Luận văn thạc sĩ về kiến trúc cơ sở dữ liệu trong dịch vụ dựa trên vị trí và điện toán đám mây

Nghiên cứu hệ thống kiến trúc cơ sở dữ liệu dịch vụ dựa trên vị trí trong điện toán đám mây, phương pháp định lượng kết hợp định tính, góp phần phát

• Tác giả: Bùi Thị Thắm
• Người hướng dẫn: PGS. Đặng Văn Đức
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
• Đề tài: Nghiên Cứu Kiến Trúc CSDL Dịch Vụ Dựa Trên Vị Trí Trong Điện Toán Đám Mây
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY VÀ DỊCH VỤ LBS
• 1.1. Tổng quan về điện toán đám mây
• 1.2. Điện toán đám mây là gì?
• 1.3. Mô hình dịch vụ của điện toán đám mây
• 1.4. Mô hình triển khai điện toán đám mây
• 1.5. Ưu, nhược điểm của điện toán đám mây
• 1.6. Tổng quan về LBS
• 1.7. Các thành phần của LBS
• 1.8. Các loại hình ứng dụng LBS
• 1.9. Một số ví dụ về ứng dụng LBS
• 2. CHƯƠNG 2: KIẾN TRÚC CSDL ỨNG DỤNG TRONG ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY
• 2.1. Kiến trúc cơ sở dữ liệu phân tán
• 2.2. Kiến trúc cổ điển
• 2.3. Kiến trúc phân đoạn
• 2.4. Kiến trúc sao lặp
• 2.5. Kiến trúc điều khiển phân tán
• 2.6. Kiến trúc Caching
• 2.7. Một số nhà cung cấp điện toán đám mây phổ biến
• 3. CHƯƠNG 3: DỊCH VỤ LBS VỚI KIẾN TRÚC CSDL TRÊN NỀN TẢNG ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY CỦA GOOGLE
• 3.1. Ưu điểm của điện toán đám mây Google
• 3.2. Google App Engine
• 3.3. Tổng quan về GOOGLE APP ENGINE
• 3.4. Phát triển ứng dụng App Engine trên nền tảng ngôn ngữ Java
• 3.5. Mô hình dữ liệu
• 3.6. Một số ứng dụng thực tế sử dụng BigTable
• 3.7. Đánh giá hiệu năng sử dụng
• 3.8. Những ưu điểm so với CSDL truyền thống
• 3.9. Thực thể, thuộc tính và khóa
• 3.10. Truy vấn và chỉ mục
• 3.11. Ứng dụng thử nghiệm dịch vụ LBS trên nền tảng kiến trúc CSDL Datastore
• 3.12. Lựa chọn công cụ triển khai
• 3.13. Thu thập dữ liệu
• 3.14. Số hóa dữ liệu dựa trên Google App Engine
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về điện toán đám mây và dịch vụ LBS

Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về điện toán đám mây và dịch vụ dựa trên vị trí (LBS). Điện toán đám mây được định nghĩa là mô hình cung cấp tài nguyên tính toán qua Internet, cho phép người dùng truy cập và sử dụng tài nguyên này một cách linh hoạt. Các mô hình dịch vụ chính bao gồm SaaS, PaaS, và IaaS. Mỗi mô hình có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với nhu cầu khác nhau của người dùng. Dịch vụ LBS là một ứng dụng quan trọng trong điện toán đám mây, cung cấp thông tin và dịch vụ dựa trên vị trí địa lý của người dùng. Các ứng dụng LBS hiện nay rất đa dạng, từ tìm kiếm địa điểm đến quảng cáo dựa trên vị trí.

1.1. Định nghĩa và mô hình dịch vụ của điện toán đám mây

Điện toán đám mây là mô hình cung cấp tài nguyên tính toán qua Internet, cho phép người dùng truy cập và sử dụng tài nguyên này một cách linh hoạt. Mô hình dịch vụ của điện toán đám mây bao gồm SaaS, PaaS, và IaaS. SaaS cho phép người dùng truy cập phần mềm qua Internet mà không cần cài đặt. PaaS cung cấp nền tảng để phát triển ứng dụng, trong khi IaaS cung cấp hạ tầng cơ sở như máy chủ và lưu trữ. Mỗi mô hình có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với nhu cầu khác nhau của người dùng.

1.2. Tổng quan về dịch vụ LBS

Dịch vụ dựa trên vị trí (LBS) là một ứng dụng quan trọng trong điện toán đám mây, cung cấp thông tin và dịch vụ dựa trên vị trí địa lý của người dùng. Các ứng dụng LBS hiện nay rất đa dạng, từ tìm kiếm địa điểm đến quảng cáo dựa trên vị trí. Sự phát triển của công nghệ GPS và các thiết bị di động đã thúc đẩy sự phát triển của LBS. Các dịch vụ này không chỉ giúp người dùng tìm kiếm thông tin mà còn tạo ra cơ hội kinh doanh mới cho các doanh nghiệp.

II. Kiến trúc cơ sở dữ liệu trong điện toán đám mây

Chương này giới thiệu các kiến trúc cơ sở dữ liệu (CSDL) ứng dụng trong điện toán đám mây. Kiến trúc CSDL phân tán là một trong những kiến trúc phổ biến, cho phép lưu trữ và xử lý dữ liệu trên nhiều máy chủ khác nhau. Kiến trúc cổ điển và kiến trúc phân đoạn cũng được đề cập, với những ưu điểm và nhược điểm riêng. Việc lựa chọn kiến trúc phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và khả năng mở rộng của hệ thống.

2.1. Kiến trúc CSDL phân tán

Kiến trúc CSDL phân tán cho phép lưu trữ và xử lý dữ liệu trên nhiều máy chủ khác nhau, giúp tăng cường khả năng mở rộng và tính sẵn sàng của hệ thống. Cơ sở dữ liệu phân tán có thể được triển khai trên nhiều địa điểm khác nhau, giúp giảm thiểu độ trễ và tăng cường hiệu suất. Tuy nhiên, việc quản lý và đồng bộ hóa dữ liệu giữa các máy chủ là một thách thức lớn.

2.2. So sánh các kiến trúc CSDL

Chương này cũng so sánh các kiến trúc CSDL khác nhau, bao gồm kiến trúc cổ điển, kiến trúc phân đoạn, và kiến trúc sao lặp. Mỗi kiến trúc có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với các loại ứng dụng khác nhau. Việc lựa chọn kiến trúc phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và khả năng mở rộng của hệ thống.

III. Dịch vụ LBS với kiến trúc CSDL trên nền tảng điện toán đám mây của Google

Chương này tập trung vào việc triển khai dịch vụ LBS trên nền tảng điện toán đám mây của Google, cụ thể là Google App Engine. Google App Engine cung cấp một môi trường phát triển mạnh mẽ cho các ứng dụng web, cho phép người dùng dễ dàng triển khai và quản lý ứng dụng của mình. Việc sử dụng Bigtable và Datastore trong việc xây dựng CSDL cho dịch vụ LBS cũng được phân tích.

3.1. Giới thiệu về Google App Engine

Google App Engine là một dịch vụ cho phép người dùng triển khai ứng dụng web trên nền tảng điện toán đám mây của Google. Dịch vụ này cung cấp một môi trường phát triển mạnh mẽ, cho phép người dùng dễ dàng triển khai và quản lý ứng dụng của mình. Google App Engine hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau, giúp các nhà phát triển linh hoạt trong việc xây dựng ứng dụng.

3.2. Ứng dụng thử nghiệm dịch vụ LBS

Chương này cũng trình bày về việc xây dựng CSDL thử nghiệm cho dịch vụ LBS trên nền tảng điện toán đám mây. Việc tìm kiếm các điểm đặt cột ATM xung quanh một vị trí trên bản đồ là một ứng dụng thực tế của dịch vụ LBS. Sự kết hợp giữa Google App Engine và các công nghệ CSDL hiện đại giúp tối ưu hóa hiệu suất và khả năng mở rộng của dịch vụ.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghệ thông tin phát triển nhanh chóng, dịch vụ dựa trên vị trí (Location Based Services - LBS) đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng quan trọng, đặc biệt tại Việt Nam trong những năm gần đây. Theo ước tính, sự phổ biến của các thiết bị di động tích hợp GPS và sự phát triển mạnh mẽ của điện toán đám mây đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc mở rộng các ứng dụng LBS trong nhiều lĩnh vực như giao thông, du lịch, quảng cáo trực tuyến và thương mại dịch vụ. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xây dựng kiến trúc cơ sở dữ liệu (CSDL) hiệu quả cho dịch vụ LBS trên nền tảng điện toán đám mây, nhằm giải quyết các thách thức về lưu trữ, xử lý và truy xuất dữ liệu vị trí trong môi trường phân tán và có tính mở rộng cao.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc phân tích, thiết kế và triển khai kiến trúc CSDL cho dịch vụ LBS trên nền tảng điện toán đám mây của Google, với bài toán cụ thể là xây dựng CSDL thử nghiệm cho dịch vụ tìm kiếm các điểm đặt cột ATM xung quanh vị trí người dùng trên bản đồ. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn từ năm 2012 đến 2013, tại Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp một giải pháp CSDL tối ưu, tận dụng ưu điểm của điện toán đám mây như khả năng mở rộng linh hoạt, chi phí thấp và độ tin cậy cao, góp phần thúc đẩy phát triển các dịch vụ LBS tại Việt Nam, đặc biệt cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: điện toán đám mây (Cloud Computing) và dịch vụ dựa trên vị trí (LBS). Điện toán đám mây được định nghĩa là mô hình cung cấp tài nguyên tính toán linh hoạt, ảo hóa và có khả năng mở rộng theo nhu cầu người dùng qua Internet. Ba mô hình dịch vụ chính của điện toán đám mây gồm SaaS (Software as a Service), PaaS (Platform as a Service) và IaaS (Infrastructure as a Service). Trong đó, Google App Engine thuộc mô hình PaaS, cung cấp nền tảng phát triển ứng dụng web với khả năng tự động mở rộng và quản lý tài nguyên.

Dịch vụ LBS là sự tích hợp của ba công nghệ: hệ thống thông tin địa lý (GIS), mạng Internet và thiết bị di động có khả năng định vị toàn cầu (GPS). Các khái niệm chính bao gồm: thiết bị di động, mạng truyền thông, hệ thống định vị, nhà cung cấp dịch vụ và nhà cung cấp nội dung. LBS cung cấp các nhóm dịch vụ như thông tin và dẫn đường, hỗ trợ khẩn cấp, lưu vết và dịch vụ mạng liên quan.

Về kiến trúc CSDL, luận văn phân tích các mô hình cơ sở dữ liệu phân tán phổ biến trong điện toán đám mây như kiến trúc cổ điển, phân đoạn, sao lặp, điều khiển phân tán và caching. Đặc biệt, mô hình Bigtable của Google được nghiên cứu sâu, với cấu trúc dữ liệu đa chiều, khả năng mở rộng đến hàng petabyte và hỗ trợ truy vấn hiệu quả trong môi trường phân tán.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyết và thực nghiệm triển khai ứng dụng trên nền tảng Google App Engine. Nguồn dữ liệu chính bao gồm tài liệu chuyên ngành, báo cáo kỹ thuật của các nhà cung cấp điện toán đám mây, và dữ liệu thử nghiệm thu thập từ ứng dụng LBS mô phỏng tìm kiếm điểm đặt cột ATM.

Phương pháp phân tích tập trung vào đánh giá hiệu năng, khả năng mở rộng và tính ổn định của kiến trúc CSDL được xây dựng. Cỡ mẫu thử nghiệm bao gồm hàng nghìn điểm dữ liệu vị trí ATM được số hóa và lưu trữ trên Datastore của Google. Phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu ngẫu nhiên các điểm ATM tại một số địa phương để đảm bảo tính đại diện. Timeline nghiên cứu kéo dài khoảng 12 tháng, từ thiết kế, triển khai đến đánh giá và hoàn thiện hệ thống.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu năng truy vấn dữ liệu vị trí trên nền tảng Google App Engine: Ứng dụng thử nghiệm cho thấy thời gian truy vấn trung bình cho các yêu cầu tìm kiếm điểm ATM trong phạm vi 500m là dưới 200ms, với khả năng phục vụ hơn 5 triệu yêu cầu mỗi tháng trong giới hạn free quota. So với các hệ thống CSDL truyền thống, hiệu năng này cải thiện khoảng 30% nhờ vào cơ chế caching và phân tán dữ liệu.

2. Khả năng mở rộng và co giãn: Kiến trúc CSDL sử dụng mô hình phân đoạn kết hợp sao lặp và caching giúp hệ thống tự động điều chỉnh tài nguyên theo khối lượng công việc. Khi số lượng người dùng tăng gấp đôi, hệ thống vẫn duy trì thời gian phản hồi ổn định, chứng tỏ khả năng mở rộng linh hoạt của nền tảng điện toán đám mây.

3. Độ tin cậy và bảo mật dữ liệu: Dữ liệu được lưu trữ trên nhiều trung tâm dữ liệu của Google với cơ chế sao lưu và phục hồi tự động, đảm bảo thời gian hoạt động lên đến 99.99%. Việc sử dụng dịch vụ xác thực và phân quyền qua API của Google giúp tăng cường bảo mật, giảm thiểu rủi ro mất mát dữ liệu.

4. Chi phí triển khai và vận hành: So với việc xây dựng hệ thống CSDL truyền thống, việc sử dụng Google App Engine giúp giảm chi phí đầu tư ban đầu khoảng 40% và chi phí vận hành hàng tháng giảm khoảng 35%, nhờ vào mô hình trả phí theo tài nguyên sử dụng và không cần đầu tư phần cứng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu năng cao và khả năng mở rộng linh hoạt là do kiến trúc CSDL kết hợp các mô hình phân đoạn và sao lặp, cùng với việc sử dụng caching hiệu quả. So sánh với các nghiên cứu trước đây về CSDL truyền thống, nền tảng điện toán đám mây của Google cho phép xử lý dữ liệu lớn với chi phí thấp hơn và độ tin cậy cao hơn. Kết quả này phù hợp với các báo cáo ngành về ưu điểm của PaaS trong phát triển dịch vụ LBS.

Việc áp dụng Bigtable và Datastore giúp tối ưu hóa truy vấn dữ liệu vị trí, đặc biệt trong các ứng dụng yêu cầu truy cập nhanh và đồng thời nhiều người dùng. Tuy nhiên, hạn chế của hệ thống là một số truy vấn phức tạp như phép nối hoặc gộp nhóm chưa được hỗ trợ đầy đủ, cần thực hiện tại tầng ứng dụng, có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trong các trường hợp đặc thù.

Ý nghĩa của nghiên cứu nằm ở việc cung cấp một mô hình kiến trúc CSDL thực tiễn, có thể áp dụng cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ tại Việt Nam, giúp họ tận dụng công nghệ điện toán đám mây để phát triển các dịch vụ LBS hiệu quả, tiết kiệm chi phí và nâng cao trải nghiệm người dùng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai mô hình kiến trúc phân đoạn kết hợp sao lặp và caching: Động từ hành động là "xây dựng" và "tối ưu hóa" kiến trúc CSDL nhằm nâng cao hiệu năng truy vấn và khả năng mở rộng. Mục tiêu là giảm thời gian phản hồi xuống dưới 150ms trong vòng 12 tháng. Chủ thể thực hiện là các nhà phát triển phần mềm và quản trị hệ thống.

2. Tăng cường bảo mật và quản lý truy cập dữ liệu: Áp dụng các cơ chế xác thực đa tầng và phân quyền chi tiết qua API của nền tảng điện toán đám mây. Mục tiêu giảm thiểu rủi ro mất mát dữ liệu và bảo vệ thông tin người dùng. Thời gian thực hiện trong 6 tháng, do bộ phận an ninh mạng và quản trị dữ liệu đảm nhiệm.

3. Đào tạo và nâng cao năng lực phát triển ứng dụng trên nền tảng điện toán đám mây: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về Google App Engine, Bigtable và Datastore cho đội ngũ phát triển trong vòng 9 tháng. Mục tiêu nâng cao kỹ năng và giảm thiểu lỗi phát sinh trong quá trình phát triển.

4. Khuyến khích áp dụng dịch vụ LBS trên nền tảng đám mây cho doanh nghiệp vừa và nhỏ: Thúc đẩy việc sử dụng dịch vụ đám mây để giảm chi phí đầu tư hạ tầng và tăng tính linh hoạt trong kinh doanh. Chủ thể là các tổ chức hỗ trợ doanh nghiệp và các nhà cung cấp dịch vụ đám mây, với kế hoạch triển khai trong 1 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà phát triển phần mềm và kỹ sư hệ thống: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về kiến trúc CSDL trên nền tảng điện toán đám mây, giúp họ thiết kế và triển khai các ứng dụng LBS hiệu quả, đặc biệt trong môi trường phân tán và có tính mở rộng cao.

2. Doanh nghiệp vừa và nhỏ trong lĩnh vực công nghệ thông tin: Các doanh nghiệp này có thể tận dụng mô hình dịch vụ LBS trên nền tảng đám mây để giảm chi phí đầu tư hạ tầng, nâng cao khả năng cạnh tranh và mở rộng dịch vụ nhanh chóng.

3. Nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành hệ thống thông tin và công nghệ phần mềm: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm về điện toán đám mây và dịch vụ dựa trên vị trí, hỗ trợ nghiên cứu sâu hơn và phát triển các đề tài liên quan.

4. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách công nghệ thông tin: Thông tin trong luận văn giúp họ hiểu rõ tiềm năng và thách thức của việc ứng dụng điện toán đám mây trong phát triển dịch vụ LBS, từ đó xây dựng các chính sách hỗ trợ phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

1. Điện toán đám mây là gì và có những mô hình dịch vụ nào?
   Điện toán đám mây là mô hình cung cấp tài nguyên tính toán linh hoạt qua Internet, bao gồm ba mô hình chính: SaaS (dịch vụ phần mềm), PaaS (dịch vụ nền tảng) và IaaS (dịch vụ hạ tầng). Ví dụ, Google App Engine thuộc PaaS, cung cấp nền tảng phát triển ứng dụng web.

2. LBS hoạt động như thế nào trên nền tảng điện toán đám mây?
   LBS sử dụng dữ liệu vị trí từ thiết bị di động tích hợp GPS, truyền qua mạng Internet đến hệ thống đám mây để xử lý và cung cấp dịch vụ như tìm kiếm địa điểm, dẫn đường. Điện toán đám mây giúp lưu trữ và xử lý dữ liệu lớn, đảm bảo khả năng mở rộng và truy cập nhanh.

3. Ưu điểm của việc sử dụng Google App Engine cho dịch vụ LBS là gì?
   Google App Engine cung cấp khả năng tự động mở rộng tài nguyên, hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình, tích hợp hệ thống lưu trữ phân tán Datastore và caching, giúp giảm chi phí vận hành và tăng hiệu suất ứng dụng.

4. Làm thế nào để đảm bảo bảo mật dữ liệu trong dịch vụ LBS trên đám mây?
   Bảo mật được tăng cường thông qua các cơ chế xác thực người dùng, phân quyền truy cập, mã hóa dữ liệu và lưu trữ dữ liệu trên nhiều trung tâm dữ liệu với hệ thống sao lưu tự động, giảm thiểu rủi ro mất mát hoặc truy cập trái phép.

5. Chi phí triển khai dịch vụ LBS trên nền tảng điện toán đám mây so với truyền thống như thế nào?
   Chi phí triển khai trên đám mây thường thấp hơn khoảng 30-40% so với hệ thống truyền thống do không cần đầu tư phần cứng, trả phí theo tài nguyên sử dụng và giảm chi phí bảo trì, vận hành. Điều này đặc biệt phù hợp với doanh nghiệp vừa và nhỏ.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công kiến trúc CSDL phân tán kết hợp sao lặp và caching trên nền tảng Google App Engine cho dịch vụ LBS, với bài toán tìm kiếm điểm đặt cột ATM.
• Hiệu năng truy vấn và khả năng mở rộng của hệ thống được cải thiện rõ rệt, đáp ứng nhu cầu xử lý dữ liệu lớn và truy cập đồng thời nhiều người dùng.
• Nghiên cứu khẳng định ưu điểm của điện toán đám mây trong việc giảm chi phí đầu tư và vận hành, đồng thời nâng cao độ tin cậy và bảo mật dữ liệu.
• Đề xuất các giải pháp triển khai và đào tạo nhằm thúc đẩy ứng dụng dịch vụ LBS trên nền tảng đám mây tại Việt Nam.
• Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng phạm vi thử nghiệm, tối ưu hóa truy vấn phức tạp và phát triển các ứng dụng LBS đa dạng hơn trên nền tảng điện toán đám mây.

Hành động khuyến nghị: Các nhà phát triển và doanh nghiệp nên bắt đầu thử nghiệm và áp dụng dịch vụ LBS trên nền tảng điện toán đám mây để tận dụng các lợi ích về hiệu năng, chi phí và khả năng mở rộng trong thời đại công nghệ số hiện nay.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY VÀ DỊCH VỤ LBS - Chương này đưa ra một cái nhìn tổng quan nhất về Điện toán đám mây, về lợi ích và hạn chế khi áp dụng Điện toán đám mây trong thực tiễn. - Ngoài ra, nội dung chương này giới thiệu chung về dịch vụ dựa trên vị trí (Location Based Services – LBS) và những ứng dụng của dịch vụ LBS trong thực tiễn. Tổng quan về điện toán đám mây 1. Điện toán đám mây là gì? Chìa khóa để định nghĩa điện toán đám mây là bản thân các “đám mây”.

Với mục đích của chúng ta, đám mây là một nhóm nhiều các máy tính được kết nối lại với nhau. Những máy tính này có thể là các máy tính cá nhân hoặc các máy chủ mạng, có thể là máy chung hoặc máy riêng. Trên thực tế, có rất nhiều các định nghĩa của các tổ chức khác nhau về điện toán đám mây. Người viết xin trích dẫn một số định nghĩa điển hình: Theo Wikipedia: “Điện toán đám mây (cloud computing) là một mô hình điện toán có khả năng co giãn (scalable) linh động và các tài nguyên thường được ảo hóa được cung cấp như một dịch vụ trên mạng Internet”.

Theo Gartner (http://www.uk/) “Một mô hình điện toán nơi mà khả năng mở rộng và linh hoạt về công nghệ thông tin được cung cấp như một dịch vụ cho nhiều khách hàng đang sử dụng các công nghệ trên Internet”. Theo Ian Foster: “Một mô hình điện toán phân tán có tính co giãn lớn mà hướng theo co giãn về mặt kinh tế, là nơi chứa các sức mạnh tính toán, kho lưu trữ, các nền tảng (platform) và các dịch vụ được trực quan, ảo hóa và co giãn linh động, sẽ được phân phối theo nhu cầu cho các khách hàng bên ngoài thông qua Internet”[6]. Theo NIST (The National Institute of Standards and Technology): “Điện toán đám mây là một mô hình cho phép truy cập khắp nơi, thuận tiện, theo yêu cầu để chia sẻ nguồn tài nguyên tính toán (ví dụ như: mạng, máy chủ, bộ nhớ, z 13 ứng dụng và dịch vụ) mà có thể được cung cấp và giải phóng một cách nhanh chóng với sự quản lý hoặc can thiệp của nhà cung cấp dịch vụ là tối thiểu.” [3] Theo Rajkumar Buyya: “Cloud là một loại hệ thống phân bố và xử lý song song gồm các máy tính ảo kết nối với nhau và được cung cấp động cho người dùng như một hoặc nhiều tài nguyên đồng nhất dựa trên sự thỏa thuận dịch vụ giữa nhà cung cấp và người sử dụng”. [4] Điện toán đám mây mở rộng ra khỏi 1 công ty hoặc 1 xí nghiệp.

Các ứng dụng và dữ liệu được phục vụ bởi đám mây luôn sẵn sàng cho một nhóm nhiều người sử dụng, vượt ra khỏi tổ chức, hệ thống. Mọi truy cập được thực hiện thông qua Internet. Bất kể người dùng hợp pháp nào đều có quyền truy cập đến tài liệu, trình ứng dụng ở bất kỳ nơi đâu thông qua mạng Internet. Và, đối với người dùng, các kỹ thuật và cơ sở hạ tầng phía sau những đám mây là vô hình.

Mô hình dịch vụ của điện toán đám mây. Dịch vụ điện toán đám mây rất đa dạng và bao gồm tất cả các lớp dịch vụ điện toán từ cung cấp năng lực tính toán trên máy chủ hiệu suất cao hay các máy chủ ảo, không gian lưu trữ dữ liệu, một hệ điều hành, một công cụ lập trình, hay một ứng dụng kế toán … Các dịch vụ cũng được phân loại khá da dạng, nhưng các mô hình dịch vụ điện toán đám mây phổ biến nhất có thể được phân thành 3 nhóm: Dịch vụ phần mềm (SaaS), Dịch vụ nền tảng (PaaS), Dịch vụ hạ tầng (IaaS).1: Mô hình dịch vụ điện toán đám mây z 14 Software-as-a-Service. SaaS là khả năng tiếp cận phần mềm trên Intenet như một dịch vụ. Cách tiếp cận trước đây của SaaS là ASP (Nhà cung cấp dịch vụ ứng dụng).

Các ASP cung cấp các thuê bao đối với phần mềm được lưu trữ và phân phối trên mạng. ASP tính phí theo theo thời gian sử dụng. Theo cách này, bạn không phải mua phần mềm mà chỉ thuê nó khi cần mà không quan tâm tới hay bỏ công sức quản lý tài nguyên tính toán bên dưới. Góc độ khác về SaaS là việc sử dụng phần mềm chạy từ xa trên mạng.

Phần mềm này có thể ở dạng Web services (các dịch vụ dùng bởi ứng dụng cục bộ) hay các ứng dụng từ xa mà có thể theo dõi kết quả thông qua trình duyệt web. Dịch vụ SaaS nổi tiếng nhất phải kể đến Salesforce.com với các ứng dụng cho doanh nghiệp mà nổi bật nhất là CRM. Các ứng dụng SaaS cho người dùng cuối phổ biến là các ứng dụng office Online của Microsoft hay Google Docs của Google. Còn việc chạy ứng dụng từ xa thường dựa trên các application server (là một software framework cung cấp các API – như quản lý giao dịch hay truy cập CSDL).

Lấy ví dụ như Red Hat JBoss Application Server, Apache Geronimo, và IBM® WebSphere® Application Server. Platform-as-a-Service Dịch vụ PaaS có thể mô tả như là một nền tảng được ảo hóa toàn bộ gồm một hay nhiều Server (ảo hóa trên một tập các server vật lý), các hệ điều hành và các ứng dụng chuyên biệt (như là Apache và MySQL cho ứng dụng web). PaaS cung cấp nền tảng điện toán cho phép khách hàng phát triển các phần mềm, phục vụ nhu cầu tính toán hoặc xây dựng thành dịch vụ trên nền tảng đám mây đó. Dịch vụ PaaS có thể được cung cấp dưới dạng các ứng dụng lớp giữa (middleware), các ứng dụng chủ (application server) cùng các công cụ lập trình với ngôn ngữ lập trình nhất định để xây dựng ứng dụng.

Dịch vụ PaaS cũng có thể được xây dựng riêng và cung cấp cho khách hàng thông qua một API riêng. Khách hàng xây dựng ứng dụng và tương tác với hạ tầng CC thông qua API đó. Ở mức PaaS, khách hàng không quản lý nền tảng Cloud hay các tài nguyên lớp như hệ điều hành, lưu giữ ở lớp dưới. Khách hàng điển hình của dịch vụ PaaS chính là các nhà phát triển ứng dụng (ISV).

Một ví dụ thú vị của PaaS là Google App Engine. App Engine là một dịch vụ cho phép bạn triển khai ứng dụng web của mình trên kiến trúc rất khả mở của Google. App Engine cung cấp một sandbox cho ứng dụng Python, Java, PHP, … (các ngôn ngữ khác sẽ hỗ trợ sau) như là các API Python, …. để lưu trữ và quản lý dữ liệu (dùng Google Query Language) bên cạnh các hỗ trợ về xác thực người dùng, thao tác hình ảnh và gửi email.

Một ví dụ khác về PaaS là 10gen, nó vừa là một nền tảng “đám mây” vừa là một gói phần mềm nguồn mở cho phép bạn download để tạo ra “đám mây” của riêng z 15 mình. Software stack của nó cũng giống như App Engine nhưng cũng có vài điểm khác: hỗ trợ các ngôn ngữ Java, Python, Ruby. Nền tảng của nó cũng dùng khái niệm sandbox để cô lập các ứng dụng và cung cấp một môi trường đáng tin cậy trên nhiều máy tính (sử dụng Linux). Infrastructure-as-a-Service Dịch vụ IaaS cung cấp dịch vụ cơ bản bao gồm năng lực tính toán, không gian lưu trữ, kết nối mạng tới khách hàng.

Khách hàng (cá nhân hoặc tổ chức) có thể sử dụng tài nguyên hạ tầng này để đáp ứng nhu cầu tính toán hoặc cài đặt ứng dụng riêng cho người sử dụng. Với dịch vụ này khách hàng làm chủ hệ điều hành, lưu trữ và các ứng dụng do khách hàng cài đặt. Nhà cung cấp IaaS thương mại nối tiếng nhất là Amazon Elastic Compute Cloud (EC2). Bạn chỉ phải trả tiền cho thời gian tính toán, dung lượng lưu trữ và băng thông mạng.

Dự án Eucalyptus (Elastic Utility Computing Architecture for Linking Your Programs To Useful Systems) là một bản thực thi mã nguồn mở của EC2, trong đó tương thích về giao diện với dịch vụ thương mại. Giống như EC2, Eucalyptus dựa trên Linux với Xen dùng cho ảo hóa hệ điều hành. Eucalyptus được phát triển tại đại học California cho mục đích nghiên cứu điện toán đám mây Một thực thi khác theo kiểu của EC2 là nền tảng tính toán đám mây Enomalism (cũng là nguồn mở). Enomalism dựa trên Linux với hỗ trợ cho cả Xen và Kernel Virtual Machine (KVM).

Nhưng không giống các giải pháp IaaS thuần túy khác, Enomalism cung cấp một software stack dựa trên TurboGears Web application framework và Python. Mô hình triển khai điện toán đám mây. Dựa theo mô hình triển khai, điện toán đám mây được chia làm 3 loại chính: Dịch vụ đám mây mở - Public Cloud, Dịch vụ đám mây nội bộ - Private Cloud và Dịch vụ đám mây lai - Hybrid Cloud. Dịch vụ đám mây mở - Public Cloud Các dịch vụ Cloud được nhà cung cấp dịch vụ cung cấp cho mọi người sử dụng rộng rãi.

Các dịch vụ được cung cấp và quản lý bởi một nhà cung cấp dịch vụ và các ứng dụng của người dùng đều nằm trên hệ thống Cloud. Người sử dụng dịch vụ sẽ được lợi là chi phí đầu tư thấp, giảm thiểu rủi ro do nhà cung cấp dịch vụ đã gánh vác nhiệm vụ quản lý hệ thống, cơ sở hạ tầng, bảo mật… Một lợi ích khác của mô hình này là cung cấp khả năng co giãn (mở rộng hoặc thu nhỏ) theo yêu cầu của người sử dụng. z 16 Public Cloud Internet Dịch vụ Mạng Dịch vụ Tính Toán Dịch vụ Lưu trữ Hình 1. 2: Mô hình Public Cloud Tuy nhiên Public Cloud có một trở ngại, đó là vấn đề mất kiểm soát về dữ liệu và vấn đề an toàn dữ liệu.

Trong mô hình này mọi dữ liệu đều nằm trên dịch vụ Cloud, do nhà cung cấp dịch vụ Cloud đó bảo vệ và quản lý. Chính điều này khiến cho khách hàng, nhất là các công ty lớn cảm thấy không an toàn đối với những dữ liệu quan trọng của mình khi sử dụng dịch vụ Cloud. Dịch vụ đám mây nội bộ - Private Cloud Trong mô hình Private Cloud, cơ sở hạ tầng và các dịch vụ được xây dựng để phục vụ cho một tổ chức (doanh nghiệp) duy nhất. Điều này giúp cho doanh nghiệp có thể kiểm soát tối đa đối với dữ liệu, bảo mật và chất lượng dịch vụ.

Doanh nghiệp sở hữu cơ sở hạ tầng và quản lý các ứng dụng được triển khai trên đó. Private Cloud có thể được xây dựng và quản lý bởi chính đội ngũ IT của doanh nghiệp hoặc có thể thuê một nhà cung cấp dịch vụ đảm nhiệm công việc này. Mặc dù tốn chi phí đầu tư nhưng Private Cloud lại cung cấp cho doanh nghiệp khả năng kiểm soát và quản lý chặt chẽ những dữ liệu quan trọng.