phí đám mây thông qua việc lựa chọn nhà cung cấp đám mây phù hợp nhất cho từng workload và tận dụng lợi thế cạnh tranh về giá cả. Điều này bao gồm việc tự động hóa các quy trình cấp phát, theo dõi việc sử dụng tài nguyên và phân tích chi phí. Một chiến lược đa đám mây thông minh cũng sẽ cân nhắc đến hiệu suất đám mây và an ninh đám mây khi mua sắm dịch vụ đám mây, đảm bảo rằng chi phí được tối ưu mà không ảnh hưởng đến chất lượng và bảo mật, từ đó hỗ trợ chuyển đổi số một cách bền vững.

4.3. Đảm bảo an ninh đám mây và tính tương thích đám mây

An ninh đám mây là mối quan tâm hàng đầu trong môi trường đa đám mây. Việc phân tán dữ liệu và ứng dụng trên nhiều nhà cung cấp đám mây đòi hỏi một chiến lược đa đám mây bảo mật toàn diện, bao gồm quản lý danh tính và truy cập, mã hóa dữ liệu, và giám sát liên tục. "Robust Security: cloud providers are responsible for the security of their own infrastructures, they can ensure that organization has all the capabilities necessary for protecting your data as well." [Thesis, p.19]. Ngoài ra, tính tương thích đám mây là yếu tố sống còn để đảm bảo các thành phần ứng dụng có thể hoạt động liền mạch trên các nền tảng khác nhau. Việc áp dụng tiêu chuẩn mở đám mây như TOSCA [50] giúp định nghĩa các ứng dụng một cách độc lập với nhà cung cấp, tăng cường tính di động của ứng dụng và khả năng tích hợp dịch vụ đám mây. Một kiến trúc đa đám mây được thiết kế tốt sẽ bao gồm các giải pháp phòng tránh vendor lock-in bằng cách sử dụng các giao diện và định dạng dữ liệu chuẩn, đảm bảo rằng an ninh đám mây và khả năng tương tác không bị ảnh hưởng, củng cố độ tin cậy của toàn bộ hệ thống.

V. Triển khai thực tiễn và Tiềm năng của chiến lược Đa đám mây

Việc chuyển đổi sang một chiến lược đa đám mây không chỉ là một quyết định công nghệ mà còn là một bước đi chiến lược quan trọng, mang lại tiềm năng to lớn trong việc định hình lại cách các doanh nghiệp vận hành. Tuy nhiên, để hiện thực hóa những lợi ích này, việc triển khai cần được thực hiện một cách có kế hoạch và tỉ mỉ, tập trung vào việc giảm thiểu vendor lock-in và tối đa hóa giá trị từ dịch vụ đám mây đa dạng. Mô hình chợ đa đám mây như O-Marketplace cung cấp một khuôn khổ mạnh mẽ cho thực tiễn đa đám mây, hỗ trợ các quy trình từ việc lựa chọn nhà cung cấp đám mây đến quản lý vòng đời ứng dụng. Các nghiên cứu đã chứng minh khả năng của mô hình này trong việc giải quyết các vấn đề như đối sánh (matchmaking) các thành phần ứng dụng với các nền tảng đám mây phù hợp, đảm bảo tính di động của ứng dụng giữa các đám mây khác nhau, và thậm chí tự động sửa chữa ứng dụng đa đám mây khi có sự cố [Thesis, p.5]. Những khả năng này không chỉ nâng cao hiệu suất đám mây mà còn củng cố an ninh đám mây và sự ổn định của hệ thống. Tiềm năng của chiến lược đa đám mây còn nằm ở khả năng thúc đẩy sự đổi mới, cho phép các nhà phát triển tự do sáng tạo và tích hợp dịch vụ đám mây tiên tiến mà không bị ràng buộc bởi các rào cản độc quyền. "Our finished studies are significant contributions for cloud research area in general and cloud marketplace evolution in particular." [Thesis, p.8]. Tương lai của điện toán đám mây sẽ tiếp tục chứng kiến sự phát triển của các nền tảng chợ đám mây thông minh hơn, với khả năng tự động hóa cao hơn và hỗ trợ mạnh mẽ hơn cho tiêu chuẩn mở đám mây, đảm bảo một môi trường cạnh tranh và linh hoạt cho tất cả các bên tham gia vào quá trình chuyển đổi số.

5.1. Thực tiễn đa đám mây Matchmaking và Portability ứng dụng

Trong thực tiễn đa đám mây, việc đối sánh (matchmaking) các thành phần ứng dụng với các dịch vụ đám mây và nền tảng phù hợp là rất quan trọng để tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên. Mô hình chợ đa đám mây như O-Marketplace cung cấp các thuật toán đối sánh tiên tiến để giúp người dùng lựa chọn nhóm nền tảng đám mây tương thích cho phần mềm dựa trên thành phần của họ, theo chiến lược chi phí hoặc các tùy chọn tùy chỉnh [Thesis, p.10]. Điều này không chỉ tối ưu hóa chi phí đám mây mà còn đảm bảo hiệu suất đám mây tối đa. Song song đó, tính di động của ứng dụng là một khía cạnh cốt lõi. Cách tiếp cận dựa trên Composable Application Model (CAM) sử dụng blueprint để quản lý vòng đời ứng dụng đa đám mây. Mọi thay đổi về IaaS hoặc PaaS của ứng dụng đều được phản ánh ngay lập tức vào blueprint thông qua hệ thống biến đổi hai chiều (Bidirectional Transformations System) [Thesis, p.10]. Điều này đảm bảo rằng ứng dụng có thể dễ dàng di chuyển và tái cấu hình giữa các nhà cung cấp đám mây khác nhau, hiệu quả phòng tránh vendor lock-in và tăng cường khả năng thích ứng cho doanh nghiệp.

5.2. Phòng tránh vendor lock in hiệu quả với cơ chế tự phục hồi

Một trong những ứng dụng thực tiễn nổi bật của Mô hình chợ đa đám mây và Composable Application Model (CAM) là khả năng tự động sửa chữa ứng dụng đa đám mây. Khi một hoặc nhiều thành phần dịch vụ gặp lỗi, ứng dụng có thể bị gián đoạn. Tuy nhiên, việc sửa chữa thủ công là một vấn đề phức tạp và tốn thời gian, đặc biệt trong môi trường đa đám mây phân tán. "To auto-repair multi-cloud application, we present a generic approach that uses CAM-based Blueprint for re-constructing multi-cloud application whenever one or more service components are failure." [Thesis, p.7]. CAM sử dụng blueprint của ứng dụng đa đám mây làm cơ sở để tái cấu trúc. Cơ chế này đảm bảo hoạt động của ứng dụng được duy trì bằng cách tự động triển khai lại các thành phần phần mềm bị lỗi và thiết lập lại các kết nối liên ứng dụng. Điều này không chỉ tăng cường độ tin cậy và hiệu suất đám mây mà còn củng cố khả năng phòng tránh vendor lock-in bằng cách giảm sự phụ thuộc vào sự ổn định của một nhà cung cấp đám mây duy nhất, đồng thời tiết kiệm đáng kể chi phí đám mây và thời gian khắc phục sự cố, góp phần vào sự ổn định của kiến trúc đa đám mây.

5.3. Tương lai của điện toán đám mây và chiến lược Đa đám mây

Tương lai của điện toán đám mây chắc chắn sẽ xoay quanh chiến lược đa đám mây và sự phát triển của các nền tảng chợ đám mây thông minh hơn. Với sự gia tăng của các dịch vụ đám mây và sự phức tạp của kiến trúc đa đám mây, nhu cầu về các giải pháp quản lý đa đám mây tiên tiến và khả năng tích hợp dịch vụ đám mây liền mạch sẽ ngày càng tăng. "The cloud and SaaS market as a whole is growing and changing towards multi-cloud for years." [Thesis, p.2]. Việc tiếp tục thúc đẩy tiêu chuẩn mở đám mây và tính tương thích đám mây sẽ là chìa khóa để phá vỡ hoàn toàn vấn đề khóa nhà cung cấp. Các nghiên cứu tương lai có thể tập trung vào việc phát triển các cơ chế đối sánh tinh vi hơn, hệ thống tự động hóa hoàn chỉnh hơn cho việc triển khai và quản lý vòng đời ứng dụng, cũng như các giải pháp an ninh đám mây thích ứng và thông minh hơn. Mô hình chợ đa đám mây sẽ tiếp tục phát triển để trở thành một trung tâm cho sự đổi mới, nơi các nhà phát triển có thể tự do cung cấp các giải pháp tiên tiến và người dùng có thể mua sắm dịch vụ đám mây một cách hiệu quả nhất, đảm bảo một hệ sinh thái đa đám mây bền vững và công bằng, thúc đẩy mạnh mẽ chuyển đổi số.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Điện toán đám mây (Cloud Computing) đã trở thành mô hình phân phối tài nguyên tính toán, nền tảng và phần mềm qua mạng Internet theo nhu cầu. Tuy nhiên, các phương thức phân phối dịch vụ đám mây hiện hữu—bao gồm phân phối trực tiếp từ nhà cung cấp (Direct cloud service delivery), dịch vụ môi giới đám mây (Cloud Brokerage - CSB), và chợ dịch vụ đám mây (Cloud Marketplace)—bộc lộ nhiều rào cản về tính minh bạch thông tin chất lượng dịch vụ, tình trạng độc quyền và mức độ cạnh tranh. Các nhà cung cấp thương mại lớn thường áp đặt kiến trúc ứng dụng, giao diện lập trình (API) và định dạng dữ liệu đóng, dẫn đến hiện tượng khóa chặt khách hàng (vendor lock-in) [59, 82]. Hiện tượng này khiến người tiêu dùng và các nhà phát triển phần mềm phụ thuộc hoàn toàn vào một hệ sinh thái duy nhất, chịu chi phí chuyển đổi (switching costs) rất cao về tài chính, pháp lý lẫn kỹ thuật [57, 58, 59].

Ví dụ điển hình được nêu trong luận án là trường hợp người dùng mua ứng dụng WordPress trên Bitnami để triển khai qua AWS, Google Cloud Platform (GCP) hoặc Microsoft Azure: ứng dụng chỉ có thể vận hành trọn gói trên một nhà cung cấp duy nhất, không thể tách lớp máy chủ ứng dụng (WordPress App Server) chạy trên hạ tầng tính toán tối ưu của AWS và lớp cơ sở dữ liệu (WordPress Database) chạy trên dịch vụ cơ sở dữ liệu chuyên biệt của GCP. Khoảng trống nghiên cứu được xác định là: (i) thiếu mô hình chợ dịch vụ đa đám mây (Multi-cloud Marketplace) hỗ trợ phân phối dịch vụ phần mềm trải rộng trên nhiều nhà cung cấp; (ii) thiếu mô hình chuẩn hóa cho ứng dụng đa đám mây hướng thành phần độc lập với nền tảng; (iii) thiếu các giải pháp tự động hóa cho việc ghép nối dịch vụ (matchmaking), đảm bảo tính khả chuyển (portability) và tự động phục hồi sự cố (auto-repairing) trong môi trường đa đám mây.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án bao gồm:

1. Xây dựng mô hình chợ đa đám mây mang tên O-Marketplace nhằm thiết lập cơ chế phân phối dịch vụ phần mềm dưới dạng dịch vụ (SaaS) độc lập với hạ tầng độc quyền và thúc đẩy cạnh tranh giá cả minh bạch.
2. Xây dựng mô hình ứng dụng đám mây hướng thành phần mang tên Composable Application Model (CAM) cùng phương pháp mô tả CAM-D, cho phép phân rã và lắp ghép các thành phần phần mềm độc lập để triển khai linh hoạt trên các nền tảng đám mây không đồng nhất.
3. Giải quyết ba bài toán ứng dụng thực tiễn dựa trên ngữ cảnh CAM và O-Marketplace: phương pháp ghép nối dịch vụ đám mây (Matchmaking), phương pháp nâng cao tính khả chuyển và tự động cập nhật bản thiết kế ứng dụng (Portability qua Blueprint Update System), và phương pháp tự động sửa lỗi ứng dụng đa đám mây (Auto-repairing).

Đối tượng nghiên cứu là kiến trúc hệ thống thông tin đa đám mây, các mô hình phân phối dịch vụ đám mây (IaaS, PaaS, SaaS), mô hình mô tả ứng dụng thành phần và cơ chế điều phối triển khai tự động. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các giải pháp phần mềm kiến trúc trung gian (middleware và brokerage), các tiêu chuẩn mô tả topology đám mây (TOSCA), công cụ điều phối đa đám mây (SALSA), và kỹ thuật biến đổi hai chiều (Bidirectional Transformations - BXs).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã tổng quan có hệ thống các công trình nghiên cứu trong nước và quốc tế liên quan đến các khía cạnh cốt lõi của bài toán đa đám mây:

• Kiến trúc và khung phát triển ứng dụng đám mây độc lập: J. Guillén và cộng sự [44] đề xuất khung phát triển tách rời mã nguồn ứng dụng khỏi hạ tầng IaaS/PaaS; Baryannis và cộng sự [11] nghiên cứu cơ chế kết hợp dịch vụ cho ứng dụng đa đám mây; dự án mOSAIC [28, 64, 65] xây dựng API chuẩn để tương tác tài nguyên đa đám mây; SeaClouds [18] cung cấp nền tảng quản lý thích ứng ứng dụng phân tán; Binh-Minh Nguyen [55] đề xuất tầng trừu tượng Cloud Abstraction Layer (CAL) như một giao diện thống nhất cho phép triển khai ứng dụng độc lập hạ tầng; Carrasco và cộng sự [22, 23] trong dự án Trans-cloud kết hợp Apache Brooklyn và OASIS TOSCA để đặc tả độc lập các vị trí triển khai mục tiêu; các hệ thống EasyCloud [6], Crane Cloud [8], và mô hình chợ XaaS multi-cloud marketplace của Juan và cộng sự [45].
• Mô tả ứng dụng đám mây: Các tiếp cận sử dụng ngôn ngữ đặc thù miền (DSL) của K. Sledziewski, Brandtzaeg; các công cụ mã nguồn mở như OpenStack Heat [60] và Canonical Juju [46]; chuẩn mở OASIS TOSCA [50] cùng các công trình mở rộng TOSCA của G. Alexander [3], Saatkamp và cộng sự [69], Wettinger và cộng sự [81]. Luận án chỉ ra hạn chế của các phương pháp này là chưa hỗ trợ mô tả độc lập từng thành phần trong ứng dụng đa đám mây, thiếu cơ chế tổng hợp các bản mô tả riêng rẽ và chưa tích hợp cơ chế xác thực đặc tả.
• Ghép nối dịch vụ (Matchmaking): Phương pháp so khớp hồ sơ PaaS của Kolb và cộng sự [47]; thuật toán so khớp ngữ nghĩa dựa trên WordNet của Zeng và cộng sự [83]; kỹ thuật lập trình ràng buộc dựa trên yêu cầu QoS của Zilci và cộng sự [85]; đánh giá dịch vụ của Garg và cộng sự [37]; hệ thống Cloud4SOA của D'Andria và cộng sự [27]; tiếp cận so khớp thông qua bản thiết kế trừu tượng (ARB) của García Gómez và cộng sự [36]; phương pháp phân tách và ghép nối Split and Match cho TOSCA của Saatkamp và cộng sự [69]. Hầu hết các tiếp cận trên chỉ hoạt động trên đám mây đơn hoặc chưa tối ưu hóa việc ghép nối nhóm dịch vụ nền tảng tương thích với từng thành phần phần mềm độc lập.
• Khả chuyển và phục hồi ứng dụng (Portability & Fault Tolerance): Các nghiên cứu liên kết PaaS đa đám mây [61, 62]; giao thức phát hiện lỗi hạ tầng dựa trên cơ chế cấu hình cục bộ và nhịp tim (heartbeat listener) của E. Xavier và cộng sự [30].

Vị trí của luận án được xác lập tại điểm giao thoa giữa mô hình kinh tế chợ điện tử và kiến trúc phần mềm hướng thành phần: lấp đầy khoảng trống về một mô hình chợ dịch vụ đa đám mây hoàn chỉnh (O-Marketplace) kết hợp với mô hình ứng dụng khả cấu (CAM), giải quyết đồng bộ từ khâu mô tả, ghép nối, triển khai, chuyển đổi cho đến tự động phục hồi.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án xây dựng trên các nền tảng lý thuyết và công nghệ chuẩn hóa:

• Định nghĩa dịch vụ đám mây theo NIST SP 800-145 [54]: Phân loại ba tầng dịch vụ Infrastructure as a Service (IaaS), Platform as a Service (PaaS), Software as a Service (SaaS); cùng bốn mô hình triển khai (Private, Community, Public, Hybrid Cloud).
• Lý thuyết thị trường điện tử và môi giới dịch vụ: Khung phân tích chợ điện tử của Bakos [9, 10] với bốn yếu tố cấu thành (người bán, người mua, trung gian, cơ chế tương tác); kiến trúc môi giới dịch vụ đám mây (CSB) của Gartner [66, 67] và mô hình Cloud Broker của Buyya và cộng sự [20].
• Mô hình kiến trúc đa đám mây (Multi-cloud Architecture): Khái niệm "Cloud of clouds" của Vukolic [80] và phân loại đa đám mây [43, 84].
• Chuẩn mô tả OASIS TOSCA [50]: Sử dụng mô hình Topology Template (gồm Node Templates, Relationship Templates) và Management Plans (Build Plans) để chuẩn hóa cấu trúc và quy trình triển khai.
• Khung thực thi SALSA (Settling and Launching Service Applications) [25, 48]: Khung điều phối tự động hỗ trợ triển khai cấu hình đa tầng (Virtual machine, Application container, Web container, Application) trên các hạ tầng IaaS đa dạng (OpenStack, Flexiant, StratusLab).
• Lý thuyết Biến đổi hai chiều (Bidirectional Transformations - BXs): Khung toán học cho phép đồng bộ hóa dữ liệu giữa hai hướng (Forward transformation và Putback transformation) để cập nhật trạng thái Blueprint ứng dụng khi hạ tầng thay đổi.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa mô hình hóa hình thức (Formal Modeling) để định nghĩa cấu trúc ứng dụng CAM, phương pháp ánh xạ ngữ nghĩa (Semantic Mapping) để chuyển đổi CAM-D sang TOSCA, và phương pháp thực nghiệm kiểm chứng (Empirical Validation) thông qua triển khai ứng dụng thực tế WordPress phân tán trên các nền tảng đám mây khác nhau qua công cụ SALSA.

Nhà cung cấp dịch vụ đám mây (CSP)	IaaS	PaaS	SaaS
Amazon Web Services (AWS)	X	X
CenturyLink	X	X
Google Cloud Platform (GCP)	X	X
IBM (SoftLayer)	X	X	X
Microsoft Azure	X	X	X
Rackspace	X	X
Salesforce.com			X
SAP	X	X	X
Verizon Terremark	X	X	X

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu (Introduction)

Chương 1 thiết lập bối cảnh nghiên cứu về sự bùng nổ của điện toán đám mây và chỉ ra các nguyên nhân cốt lõi gây ra vấn đề vendor lock-in trong các mô hình cung cấp SaaS truyền thống. Tác giả phân tích tính cấp thiết của chiến lược đa đám mây (Multi-cloud strategy) thông qua 5 lợi ích chính: (1) tiếp cận năng lực chuyên biệt tối ưu của từng nhà cung cấp, (2) giảm thiểu rủi ro ngừng trệ dịch vụ khi xảy ra sự cố thảm họa, (3) tăng khả năng co giãn quy mô linh hoạt và tiết kiệm chi phí ngắn hạn, (4) tận dụng sự cạnh tranh giá cả giữa các nhà cung cấp, và (5) bảo vệ tổ chức khỏi sự ràng buộc độc quyền. Chương này đặt ra các câu hỏi nghiên cứu, xác định mục tiêu xây dựng mô hình O-Marketplace và mô hình ứng dụng CAM, nêu bật các đóng góp khoa học và trình bày bố cục tổng thể gồm 5 chương của luận án.

Chương 2: Cơ sở kiến thức (Background)

Chương 2 cung cấp cơ sở lý luận chi tiết về điện toán đám mây, so sánh môi trường đơn đám mây (Single-cloud) và đa đám mây (Multi-cloud), đồng thời phân tích những hạn chế cố hữu của môi trường đơn đám mây như sự phụ thuộc hạ tầng, nguy cơ gián đoạn kết nối Internet, rủi ro mất dữ liệu tập trung và sự suy giảm vị thế thương lượng giá của người dùng. Tiếp đó, chương khảo sát các mô hình phân phối dịch vụ đám mây hiện hữu bao gồm hệ thống phân phối trực tiếp, mô hình môi giới CSB (điển hình như nền tảng Jamcracker [52]), và các mô hình chợ đám mây (chợ do CSP sở hữu như AWS Marketplace, Microsoft Azure Marketplace, AppExchange và chợ do bên thứ ba vận hành như Bitnami, Ingram Micro Cloud). Chương này cũng đi sâu vào hai công nghệ nền tảng: tiêu chuẩn đặc tả OASIS TOSCA phiên bản đặc tả dịch vụ đám mây và khung điều phối triển khai tự động SALSA [25, 48]. Cuối cùng, tác giả tổng thuật các hướng tiếp cận liên quan đến kiến trúc ứng dụng, mô tả ứng dụng, thuật toán ghép nối dịch vụ, tính khả chuyển và cơ chế phục hồi lỗi trên đám mây.

Chương 3: Mô hình O-Marketplace (O-Marketplace)

Chương 3 phân tích chi tiết các hạn chế của các phương thức phân phối dịch vụ hiện tại:

• Phương thức phân phối dịch vụ đơn giản (Simple delivery method): Người dùng mua trực tiếp từ từng CSP, bị cô lập trong kiến trúc độc quyền của CSP đó.
• Phương thức qua Cloud Brokerage: Người dùng phụ thuộc hoàn toàn vào nhà môi giới để cập nhật công nghệ và không có cơ chế đảm bảo tính minh bạch thông tin.
• Phương thức qua Cloud Marketplace: Các chợ đóng chỉ cho phép ứng dụng chạy trên hạ tầng của chính chủ sở hữu chợ; các chợ của bên thứ ba vẫn bị giới hạn khi chỉ hỗ trợ triển khai toàn bộ ứng dụng lên một đám mây duy nhất tại một thời điểm.

Từ đó, luận án đề xuất mô hình O-Marketplace với cấu trúc tổng thể và cơ chế vận hành mới. Các tác nhân chính tham gia O-Marketplace gồm: Người tiêu dùng (Cloud Consumer), Nhà phát triển phần mềm (Software Developer), Nhà cung cấp nền tảng (Platform Provider) và Nhà vận hành chợ (Marketplace Operator). Cơ chế phân phối SaaS mới của O-Marketplace tách rời phần mềm khỏi nền tảng thực thi: Nhà phát triển đăng tải các thành phần phần mềm độc lập kèm yêu cầu kỹ thuật; các nhà cung cấp nền tảng cạnh tranh cung cấp môi trường IaaS/PaaS đáp ứng yêu cầu đó; công cụ điều phối của O-Marketplace sẽ tự động ghép nối và triển khai phân tán các thành phần lên nhiều đám mây khác nhau. Mô hình này tạo lập môi trường cạnh tranh mở, minh bạch về giá và chất lượng, loại bỏ hoàn toàn sự trói buộc vào một nhà cung cấp đơn lẻ.

Chương 4: Mô hình ứng dụng Composable Application Model (Composable Application Model)

Chương 4 là chương đóng góp kỹ thuật trọng tâm của luận án, trình bày chi tiết về mô hình CAM và các ứng dụng:

• Khái niệm và định nghĩa hình thức CAM: CAM định nghĩa ứng dụng đám mây gồm hai thành phần tách biệt: Phần mềm đám mây (Cloud Software) và Nền tảng đám mây (Cloud Platform). Phần mềm đám mây được cấu thành từ các thành phần phần mềm đơn lẻ (Simple Software Component), các ngăn xếp phần mềm (Cloud Software Stack) và các cấu phần hợp nhất (Cloud Software Composition). Nền tảng đám mây (Platform Service) đại diện cho các dịch vụ IaaS và PaaS cung cấp môi trường thực thi.
• Hệ thống mẫu mô tả CAM-D (CAM Description Templates): Xây dựng tập hợp các mẫu mô tả chuẩn hóa bao gồm: CAM-based Multi-cloud Application Description Template, Cloud Software Component Template, Simple Software Component Template, Cloud Software Stack Template, Cloud Software Composition Template, và Platform Service Template.
• Chuyển đổi CAM-D sang chuẩn TOSCA: Thiết lập quy tắc ánh xạ ngữ nghĩa từ cấu trúc CAM-D sang tài liệu đặc tả TOSCA Service Template (chuyển đổi các Component thành Node Templates, các quan hệ thành Relationship Templates). Luận án kiểm chứng thực nghiệm bằng cách mô hình hóa ứng dụng WordPress (tách thành WordPress App Component và MySQL DB Component), chuyển đổi thành tài liệu đặc tả TOSCA và sử dụng công cụ SALSA để triển khai thành công trên môi trường đa đám mây (OpenStack, Flexiant).
• Ứng dụng của CAM trong ngữ cảnh O-Marketplace:
  1. Phương pháp ghép nối (Matchmaking): Xây dựng thuật toán ghép nối tự động các yêu cầu của thành phần phần mềm với các dịch vụ nền tảng sẵn có trên chợ dựa trên chiến lược tối ưu hóa chi phí hoặc tiêu chí tùy biến của người dùng.
  2. Tính khả chuyển của ứng dụng (Portability): Đề xuất phương pháp quản lý vòng đời ứng dụng thông qua bản thiết kế Blueprint. Khi có sự thay đổi về nền tảng IaaS/PaaS, hệ thống tự động cập nhật Blueprint (Blueprint Update System) sử dụng lý thuyết Biến đổi hai chiều (BXs) với các phép biến đổi Putback và Forward trên khung nhìn ViewNodeTemplate.
  3. Tự động sửa lỗi (Auto-repairing): Đề xuất quy trình phát hiện sự cố thành phần, tự động tìm kiếm nền tảng thay thế tương thích, tự động tái triển khai (re-deploying) và tái cấu hình (re-configuring) liên kết ứng dụng dựa trên thông tin lưu trữ trong Blueprint mà không làm gián đoạn toàn bộ hệ thống.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển (Conclusion and Perspectives)

Chương 5 tổng kết toàn bộ các kết quả đạt được của luận án, khẳng định tính khả thi của mô hình O-Marketplace và mô hình ứng dụng CAM trong việc giải quyết vấn đề vendor lock-in. Đồng thời, tác giả chỉ ra các hướng nghiên cứu tiếp theo nhằm hoàn thiện giải pháp trong tương lai.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án đã đạt được các kết quả khoa học và đóng góp mới cụ thể:

1. Đề xuất mô hình chợ đa đám mây O-Marketplace: Thiết lập một mô hình phân phối dịch vụ đám mây mới phá vỡ sự độc quyền của các chợ đám mây đóng, cho phép mua bán và triển khai các thành phần SaaS phân tán trên nhiều nhà cung cấp đám mây đồng thời.
2. Xây dựng mô hình ứng dụng Composable Application Model (CAM) và phương pháp mô tả CAM-D: Đưa ra mô hình hình thức phân tách rõ ràng giữa phần mềm đám mây và nền tảng đám mây, cung cấp hệ thống mẫu mô tả chuẩn hóa cho phép mô hình hóa các ứng dụng phân tán phức tạp từ các thành phần độc lập.
3. Quy tắc chuyển đổi CAM-D sang TOSCA và kiểm chứng thực nghiệm: Xây dựng phương pháp chuyển đổi tự động từ tài liệu CAM-D sang chuẩn công nghiệp OASIS TOSCA, chứng minh tính khả thi thông qua việc điều phối triển khai ứng dụng WordPress đa thành phần bằng công cụ SALSA.
4. Thuật toán ghép nối (Matchmaking) trong chợ đa đám mây: Xây dựng cơ chế so khớp tối ưu giữa yêu cầu kỹ thuật của thành phần phần mềm và năng lực cung cấp của các nhà cung cấp nền tảng theo ràng buộc chi phí và chất lượng.
5. Giải pháp nâng cao tính khả chuyển với hệ thống cập nhật Blueprint tự động: Ứng dụng lý thuyết biến đổi hai chiều (Bidirectional Transformations - BXs) để duy trì sự nhất quán của bản thiết kế Blueprint ứng dụng khi có sự thay đổi hạ tầng nền tảng.
6. Phương pháp tự động phục hồi sự cố (Auto-repairing): Xây dựng quy trình tự động phát hiện thành phần hỏng hóc, lựa chọn nền tảng thay thế và tái cấu hình liên kết hệ thống dựa trên CAM Blueprint.

Các kết quả nghiên cứu trong luận án đã được công bố trong các công trình khoa học tại các hội thảo và tạp chí chuyên ngành (bao gồm công trình tại hội thảo quốc tế SOMET 2019 hợp tác cùng Viện Tin học Quốc gia Nhật Bản NII).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi và nội dung trình bày trong luận án, các hạn chế và hướng phát triển mở rộng bao gồm:

• Vấn đề quản lý Thỏa thuận mức dịch vụ (SLA): Cần nghiên cứu sâu hơn về cơ chế giám sát và thực thi SLA đa bên phức tạp giữa nhiều nhà cung cấp nền tảng khác nhau trong cùng một ứng dụng phân tán.
• Mở rộng phạm vi hỗ trợ nền tảng: Hiện tại mô hình thực nghiệm tập trung chủ yếu vào các tầng triển khai IaaS/PaaS cơ bản; cần mở rộng khả năng tích hợp đối với các dịch vụ serverless, container orchestration hiện đại (như Kubernetes) và các dịch vụ dữ liệu chuyên biệt.
• Tối ưu hóa hiệu năng của hệ thống biến đổi hai chiều (BXs): Cần cải tiến thuật toán đồng bộ hóa Blueprint khi quy mô đồ thị topology của ứng dụng tăng lên hàng trăm thành phần liên kết phức tạp.
• Tích hợp thêm các runtime engine: Mở rộng khả năng tương thích của CAM-D với các công cụ điều phối đám mây khác ngoài SALSA và các phiên bản TOSCA YAML mới hơn.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao cho nhiều đối tượng:

• Nghiên cứu sinh và học viên cao học: Thuộc các chuyên ngành Hệ thống thông tin, Khoa học máy tính, Mạng và Hệ thống phân tán; đặc biệt là những người nghiên cứu về kiến trúc hướng dịch vụ, điện toán đám mây, tiêu chuẩn OASIS TOSCA, và lý thuyết biến đổi hai chiều (BXs).
• Kiến trúc sư giải pháp đám mây (Cloud Architects) và kỹ sư DevOps: Tham khảo phương pháp luận phân tách kiến trúc phần mềm hướng thành phần (CAM) để thiết kế các hệ thống có khả năng kháng vendor lock-in, dễ dàng chuyển đổi hoặc phân bổ tải giữa AWS, Azure, GCP và OpenStack.
• Các tổ chức phát triển phần mềm SaaS: Tham khảo phương thức đóng gói và mô tả phần mềm độc lập nền tảng, giúp mở rộng thị trường khách hàng mà không bị ràng buộc vào hạ tầng của một nhà cung cấp duy nhất.
• Các nhà phát triển sàn giao dịch dịch vụ số: Tham khảo cấu trúc và cơ chế vận hành của O-Marketplace để xây dựng các nền tảng thương mại dịch vụ CNTT thế hệ mới.

Câu hỏi thường gặp

1. Hiện tượng vendor lock-in trong điện toán đám mây phát sinh từ đâu và gây ra những hậu quả gì?
Vendor lock-in phát sinh do các nhà cung cấp dịch vụ đám mây thương mại sử dụng các API, kiến trúc ứng dụng, tiêu chuẩn dữ liệu độc quyền và điều kiện cấp phép khép kín nhằm giữ chân khách hàng. Hậu quả là người tiêu dùng chịu chi phí chuyển đổi (switching costs) rất cao về tài chính, pháp lý và kỹ thuật khi muốn di chuyển ứng dụng sang nhà cung cấp khác; đồng thời không thể kết hợp các thế mạnh công nghệ riêng biệt của nhiều nhà cung cấp trong cùng một giải pháp.

2. Mô hình Composable Application Model (CAM) phân tách cấu trúc ứng dụng đám mây như thế nào?
CAM phân tách ứng dụng đám mây thành hai phần độc lập: Phần mềm đám mây (Cloud Software) và Nền tảng đám mây (Cloud Platform). Cloud Software gồm các thành phần phần mềm đơn lẻ (Simple Software Component), ngăn xếp phần mềm (Software Stack) hoặc cấu phần hợp nhất (Software Composition) chỉ chứa mã nguồn và logic nghiệp vụ. Cloud Platform đại diện cho các dịch vụ IaaS/PaaS do các nhà cung cấp đám mây cung cấp. Phần mềm tiêu thụ nền tảng và kết nối với nhau qua các giao thức mạng chuẩn, loại bỏ sự phụ thuộc vào hạ tầng khi phát triển mã nguồn.

3. Tiêu chuẩn OASIS TOSCA và công cụ SALSA đóng vai trò gì trong luận án?
OASIS TOSCA là tiêu chuẩn mở mô tả cấu trúc topology và quy trình quản lý ứng dụng đám mây độc lập nhà cung cấp. Luận án sử dụng TOSCA làm ngôn ngữ đích để chuyển đổi từ các mẫu mô tả CAM-D. SALSA là khung điều phối thực thi hỗ trợ tự động triển khai và cấu hình đa tầng trên môi trường đa đám mây (OpenStack, Flexiant), đóng vai trò làm runtime engine để hiện thực hóa các bản đặc tả TOSCA tạo ra từ CAM-D trong các kịch bản thực nghiệm.

4. Hệ thống cập nhật Blueprint (Blueprint Update System) giải quyết bài toán tính khả chuyển (Portability) ra sao?
Hệ thống sử dụng lý thuyết Biến đổi hai chiều (Bidirectional Transformations - BXs). Bản thiết kế ứng dụng (Blueprint) lưu trữ toàn bộ thông tin topology và trạng thái liên kết. Khi một thành phần nền tảng thay đổi (ví dụ chuyển đổi VM hoặc chuyển nhà cung cấp IaaS), phép biến đổi Putback và Forward trên khung nhìn ViewNodeTemplate sẽ tự động đồng bộ hóa và cập nhật bản đặc tả Blueprint, đảm bảo ứng dụng sau khi tái triển khai trên nền tảng mới vẫn duy trì chính xác trạng thái hoạt động ban đầu.

5. Cơ chế tự động sửa lỗi (Auto-repairing) của ứng dụng trên O-Marketplace hoạt động theo quy trình nào?
Khi một hoặc nhiều thành phần dịch vụ trong ứng dụng đa đám mây gặp sự cố, hệ thống dựa vào Blueprint xây dựng từ CAM để xác định chính xác vị trí lỗi. Tiếp đó, hệ thống tìm kiếm dịch vụ nền tảng thay thế tương thích trên O-Marketplace, tự động kích hoạt quy trình tái triển khai (re-deploying) các thành phần phần mềm liên quan và tái thiết lập (re-configuring) các kết nối mạng giữa các thành phần theo cấu trúc lưu trong Blueprint mà không cần can thiệp thủ công.

Kết luận

Luận án "Nghiên cứu mô hình chợ đa đám mây" của nghiên cứu sinh Huỳnh Hoàng Long đã giải quyết bài toán vendor lock-in trong điện toán đám mây bằng cách đề xuất mô hình chợ đa đám mây O-Marketplace và mô hình ứng dụng thành phần CAM. Nghiên cứu đã hình thức hóa phương pháp mô tả ứng dụng độc lập hạ tầng (CAM-D), xây dựng cơ chế chuyển đổi sang chuẩn công nghiệp TOSCA và kiểm chứng thành công bằng công cụ SALSA trên môi trường đa đám mây thực tế. Bên cạnh đó, luận án đã đưa ra các giải pháp tự động hóa cho các bài toán ghép nối tài nguyên, nâng cao tính khả chuyển thông qua biến đổi hai chiều (BXs) và tự động phục hồi sự cố phân tán. Các kết quả này đóng góp cơ sở lý thuyết và giải pháp kiến trúc quan trọng cho sự phát triển của hệ sinh thái phần mềm đa đám mây mở và minh bạch.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY HUYNH HOANG LONG RESEARCHING MULTI-CLOUD MARKETPLACE MODEL DOCTORAL DISSERTATION OF INFORMATION SYSTEMS Hanoi - 2022 MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY HUYNH HOANG LONG RESEARCHING MULTI-CLOUD MARKETPLACE MODEL Major: Information Systems Code: 9480104 DOCTORAL DISSERTATION OF INFORMATION SYSTEMS SUPERVISORS: 1. NGUYEN HUU DUC 2. LE TRONG VINH Hanoi - 2022 DECLARATION OF AUTHORSHIP I hereby declare that this thesis is my original work and it has been written by me in its entirety. I confirm that: • This work was done wholly during in Ph.

student at Hanoi University of Sci- ence and Technology. • Where any part of this thesis has previously been submitted at Hanoi University of Science and Technology or any other institution, this has been clearly stated. • Where I have consulted the published work of others, this is always clearly at- tributed. • Where I have quoted from the work of others, the source is always given.

With the exception of such quotations, this thesis is entirely my own work. • I have acknowledged all main sources of help. • Where the thesis is based on work done by myself jointly with others, I have made exactly what was done by others and what I have contributed myself. Hanoi, February 22th 2022 Supervisors Ph.

Student i ACKNOWLEDGEMENT My dissertation would not have finished without the support of my supervisors, family, co-authors, and colleagues. I am grateful to all those people who supported and inspired me while facing academic and personal challenges. I would like to pay the deepest gratitude to my first supervisor Dr. Nguyen Huu Duc for offering me a great environment, plenty of opportunities, and freedom to be creative.

Working with him marked an auspicious beginning to my doctoral upbringing. In critical moments, he has been available to provide sincere and determined opinions, helping me make the right decisions. I also thank my second supervisor, Assoc. Le Trong Vinh for his advice, encouragements and guidance throughout my Ph.

His experiences and insights are immensely meaningful for me in my works. I am grateful to them for devoting their precious time to discussing research ideas, proofreading, and explaining how to write good research papers. I would like to thank them for encouraging my research and empowering me to grow as a research scientist. I am grateful to my parents for their limitless love and my parents brought me up with great values of life, including humility and patience.

They always wish I could get Ph. Without their sacrifices and guidance, my education would have been impossible. I also thank my grandmother for her advice in every aspect of life. My success is also theirs.

My co-authors. Many thanks to my co-authors in our works. They had valuable comments for my works. Special thanks to Prof.

Zhenjiang Hu and Assoc. Huynh Quyet Thang for giving me an internship trip at National Institute of Informat- ics, Japan. Hu and members of Tsumina Lab warmly welcomed me into their lab and offered the helpful collaboration in research. Particularly, Van Dang (Ph.D student at NII) and I achieved a successful combination, our paper was accepted by SOMET 2019.

I also thank Mr Le Duc Hung (Ph.D student at TU Wien) for supporting me to implement component-based cloud software on multi-cloud. Many thanks to my colleagues from Department of Information System, School of Information and Communication Technology, Hanoi University of Science and Technology. Nguyen Thi Kim Anh and As- soc. Nguyen Binh Minh for providing such a stimulating and friendly working ii atmosphere.

It is fortunate for me to study in an active environment. Thank you all! Hanoi, February 22th 2022 Ph. Student Huynh Hoang Long iii ABSTRACT Cloud computing have been an effective delivery model for distributing computing that enables the delivery of applications as services over Internet, as well as platform- and infrastructure-level computing resources. It has been increasingly used by busi- nesses, organizations and individuals as a cost-effective IT solution.

Currently, con- sumers can approach cloud services through several existing service delivery methods in a convenient way as follows: Direct cloud service delivery, Cloud Brokerage, and Cloud Marketplace. However, these cloud service delivery models have many limi- tations on cloud service product information, quality of service, monopoly, competi- tiveness, etc. These problems have been damaging to the benefits of cloud consumers having to pay higher than the real value of cloud services. In addition, different com- mercial cloud providers impose different application architectures that tend to lock consumers into their services and do not want to allow the direct competition with oth- ers.

This is the cause of the well-known issue: vendor lock-in. In economics, vendor lock-in, also known as proprietary lock-in or customer lock-in, makes a customer dependent on a vendor for products and services, unable to use another vendor without substantial switching costs [82]. Because they cannot easily move to another cloud provider in the future without experiencing issues such as high costs, legal constraints, technical incompatibilities [59]. For example, when a consumer buys WordPress Application on Bitnami, he is first provided two deployment offering options: single-tier and multi-tier.

Then he is provided several options to launch WordPress Application: Amazon web services, Google cloud platform, and Azure. WordPress Application can only be deployed on one of these three services. There are two machines that are similar on paper as they both have four cores. Amazon VM offers more memory, but the price is very simi- lar.

In fact, Amazon VM offers almost twice the blended compute capacity over 24 hours than its Google cloud equivalent but database technology of Google is quite better. In the first case, if a consumer has been using Google Cloud and he spots a great cloud service pricing from Amazon. He is not allowed to move cloud service running on Google Cloud to Amazon. Another reason is because cloud technologies are incompatible between Amazon and Google.

In the second case, it is impossible if WordPress App Server is hosted on Amazon and WordPress Database is hosted on iv Google Cloud to leverage the benefits of two cloud providers. Taking advantage of it is not going to be easy because before he know it, he will be locked into single cloud provider. This challenge can be overcome if the WordPress App Server and Wordpress Database could be spread across two cloud providers to benefit from each provider’s best technology and less VM capacity (cheaper but meets the need). More effectively, WordPress components should be described in an open standard so that other providers than those mentioned above can offer cloud services at competitive prices and better capacities, and its components could be easily ported to other cloud.

To deal with vendor lock-in problem, multi-cloud is the effective approach because a multi-cloud strategy enables consumers to select any cloud service to meet the re- quirements of a particular application or workload as well as porting cloud software to another cloud. In this way, we have an interesting ideal about a multi-cloud service delivery model that facilitates to distribute Software as a Service (SaaS) across various clouds as well as liberates cloud developers from being tied to proprietary technology ecosystems. To turn our idea into reality, we sketch O-Marketplace Model (multi- cloud marketplace model) and define Composable Application Model (component- based cloud application model). To demonstrate the practicality of two proposed model, research works are focused on as follows: (i) O-Marketplace Model, after analyzing the limitations of existing cloud service delivery methods, a multi-cloud service delivery method is proposed to overcome these limitations, and a promising multi-cloud marketplace model is built up.

(ii) Composable Application Model, we first build up its concept and its description method, then the experimentation is conducted by transform into TOSCA speci- fication to evaluate the feasibility of the proposed multi-cloud application model. Finally, relying on Composable Application Model and O-Marketplace context, some issues of cloud computing are tackled to prove the practicality of two pro- posed model such as: matchmaking for multi-cloud marketplace application, multi-cloud application portability, multi-cloud application auto-repairing. Keywords: Cloud computing, Vendor lock-in, multi-cloud environment, multi- cloud marketplace, multi-cloud service delivery, multi-cloud application, matchmak- ing, multi-cloud application portability, multi-cloud application auto-repairing, Com- posable Application Model, O-Marketplace, Blueprint. v CONTENTS DECLARATION OF AUTHORSHIP.

x LIST OF TABLES. xi LIST OF FIGURES .2 Thesis research issues and motivation .2 Composable Application Model .1 Overview of Cloud computing .2 Cloud environment classification .1 Single-cloud environment .2 Multi-cloud environment .3 The advantages of multi-cloud environment .2 Existing cloud service delivery models .1 Cloud service brokerage .1 Topology and Orchestration Specification for Cloud Applica- tion - TOSCA .2 Settling and Launching Service Applications - SALSA .1 Approaches for cloud application .2 Approaches for cloud application description .3 Approaches for matchmaking cloud services .4 Approaches for cloud portability .5 Approaches for cloud application repairing .2 Existing methods for delivering cloud services .1 Simple cloud service delivery method .2 Cloud service delivery through Cloud Brokerage .3 Cloud service delivery through Cloud Marketplace .1 The proposed cloud service delivery method for multi-cloud marketplace .2 Overall structure of O-Marketplace .3 The operation mechanism of O-Marketplace .4 The novel approach in SaaS provisioning of O-Marketplace .5 The feasibility of O-Marketplace Model .6 The goals of O-Marketplace. COMPOSABLE APPLICATION MODEL 52 4.2 General concept of CAM .3 Simple Definition for CAM .2 Abstract model of CAM .1 Multi-component cloud software model .4 Cloud Software Stack .5 Cloud Software Composition .4 Description Templates of CAM .1 CAM-based Multi-cloud Application Description Template .2 General Structure of Cloud Software Component Template .3 Simple Software Component Template .4 Cloud Software Stack Template .5 Cloud Software Composition Template .6 Platform Service Template .5 Experimentation of CAM .1 Overview of CAM-D to TOSCA Specification Transformation Method .2 Mapping to TOSCA .1 CAM-Based Wordpress Application Description .2 Transforming Wordpress Description Templates to TOSCA-Based specification .3 Deploying Wordpress Application on multi-cloud by SALSA .6 Applications of CAM in O-Marketplace context .1 CAM-based matchmaking method for O- Marketplace .1 The proposed approach for matchmaking method .2 CAM-based multi-cloud application portability .1 The proposed approach for multi-cloud application portability .2 The proposed method for auto-updating multi-cloud application blueprint .3 View updating program .3 CAM-based method for auto-repairing multi-cloud marketplace application .1 The proposed approach for auto-repairing multi-cloud application .2 Procedure of multi-cloud application auto-repairing 94 4.3 Re-deploying and re-configuring CAM-based cloud application .7 Discussions of CAM .1 The role of CAM in O-Marketplace model .2 The role of CAM in cloud application development. CONCLUSION AND PERSPECTIVES 99 5.

105 LIST OF PUBLICATIONS. 115 ix ABBREVIATIONS API Application Programing Interface AWS Amazone Web Services BXs Bidirectional Transformations CAM Composable Application Model CAM-D CAM-based Description Method CDMI Cloud Data Management Interface CRM Customer Relationship Management CSB Cloud Service Brokerage CSP Cloud Service Provider DB Database EC2 Elastic Computing Cloud I/O Input/Output IaaS Infrastructure as a Service IP Internet Protocol IT Information Technology JSON Java Script Object Notation OCCI Open Cloud Computing Interface OS Operation System OVF Open Virtualization Format PaaS Platform as a Service QoS Quality of Service RDBMS Relational Database Management System REST Representational State Transfer S3 Amazon Simple Storage Service SaaS Software as a Service SALSA Settling and Launching Service Applications SLA Service Level Agreement SQL Structured Query Language TOSCA Topology Ochestration Specification for Cloud Application VM Virtual Machine XML Extensible Markup Language YAML Yet Another Markup Language x LIST OF TABLES 2.1 Existing Cloud Marketplaces .2 The operation mechanism of O-Marketplace .1 The comparison between CAM-D and TOSCA Specification. 102 xi LIST OF FIGURES 1.1 The potential for vendor lock-in risks is exacerbated in the cloud (source [59]).1 Cloud Service Model (source [84]).2 Single cloud architecture.3 Multi-cloud architecture.4 Processes in a CSB platform (source [52]).5 High level architecture of Cloud Broker Service (source [20]).6 TOSCA Service Template overview (source [50]).7 Multi application levels and multi deployment stacks (source [48]).1 Simple cloud service delivery method.2 Cloud service delivery method through Cloud Brokerage.