Tổng quan nghiên cứu

Sự bùng nổ của dữ liệu số và yêu cầu tối ưu hóa chi phí vận hành công nghệ thông tin đang đặt các tổ chức, doanh nghiệp trước bài toán quản trị hạ tầng vô cùng phức tạp. Thống kê từ các tổ chức quốc tế cho thấy có hơn 200 định nghĩa khác nhau về điện toán đám mây, phản ánh sự đa dạng và tốc độ phát triển nhanh chóng của công nghệ này trên toàn cầu. Trước thực trạng các doanh nghiệp truyền thống thường chỉ khai thác được từ 10% đến 20% hiệu suất thực tế của hệ thống máy chủ vật lý nhưng phải gánh chịu toàn bộ chi phí bảo trì, nâng cấp và nhân sự vận hành, điện toán đám mây đã nổi lên như một giải pháp đột phá.

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Công nghệ Thông tin với đề tài nghiên cứu ứng dụng điện toán đám mây tại Việt Nam được thực hiện tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Huỳnh Thị Thanh Bình vào năm 2013. Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết, phân tích sâu các mô hình kiến trúc thực tế của các tập đoàn công nghệ lớn, đánh giá thực trạng triển khai tại thị trường Việt Nam trong giai đoạn 2012-2013 và tiến hành cài đặt thử nghiệm hệ thống điện toán đám mây mã nguồn mở.

Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn đối với tiến trình hiện đại hóa hạ tầng số quốc gia. Việc áp dụng mô hình điện toán đám mây giúp các doanh nghiệp và cơ quan nhà nước cắt giảm từ 30% đến 50% chi phí đầu tư thiết bị ban đầu, giải phóng các rào cản kỹ thuật để tập trung hoàn toàn vào hoạt động cốt lõi, đồng thời tối ưu hóa 100% khả năng chia sẻ và tận dụng tài nguyên tính toán dùng chung.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu xây dựng trên nền tảng lý thuyết chuẩn hóa của Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ (NIST) và các học giả hàng đầu thế giới về điện toán phân tán. Mô hình điện toán đám mây được định nghĩa thông qua 5 đặc tính cơ bản, 3 mô hình dịch vụ chính và 3 mô hình triển khai:

  • 5 đặc tính cốt lõi bao gồm: Tự phục vụ theo nhu cầu (On-demand self-service), Truy cập mạng diện rộng (Broad network access), Dùng chung tài nguyên (Resource pooling với kiến trúc multi-tenant), Tính co giãn nhanh chóng (Rapid elasticity), và Dịch vụ đo lường được (Measured service).
  • Mô hình dịch vụ SPI: Dịch vụ hạ tầng (IaaS - Infrastructure as a Service), Dịch vụ nền tảng (PaaS - Platform as a Service) và Dịch vụ phần mềm (SaaS - Software as a Service).
  • Mô hình triển khai: Đám mây công cộng (Public Cloud), Đám mây riêng (Private Cloud) và Đám mây lai (Hybrid Cloud).
  • Kiến trúc hướng dịch vụ (SOA - Service-Oriented Architecture): Đóng vai trò nền tảng chuyển đổi hệ thống truyền thống lên đám mây thông qua 3 thành phần chính là Nhà cung cấp dịch vụ (Service Provider), Dịch vụ đăng ký lưu trữ (Service Registry) và Người sử dụng dịch vụ (Service Consumer).
  • Các mô hình thực tế tiêu biểu: Khung kiến trúc trung tâm dữ liệu của IBM hỗ trợ mở rộng tới 96 lõi xử lý và 1 TB bộ nhớ; hệ điều hành đám mây Microsoft Windows Azure tích hợp SQL Azure và AppFabric; nền tảng hạ tầng linh hoạt Amazon EC2 và dịch vụ lưu trữ S3; máy ứng dụng Google App Engine trên nền tảng GFS; và giải pháp SaaS Force.com của Salesforce.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp đồng bộ giữa phương pháp nghiên cứu tài liệu lý thuyết, phương pháp điều tra phân tích thực chứng và phương pháp thực nghiệm kỹ thuật trong khoảng thời gian 12 tháng:

  • Cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu: Nghiên cứu tiến hành khảo sát, tổng hợp dữ liệu thực tế từ 15 cơ quan chính phủ, tổ chức đào tạo và doanh nghiệp công nghệ tiêu biểu tại Việt Nam (tiêu biểu như Bộ Tài nguyên và Môi trường, Bộ Thông tin và Truyền thông, VNPT TP. Hồ Chí Minh, Công ty Tin học Lạc Việt, Công ty Cổ phần Công nghệ NEO, Đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh). Phương pháp chọn mẫu phi xác suất có chủ đích được áp dụng nhằm tập trung vào các đơn vị tiên phong triển khai thử nghiệm hạ tầng máy chủ ảo và dịch vụ phần mềm.
  • Lý do lựa chọn phương pháp phân tích: Việc phân tích định tính kết hợp đánh giá kiến trúc kỹ thuật giúp làm rõ các rào cản công nghệ và kinh tế của doanh nghiệp Việt Nam. Đồng thời, phương pháp thực nghiệm cài đặt hệ thống máy tính ảo eyeOS trên hệ điều hành Ubuntu 12.04 LTS với cấu hình máy chủ Web Apache, cơ sở dữ liệu MySQL và ngôn ngữ PHP cho phép kiểm chứng trực tiếp tính khả thi, hiệu năng chia sẻ tệp tin và tính năng bảo mật của mô hình đám mây trong môi trường đào tạo thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích thực trạng và thử nghiệm kỹ thuật mang lại 4 phát hiện quan trọng:

  1. Thực trạng tiếp cận đám mây phân hóa mạnh mẽ: Thị trường Việt Nam giai đoạn 2012-2013 bắt đầu hình thành làn sóng tiếp cận điện toán đám mây. Khoảng 70% doanh nghiệp vừa và nhỏ vẫn còn lúng túng trong việc phân biệt các mô hình IaaS, PaaS, SaaS, trong khi khối cơ quan chính phủ và giáo dục đại học đã chủ động xây dựng đám mây riêng để tích hợp trung tâm dữ liệu.
  2. Nâng cao hiệu suất sử dụng tài nguyên phần cứng: Việc chuyển đổi từ máy chủ vật lý sang môi trường ảo hóa cho phép nâng tỷ lệ khai thác CPU và bộ nhớ từ mức 15% lên hơn 75%, loại bỏ hoàn toàn tình trạng lãng phí tài nguyên dư thừa nhờ cơ chế cấp phát động multi-tenant.
  3. Tối ưu chi phí và thời gian triển khai ứng dụng: Đánh giá mô hình SaaS thực tế tại Việt Nam (như giải pháp MegaERP của VNPT hay phần mềm quản trị của NEO) cho thấy thời gian triển khai dịch vụ cho khách hàng giảm tới 60% so với phương thức cài đặt phần mềm truyền thống, giảm 40% chi phí vận hành hệ thống cho doanh nghiệp sử dụng.
  4. Thử nghiệm thành công giải pháp đám mây mã nguồn mở: Triển khai hoàn chỉnh hệ thống eyeOS trên máy chủ Ubuntu Server, tích hợp đầy đủ không gian làm việc trực tuyến (Web Desktop), cơ chế xác thực người dùng, phân quyền nhóm và chia sẻ tệp tin cho hơn 50 tài khoản truy cập đồng thời trong mạng nội bộ trung tâm đào tạo với độ trễ cực thấp.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu phản ánh chính xác xu hướng công nghệ toàn cầu khi áp dụng vào bối cảnh một quốc gia đang phát triển. Rào cản lớn nhất khiến các doanh nghiệp Việt Nam e ngại Public Cloud là vấn đề an toàn thông tin và quyền kiểm soát dữ liệu, dẫn đến xu hướng ưu tiên lựa chọn Private Cloud hoặc mô hình Hybrid Cloud nhằm giữ lại các dữ liệu nghiệp vụ quan trọng trong tầm kiểm soát nội bộ.

Dữ liệu so sánh giữa hệ thống truyền thống và điện toán đám mây có thể được mô tả trực quan qua biểu đồ cột thể hiện mức tiêu hao năng lượng và tỷ lệ chiếm dụng CPU (tăng từ 15% lên 75%), cùng bảng ma trận đối chiếu 3 mô hình IaaS, PaaS, SaaS theo các tiêu chí về chi phí đầu tư ban đầu, quyền tự chủ cấu hình và độ phức tạp quản trị. Kết quả thử nghiệm eyeOS khẳng định các giải pháp mã nguồn mở hoàn toàn đủ năng lực đáp ứng nhu cầu điện toán đám mây quy mô vừa và nhỏ tại Việt Nam mà không phụ thuộc vào chi phí bản quyền thương mại đắt đỏ.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu toàn diện, luận văn đưa ra 4 nhóm giải pháp chiến lược:

  1. Xây dựng lộ trình chuyển đổi đám mây 4 giai đoạn chuẩn hóa: Doanh nghiệp cần áp dụng quy trình gồm Đánh giá nhận thức (Cloud Discovery Workshop), Lập lộ trình (Roadmap), Thiết kế kiến trúc (Design) và Triển khai thực thi (Deployment). Mục tiêu đặt ra là chuyển dịch tối thiểu 30% hạ tầng không trọng yếu lên đám mây trong vòng 12 đến 18 tháng do Giám đốc Công nghệ Thông tin (CIO) trực tiếp chỉ đạo.
  2. Hiện đại hóa hệ thống phần mềm bằng kiến trúc SOA: Đội ngũ kỹ sư phần mềm tại các doanh nghiệp công nghệ cần tái cấu trúc các ứng dụng nguyên khối (monolithic) sang kiến trúc hướng dịch vụ, nâng tỷ lệ tái sử dụng mã nguồn và module nghiệp vụ lên hơn 50% trong vòng 6 tháng nhằm tạo tiền đề sẵn sàng tích hợp với nền tảng PaaS và SaaS.
  3. Ứng dụng nền tảng máy trạm ảo mã nguồn mở trong giáo dục: Các trường đại học, cao đẳng và trung tâm đào tạo nghề cần triển khai thử nghiệm hệ thống web desktop như eyeOS để thay thế phòng máy tính truyền thống, đặt mục tiêu cắt giảm 45% chi phí đầu tư phần cứng và bản quyền phần mềm văn phòng trong chu kỳ 1 năm học do phòng quản trị thiết bị chủ trì.
  4. Thiết lập khung tiêu chuẩn an ninh và bảo mật thông tin: Bộ Thông tin và Truyền thông phối hợp cùng các nhà cung cấp dịch vụ đám mây ban hành quy chuẩn kỹ thuật an toàn thông tin bắt buộc, áp dụng giao thức mã hóa SSL, cơ chế xác thực hai nhân số và quy trình sao lưu dữ liệu độc lập định kỳ 3 tháng một lần cho toàn bộ các trung tâm dữ liệu đám mây trong nước.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là nguồn tư liệu học thuật và kỹ thuật giá trị cao dành cho 4 nhóm đối tượng chính:

  1. Lãnh đạo doanh nghiệp và Giám đốc Công nghệ Thông tin (CIO): Nắm vững bức tranh tổng thể về điện toán đám mây, các mô hình định giá mua gì trả nấy để hoạch định ngân sách đầu tư CNTT hiệu quả và lựa chọn nhà cung cấp dịch vụ IaaS, PaaS, SaaS phù hợp.
  2. Kiến trúc sư giải pháp và kỹ sư phần mềm: Nghiên cứu chi tiết về kiến trúc hướng dịch vụ SOA, các giao thức kết nối web service (REST, SOAP), cơ chế vận hành của Microsoft Azure, Amazon EC2, Google App Engine và các kỹ thuật xây dựng ứng dụng đám mây.
  3. Quản trị viên hệ thống tại các cơ sở giáo dục và đào tạo: Tham khảo quy trình từng bước cài đặt, cấu hình tệp tin php.ini, quản trị phân quyền và tùy biến giao diện hệ thống máy tính ảo eyeOS trên hệ điều hành Ubuntu phục vụ việc dạy và học trực tuyến.
  4. Giảng viên, học viên cao học và sinh viên ngành CNTT: Sử dụng làm tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp nghiên cứu khoa học, cấu trúc phân tích đề tài công nghệ mạng máy tính và hệ thống phân tán.

Câu hỏi thường gặp

Điện toán đám mây mang lại lợi ích kinh tế nổi bật nào cho doanh nghiệp?

Điện toán đám mây giúp doanh nghiệp loại bỏ chi phí mua sắm máy chủ vật lý ban đầu, chuyển đổi chi phí đầu tư cố định thành chi phí vận hành linh hoạt. Doanh nghiệp chỉ cần chi trả chính xác cho lượng tài nguyên tính toán thực tế đã sử dụng, tận dụng tối đa 100% hiệu suất hạ tầng từ nhà cung cấp.

Ba mô hình dịch vụ IaaS, PaaS và SaaS khác nhau như thế nào?

IaaS cung cấp hạ tầng máy tính thô (máy chủ ảo, lưu trữ, mạng) để người dùng tự cài đặt hệ điều hành và ứng dụng. PaaS cung cấp sẵn môi trường nền tảng và công cụ phát triển phần mềm. SaaS cung cấp phần mềm ứng dụng hoàn chỉnh hoạt động trực tiếp trên nền web, giải phóng người dùng khỏi mọi tác vụ quản trị.

Tại sao kiến trúc hướng dịch vụ SOA lại quan trọng trong điện toán đám mây?

Kiến trúc SOA đóng vai trò cầu nối giúp module hóa các chức năng nghiệp vụ thành các dịch vụ độc lập có khả năng chia sẻ và tái sử dụng cao trên mạng. Nhờ tính liên kết lỏng lẻo và khả năng mở rộng tốt, SOA là nền tảng cốt lõi giúp chuyển đổi các hệ thống phần mềm truyền thống lên môi trường đám mây thuận tiện.

Giải pháp web desktop eyeOS hoạt động trên nguyên lý kỹ thuật nào?

Phần mềm eyeOS vận hành theo mô hình ứng dụng web phong phú (RIA), kết hợp giữa ngôn ngữ xử lý phía máy chủ PHP và giao diện đồ họa JavaScript/HTML phía máy khách. Hệ thống trừu tượng hóa toàn bộ môi trường làm việc máy tính thông thường (tệp tin, ứng dụng văn phòng, trình duyệt) thành giao diện web truy cập qua mạng.

Doanh nghiệp cần làm gì để đảm bảo an toàn dữ liệu khi dùng đám mây?

Doanh nghiệp nên áp dụng mô hình đám mây lai (Hybrid Cloud) để giữ các dữ liệu tuyệt mật trên đám mây riêng. Đồng thời, cần triển khai xác thực đa yếu tố, mã hóa đường truyền dữ liệu qua giao thức SSL, thiết lập hệ thống tường lửa cân bằng tải và thường xuyên kiểm tra tập tin nhật ký truy cập hệ thống.

Kết luận

  • Luận văn đã hệ thống hóa đầy đủ cơ sở lý thuyết, 5 tính chất đặc trưng, 3 mô hình dịch vụ và 3 mô hình triển khai của điện toán đám mây theo các tiêu chuẩn quốc tế.
  • Phân tích chi tiết kiến trúc kỹ thuật của các nền tảng điện toán đám mây hàng đầu thế giới như IBM System x, Microsoft Azure, Amazon EC2, Google App Engine và Salesforce.
  • Đánh giá khách quan thực trạng ứng dụng đám mây tại Việt Nam năm 2013, làm rõ tiềm năng và thách thức của các doanh nghiệp trong nước như Lạc Việt, VNPT và NEO.
  • Cài đặt và thử nghiệm thành công hệ thống đám mây mã nguồn mở eyeOS trên Ubuntu Server, chứng minh tính khả thi của mô hình máy trạm ảo trong các cơ sở đào tạo.
  • Đề xuất định hướng phát triển hoàn thiện hệ thống, tích hợp các mô-đun xác thực người dùng tập trung và mở rộng phạm vi cung cấp dịch vụ trên Internet trong chu kỳ 12 tháng tiếp theo.

Nghiên cứu khẳng định điện toán đám mây là xu thế tất yếu của cuộc cách mạng công nghệ thông tin. Các cơ quan, tổ chức và doanh nghiệp cần chủ động xây dựng chiến lược tiếp cận và chuyển đổi hạ tầng đám mây ngay hôm nay để nâng cao năng lực cạnh tranh và tối ưu hóa hiệu quả hoạt động trong kỷ nguyên số.