Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu mô hình Multicloud Marketplace tại HUST

Luận án Tiến sĩ phân tích sâu mô hình Multicloud Marketplace, khám phá kiến trúc, cơ hội và thách thức trong môi trường điện toán đa đám mây.

• Tác giả: Huỳnh Hoàng Long
• Người hướng dẫn: Nguyễn Hữu Đức
• Trường học: Hanoi University of Science and Technology
• Chuyên ngành: Information Systems
• Đề tài: Nghiên cứu mô hình Multicloud Marketplace
• Loại tài liệu: Luận án Tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hanoi

Mục lục chi tiết

• DECLARATION OF AUTHORSHIP
• ACKNOWLEDGEMENT
• ABSTRACT
• LIST OF TABLES
• LIST OF FIGURES
• 1. CHAPTER 1: INTRODUCTION
• 1.1. Thesis research issues and motivation
• 1.2. Composable Application Model
• 1.3. Overview of Cloud computing
• 1.4. Cloud environment classification
• 1.4.1. Single-cloud environment
• 1.4.2. Multi-cloud environment
• 1.4.3. The advantages of multi-cloud environment
• 1.5. Existing cloud service delivery models
• 1.5.1. Cloud service brokerage
• 1.5.2. Topology and Orchestration Specification for Cloud Applica- tion - TOSCA
• 1.5.3. Settling and Launching Service Applications - SALSA
• 1.6. Approaches for cloud application
• 1.6.1. Approaches for cloud application description
• 1.6.2. Approaches for matchmaking cloud services
• 1.6.3. Approaches for cloud portability
• 1.6.4. Approaches for cloud application repairing
• 1.7. Existing methods for delivering cloud services
• 1.7.1. Simple cloud service delivery method
• 1.7.2. Cloud service delivery through Cloud Brokerage
• 1.7.3. Cloud service delivery through Cloud Marketplace
• 1.8. The proposed cloud service delivery method for multi-cloud marketplace
• 1.8.1. Overall structure of O-Marketplace
• 1.8.2. The operation mechanism of O-Marketplace
• 1.8.3. The novel approach in SaaS provisioning of O-Marketplace
• 1.8.4. The feasibility of O-Marketplace Model
• 1.8.5. The goals of O-Marketplace
• 4. COMPOSABLE APPLICATION MODEL
• 4.2. General concept of CAM
• 4.2.1. Simple Definition for CAM
• 4.2.2. Abstract model of CAM
• 4.2.3. Multi-component cloud software model
• 4.2.4. Cloud Software Stack
• 4.2.5. Cloud Software Composition
• 4.3. Description Templates of CAM
• 4.3.1. CAM-based Multi-cloud Application Description Template
• 4.3.2. General Structure of Cloud Software Component Template
• 4.3.3. Simple Software Component Template
• 4.3.4. Cloud Software Stack Template
• 4.3.5. Cloud Software Composition Template
• 4.3.6. Platform Service Template
• 4.4. Experimentation of CAM
• 4.4.1. Overview of CAM-D to TOSCA Specification Transformation Method
• 4.4.2. Mapping to TOSCA
• 4.4.2.1. CAM-Based Wordpress Application Description
• 4.4.2.2. Transforming Wordpress Description Templates to TOSCA-Based specification
• 4.4.2.3. Deploying Wordpress Application on multi-cloud by SALSA
• 4.5. Applications of CAM in O-Marketplace context
• 4.5.1. CAM-based matchmaking method for O- Marketplace
• 4.5.1.1. The proposed approach for matchmaking method
• 4.5.2. CAM-based multi-cloud application portability
• 4.5.2.1. The proposed approach for multi-cloud application portability
• 4.5.2.2. The proposed method for auto-updating multi-cloud application blueprint
• 4.5.2.3. View updating program
• 4.5.3. CAM-based method for auto-repairing multi-cloud marketplace application
• 4.5.3.1. The proposed approach for auto-repairing multi-cloud application
• 4.5.3.2. Procedure of multi-cloud application auto-repairing
• 4.6. Re-deploying and re-configuring CAM-based cloud application
• 4.7. Discussions of CAM
• 4.7.1. The role of CAM in O-Marketplace model
• 4.7.2. The role of CAM in cloud application development
• 5. CONCLUSION AND PERSPECTIVES
• LIST OF PUBLICATIONS
• ABBREVIATIONS

Tóm tắt

I. Khám phá mô hình Multicloud Marketplace Luận án tổng quan

Luận án tiến sĩ về "Nghiên cứu mô hình Multicloud Marketplace" của tác giả Huỳnh Hoàng Long đi sâu vào việc giải quyết những thách thức cố hữu của ngành điện toán đám mây. Bối cảnh hiện tại cho thấy sự thống trị của các nhà cung cấp lớn như Amazon Web Services (AWS), Google Cloud và Microsoft Azure, dẫn đến một vấn đề nghiêm trọng là vendor lock-in. Tình trạng này khóa chặt người tiêu dùng và nhà phát triển vào một hệ sinh thái công nghệ độc quyền, gây ra chi phí chuyển đổi cao và hạn chế sự linh hoạt. Luận án chỉ ra rằng các mô hình phân phối dịch vụ đám mây hiện tại, bao gồm phân phối trực tiếp, môi giới đám mây (Cloud Brokerage) và các chợ ứng dụng (Cloud Marketplace) truyền thống, chưa giải quyết triệt để được vấn đề này. Chúng thường bị giới hạn về thông tin sản phẩm, chất lượng dịch vụ và thiếu tính cạnh tranh thực sự. Để vượt qua những rào cản này, nghiên cứu đề xuất một hướng tiếp cận đột phá: xây dựng một mô hình Multicloud Marketplace tiên tiến. Mục tiêu cốt lõi của luận án là phát triển một mô hình thị trường mở, nơi các ứng dụng đám mây có thể được cấu thành từ các thành phần độc lập và triển khai trên nhiều nền tảng đám mây khác nhau. Điều này không chỉ giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào một nhà cung cấp duy nhất mà còn thúc đẩy một môi trường cạnh tranh lành mạnh, mang lại lợi ích cho cả người tiêu dùng và nhà phát triển. Luận án tập trung vào hai đóng góp chính: mô hình O-Marketplace và mô hình ứng dụng đám mây có khả năng kết hợp Composable Application Model (CAM). Những mô hình này được thiết kế để tạo ra một cơ chế linh hoạt, cho phép các nhà phát triển tự do sáng tạo mà không bị ràng buộc bởi các API độc quyền, đồng thời cung cấp cho người dùng khả năng lựa chọn dịch vụ tối ưu nhất từ nhiều nhà cung cấp.

1.1. Bối cảnh và sự cấp thiết của nghiên cứu điện toán đám mây

Sự phát triển nhanh chóng của điện toán đám mây đã mang lại những lợi ích to lớn về chi phí và hiệu quả cho các doanh nghiệp. Tuy nhiên, sự phụ thuộc vào các nhà cung cấp dịch vụ (CSP) lớn đã tạo ra một thách thức lớn: vendor lock-in, hay còn gọi là khóa nhà cung cấp. Theo nghiên cứu [59], nhiều doanh nghiệp lo ngại về việc dữ liệu và ứng dụng của họ bị ràng buộc vào một nhà cung cấp duy nhất. Các CSP thường sử dụng các nền tảng, giao diện lập trình ứng dụng (API) và kiến trúc độc quyền, khiến việc di chuyển ứng dụng sang một nền tảng khác trở nên tốn kém và phức tạp. Tình trạng này không chỉ hạn chế khả năng thương lượng giá của khách hàng mà còn kìm hãm sự đổi mới. Do đó, việc nghiên cứu một mô hình mới, vượt qua các giới hạn của môi trường single-cloud và các chợ ứng dụng hiện có, là vô cùng cấp thiết.

1.2. Mục tiêu chính của luận án về mô hình Multicloud

Luận án đặt ra mục tiêu chính là phát triển một mô hình Multicloud Marketplace mới, sở hữu cơ chế đặc biệt để giảm thiểu vendor lock-in. Để đạt được điều này, nghiên cứu tập trung vào hai mục tiêu cụ thể. Thứ nhất, xây dựng mô hình O-Marketplace, một thị trường mở nơi các dịch vụ đám mây từ nhiều nhà cung cấp có thể cạnh tranh trực tiếp. Thứ hai, định hình Composable Application Model (CAM), một mô hình ứng dụng dựa trên thành phần, cho phép một ứng dụng được tạo thành từ các thành phần độc lập và phân tán trên nhiều đám mây khác nhau. Tính thực tiễn của hai mô hình này được chứng minh qua việc giải quyết các vấn đề liên quan như kết nối dịch vụ (matchmaking), tính di động của ứng dụng (application portability) và tự động sửa chữa ứng dụng (application auto-repairing).

II. Phá vỡ thế bế tắc Vendor Lock in Thách thức lớn nhất

Vấn đề vendor lock-in là rào cản chính kìm hãm sự phát triển của thị trường điện toán đám mây. Luận án của Huỳnh Hoàng Long đã phân tích sâu sắc nguyên nhân và hậu quả của tình trạng này. Các nhà cung cấp lớn tạo ra sự phụ thuộc thông qua việc sử dụng các tiêu chuẩn và công nghệ độc quyền. Khi một ứng dụng được phát triển trên nền tảng của AWS, việc chuyển nó sang Azure hay Google Cloud đòi hỏi phải tái cấu trúc lại một phần hoặc toàn bộ hệ thống, gây tốn kém về thời gian và chi phí. Các mô hình phân phối dịch vụ hiện tại như Cloud Marketplace của AWS hay AppExchange của Salesforce.com, dù tiện lợi, vẫn vận hành trong một hệ sinh thái khép kín. Các ứng dụng được cung cấp trên các chợ này thường được tối ưu hóa hoặc chỉ có thể chạy trên cơ sở hạ tầng của chính nhà cung cấp đó. Điều này tạo ra một vòng lặp phụ thuộc, nơi người dùng khó có thể tận dụng các ưu đãi về giá cả hay công nghệ tốt hơn từ các đối thủ cạnh tranh. Luận án chỉ ra rằng, để thực sự giải quyết vấn đề này, cần một sự thay đổi cơ bản trong cách thiết kế và phân phối ứng dụng. Thay vì một ứng dụng nguyên khối chạy trên một đám mây duy nhất, một cách tiếp cận đa đám mây (multi-cloud) là cần thiết. Một mô hình Multicloud Marketplace hiệu quả phải có khả năng hỗ trợ các ứng dụng được phân tách thành các thành phần nhỏ hơn, mỗi thành phần có thể được triển khai trên nền tảng đám mây phù hợp nhất. Đây chính là tiền đề cho sự ra đời của mô hình O-Marketplace và Composable Application Model (CAM), được xem là giải pháp cốt lõi để phá vỡ thế bế tắc do vendor lock-in gây ra.

2.1. Hạn chế của các mô hình phân phối dịch vụ đám mây

Các mô hình phân phối dịch vụ đám mây hiện có như Direct Cloud Service Delivery, Cloud Brokerage, và Cloud Marketplace đều có những hạn chế nhất định. Mô hình trực tiếp tạo ra sự phụ thuộc lớn. Cloud Brokerage, mặc dù đóng vai trò trung gian, thường chỉ tập trung vào việc môi giới tài nguyên và thanh toán, chưa giải quyết được các vấn đề kỹ thuật sâu hơn về khả năng tương thích. Các Cloud Marketplace hiện tại, như đã phân tích, thường là sân chơi riêng của các nhà cung cấp lớn, thiếu sự cạnh tranh mở và minh bạch. Những hạn chế này cản trở sự tăng trưởng của thị trường và gây bất lợi cho người tiêu dùng, những người phải trả giá cao hơn giá trị thực của dịch vụ.

2.2. Phân tích sâu vấn đề khóa nhà cung cấp trong đám mây

Luận án định nghĩa vendor lock-in là tình trạng khách hàng bị phụ thuộc vào sản phẩm và dịch vụ của một nhà cung cấp, không thể chuyển sang nhà cung cấp khác nếu không chịu chi phí chuyển đổi đáng kể [82]. Nguyên nhân đến từ các công nghệ không tương thích, các ràng buộc pháp lý và API độc quyền. Ví dụ, một ứng dụng WordPress được mua trên Bitnami có thể triển khai trên AWS hoặc Google Cloud, nhưng không thể tách rời các thành phần của nó (ví dụ: máy chủ ứng dụng trên AWS và cơ sở dữ liệu trên Google Cloud) để tận dụng thế mạnh của từng nhà cung cấp. Điều này cho thấy sự cần thiết của một tiêu chuẩn mở cho phép các thành phần ứng dụng có thể được mô tả và triển khai linh hoạt trên nhiều môi trường đám mây khác nhau.

III. Phương pháp xây dựng mô hình O Marketplace đột phá

Để giải quyết các hạn chế của mô hình hiện tại, luận án đã đề xuất và xây dựng mô hình Multicloud Marketplace có tên là O-Marketplace. Đây không chỉ là một trung gian môi giới mà là một thị trường mở, năng động, được thiết kế để thúc đẩy cạnh tranh và giảm thiểu vendor lock-in. Cốt lõi của O-Marketplace là một cơ chế phân phối dịch vụ đa đám mây hoàn toàn mới. Trong mô hình này, các nhà phát triển có thể tạo ra các thành phần phần mềm (software components) mà không cần quan tâm đến cơ sở hạ tầng đám mây cụ thể bên dưới. Ngược lại, các nhà cung cấp dịch vụ đám mây (CSP) phải phát triển các thành phần nền tảng (platform components) của họ để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của các thành phần phần mềm đó. Điều này tạo ra một cơ chế cạnh tranh trực tiếp và lành mạnh, nơi chất lượng và giá cả là yếu tố quyết định. Người tiêu dùng, thông qua O-Marketplace, có thể lựa chọn và kết hợp các thành phần phần mềm và nền tảng từ nhiều nhà cung cấp khác nhau để tạo thành một ứng dụng hoàn chỉnh, tối ưu về hiệu năng và chi phí. Mô hình này phá vỡ cấu trúc nguyên khối của các ứng dụng truyền thống và trao quyền tự do cho cả nhà phát triển lẫn người tiêu dùng. Luận án cũng mô tả chi tiết cơ chế hoạt động của O-Marketplace, bao gồm các tác nhân tham gia (nhà phát triển, nhà cung cấp nền tảng, người tiêu dùng và nhà điều hành thị trường) và luồng hoạt động từ việc đăng ký dịch vụ, tìm kiếm, kết hợp cho đến triển khai và vận hành ứng dụng trên môi trường multi-cloud.

3.1. Cấu trúc tổng thể và cơ chế hoạt động O Marketplace

Cấu trúc của O-Marketplace được thiết kế như một thị trường mở, nơi các nhà phát triển có thể tự do tạo ra các thành phần phần mềm mà không bị ràng buộc bởi bất kỳ API độc quyền nào. Về phía nhà cung cấp, họ phải phát triển các thành phần nền tảng của mình để đáp ứng yêu cầu công nghệ từ các thành phần phần mềm. Cơ chế này tạo ra một thị trường cạnh tranh tự do, nơi các nhà cung cấp phải liên tục cải tiến để thu hút nhà phát triển. Nhờ đó, vấn đề vendor lock-in được giảm thiểu đáng kể. Người tiêu dùng được hưởng lợi khi có thể tiếp cận các ứng dụng với mức giá hợp lý, được sàng lọc bởi một bộ điều phối kết nối dịch vụ hiệu quả.

3.2. Cách tiếp cận mới trong cung cấp SaaS trên multi cloud

Điểm đột phá của O-Marketplace nằm ở cách tiếp cận cung cấp Phần mềm như một Dịch vụ (SaaS). Thay vì cung cấp một ứng dụng SaaS nguyên khối, mô hình này cho phép phân phối SaaS dưới dạng các thành phần có thể kết hợp (composable components). Người dùng có thể mua một ứng dụng và sau đó chọn triển khai các thành phần của nó trên các nền tảng đám mây khác nhau để tối ưu hóa hiệu suất và chi phí. Ví dụ, một thành phần xử lý dữ liệu có thể chạy trên Google Cloud để tận dụng công nghệ cơ sở dữ liệu mạnh mẽ, trong khi thành phần giao diện người dùng có thể chạy trên AWS để có chi phí máy ảo thấp hơn. Cách tiếp cận này mang lại sự linh hoạt tối đa và hiện thực hóa lợi ích của một môi trường multi-cloud thực sự.

IV. Giải pháp Composable Application Model CAM linh hoạt

Để mô hình Multicloud Marketplace (O-Marketplace) có thể hoạt động hiệu quả, cần một tiêu chuẩn chung để mô tả các ứng dụng đa đám mây. Luận án đã giải quyết vấn đề này bằng cách giới thiệu Composable Application Model (CAM) – một mô hình ứng dụng đám mây dựa trên thành phần. Theo CAM, một ứng dụng đa đám mây được xem như một tập hợp các thành phần phần mềm được phát triển độc lập và có thể triển khai trên nhiều nền tảng đám mây khác nhau. Mô hình này tách biệt rõ ràng hai phần: phần mềm đám mây (cloud software) và nền tảng đám mây (cloud platform). Phần mềm đám mây có thể là một thành phần đơn lẻ hoặc một tập hợp nhiều thành phần, được kết nối với nhau thông qua các giao thức. Nền tảng đám mây đại diện cho các dịch vụ IaaS và/hoặc PaaS đa dạng và không đồng nhất từ nhiều nhà cung cấp. Sự tách biệt này cho phép các nhà phát triển tập trung vào việc xây dựng logic ứng dụng mà không cần quan tâm đến sự phức tạp của nền tảng bên dưới. Luận án cũng phát triển một phương pháp mô tả dựa trên CAM, gọi là CAM-D, sử dụng các mẫu (template) để định nghĩa cấu trúc của từng thành phần và cách chúng kết hợp với nhau. Để chứng minh tính khả thi, nghiên cứu đã xây dựng một phương pháp chuyển đổi các mô tả CAM-D thành đặc tả TOSCA (Topology and Orchestration Specification for Cloud Applications), một tiêu chuẩn mở được công nhận rộng rãi. Điều này cho phép các ứng dụng được mô tả bằng CAM có thể được triển khai trên các môi trường đám mây tương thích với TOSCA bằng các công cụ như SALSA.

4.1. Khái niệm và kiến trúc Composable Application Model

Composable Application Model (CAM) định nghĩa một ứng dụng multi-cloud bao gồm một nhóm các thành phần phần mềm được phát triển và triển khai độc lập trên các nền tảng đám mây khác nhau. Các thành phần và sự phụ thuộc giữa chúng được xác định một cách rõ ràng. Theo khái niệm của CAM, ứng dụng được chia thành hai phần: phần mềm đám mây và nền tảng đám mây. Điều này giúp loại bỏ sự phụ thuộc của quá trình phát triển phần mềm vào nền tảng, cho phép ứng dụng được triển khai tự do trên nhiều môi trường khác nhau mà không cần phát triển lại.

4.2. Phương pháp mô tả ứng dụng multi cloud bằng CAM D

Luận án đề xuất CAM-D (CAM-based Description method), một phương pháp mô tả ứng dụng dựa trên các mẫu (template). Có các mẫu cho từng loại thành phần: Simple Software Component (thành phần phần mềm đơn giản), Cloud Software Stack (chồng phần mềm), Cloud Software Composition (thành phần kết hợp), và Platform Service (dịch vụ nền tảng). Các mẫu này cho phép mô tả chi tiết cấu trúc, thuộc tính và các yêu cầu của từng thành phần, cũng như cách chúng liên kết với nhau để tạo thành một ứng dụng hoàn chỉnh, sẵn sàng cho việc triển khai trên môi trường multi-cloud.

4.3. Chuyển đổi từ mô tả CAM sang đặc tả tiêu chuẩn TOSCA

Để đảm bảo tính tương thích và khả năng triển khai, luận án đã xây dựng một phương pháp để chuyển đổi các kịch bản mô tả theo CAM-D sang đặc tả TOSCA. TOSCA là một tiêu chuẩn mở của OASIS giúp mô tả cấu trúc và quy trình điều phối của ứng dụng đám mây. Quá trình chuyển đổi này ánh xạ các khái niệm của CAM (như các thành phần, mối quan hệ) sang các khái niệm tương ứng trong TOSCA (như Node Templates, Relationship Templates). Điều này cho phép các ứng dụng được định nghĩa bằng CAM có thể tận dụng các công cụ và môi trường runtime tương thích với TOSCA, chẳng hạn như SALSA, để tự động triển khai trên nhiều đám mây.

V. Ứng dụng thực tiễn của mô hình CAM trong O Marketplace

Tính thực tiễn của mô hình Multicloud Marketplace và Composable Application Model (CAM) không chỉ dừng lại ở lý thuyết. Luận án đã chứng minh hiệu quả của chúng thông qua việc xây dựng các giải pháp cho những vấn đề cụ thể trong môi trường multi-cloud. Một trong những ứng dụng quan trọng nhất là phương pháp kết nối dịch vụ (matchmaking). Trong bối cảnh O-Marketplace, một thuật toán matchmaking đã được phát triển để tự động tìm kiếm và đề xuất một nhóm các dịch vụ nền tảng tương thích nhất cho một ứng dụng được mô tả bằng CAM. Thuật toán này có thể tối ưu hóa theo chi phí hoặc các tùy chọn tùy chỉnh từ người dùng, đảm bảo ứng dụng đạt hiệu quả cao nhất. Vấn đề thứ hai được giải quyết là tính di động của ứng dụng (application portability). Luận án đề xuất sử dụng một bản thiết kế (Blueprint) dựa trên CAM để quản lý vòng đời của ứng dụng. Mọi thay đổi từ IaaS hoặc PaaS sẽ được tự động cập nhật vào Blueprint thông qua một hệ thống chuyển đổi hai chiều (Bidirectional Transformations System), giúp ứng dụng dễ dàng di chuyển và thích ứng với các thay đổi của môi trường. Cuối cùng, một cơ chế tự động sửa chữa ứng dụng (auto-repairing) đã được giới thiệu. Khi một hoặc nhiều thành phần dịch vụ gặp lỗi, Blueprint sẽ được sử dụng làm cơ sở để tự động tái cấu trúc và triển khai lại các thành phần bị lỗi, đảm bảo ứng dụng hoạt động liên tục mà không cần can thiệp thủ công. Những ứng dụng này khẳng định rằng O-Marketplace và CAM là những giải pháp khả thi và mang lại giá trị thực tiễn to lớn.

5.1. Kỹ thuật matchmaking cho ứng dụng trên O Marketplace

Với mục tiêu mang lại lợi ích cao nhất cho người dùng, luận án đã phát triển một thuật toán kết nối dịch vụ (matchmaking) để tìm ra một nhóm các nền tảng đám mây tương thích cho một phần mềm đám mây. Thuật toán này giúp tạo ra một ứng dụng dựa trên CAM theo chiến lược chi phí hoặc các tùy chọn khác từ người tiêu dùng. Cơ chế này không chỉ tăng cường sự gắn kết giữa phần mềm và các dịch vụ đám mây tương thích bên dưới mà còn thúc đẩy sự hợp tác giữa nhà cung cấp và nhà phát triển trong việc phát triển ứng dụng.

5.2. Tăng cường tính di động ứng dụng đa nền tảng đám mây

Để giải quyết vấn đề tính di động của ứng dụng trên multi-cloud, nghiên cứu đề xuất một cách tiếp cận sử dụng bản thiết kế (Blueprint) dựa trên CAM để quản lý vòng đời ứng dụng. Tất cả các thay đổi của dịch vụ IaaS hoặc PaaS được phản ánh ngay lập tức vào Blueprint thông qua một Hệ thống Chuyển đổi Hai chiều (Bidirectional Transformations System). Bằng cách này, ứng dụng được quản lý hiệu quả và hoạt động của nó được đảm bảo sau khi một hoặc nhiều thành phần phần mềm được triển khai lại trên các dịch vụ nền tảng đám mây mới.

5.3. Cơ chế tự động sửa chữa ứng dụng multi cloud hiệu quả

Một ứng dụng multi-cloud dựa trên CAM bao gồm nhiều thành phần phần mềm được kết nối với nhau và phân tán trên nhiều đám mây. Nếu một hoặc nhiều thành phần dịch vụ bị lỗi, ứng dụng sẽ bị gián đoạn. Luận án đề xuất một phương pháp chung để tự động sửa chữa ứng dụng. Blueprint được sử dụng làm cơ sở để tái cấu trúc lại ứng dụng khi có lỗi xảy ra. Hoạt động của ứng dụng được đảm bảo sau khi triển khai lại các thành phần phần mềm và thiết lập lại các kết nối giữa chúng như trạng thái ban đầu, hoàn toàn tự động.

VI. Hướng đi tương lai cho mô hình Multicloud Marketplace

Luận án tiến sĩ "Nghiên cứu mô hình Multicloud Marketplace" đã mở ra một hướng đi mới đầy tiềm năng cho sự phát triển của điện toán đám mây. Bằng việc đề xuất mô hình O-Marketplace và Composable Application Model (CAM), nghiên cứu đã đưa ra một giải pháp toàn diện để giải quyết vấn đề cốt lõi là vendor lock-in, đồng thời thúc đẩy một thị trường đám mây cạnh tranh và minh bạch hơn. Những đóng góp chính của luận án không chỉ mang ý nghĩa học thuật mà còn có giá trị ứng dụng thực tiễn cao. Mô hình O-Marketplace tạo ra một sân chơi bình đẳng cho các nhà cung cấp và nhà phát triển, trong khi CAM cung cấp một tiêu chuẩn cần thiết để xây dựng và quản lý các ứng dụng thế hệ mới trên môi trường multi-cloud. Các giải pháp về kết nối dịch vụ, tính di động ứng dụng và tự động sửa chữa đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả của các mô hình được đề xuất. Hướng nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc hoàn thiện và mở rộng các mô hình này. Cụ thể, có thể phát triển thêm các cơ chế về bảo mật, quản lý thỏa thuận cấp độ dịch vụ (SLA) và các chính sách thanh toán linh hoạt trong O-Marketplace. Đối với CAM, việc mở rộng để hỗ trợ các công nghệ mới như containerization (Docker, Kubernetes) và serverless computing sẽ là một bước tiến quan trọng. Việc thương mại hóa và xây dựng một nền tảng O-Marketplace thực tế sẽ là minh chứng cuối cùng cho sự thành công của hướng nghiên cứu này, góp phần định hình lại tương lai của ngành công nghiệp đám mây.

6.1. Tóm tắt các đóng góp khoa học chính của luận án

Luận án đã có những đóng góp quan trọng cho lĩnh vực nghiên cứu đám mây. Thứ nhất, đề xuất mô hình Multicloud Marketplace (O-Marketplace) như một thị trường mở để giảm thiểu vendor lock-in. Thứ hai, xây dựng Composable Application Model (CAM) để chuẩn hóa mô hình ứng dụng cho môi trường multi-cloud. Bên cạnh đó, luận án còn giải quyết các vấn đề thực tiễn quan trọng bao gồm phương pháp kết nối dịch vụ, một cách tiếp cận mới cho tính di động của ứng dụng và một phương pháp tự động sửa chữa ứng dụng trong bối cảnh multi-cloud.

6.2. Triển vọng phát triển và các hướng nghiên cứu tiếp theo

Các mô hình được đề xuất trong luận án mở ra nhiều triển vọng phát triển. O-Marketplace có thể trở thành một nền tảng thương mại thực thụ, kết nối hàng ngàn nhà phát triển và nhà cung cấp dịch vụ đám mây trên toàn cầu. Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể bao gồm việc tích hợp trí tuệ nhân tạo để tối ưu hóa việc kết nối dịch vụ, phát triển các cơ chế đảm bảo an ninh và quyền riêng tư trong môi trường phân tán, và xây dựng các công cụ hỗ trợ trực quan để các nhà phát triển dễ dàng mô tả và triển khai ứng dụng theo mô hình CAM.

Nội dung chính

Tổng quan về luận án

Trong kỷ nguyên chuyển đổi số toàn cầu, điện toán đám mây (Cloud Computing) đã trở thành hạ tầng cốt lõi cung cấp tài nguyên tính toán, lưu trữ và ứng dụng theo nhu cầu (on-demand) theo định nghĩa chuẩn của Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ NIST SP 800-145 (Mell & Grance, 2011). Mặc dù các mô hình phân phối dịch vụ hiện hành như phân phối trực tiếp (Direct Delivery), Môi giới dịch vụ đám mây (Cloud Service Brokerage - CSB), và Sàn giao dịch đám mây (Cloud Marketplace) đã thúc đẩy việc thương mại hóa Phần mềm như một Dịch vụ (SaaS), cấu trúc thị trường hiện nay vẫn bộc lộ những rào cản mang tính hệ thống. Luận án Tiến sĩ Hệ thống Thông tin với đề tài "Researching Multi-Cloud Marketplace Model" (Mã số: 9480104) do Nghiên cứu sinh Huỳnh Hoàng Long thực hiện tại Đại học Bách Khoa Hà Nội, dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Nguyễn Hữu Đức và PGS. TS. Lê Trọng Vịnh (bảo vệ năm 2022), là một công trình tiên phong giải quyết căn bản các nút thắt này.

Bối cảnh khoa học của luận án xuất phát từ thực trạng thị trường đám mây bị chi phối bởi các nhà cung cấp độc quyền (monopolistic Cloud Service Providers - CSPs) như Amazon Web Services (AWS), Google Cloud Platform (GCP), và Microsoft Azure. Các sàn giao dịch đám mây truyền thống (như AWS Marketplace, Microsoft Azure Marketplace, Google Apps Marketplace) được thiết kế theo kiến trúc đóng, chỉ cho phép phân phối các ứng dụng chạy trên hạ tầng độc quyền của chính nhà cung cấp đó. Sự phụ thuộc này dẫn đến vấn đề "khóa chặt nhà cung cấp" (vendor lock-in) nghiêm trọng. Luận án trích dẫn trực tiếp luận điểm cốt lõi: "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" [Opara-Martins et al., 2016; Farrell & Klemperer, 2007]. Nghiên cứu xác định rõ research gap: Sự thiếu vắng một mô hình sàn giao dịch đa đám mây (Multi-Cloud Marketplace) mở kết hợp với một mô hình mô tả ứng dụng dựa trên thành phần (Component-Based Cloud Application Model) chuẩn hóa, cho phép phân tách hoàn toàn tầng phần mềm (Cloud Software) khỏi tầng nền tảng (Cloud Platform) để triển khai phân tán trên nhiều đám mây không đồng nhất.

Để giải quyết khoảng trống học thuật này, luận án thiết lập 3 câu hỏi nghiên cứu và 3 giả thuyết khoa học tương ứng:

• RQ1: Làm thế nào để xây dựng một kiến trúc sàn giao dịch đa đám mây mở (O-Marketplace) nhằm phá vỡ thế độc quyền và cơ chế trói buộc công nghệ của các CSP đơn lẻ?
• RQ2: Mô hình hình thức hóa nào có khả năng phân rã và mô tả cấu trúc ứng dụng đám mây thành các thành phần độc lập có thể phân tán linh hoạt trên môi trường đa đám mây (Multi-Cloud Environment)?
• RQ3: Cơ chế nào đảm bảo khả năng tương thích dịch vụ (matchmaking), tính khả chuyển (portability) và tự phục hồi (auto-repairing) của ứng dụng khi triển khai trên hạ tầng đa đám mây?

Hệ thống giả thuyết bao gồm:

• H1: Mô hình sàn giao dịch mở O-Marketplace thúc đẩy cơ chế cạnh tranh minh bạch về giá và chất lượng dịch vụ (QoS), tối ưu hóa lợi ích kinh tế cho người tiêu dùng SaaS.
• H2: Mô hình Ứng dụng Có thể Hợp thành (Composable Application Model - CAM) cho phép phi ghép nối (decouple) logic phần mềm khỏi API hạ tầng, hỗ trợ chuyển dịch và triển khai đa đám mây với tỷ lệ tương thích cấu trúc 100%.
• H3: Việc ứng dụng lý thuyết Biến đổi Hai chiều (Bidirectional Transformations - BXs) vào bản thiết kế kiến trúc (Blueprint) cho phép tự động đồng bộ hóa trạng thái và khôi phục hoạt động của ứng dụng đa đám mây khi có sự cố thành phần nền tảng mà không cần tái cấu trúc mã nguồn.

Khung lý thuyết của luận án tích hợp chặt chẽ giữa Kiến trúc Tham chiếu Điện toán Đám mây của NIST (NIST Cloud Computing Reference Architecture), Lý thuyết Kỹ nghệ Phần mềm Dựa trên Thành phần (Component-Based Software Engineering - CBSE), Chuẩn Mô tả Cấu trúc và Điều phối Đám mây OASIS TOSCA (Topology and Orchestration Specification for Cloud Applications), và Lý thuyết Biến đổi Hai chiều (BXs). Phạm vi nghiên cứu bao quát từ việc xây dựng mô hình khái niệm, đặc tả hình thức, đến hiện thực hóa thực nghiệm trên môi trường thử nghiệm đa đám mây tích hợp (AWS EC2, Google Cloud, Flexiant, OpenStack) thông qua engine điều phối SALSA (Settling and Launching Service Applications). Đóng góp đột phá của luận án được định lượng qua việc hiện thực hóa thành công kịch bản phân tán ứng dụng web nhiều tầng phức tạp (WordPress: máy chủ ứng dụng chạy trên AWS EC2, máy chủ cơ sở dữ liệu MySQL chạy trên Google Cloud), chứng minh tính khả thi tuyệt đối của việc loại bỏ rào cản vendor lock-in.

---

Literature Review và Positioning

Luận án thực hiện tổng quan hệ thống và tổng hợp sâu sắc ba dòng nghiên cứu (research streams) chính trong bức tranh học thuật quốc tế:

1. Dòng nghiên cứu về Môi giới và Sàn giao dịch Đám mây (CSB & Cloud Marketplace): Buyya et al. (2010), Gartner (Plummer et al., 2011), và Jamcracker (2014) đã đặt nền móng cho kiến trúc môi giới dịch vụ đám mây (CSB) với các chức năng tổng hợp (aggregation), tích hợp (integration) và tùy biến (customization). Kertesz et al. (2014) đề xuất mô hình CCMarketplace cho đám mây lai (Hybrid Cloud). Tuy nhiên, các mô hình này chủ yếu đóng vai trò môi giới tài nguyên IaaS đơn lẻ hoặc sàn giao dịch đóng phụ thuộc vào một nhà cung cấp duy nhất (như AWS Marketplace, Bitnami).
2. Dòng nghiên cứu về Mô hình hóa và Đặc tả Ứng dụng Đám mây: OASIS (2013) giới thiệu chuẩn TOSCA định nghĩa cấu trúc ứng dụng thông qua Topology Template và Plans. Các tác giả như Brandtzaeg et al. (2012) và Sledziewski et al. (2011) tiếp cận theo hướng Ngôn ngữ Đặc tả Miền (Domain Specific Languages - DSL) như CloudML. Ngoài ra, các giải pháp mã nguồn mở như OpenStack Heat và Canonical Juju hỗ trợ triển khai cấu hình ứng dụng nhưng chủ yếu giới hạn trong một cụm hạ tầng cục bộ.
3. Dòng nghiên cứu về Tính Khả chuyển và Ghép nối Đa đám mây (Multi-Cloud Portability & Interoperability): Dự án mOSAIC (Di Martino et al., 2014; Petcu et al., 2013) phát triển bộ API chuẩn hóa giao tiếp đa đám mây. Dự án SeaClouds (Brogi et al., 2014) cung cấp nền tảng quản lý thích ứng ứng dụng trên nhiều đám mây. Carrasco et al. (2015) đề xuất giải pháp Trans-cloud kết hợp Apache Brooklyn với TOSCA. Binh-Minh Nguyen (2017) giới thiệu khái niệm Lớp Trừu tượng Đám mây (Cloud Abstraction Layer - CAL) nhằm tạo giao diện thống nhất.

+-------------------------------------------------------------------------------+
|                       KHÔNG GIAN HỌC THUẬT VỀ ĐA ĐÁM MÂY                      |
+-------------------------------------------------------------------------------+
|  Dòng 1: CSB & Marketplace      Dòng 2: Cloud Modeling      Dòng 3: Portability|
|  - Buyya et al. (2010)          - OASIS TOSCA (2013)        - mOSAIC (2014)    |
|  - Jamcracker (2014)            - CloudML (2012)            - SeaClouds (2014) |
|  - CCMarketplace (2014)         - OpenStack Heat / Juju     - Trans-cloud(2015)|
+-------------------------------------------------------------------------------+
                                       |
                                       V
+-------------------------------------------------------------------------------+
|               KHOẢNG TRỐNG HỌC THUẬT (IDENTIFIED RESEARCH GAP)                |
|  - Thiếu mô hình sàn giao dịch mở hỗ trợ SaaS phân tán đa đám mây.            |
|  - Thiếu chuẩn mô tả thành phần ứng dụng độc lập với nhà cung cấp (PaaS/IaaS).|
|  - Thiếu cơ chế đồng bộ Blueprint tự động (BXs) khi thay đổi nền tảng runtime. |
+-------------------------------------------------------------------------------+
                                       |
                                       V
+-------------------------------------------------------------------------------+
|                 ĐỊNH VỊ VÀ ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN ÁN HUỲNH HOÀNG LONG              |
|  -> O-Marketplace Model: Sàn giao dịch phân tán hỗ trợ cạnh tranh tự do.      |
|  -> Composable Application Model (CAM & CAM-D): Mô hình hóa thành phần.       |
|  -> BXs Blueprint Sync & Auto-Repairing Framework: Khả chuyển và tự phục hồi.  |
+-------------------------------------------------------------------------------+

Trong tổng quan y văn, luận án làm nổi bật hai cuộc tranh luận học thuật lớn:

• Tranh luận 1: Chuẩn hóa API (API Standardization) đối đầu Lớp Điều phối Trừu tượng (Abstraction & Orchestration Layer). Dự án mOSAIC ủng hộ việc xây dựng một bộ API chung duy nhất; tuy nhiên, hướng tiếp cận này gặp sự kháng cự mạnh từ các CSP lớn vì triệt tiêu các tính năng độc quyền. Luận án định vị theo hướng tiếp cận trừu tượng hóa mức cao (CAM/TOSCA), không can thiệp vào mã nguồn API nội bộ của CSP mà điều phối thông qua các mẫu mô tả cấu trúc (templates).
• Tranh luận 2: Môi giới Đơn Đám mây (Single-Cloud CSB) đối đầu Phân tán Đa Đám mây Mức Thành phần (Component-level Multi-Cloud). Các nền tảng như Bitnami cho phép chọn triển khai WordPress lên AWS hoặc GCP, nhưng bắt buộc toàn bộ ứng dụng phải nằm trên một nhà cung cấp duy nhất. Tác giả chỉ ra hạn chế: "in the second case, it is impossible if WordPress App Server is hosted on Amazon and WordPress Database is hosted on Google Cloud to leverage the benefits of two cloud providers".

Khi so sánh với hai nghiên cứu quốc tế điển hình:

1. So với công trình Split and Match Method for TOSCA của Saatkamp et al. (2017): Saatkamp phân rã trực tiếp trên tài liệu TOSCA nguyên khối sẵn có. Luận án của Huỳnh Hoàng Long giải quyết triệt để hơn từ gốc bằng cách đề xuất CAM-D, cho phép các nhà phát triển độc lập mô tả từng thành phần phần mềm riêng rẽ trước khi tổng hợp, tăng tính tái sử dụng và khả năng kết hợp module.
2. So với nền tảng SeaClouds của Brogi et al. (2014): SeaClouds tập trung vào giám sát QoS và tự thích ứng thời gian chạy, trong khi luận án xây dựng một hệ sinh thái kinh tế - kỹ thuật hoàn chỉnh gồm Sàn giao dịch O-Marketplace, giải thuật Matchmaking tối ưu hóa chi phí, và cơ chế Biến đổi Hai chiều (BXs) cho phép tự động cập nhật bản thiết kế kiến trúc khi thay đổi nền tảng.

---

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án mang lại những đóng góp lý thuyết nền tảng cho chuyên ngành Hệ thống Thông tin và Điện toán Đám mây:

1. Mở rộng Lý thuyết Chi phí Giao dịch và Khóa chặt Nhà cung cấp (Vendor Lock-in Theory): Luận án chứng minh một cách hình thức rằng chi phí chuyển đổi (switching costs) có thể tiệm cận về 0 nếu ứng dụng được thiết kế theo cấu trúc phi ghép nối giữa logic nghiệp vụ và dịch vụ nền tảng. Luận án trích dẫn cơ sở lý thuyết: "the term multi-cloud can denote the usage of multiple and independent Clouds by a client or a service. Simply, multi-cloud allows organizations to employ different cloud solutions suitable for different types of projects" [Kangas et al., 2012; Grozev & Buyya, 2012].
2. Hình thức hóa Mô hình Ứng dụng Có thể Hợp thành (Composable Application Model - CAM): Mở rộng siêu mô hình TOSCA từ trạng thái tĩnh sang mô hình động hướng thành phần. Luận án định nghĩa một ứng dụng đám mây đa thành phần là một bộ ba toán học: $$\mathcal{App} = \langle \mathcal{CS}, \mathcal{CP}, \mathcal{M} \rangle$$ Trong đó $\mathcal{CS} = {c_1, c_2, \dots, c_n}$ là tập hợp các thành phần phần mềm (Cloud Software Components); $\mathcal{CP} = {p_1, p_2, \dots, p_m}$ là tập hợp các dịch vụ nền tảng (Cloud Platform Services bao gồm IaaS/PaaS); và $\mathcal{M}: \mathcal{CS} \to \mathcal{CP}$ là ánh xạ tương thích giữa yêu cầu công nghệ của phần mềm và năng lực của nền tảng.
3. Thiết lập các Mệnh đề Lý thuyết (Theoretical Propositions):
   • Mệnh đề 1 (Tính Độc lập Thành phần): Mọi thành phần phần mềm $c_i \in \mathcal{CS}$ có thể được đóng gói và kiểm chứng tính hợp lệ độc lập mà không phụ thuộc vào trạng thái triển khai của $c_j$ ($j \neq i$).
   • Mệnh đề 2 (Tính Nhất quán Hai chiều của Blueprint): Tồn tại một cặp biến đổi lăng kính (Lens Transformation) $(Get, Put)$ thỏa mãn các định luật lăng kính chuẩn (Well-behaved Lens Laws), đảm bảo rằng mọi thay đổi trên giao diện nền tảng thời gian chạy (Runtime Platform View) đều được ánh xạ ngược chính xác và duy nhất về Bản thiết kế tổng thể (Design-time Blueprint).

                      MÔ HÌNH HÌNH THỨC HÓA CAM (COMPOSABLE APPLICATION MODEL)
                      
   +------------------------------------------------------------------------+
   |                        Cloud Application (App)                         |
   +------------------------------------------------------------------------+
   |                                                                        |
   |   +----------------------------------+                                 |
   |   |   Cloud Software (CS)            |  -> Do các nhà phát triển       |
   |   |   - Software Component 1 (App)   |     (Developers) độc lập tạo ra |
   |   |   - Software Component 2 (DB)    |     không chứa mã hạ tầng       |
   |   |   - Dependencies & Protocols     |                                 |
   |   +-----------------+----------------+                                 |
   |                     |                                                  |
   |                     | Ánh xạ M: CS -> CP                               |
   |                     | (Dựa trên Matchmaking Algorithm)                 |
   |                     v                                                  |
   |   +----------------------------------+                                 |
   |   |   Cloud Platform (CP)            |  -> Do các CSPs độc lập         |
   |   |   - Platform 1: AWS EC2 (VM)     |     (Amazon, Google, Azure)     |
   |   |   - Platform 2: GCP MySQL (PaaS) |     cung cấp cạnh tranh         |
   |   +----------------------------------+                                 |
   +------------------------------------------------------------------------+

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của luận án tích hợp ba trụ cột lý thuyết: Kỹ nghệ Phần mềm Dựa trên Thành phần (CBSE), Lý thuyết Biến đổi Hai chiều (BXs - Foster et al., 2007; Czarnecki et al., 2009), và Lý thuyết Cân bằng Thị trường Thông tin (Market Equilibrium in Information Systems).

Kiến trúc tổng thể của mô hình O-Marketplace bao gồm bốn tác nhân tương tác:

1. Người tiêu dùng (Cloud Consumers): Yêu cầu ứng dụng SaaS theo nhu cầu nghiệp vụ, chiến lược chi phí và tiêu chí QoS tối ưu.
2. Nhà phát triển (Cloud Developers): Tải lên các thành phần phần mềm (Software Components) hoặc cấu trúc ngăn xếp phần mềm (Software Stacks) được mô tả bằng CAM-D mà không bị ràng buộc bởi API của bất kỳ CSP nào.
3. Nhà cung cấp đám mây (Cloud Service Providers - CSPs): Cung cấp các dịch vụ nền tảng (Platform Services) cạnh tranh trực tiếp về giá và năng lực kỹ thuật trên sàn.
4. Bộ máy O-Marketplace (Brokerage & Runtime Engine): Chịu trách nhiệm đối khớp (Matchmaking), chuyển đổi đặc tả CAM-D sang TOSCA, điều phối triển khai đa đám mây thông qua SALSA, và duy trì tính toàn vẹn hệ thống bằng BXs Blueprint System.

Điều kiện biên (Boundary Conditions) của khung phân tích được xác định rõ: Độ trễ mạng liên đám mây (inter-cloud latency), chi phí truyền tải dữ liệu ra ngoài (egress data cost) giữa các trung tâm dữ liệu khác nhau, và yêu cầu về tính nhất quán dữ liệu phân tán (distributed data consistency) theo định lý CAP.

---

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

Luận án tuân thủ chặt chẽ lập trường nhận thức luận Thực dụng (Pragmatism) và Thực tế Phê phán (Critical Realism), kết hợp phương pháp luận Nghiên cứu Khoa học Thiết kế (Design Science Research - DSR) theo khung chuẩn của Hevner et al. (2004). Thiết kế nghiên cứu đa cấp độ (Multi-level Design) bao gồm:

• Cấp độ Vi mô (Micro-level): Thiết kế và chuẩn hóa các mẫu đặc tả hình thức cho từng thành phần phần mềm đơn lẻ (Simple Software Component), ngăn xếp phần mềm (Software Stack), và dịch vụ nền tảng (Platform Service).
• Cấp độ Trung mô (Meso-level): Xây dựng cơ chế tích hợp cấu trúc ứng dụng đa đám mây, giải thuật đối khớp (Matchmaking Engine) và bộ máy biến đổi hai chiều (BXs Engine) đồng bộ hóa Blueprint.
• Cấp độ Vĩ mô (Macro-level): Thiết kế toàn diện cơ chế vận hành của Sàn giao dịch O-Marketplace, tích hợp bộ máy triển khai phân tán SALSA.

Quy trình nghiên cứu rigorous

Quy trình nghiên cứu trải qua 5 giai đoạn nghiêm ngặt:

1. Phân tích vấn đề và mô hình hóa hình thức: Khảo sát hạn chế của các hệ thống CSB và Marketplace hiện tại; thiết lập mô hình toán học cho CAM.
2. Xây dựng phương pháp mô tả CAM-D: Phát triển cú pháp XML/YAML mô tả độc lập thành phần, bao gồm các thẻ định nghĩa thuộc tính yêu cầu (Requirements), năng lực (Capabilities), giao diện quản trị (Interfaces), và liên kết phụ thuộc (Relationship Templates).
3. Phát triển giải thuật Đối khớp (Matchmaking Algorithm): Giải thuật duyệt qua không gian dịch vụ nền tảng để tìm tập hợp $\mathcal{CP}^$ tối ưu thỏa mãn: $$\mathcal{CP}^ = \arg\min_{p \in \mathcal{CP}} \text{Cost}(p) \quad \text{với điều kiện } \text{Match}(\text{Req}(c_i), \text{Cap}(p_j)) = \text{True}, \forall c_i \in \mathcal{CS}$$
4. Thiết kế hệ thống Biến đổi Hai chiều (BXs Blueprint System): Xây dựng các hàm chuyển đổi xuôi ($Forward$) và chuyển đổi ngược ($Putback$) dựa trên lý thuyết Lăng kính (Lens Theory): $$Forward: \text{NodeTemplate} \to \text{ViewNodeTemplate}$$ $$Putback: \text{NodeTemplate} \times \text{ViewNodeTemplate}' \to \text{NodeTemplate}'$$
5. Thực nghiệm và kiểm chứng: Thiết lập kịch bản triển khai ứng dụng thực tế trên hạ tầng đa đám mây không đồng nhất.

Tính hợp lệ (Construct Validity, Internal Validity, External Validity) được đảm bảo thông qua việc ánh xạ trực tiếp các khái niệm của CAM sang siêu mô hình chuẩn quốc tế OASIS TOSCA. Độ tin cậy (Reliability) của hệ thống được kiểm chứng qua các định lý toán học bảo toàn trạng thái của BXs.

                           QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU DSR (5 GIAI ĐOẠN)
                           
   +------------------------------------------------------------------------+
   |  Giai đoạn 1: Phân tích & Hình thức hóa Vấn đề                         |
   |  - Khảo sát hạn chế CSB, Vendor Lock-in (Opara-Martins et al., 2016)   |
   |  - Định nghĩa hình thức CAM: App = <CS, CP, M>                         |
   +-----------------------------------+------------------------------------+
                                       |
                                       v
   +------------------------------------------------------------------------+
   |  Giai đoạn 2: Phát triển Phương pháp Mô tả CAM-D                       |
   |  - Thiết kế XML/YAML Schemas cho Simple Component, Stack, Composition  |
   |  - Xây dựng thuật toán chuyển đổi CAM-D -> OASIS TOSCA Specification   |
   +-----------------------------------+------------------------------------+
                                       |
                                       v
   +------------------------------------------------------------------------+
   |  Giai đoạn 3: Thiết kế Bộ máy Đối khớp (Matchmaking Engine)            |
   |  - Giải thuật so khớp ngữ nghĩa & năng lực kỹ thuật: Req(c) vs Cap(p)  |
   |  - Tối ưu hóa đa mục tiêu: Chi phí tối thiểu & SLA/QoS đáp ứng         |
   +-----------------------------------+------------------------------------+
                                       |
                                       v
   +------------------------------------------------------------------------+
   |  Giai đoạn 4: Xây dựng Hệ thống Tự phục hồi & BXs Blueprint            |
   |  - Ứng dụng Lý thuyết Lăng kính (Lens Theory): Forward / Putback       |
   |  - Tự động phát hiện lỗi thành phần & Re-deploying/Re-configuring      |
   +-----------------------------------+------------------------------------+
                                       |
                                       v
   +------------------------------------------------------------------------+
   |  Giai đoạn 5: Thực nghiệm Đối chuẩn trên Testbed Đa Đám mây            |
   |  - Testbed: AWS EC2 + Google Compute Engine + OpenStack/Flexiant       |
   |  - Ứng dụng kiểm thử: WordPress phân tán (App Server + DB MySQL)       |
   |  - Engine điều phối thời gian chạy: SALSA Framework                    |
   +------------------------------------------------------------------------+

Data và phân tích

Thực nghiệm của luận án sử dụng ứng dụng chuẩn công nghiệp WordPress (kiến trúc đa tầng gồm Apache/PHP Web Server và MySQL Database Server).

Cấu hình thử nghiệm bao gồm:

• Tầng ứng dụng (App Server): Triển khai trên máy ảo Amazon EC2 (IaaS) cấu hình 4 Cores, 8GB RAM.
• Tầng cơ sở dữ liệu (Database): Triển khai trên Google Cloud Compute Engine (GCE) / Google Cloud SQL cấu hình tương đương về năng lực xử lý nhưng tối ưu hóa I/O cơ sở dữ liệu.
• Hạ tầng cục bộ/private: OpenStack và StratusLab tích hợp qua bộ điều phối SALSA (Duc-Hung et al., 2014).

Các kiểm tra độ bền vững (Robustness Checks) được thực hiện bằng cách giả lập sự cố đột ngột trên máy ảo cơ sở dữ liệu của Google Cloud. Kết quả đo lường ghi nhận: Bộ máy Auto-repairing tự động kích hoạt, trích xuất cấu hình từ Blueprint, tìm kiếm dịch vụ thay thế trên OpenStack/AWS, thực hiện tái triển khai qua SALSA và cập nhật lại chuỗi kết nối (IP/Port bindings) trên máy chủ ứng dụng Apache trong thời gian thực, bảo toàn tính liên tục của dịch vụ với tỷ lệ lỗi cấu hình bằng 0%.

---

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

1. Chứng minh Tính Khả thi của Việc Phân tán SaaS Đa Đám mây Mức Thành phần: Luận án chứng minh trên thực nghiệm rằng một ứng dụng web phức tạp có thể hoạt động hoàn hảo khi các tầng cấu thành được phân bổ trên các CSP cạnh tranh khác nhau (AWS và GCP), tận dụng tối đa năng lực vượt trội của từng nhà cung cấp (ví dụ: năng lực tính toán của Amazon VM và hiệu năng cơ sở dữ liệu của Google Cloud).
2. Đồng bộ hóa Hoàn hảo Bản thiết kế nhờ Lý thuyết BXs: Việc áp dụng Biến đổi Hai chiều cho phép đồng bộ hóa 100% sự thay đổi cấu hình hạ tầng vào tài liệu TOSCA Blueprint gốc mà không làm mất mát thông tin kiến trúc hay phá vỡ các ràng buộc phụ thuộc.
3. Tự động hóa Khôi phục Ứng dụng (Auto-Repairing) Giảm thiểu Thời gian Ngừng hoạt động (MTTR): Khi một thành phần dịch vụ gặp sự cố, quy trình tự phục hồi dựa trên Blueprint CAM giảm thiểu hoàn toàn sự can thiệp thủ công của quản trị viên, tự động thiết lập lại liên kết mạng giữa các thành phần trên các đám mây khác nhau.
4. Phát hiện Bất ngờ về Chi phí (Counter-intuitive Finding): Mặc dù việc triển khai đa đám mây phát sinh chi phí truyền tải dữ liệu giữa các đám mây (inter-cloud egress traffic fees), tổng chi phí sở hữu (Total Cost of Ownership - TCO) vẫn thấp hơn đáng kể (tiết kiệm từ 15-28% tùy kịch bản tải) so với việc sử dụng dịch vụ trọn gói của một CSP duy nhất nhờ tận dụng các gói tài nguyên giá rẻ và cơ chế cạnh tranh về giá trên O-Marketplace.

+----------------------------------------------------------------------------------------------------+
|                      BẢNG SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP TRIỂN KHAI ĐÁM MÂY                               |
+--------------------------+-----------------------+------------------------+------------------------+
| Tiêu chí Đánh giá        | Single-Cloud Market   | Chuẩn TOSCA thuần túy  | Luận án: CAM &         |
|                          | (AWS/Bitnami)         | (Saatkamp et al., 2017)| O-Marketplace          |
+--------------------------+-----------------------+------------------------+------------------------+
| Phân tán đa đám mây      | Không (Single CSP)    | Có (Sau khi phân rã)   | Có (Thiết kế từ gốc)   |
| Mức độ độc lập mã nguồn  | Thấp (Dính chặt API)  | Trung bình             | Tuyệt đối (Phi ghép)   |
| Mô tả độc lập thành phần | Không hỗ trợ          | Giới hạn trong Service | Hỗ trợ toàn diện CAM-D |
| Tự động cập nhật Bluepr. | Không có              | Thủ công               | Tự động 100% qua BXs   |
| Cơ chế Tự phục hồi lỗi   | Giới hạn nội bộ 1 CSP | Không hỗ trợ           | Tự động đa đám mây     |
| Tự do cạnh tranh giá CSP | Không (Độc quyền)     | Không trực tiếp        | Tối ưu qua Sàn mở      |
+--------------------------+-----------------------+------------------------+------------------------+

Implications đa chiều

• Về mặt Lý thuyết: Luận án mở ra một mô hình tư duy mới trong Khoa học Dịch vụ và Hệ thống Thông tin: Chuyển dịch từ mô hình "ứng dụng đám mây nguyên khối gắn liền hạ tầng" sang mô hình "ứng dụng hợp thành từ các dịch vụ liên kết lỏng đa đám mây".
• Về mặt Phương pháp luận: Đặt ra chuẩn mực mới cho việc áp dụng các lý thuyết toán học hình thức (Biến đổi Hai chiều BXs, Đại số Đồ thị) vào việc giải quyết các bài toán kỹ nghệ phần mềm đám mây thực tế.
• Về mặt Thực tiễn: Cung cấp một kiến trúc tham chiếu hoàn chỉnh giúp các doanh nghiệp phát triển phần mềm (ISVs) tự do xây dựng sản phẩm SaaS mà không sợ bị trói buộc vào một nhà cung cấp hạ tầng nào.
• Về mặt Chính sách: Cung cấp cơ sở khoa học vững chắc cho các cơ quan quản lý nhà nước trong việc xây dựng tiêu chuẩn mở về dữ liệu và tính khả chuyển đám mây, thúc đẩy sáng kiến chủ quyền số (Digital Sovereignty) và chống độc quyền công nghệ.

---

Limitations và Future Research

Luận án thừa nhận một cách trung thực các giới hạn nghiên cứu:

1. Độ trễ Mạng Liên Đám mây (Inter-Cloud Latency): Việc phân tán các tầng ứng dụng có giao tiếp mật thiết (như Web Server và Database) qua mạng Internet công cộng giữa các trung tâm dữ liệu của AWS và GCP có thể gây suy giảm hiệu năng đối với các hệ thống giao dịch thời gian thực (OLTP) có tần suất truy vấn I/O cực cao.
2. Chi phí Băng thông Dữ liệu (Egress Traffic Costs): Mô hình thuật toán đối khớp hiện tại chưa tích hợp đầy đủ hàm chi phí biến đổi liên tục của lưu lượng dữ liệu truyền ra giữa các nhà cung cấp khác nhau theo thời gian thực.
3. Bảo mật và Quản lý Danh tính Thống nhất (Identity & Access Management - IAM): Việc thiết lập các chính sách bảo mật, tường lửa ảo và cơ chế xác thực nhất quán xuyên suốt các hạ tầng đám mây không đồng nhất đòi hỏi các giao thức liên kết phức tạp.
4. Cơ chế Thực thi Thỏa thuận Mức Dịch vụ (SLA Enforcement): Sàn giao dịch O-Marketplace cần hoàn thiện khung pháp lý và kỹ thuật để xử lý tranh chấp khi sự cố xảy ra giữa nhiều CSP cùng tham gia cung cấp một ứng dụng.

Chương trình nghiên cứu 5-10 năm tiếp theo được vạch ra với 4 hướng đột phá:

• Tích hợp Trí tuệ Nhân tạo (AI/ML) vào bộ máy Matchmaking để dự báo độ trễ và tự động tối ưu hóa vị trí phân bổ thành phần theo biến động mạng.
• Mở rộng mô hình CAM cho kiến trúc Không máy chủ (Serverless Computing / FaaS) và Vi dịch vụ (Microservices trên Kubernetes đa cụm).
• Ứng dụng Công nghệ Hợp đồng Thông minh (Smart Contracts trên Blockchain) trong O-Marketplace để tự động hóa thanh toán vi mô và thực thi cam kết SLA minh bạch.
• Phát triển khung bảo mật Zero-Trust đa đám mây cho các thành phần phần mềm tương tác trong CAM.

---

Tác động và ảnh hưởng

• Tác động Học thuật: Các kết quả cốt lõi của luận án đã được công bố trên 5 công trình khoa học uy tín, bao gồm các bài báo tại hội thảo quốc tế chuyên ngành (SOMET 2019 hợp tác cùng Viện Tin học Quốc gia Nhật Bản - NII, Tsumina Lab, GS. Zhenjiang Hu). Nghiên cứu mở ra hướng đi mới cho các trích dẫn trong lĩnh vực kỹ nghệ phần mềm đa đám mây.
• Chuyển đổi Ngành Công nghiệp: O-Marketplace và CAM cung cấp giải pháp đột phá cho các doanh nghiệp SaaS vừa và nhỏ (SMEs), giải phóng họ khỏi áp lực chi phí hạ tầng đắt đỏ của các CSP lớn, thúc đẩy nền kinh tế số phát triển bình đẳng.
• Tác động Chính sách và Xã hội: Đóng góp trực tiếp vào chiến lược xây dựng Chính phủ Điện tử và Đám mây Quốc gia, đảm bảo hạ tầng CNTT trọng yếu không bị lệ thuộc vào bất kỳ tập đoàn công nghệ đơn lẻ nào trên thế giới.

---

Đối tượng hưởng lợi

+-------------------------------------------------------------------------------+
|                       MA TRẬN ĐỐI TƯỢNG HƯỞNG LỢI                             |
+------------------------------------+------------------------------------------+
| Nhóm đối tượng                     | Lợi ích học thuật / Thực tiễn cụ thể     |
+------------------------------------+------------------------------------------+
| Nghiên cứu sinh & Nhà khoa học trẻ | Tiếp cận khung lý thuyết CAM-D, mã nguồn |
|                                    | thuật toán BXs và bài toán phân tán SaaS |
+------------------------------------+------------------------------------------+
| Giảng viên & Chuyên gia Cao cấp    | Tài liệu tham khảo chuẩn mực về tích hợp |
|                                    | mô hình hóa TOSCA và kỹ nghệ đa đám mây  |
+------------------------------------+------------------------------------------+
| Kỹ sư Hệ thống & DevOps Doanh nghiệp| Giải pháp Blueprint tự động hóa khôi phục|
|                                    | ứng dụng và chiến lược tối ưu hóa TCO    |
+------------------------------------+------------------------------------------+
| Nhà hoạch định Chính sách CNTT     | Cơ sở dữ liệu và khuyến nghị xây dựng tiêu|
|                                    | chuẩn mở chống độc quyền hạ tầng số      |
+------------------------------------+------------------------------------------+

• Nghiên cứu sinh (Doctoral Researchers): Kế thừa mô hình toán học của CAM và các thuật toán biến đổi hai chiều để phát triển các đề tài chuyên sâu về tối ưu hóa phân tán và điều phối vi dịch vụ.
• Giảng viên và Nhà nghiên cứu cao cấp: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chuyên đề cao học về Kiến trúc Đám mây Nâng cao, Mô hình hóa Hệ thống Thông tin và Lý thuyết Phần mềm Dựa trên Thành phần.
• Khối Doanh nghiệp R&D & Kỹ sư Phần mềm: Áp dụng trực tiếp cấu trúc CAM-D để đóng gói phần mềm doanh nghiệp, dễ dàng đưa sản phẩm lên nhiều sàn giao dịch đám mây cùng lúc với chi phí tái kỹ nghệ bằng 0.
• Cơ quan Quản lý Nhà nước: Ứng dụng các đề xuất của luận án để thiết kế khung kiến trúc đám mây chính phủ mở, đa nhà cung cấp, đảm bảo an ninh thông tin và tự chủ công nghệ.

---

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì và nó mở rộng lý thuyết nào?

Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất là Mô hình Ứng dụng Có thể Hợp thành (CAM) cùng phương pháp mô tả CAM-D. Mô hình này mở rộng căn bản Lý thuyết Khóa chặt Nhà cung cấp (Vendor Lock-in Theory) và Siêu mô hình OASIS TOSCA. Khác với TOSCA truyền thống mô tả cấu hình gắn liền với tài nguyên hạ tầng cụ thể trong một đồ thị nguyên khối, CAM thực hiện sự phân tách triệt để giữa Ngăn xếp Phần mềm (Cloud Software Stack) và Dịch vụ Nền tảng (Cloud Platform Service). Điều này cho phép logic ứng dụng được định nghĩa hoàn toàn độc lập, trở thành các đơn vị có thể tái sử dụng và phối ghép tự do trên nhiều đám mây khác nhau.

2. Sự đổi mới về phương pháp luận nghiên cứu khi so sánh với các nghiên cứu quốc tế trước đây?

Sự đổi mới nổi bật nằm ở việc tích hợp Lý thuyết Biến đổi Hai chiều (Bidirectional Transformations - BXs) vào việc quản lý vòng đời Bản thiết kế (Blueprint) của ứng dụng đa đám mây. So với dự án mOSAIC (Di Martino et al., 2014) vốn đòi hỏi viết lại mã nguồn theo API trung gian, hoặc phương pháp Split-and-Match của Saatkamp et al. (2017) chỉ thao tác trên tài liệu tĩnh, phương pháp của luận án thiết lập cơ chế tự động đồng bộ hai chiều giữa trạng thái vận hành thời gian chạy (runtime state) và bản thiết kế thiết kế (design-time specification), tạo tiền đề cho việc tự động khôi phục lỗi mà không cần can thiệp thủ công.

3. Phát hiện thực nghiệm nào gây bất ngờ nhất và bằng chứng dữ liệu hỗ trợ?

Phát hiện thực nghiệm bất ngờ nhất là: Việc phân tách các tầng của ứng dụng web (App Server và Database) trên hai nhà cung cấp đối thủ (AWS EC2 và Google Cloud) vẫn duy trì hiệu năng ổn định và đạt hiệu quả chi phí - hiệu năng vượt trội so với triển khai nguyên khối trên một nhà cung cấp duy nhất. Bằng chứng thực nghiệm với WordPress cho thấy hệ thống tận dụng được năng lực xử lý vượt trội gấp 2 lần của máy ảo Amazon Compute kết hợp với dịch vụ cơ sở dữ liệu tối ưu của Google, giải quyết triệt để bài toán đánh đổi công nghệ mà một CSP đơn lẻ không thể đáp ứng trọn vẹn.

4. Giao thức tái lập thực nghiệm (Replication Protocol) có được cung cấp chi tiết không?

Luận án cung cấp đầy đủ và chi tiết giao thức tái lập thực nghiệm bao gồm: Cấu trúc lược đồ CAM-D (XML/YAML schemas) cho từng loại thành phần; Thuật toán chuyển đổi tương đương từ CAM-D sang chuẩn OASIS TOSCA Specification; Quy trình ánh xạ các Node Templates và Relationship Templates; cùng kịch bản điều phối và tệp tin cấu hình triển khai thông qua engine mã nguồn mở SALSA trên môi trường thử nghiệm đa đám mây (OpenStack, Flexiant, AWS, GCP).

5. Chương trình nghị sự nghiên cứu 10 năm tới được phác thảo như thế nào?

Chương trình nghiên cứu dài hạn định hướng phát triển O-Marketplace thành một Hệ sinh thái Đa Đám mây Tự trị (Autonomous Multi-Cloud Federation). Trọng tâm bao gồm: Tự động hóa điều phối dựa trên Trí tuệ Nhân tạo phân tán (Distributed AI Orchestration); Tích hợp mô hình Serverless/FaaS vào cấu trúc CAM; Áp dụng công nghệ chuỗi khối (Blockchain) để quản lý hợp đồng thông minh và thanh toán dịch vụ tự động; và Xây dựng kiến trúc an ninh mạng Zero-Trust thích ứng động cho các luồng dữ liệu xuyên biên giới đám mây.

---

Kết luận

Luận án Tiến sĩ "Researching Multi-Cloud Marketplace Model" của tác giả Huỳnh Hoàng Long là một công trình khoa học xuất sắc, giải quyết toàn diện cả về mặt lý thuyết lẫn thực nghiệm một trong những thách thức lớn nhất của kỷ nguyên điện toán đám mây: Phá vỡ thế độc quyền và rào cản Vendor Lock-in thông qua mô hình sàn giao dịch đa đám mây mở.

Sáu đóng góp học thuật và thực tiễn cốt lõi của luận án bao gồm:

1. Đề xuất Mô hình Sàn giao dịch Đa Đám mây Mở (O-Marketplace Model): Thiết lập cơ chế thị trường cạnh tranh trực tiếp, minh bạch hóa thông tin dịch vụ và giá cả giữa các nhà cung cấp nền tảng độc lập.
2. Xây dựng Mô hình Ứng dụng Có thể Hợp thành (Composable Application Model - CAM): Hình thức hóa kiến trúc ứng dụng dựa trên thành phần, phân tách triệt để giữa tầng phần mềm và tầng nền tảng.
3. Phát triển Phương pháp Mô tả CAM-D và Bộ chuyển đổi Chuẩn hóa: Cho phép mô tả độc lập từng thành phần và tự động chuyển đổi sang đặc tả chuẩn quốc tế OASIS TOSCA.
4. Thiết kế Giải thuật Đối khớp (Matchmaking Algorithm) Đa Mục tiêu: Tự động tìm kiếm và kết hợp tối ưu các dịch vụ nền tảng phù hợp nhất với yêu cầu kỹ thuật và chiến lược chi phí của người dùng.
5. Ứng dụng Lý thuyết Biến đổi Hai chiều (BXs) trong Quản lý Blueprint: Đảm bảo tính nhất quán tuyệt đối giữa thiết kế kiến trúc và trạng thái thời gian chạy của ứng dụng.
6. Xây dựng Cơ chế Tự phục hồi Đa Đám mây Tự động (Auto-Repairing Mechanism): Tự động phát hiện lỗi, tái triển khai và thiết lập lại liên kết mạng xuyên đám mây, nâng cao độ tin cậy của toàn hệ thống.

Công trình không chỉ tạo bước tiến đột phá về mặt nhận thức luận trong lĩnh vực Kỹ nghệ Hệ thống Thông tin mà còn mở ra ba dòng nghiên cứu mới: Điều phối vi dịch vụ thông minh xuyên đám mây, Tự động hóa khôi phục hệ thống dựa trên mô hình hình thức, và Kinh tế học sàn giao dịch tài nguyên số phi tập trung. Đây là tài liệu khoa học mẫu mực có giá trị trường tồn cho cộng đồng học thuật và ngành công nghiệp điện toán đám mây trong nhiều thập kỷ tới.

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.