Khóa luận tự động triển khai hạ tầng điện toán đám mây bằng Terraform - ĐH CNTT ĐHQG TP.HCM

Luận văn tốt nghiệp kỹ thuật nghiên cứu tốt nghiệp mạng máy tính và truyền thông triển khai tự động cơ sở hạ tầng điện toán đám mây sử dụng, điều tra thực trạng, phân tích số

• Tác giả: Vuu Khanh Duy
• Người hướng dẫn: ThS. Đỗ Thị Hương Lan
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ sư ngành truyền thông và mạng máy tính
• Đề tài: Triển Khai Tự Động Cơ Sở Hạ Tầng Điện Toán Đám Mây Với Terraform
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Lý do chọn đề tài, mục đích
• 1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
• 2.1. Infrastructure as code
• 2.2. Cách thức hoạt động chung của IaC
• 2.3. Khai niệm
• 2.4. Opensource cloud và Enterprise cloud
• 2.5. AWS
• 2.6. OpenStack
• 2.7. Azure
• 2.8. Terraform
• 2.9. Ansible
• 2.10. Docker
• 2.11. Zabbix
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
• 4. CHƯƠNG 4: TRIỂN KHAI MÔ HÌNH THỰC TẾ
• 4.1. Mô hình tổng quan
• 4.2. Mô hình mạng
• 4.3. Triển khai trên chi tiết
• 4.4. Xây dựng cơ sở hạ tầng và triển khai WordPress tự động
• 4.5. Gán tên miền (DNS) cho website
• 4.6. Giám sát hệ thống
• 5. CHƯƠNG 5: TRÌNH BÀY, ĐÁNH GIÁ BÀN LUẬN VỀ KẾT QUẢ
• 5.1. Kết quả đạt được
• 5.2. Hướng phát triển
• 5.2.1. Tự động hóa quá trình đăng ký tên miền Freenom
• 5.2.2. Mở rộng môi trường triển khai cơ sở hạ tầng
• 5.2.3. Tối ưu hóa triển khai Docker trên AWS
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Triển Khai Tự Động Cơ Sở Hạ Tầng Điện Toán Đám Mây

Triển khai tự động cơ sở hạ tầng điện toán đám mây là một xu hướng quan trọng trong quản lý công nghệ thông tin hiện đại. Việc sử dụng Terraform giúp tự động hóa quá trình này, giảm thiểu thời gian và công sức cần thiết để thiết lập và quản lý hạ tầng. Infrastructure as Code (IaC) cho phép các nhà phát triển và quản trị viên dễ dàng quản lý tài nguyên trên các nền tảng đám mây như AWS, Azure, và Google Cloud.

1.1. Khái Niệm Về Điện Toán Đám Mây Và Terraform

Điện toán đám mây cung cấp tài nguyên tính toán qua Internet, cho phép người dùng truy cập và quản lý tài nguyên từ xa. Terraform là công cụ mã nguồn mở giúp xây dựng và quản lý hạ tầng đám mây một cách hiệu quả.

1.2. Lợi Ích Của Việc Sử Dụng Terraform Trong Triển Khai

Sử dụng Terraform giúp giảm thiểu lỗi do con người, tăng tốc độ triển khai và dễ dàng quản lý các tài nguyên phức tạp. Điều này đặc biệt quan trọng trong môi trường DevOps, nơi mà sự nhanh nhẹn và chính xác là rất cần thiết.

II. Thách Thức Trong Triển Khai Cơ Sở Hạ Tầng Điện Toán Đám Mây

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc triển khai cơ sở hạ tầng điện toán đám mây cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như quản lý tài nguyên, bảo mật và chi phí có thể gây khó khăn cho các tổ chức. Việc hiểu rõ các thách thức này là cần thiết để tìm ra giải pháp hiệu quả.

2.1. Quản Lý Tài Nguyên Trong Môi Trường Đám Mây

Quản lý tài nguyên trong môi trường đám mây đòi hỏi sự chính xác và linh hoạt. Các công cụ như Terraform giúp tự động hóa quy trình này, nhưng vẫn cần có sự giám sát để đảm bảo hiệu quả.

2.2. Bảo Mật Trong Triển Khai Điện Toán Đám Mây

Bảo mật là một trong những thách thức lớn nhất khi triển khai hạ tầng đám mây. Các tổ chức cần áp dụng các biện pháp bảo mật mạnh mẽ để bảo vệ dữ liệu và tài nguyên của mình khỏi các mối đe dọa.

III. Phương Pháp Triển Khai Tự Động Cơ Sở Hạ Tầng Với Terraform

Để triển khai tự động cơ sở hạ tầng, các tổ chức có thể áp dụng phương pháp Infrastructure as Code (IaC) với Terraform. Phương pháp này cho phép mô tả hạ tầng dưới dạng mã, giúp dễ dàng quản lý và tái sử dụng.

3.1. Cách Thức Hoạt Động Của Terraform

Terraform hoạt động bằng cách sử dụng các tệp cấu hình để mô tả hạ tầng cần thiết. Sau đó, nó sẽ tạo ra một kế hoạch và thực thi kế hoạch đó để xây dựng hạ tầng.

3.2. Tích Hợp Terraform Với Các Nền Tảng Đám Mây

Terraform có khả năng tích hợp với nhiều nhà cung cấp dịch vụ đám mây như AWS, Azure, và Google Cloud. Điều này giúp các tổ chức dễ dàng triển khai và quản lý hạ tầng trên nhiều nền tảng khác nhau.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Terraform Trong Triển Khai Hạ Tầng

Việc áp dụng Terraform trong triển khai hạ tầng đã mang lại nhiều kết quả tích cực. Các tổ chức đã có thể giảm thiểu thời gian triển khai và tăng cường khả năng quản lý tài nguyên.

4.1. Triển Khai Ứng Dụng WordPress Trên AWS

Một ví dụ điển hình là việc triển khai ứng dụng WordPress trên nền tảng AWS. Sử dụng Terraform, quá trình này trở nên nhanh chóng và hiệu quả hơn.

4.2. So Sánh Giữa Triển Khai Tự Động Và Thủ Công

So với phương pháp triển khai thủ công, việc sử dụng Terraform giúp giảm thiểu lỗi và tiết kiệm thời gian. Điều này cho thấy rõ lợi ích của việc áp dụng công nghệ IaC trong quản lý hạ tầng.

V. Kết Luận Và Hướng Phát Triển Tương Lai Của Terraform

Triển khai tự động cơ sở hạ tầng điện toán đám mây với Terraform không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao hiệu quả quản lý. Hướng phát triển tương lai sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình và mở rộng khả năng tích hợp với các công nghệ mới.

5.1. Tương Lai Của Terraform Trong Quản Lý Hạ Tầng

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, Terraform sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý hạ tầng điện toán đám mây.

5.2. Các Công Nghệ Mới Hỗ Trợ Terraform

Các công nghệ mới như Kubernetes và Docker sẽ tiếp tục được tích hợp với Terraform, mở ra nhiều cơ hội mới cho việc triển khai và quản lý hạ tầng.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu hướng chuyển dịch hạ tầng công nghệ thông tin hiện nay, nhiều doanh nghiệp đã chuyển từ hệ thống máy chủ vật lý sang nền tảng điện toán đám mây nhằm tối ưu hóa chi phí vận hành, linh hoạt mở rộng quy mô, nâng cao tính sẵn sàng và đảm bảo an toàn dữ liệu. Tuy nhiên, việc thiết lập và quản lý thủ công các ứng dụng web phức tạp—bao gồm máy chủ cân bằng tải (load balancer), máy chủ web (web server) và máy chủ cơ sở dữ liệu (database server)—thường tiêu tốn nhiều giờ làm việc và tiềm ẩn nguy cơ cao phát sinh lỗi do con người (human error).

Để giải quyết thách thức này, khóa luận tốt nghiệp của nhóm tác giả tập trung nghiên cứu và ứng dụng mô hình Cơ sở hạ tầng dưới dạng mã (Infrastructure as Code - IaC), sử dụng công cụ mã nguồn mở Terraform nhằm tự động hóa toàn bộ quy trình khởi tạo, cấu hình và quản trị tài nguyên mạng.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể gồm:

1. Xây dựng một hệ thống mô hình mẫu chứng minh ưu điểm của giải pháp IaC với công cụ Terraform trong việc rút ngắn thời gian triển khai và giảm thiểu sai sót kỹ thuật so với phương pháp cấu hình thủ công.
2. Thiết lập và tự động hóa quy trình triển khai ứng dụng WordPress hoàn chỉnh trên cơ sở hạ tầng của cả hai nền tảng: dịch vụ đám mây doanh nghiệp Amazon Web Services (AWS) và nền tảng đám mây mã nguồn mở OpenStack.
3. Phân tích, so sánh sự khác biệt giữa phương thức triển khai cơ sở hạ tầng đám mây truyền thống và phương thức tự động hóa, đồng thời nhận diện các hạn chế kỹ thuật hiện tại để đề xuất hướng phát triển tiếp theo.

Đối tượng nghiên cứu của khóa luận là cơ sở hạ tầng điện toán đám mây được định nghĩa bằng mã nguồn thông qua Terraform, cho phép người dùng quản trị tập trung các máy ảo trên AWS và OpenStack trực tiếp từ một máy tính cục bộ (local machine). Phạm vi nghiên cứu bao gồm: vai trò và khả năng tích hợp của Terraform trong quy trình triển khai ứng dụng web; kỹ thuật khởi tạo máy ảo và tài nguyên mạng trên AWS và OpenStack qua mã khai báo; cùng sự phối hợp đồng bộ với các công cụ cấu hình và đóng gói như Ansible, Docker, Docker-compose, hệ thống quản lý phiên bản Git và giải pháp giám sát Zabbix.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng trên nền tảng lý thuyết về điện toán đám mây và mô hình Infrastructure as Code (IaC):

• Điện toán đám mây (Cloud Computing): Được định nghĩa là không gian hạ tầng mạng cung cấp tài nguyên tính toán (phần cứng, lưu trữ, mạng, hệ điều hành, cơ sở dữ liệu) theo yêu cầu. Nghiên cứu phân biệt rõ hai nhóm nền tảng: Enterprise Cloud (đại diện điển hình là AWS với thị phần toàn cầu 32% vào quý 2/2021, sở hữu hạ tầng tại 81 vùng trên 25 khu vực địa lý, cùng Microsoft Azure chiếm 19% thị phần) và Opensource Cloud (tiêu biểu là OpenStack - nền tảng IaaS mã nguồn mở hỗ trợ cả private cloud và public cloud, có chu kỳ phát hành phiên bản 6 tháng/lần).
• Mô hình Infrastructure as Code (IaC): Phương pháp tiếp cận coi cơ sở hạ tầng như phần mềm, cho phép áp dụng hệ thống kiểm soát phiên bản (VCS), quy trình tích hợp liên tục/phân phối liên tục (CI/CD) và kiểm thử tự động. So với các công cụ IaC chuyên biệt của từng hãng như AWS CloudFormation, OpenStack Heat hay Azure Resource Manager (AzureARM), Terraform của HashiCorp nổi bật nhờ tính trung lập, tương thích đa nền tảng và sử dụng ngôn ngữ HashiCorp Configuration Language (HCL). Trạng thái hệ thống được theo dõi qua tệp terraform.tfstate, có khả năng lưu trữ tập trung (remote state) trên S3, Terraform Cloud hoặc Consul để phục vụ làm việc nhóm.
• Công cụ quản lý cấu hình và container: Ansible được lựa chọn nhờ kiến trúc agentless, điều khiển từ xa qua giao thức SSH mà không cần cài đặt agent nền trên các node đích. Docker và Docker-compose đóng vai trò đóng gói dịch vụ web thành các container độc lập (Nginx, PHP, MariaDB). Hệ thống giám sát mã nguồn mở Zabbix được sử dụng để theo dõi chỉ số tài nguyên phần cứng (CPU, RAM, ổ cứng).

Tiêu chí	Ansible	SaltStack	Chef	Puppet
Kiến trúc	Client (Agentless)	Server / Client	Server / Client	Server / Client
Cài đặt	Dễ	Trung bình	Trung bình	Trung bình
Quản trị	Dễ	Dễ	Khó (Yêu cầu Ruby DSL)	Khó (Yêu cầu Puppet DSL)

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được áp dụng: xây dựng hệ thống kỹ thuật thực tế, viết mã nguồn khai báo hạ tầng (.tf) và kịch bản thực thi (Ansible playbooks, Dockerfile, shell scripts), sau đó tiến hành đo đạc, kiểm thử tự động hóa trên hạ tầng AWS và máy chủ OpenStack nội bộ. Nguồn dữ liệu tham khảo bắt nguồn từ tài liệu kỹ thuật chính thức của AWS, OpenStack, HashiCorp Terraform, Ansible, Docker, Zabbix và các báo cáo thị phần điện toán đám mây năm 2021.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo mô hình điều khiển tập trung: từ một máy tính cục bộ (local machine) đã cài đặt Terraform và Ansible, toàn bộ hạ tầng và ứng dụng được tự động sinh ra trên hai môi trường đám mây độc lập.

                    +------------------------------------------+
                    |           Local Workstation              |
                    |     (Terraform Engine, Ansible Core)     |
                    +--------------------+---------------------+
                                         |
            +----------------------------+----------------------------+
            | API / SSH                                               | API / SSH
            v                                                         v
+------------------------------------+   +------------------------------------+
|       Amazon Web Services (AWS)    |   |         OpenStack Platform         |
|                                    |   |                                    |
| +--------------------------------+ |   | +--------------------------------+ |
| | VPC: 10.0.0.0/16               | |   | | Security Group V2              | |
| | +----------------------------+ | |   | | +----------------------------+ | |
| | | Application Load Balancer  | | |   | | | Nginx Reverse Proxy        | | |
| | +--------------+-------------+ | |   | | | (Zabbix Server + MariaDB)  | | |
| |                |               | |   | | +--------------+-------------+ | |
| |        +-------+-------+       | |   | |                |               | |
| |        v               v       | |   | |        +-------+-------+       | |
| | +-------------+ +------------+ | |   | |        v               v       | |
| | | Subnet 1a   | | Subnet 1b  | | |   | | +-------------+ +------------+ | |
| | | EC2 Node 0  | | EC2 Node 1 | | |   | | | Nova VM 1   | | Nova VM 2  | | |
| | | (CentOS 7)  | | (CentOS 7) | | |   | | | (CentOS 7)  | | (CentOS 7) | | |
| | | Docker:     | | Docker:    | | |   | | | LEMP Stack  | | LEMP Stack | | |
| | | Nginx+PHP   | | Nginx+PHP  | | |   | | | via Ansible | | via Ansible| | |
| | | + MariaDB   | | + MariaDB  | | |   | | | + Zbx Agent | | + Zbx Agent| | |
| | +-------------+ +------------+ | |   | | +------+------+ +------+-----+ | |
| |                                | |   | |        |                |      | |
| | Internet Gateway / Elastic IP  | |   | |        +--------+-------+      | |
| +--------------------------------+ |   | |                 v              | |
|                                    |   | |        Block Storage Vol V2    | |
| DNS: Freenom (isphone.ga, blog.ga) |   | +--------------------------------+ |
+------------------------------------+   +------------------------------------+

1. Triển khai trên nền tảng AWS

Hạ tầng AWS được khởi tạo hoàn toàn bằng các tập tin mã nguồn .tf, bao gồm mạng ảo Virtual Private Cloud (aws_vpc dải mạng 10.0.0.0/16), cổng Internet Gateway (aws_internet_gateway), bảng định tuyến (aws_route_table), nhóm bảo mật (aws_security_group mở cổng 22 và 80) và địa chỉ IP tĩnh công cộng (aws_eip).

Nhằm đảm bảo tính sẵn sàng, hệ thống phân chia 2 subnet nằm tại 2 Availability Zones khác nhau (ap-southeast-1a và ap-southeast-1b thuộc khu vực Singapore), sau đó đấu nối vào một bộ cân bằng tải ứng dụng (aws_lb loại Application Load Balancer) để phân phối lưu lượng truy cập tới 2 máy chủ ảo CentOS 7 (terraform-webserver0 và terraform-webserver1).

Tập tin cấu hình (.tf)	Chức năng kỹ thuật chi tiết
aws_provider.tf	Khai báo provider AWS, cấu hình region ap-southeast-1 và nạp khóa xác thực
aws_network.tf	Tạo mạng VPC, các Subnet (1a, 1b), Internet Gateway, Route Table và Security Group
aws_instance.tf	Khởi tạo máy ảo EC2, sử dụng provisioner sao chép script và cài đặt môi trường
aws_var.tf	Định nghĩa biến môi trường: mã AMI CentOS 7, đường dẫn SSH key, thông số mạng
aws_output.tf	Xuất ra màn hình thông tin địa chỉ IP công cộng của các máy ảo sau khi khởi tạo
aws_loadbalancer.tf	Cấu hình Application Load Balancer, Listener và Target Group liên kết 2 máy ảo

Sau khi hạ tầng máy ảo được cấp phát, Terraform sử dụng provisioner file để đẩy tệp kịch bản install_docker.sh lên máy ảo qua SSH (user centos), sau đó provisioner remote-exec thực thi cài đặt Git, Docker, Docker-compose và sao chép mã nguồn WordPress từ GitHub. Phiên SSH thứ hai kích hoạt lệnh docker-compose up -d --build để khởi chạy đồng thời 3 container (Nginx, MariaDB, PHP) ở chế độ detached mode, liên kết cổng 80 của container với cổng 80 của máy chủ host. Tên miền miễn phí đăng ký từ Freenom (isphone.ga, blog.ga) được trỏ bản ghi DNS về IP công cộng/Load Balancer để phục vụ người dùng cuối.

2. Triển khai trên nền tảng OpenStack

Trên môi trường OpenStack, Terraform khởi tạo 3 máy ảo máy tính (openstack_compute_instance_v2), nhóm bảo mật (openstack_compute_secgroup_v2), khối lưu trữ gắn ngoài (openstack_blockstorage_volume_v2) và liên kết ổ đĩa qua API Nova (openstack_compute_volume_attach_v2).

Tự động hóa cấu hình trên OpenStack được giao cho Ansible. Tệp inventory.tf tự động sinh ra danh sách hosts chứa IP các máy ảo với cổng SSH 2309 (tài khoản root). Kịch bản ansible-playbook gọi tuần tự các roles chức năng: cài đặt ngăn xếp web server LEMP (lemp), thiết lập tường lửa (firewalld), nạp mã nguồn ứng dụng (import_source) và tích hợp chứng chỉ bảo mật (add_ssl).

Hệ thống giám sát Zabbix được thiết lập tự động: máy chủ Zabbix Server đi kèm cơ sở dữ liệu MariaDB và Nginx Reverse Proxy được cài đặt trên một node quản trị, trong khi Zabbix-agent được kích hoạt trên các node máy chủ dịch vụ để thu thập dữ liệu hiệu năng hệ thống.

Cấu trúc thư mục Role	Mục đích sử dụng trong Ansible
vars/	Định nghĩa các biến cục bộ sử dụng riêng bên trong role
defaults/	Chứa các giá trị biến mặc định của role
tasks/	Chứa các tệp YAML định nghĩa danh mục tác vụ cần thực thi trên máy đích
handlers/	Định nghĩa các bộ xử lý sự kiện (ví dụ: khởi động lại dịch vụ khi tệp cấu hình đổi)
templates/	Lưu trữ các tệp mẫu cấu hình động (.j2) để áp dụng xuống node
files/	Chứa các tệp tĩnh cần sao chép trực tiếp lên máy chủ đích
meta/	Chứa thông tin siêu dữ liệu (metadata) và quan hệ phụ thuộc của role

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Mở đầu

Chương mở đầu phân tích thực trạng chuyển đổi hạ tầng CNTT từ máy chủ vật lý lên nền tảng điện toán đám mây. Tác giả nêu bật những trở ngại khi quản trị thủ công hệ thống ứng dụng web đa tầng và khẳng định sự cần thiết của giải pháp IaC. Chương này xác định rõ mục tiêu xây dựng mô hình mẫu bằng Terraform trên AWS và OpenStack, đồng thời xác lập phạm vi nghiên cứu xoay quanh tự động hóa triển khai, container hóa ứng dụng và quản trị vận hành.

Chương 2. Tổng quan

Chương 2 cung cấp nền tảng lý luận toàn diện về:

• Khái niệm và nguyên lý hoạt động 3 bước của IaC (định nghĩa cấu hình -> gửi chỉ thị đến server/API/VCS -> nền tảng tự động xây dựng hạ tầng).
• Bản chất của Điện toán đám mây, phân biệt với các kiến trúc tính toán lân cận (SOA, Grid computing, Utility computing, Cluster computing).
• Đặc điểm của Enterprise Cloud (AWS, Azure) và Opensource Cloud (OpenStack).
• Nguyên lý hoạt động của Terraform (HCL, core workflow init - plan - apply, cơ chế quản lý state file cục bộ và từ xa).
• Phân tích kỹ thuật các công cụ Ansible (so sánh ưu thế agentless với Chef, Puppet, SaltStack), Docker (Dockerfile, cơ chế container hóa), và hệ thống giám sát Zabbix (Zabbix Server, Proxy, Agent).

Chương 3. Phương pháp thực hiện

Chương 3 chi tiết hóa quy trình kỹ thuật từng bước:

• Thiết lập tệp secret.tfvars để bảo mật thông tin xác thực tài khoản AWS và OpenStack khi lưu trữ mã nguồn trên GitHub.
• Xây dựng danh mục mã nguồn Terraform định nghĩa tài nguyên máy tính, mạng, lưu trữ và bảo mật.
• Kỹ thuật tự động truyền khóa xác thực công khai id_rsa.pub lên máy ảo thông qua provisioner để thiết lập kênh kết nối SSH không mật khẩu.
• Xây dựng cấu trúc Ansible Playbook, phân rã các Role quản lý LEMP, cấu hình tệp ansible.cfg và tạo danh sách máy chủ đích inventory.tf.
• Đóng gói ứng dụng WordPress bằng Dockerfile và điều phối đa dịch vụ qua docker-compose.yaml.
• Quy trình gán tên miền miễn phí Freenom qua giao diện DNS Management và cài đặt giám sát Zabbix qua Nginx Reverse Proxy.

Chương 4. Triển khai mô hình thực tế

Chương 4 mô tả chi tiết quá trình khởi tạo và kiểm thử hệ thống:

• Mô hình mạng tổng quan kết nối từ máy local tới AWS (2 máy ảo CentOS 7, VPC 10.0.0.0/16, 2 subnet độc lập tại 2 Availability Zones ap-southeast-1a và ap-southeast-1b, Application Load Balancer) và OpenStack (3 máy ảo, Volume lưu trữ gắn ngoài, cổng SSH 2309).
• Trình tự thực thi các lệnh cốt lõi của Terraform: terraform init (khởi tạo thư mục và tải plugin), terraform plan (tạo bản mô tả kế hoạch tài nguyên), và terraform apply -var-file=secret.tfvars (thực thi kế hoạch, cấp phát tài nguyên và trả về địa chỉ IP công cộng).
• Quá trình tự động chạy script install_docker.sh trên máy ảo AWS để cài Git, Docker-ce, Docker-compose và tự động build 3 container Nginx, MariaDB, PHP qua lệnh docker-compose up -d --build.
• Cấu hình cân bằng tải Application Load Balancer trên AWS và phân bổ lưu lượng truy cập website qua tên miền isphone.ga và blog.ga.

Chương 5. Trình bày, đánh giá bàn luận về kết quả và Hướng phát triển

Chương cuối cùng tổng kết các kết quả đạt được, phân tích bảng so sánh thời gian xây dựng hạ tầng giữa phương pháp thủ công và tự động hóa qua Terraform, đánh giá tính ổn định của hệ thống WordPress và công cụ giám sát Zabbix, đồng thời vạch ra các hướng phát triển nâng cao cho đề tài.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã hoàn thành toàn bộ các mục tiêu nghiên cứu và thực nghiệm đề ra với các kết quả cụ thể:

1. Xây dựng hoàn chỉnh mã nguồn tự động hóa hạ tầng: Định nghĩa toàn bộ tài nguyên mạng, bảo mật, lưu trữ và máy tính ảo trên cả AWS và OpenStack bằng ngôn ngữ HCL của Terraform, cho phép khởi tạo hệ thống chỉ bằng một lệnh thực thi duy nhất (terraform apply).
2. Triển khai thành công ứng dụng web đa tầng: Tự động hóa cài đặt ngăn xếp ứng dụng WordPress hoàn chỉnh (Nginx web server, PHP xử lý ứng dụng, MariaDB cơ sở dữ liệu) thông qua Docker/Docker-compose trên AWS và thông qua Ansible Roles trên OpenStack.
3. Thiết lập hạ tầng mạng và giám sát hoàn chỉnh: Cấu hình thành công bộ cân bằng tải Application Load Balancer phân phối tải qua 2 Availability Zones trên AWS, định tuyến tên miền qua DNS Freenom và xây dựng hệ thống thu thập chỉ số vận hành máy chủ thời gian thực qua Zabbix.
4. Chứng minh hiệu quả vượt trội của IaC: Nghiên cứu đã thực hiện đo đạc và đối sánh quy trình, cho thấy việc áp dụng Terraform giúp loại bỏ hoàn toàn các sai sót thao tác bằng tay (human error), đồng thời rút ngắn đáng kể thời gian thiết lập môi trường từ nhiều giờ xuống còn vài phút so với phương thức cấu hình truyền thống trên bảng điều khiển giao diện web.

Đóng góp của đề tài thể hiện ở việc xây dựng một mô hình tham chiếu thực tế kết hợp linh hoạt giữa các công nghệ trụ cột trong văn hóa DevOps: sử dụng Terraform để khởi tạo hạ tầng (infrastructure provisioning), Ansible để quản trị cấu hình hệ thống (configuration management), Docker để đóng gói ứng dụng (containerization) và Zabbix để giám sát hiệu năng (monitoring), có khả năng áp dụng đồng thời cho cả đám mây công cộng (AWS) và đám mây nội bộ (OpenStack).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên nội dung tự đánh giá trong văn bản, đề tài còn tồn tại một số điểm hạn chế kỹ thuật và đề xuất 3 hướng phát triển tiếp theo:

1. Tự động hóa quá trình đăng ký tên miền Freenom: Hiện tại, bước đăng ký tài khoản và khởi tạo tên miền trên Freenom vẫn phải thao tác thủ công qua giao diện web. Hướng phát triển tiếp theo là xây dựng kịch bản tự động hóa hoặc tích hợp API để đăng ký và cập nhật bản ghi DNS Freenom hoàn toàn tự động.
2. Mở rộng môi trường triển khai cơ sở hạ tầng: Phạm vi thực nghiệm hiện mới dừng lại ở AWS và OpenStack. Đề tài định hướng mở rộng mã nguồn Terraform để hỗ trợ thêm các nền tảng đám mây lớn khác như Microsoft Azure và Google Cloud Platform (GCP).
3. Tối ưu hóa triển khai Docker trên AWS: Hiện tại các container Docker được khởi chạy trực tiếp trên máy ảo EC2 thông qua shell script và Docker Compose. Hướng hoàn thiện tiếp theo là chuyển đổi mô hình sang các dịch vụ quản lý container chuyên dụng trên đám mây (như AWS ECS hoặc Kubernetes/EKS) để tối ưu hóa khả năng co giãn (auto-scaling) và quản trị vòng đời container.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo có giá trị kỹ thuật thực tiễn cao cho:

• Sinh viên và học viên chuyên ngành Mạng máy tính và Truyền thông, Hệ thống thông tin, Kỹ thuật phần mềm hoặc Công nghệ thông tin đang thực hiện đồ án tốt nghiệp liên quan đến Cloud Computing, DevOps và Infrastructure as Code.
• Kỹ sư hệ thống / Quản trị mạng muốn tìm hiểu cách thức kết hợp Terraform với Ansible, Docker và Zabbix trong việc quản trị hạ tầng Hybrid-Cloud (kết hợp Public Cloud và Private Cloud).
• Các phần nội dung đáng tham khảo nhất: Cấu trúc module tệp .tf xây dựng mạng VPC và Load Balancer trên AWS; kỹ thuật quản lý trạng thái máy ảo và phân tách subnet đa vùng; kịch bản tích hợp provisioner SSH để tự động hóa bootstrap script cài đặt Docker; và cấu trúc phân chia thư mục Ansible Roles chuẩn mực để triển khai LEMP stack.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nhóm tác giả lại chọn Terraform thay vì các công cụ IaC chính hãng như AWS CloudFormation hay OpenStack Heat? Do các công cụ như CloudFormation chỉ hoạt động trên AWS, Heat giới hạn trong OpenStack và AzureARM chỉ chạy trên Azure. Terraform có ưu thế vượt trội là công cụ mã nguồn mở độc lập, sử dụng ngôn ngữ HCL đồng nhất và có khả năng tương thích, làm việc với nhiều nhà cung cấp dịch vụ đám mây khác nhau trên cùng một hệ thống mã nguồn.

2. Làm thế nào nhóm thực hiện bảo mật được tài khoản và khóa bí mật AWS/OpenStack khi lưu trữ mã nguồn trên GitHub? Các thông số nhạy cảm như access_key, secret_key, tên người dùng và mật khẩu được tách riêng vào tệp secret.tfvars. Tệp này không đẩy lên kho mã nguồn công khai mà chỉ được gọi cục bộ khi chạy lệnh triển khai: terraform apply -var-file=secret.tfvars.

3. Ứng dụng WordPress trên môi trường AWS được cấu hình chạy dưới dạng nào? Trên mỗi máy ảo CentOS 7 (được gán IP tĩnh Elastic IP), WordPress được đóng gói và vận hành dưới dạng 3 container Docker độc lập gồm: Nginx (web server mở cổng 80, 443), PHP (xử lý logic) và MariaDB (cơ sở dữ liệu), được điều phối tự động thông qua tệp cấu hình docker-compose.yaml.

4. Hai subnet trên AWS được phân bổ như thế nào để phục vụ cân bằng tải? Hệ thống tạo ra 2 subnet riêng biệt: private-subnet đặt tại Availability Zone ap-southeast-1b và public-subnet đặt tại Availability Zone ap-southeast-1a (Singapore). Việc đặt ở 2 vùng sẵn sàng khác nhau giúp Application Load Balancer duy trì hoạt động ổn định của website, đề phòng trường hợp một trung tâm dữ liệu gặp sự cố thì vùng còn lại vẫn đáp ứng dịch vụ.

5. Ansible kết nối tới các máy chủ ảo OpenStack bằng phương thức nào để triển khai LEMP stack? Ansible hoạt động theo cơ chế agentless, sử dụng giao thức kết nối SSH qua cổng mạng 2309 với quyền tài khoản root. Khóa công khai id_rsa.pub từ máy local được Terraform tự động sao chép lên máy ảo trong quá trình khởi tạo hạ tầng.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Vưu Khánh Duy và Nguyễn Minh Tuấn Hải (ngành Mạng máy tính và Truyền thông, Trường Đại học Công nghệ Thông tin - ĐHQG TP.HCM) đã nghiên cứu và triển khai thành công giải pháp tự động hóa cơ sở hạ tầng điện toán đám mây bằng Terraform. Đề tài đã xây dựng hoàn chỉnh mô hình cấp phát tài nguyên đa nền tảng trên AWS và OpenStack, tự động hóa đóng gói và triển khai ứng dụng WordPress qua Docker và Ansible, đồng thời tích hợp hệ thống cân bằng tải và giám sát Zabbix. Nghiên cứu chứng minh rõ nét hiệu quả của mô hình Infrastructure as Code trong việc tối ưu hóa thời gian triển khai, loại bỏ lỗi thao tác con người và cung cấp khung tham chiếu kỹ thuật thực tế cho lĩnh vực kỹ thuật hạ tầng đám mây.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 MỞ DAU 1. Lý do chọn đề tài, mục đích 1. Lý do chọn đề tài Quản lý các ứng dụng mạng khá là phức tạp, ví dụ phải quản lý load balancer, web servers, database servers, có thé sẽ phải mat hàng giờ dé xây dựng và quản lý những hệ thống này. Xây dựng ứng dụng mạng cần có máy chủ làm host triển khai.

Tuy nhiên không phải ai cũng có khả năng tự xây dựng 1 hệ thống máy chủ vật lý để triển khai ứng dụng. Hiện nay, rất nhiều doanh nghiệp đã chuyền từ hệ thống máy chủ vật lý lên hệ thống đám mây. Điều này đã mang lại rất nhiều sự thay đổi cũng nhưng lợi ích: giảm chỉ phí vận hành, mở rộng hệ thông khi cần thiết; bảo mật dữ liệu được đảm bảo bởi các nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây; hạn chế rủi ro mất đữ liệu so với hệ thống máy chủ vật lý. Do đó nhóm thực hiện quyết định chọn đề tài xây dựng triển khai hệ thong điên toán dam mây.

Mục dich Để rút ngắn thời gian triển khai cũng như hạn chế / giảm thiểu “human error” trong quá trình triển khai và quản lý cơ sở hạ tầng, nhóm thực hiện sau khi được hướng dẫn và tìm hiểu, quyết định sử dụng công nghệ Infrastructure as Code trong khóa luận tốt nghiệp. Infrastructure as code (IaC) là một mô hình thiết lập và triển khai công nghệ. Trong đó các developer hoặc nhóm vận hành tự động quản lý và cung cấp các gói công nghệ cho ứng dụng thông qua phần mềm. Thay vì sử dụng quy trình thủ công dé cấu hình các thiết bi phần cứng và hệ điều hành rời rac.

Nếu đang xử lý một cơ sở hạ tầng hiện đại, phức tạp. Đề không tốn quá nhiều thời gian dé tương tác với nhà cung cấp đám mây theo cách thủ công thì IaC là sự lựa chọn hoàn hảo. IaC thường được viết bằng Terraform. Đây là một công cụ laC open-source.

Với tính năng linh hoạt Terraform có thê làm việc với nhiêu hãng và nên tảng cung cấp dịch vụ hạ tầng khác nhau. Mục đích của nhóm thực hiện là xây dựng một hệ thong mô hình mẫu, thé hiện được ưu điểm của Terraform giúp giảm thiêu lỗi trong quá trình triển khai. Đồng thời triển khai ứng dụng WordPress lên hệ thống cơ sở hạ tầng đã tạo của AWS và OpenStack. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng đề tài hướng tới là xây dựng một cơ sở hạ tầng cấu hình dựa trên Terraform và nền tảng đám mây AWS, OpenStack, giúp User quản lý được các máy tính ảo tạo bằng Terraform trên một máy tính local.

Vê phạm vi nghiên cứu, nhóm thực hiện tìm hiệu các nội dung có liên quan tới khóa luận như : e_ Terraform đóng vai trò gì, hỗ trợ điều gì, kết hợp với việc gì trong quá trình triển khai một ứng dụng web e Cách triển khai máy ảo trên nền tảng đám mây thông qua Terraform - laC e Hệ thống Amazon Web Services và OpenStack e Tạo tài nguyên triển khai ứng dụng trên cloud e Một số công nghệ khác sử dụng trong khóa luận như Docker, Docker- compose, Git, Ansible, Zabbix. ` Terraform Bang aws openstack; ~~” Chương 2 TỎNG QUAN 2. Infrastructure as code Infrastructure as code là một cách tiếp cận dé tự động hóa cơ sở hạ tang dựa trên các phương pháp thực tiễn từ phát triển phần mềm. Sử dụng các quy trình nhất quán, có thé lặp lại dé cung cấp và thay đôi hệ thống thông qua các quy trình không cần giám sát bao gồm xác nhận kỹ lưỡng.

[1] Là công cụ hiện đại có thể coi cơ sở hạ tầng như thể nó là phần mềm và dữ liệu, cho phép mọi người áp dụng các công cụ phát triển phần mềm như hệ thống kiểm soát phiên ban (VCS), thư viện kiểm thử tự động và điều phối triển khai dé quản lý cơ sở hạ tầng. Nó cũng mở ra cánh cửa dé khai thác các thực tiễn phát triển như phát triển testdriven (TDD), tích hợp liên tục (CD và phân phối liên tục (CD). Cách thức hoạt động chung của laC Về cơ ban, cách thức hoạt động chung của IaC gồm 3 bước: e Quản trị viên xác định các thông số câu hình hệ thống bằng một ngôn ngữ. e Các tệp hướng dan được gửi đến một máy chủ chính (server), một API quản lý (management API) hoặc một kho lưu trữ mã (github).

e Nền tang IaC theo hướng dẫn của nhà phát triển xây dựng và cấu hình cơ sở hạ tang. Khai niém Điện toán dam mây được định nghĩa là không gian trên cơ sở hạ tang mạng, nơi các tài nguyên tính toán như phần cứng máy tính, bộ lưu trữ, cơ sở dit liệu, mạng, hệ điều hành và thậm chí toàn bộ ứng dụng phần mềm có sẵn ngay lập tức theo yêu cầu. Điện toán đám mây có thể không liên quan đến rất nhiều công nghệ mới, nhưng nó đại diện cho một phương thức mới để quản lý CNTT. Ví dụ, khả năng mở rộng và tiết kiệm chi phí có thé đạt được ở mức độ lớn nhất từ Điện toán đám mây [2].

Điện toán dam mây được so sánh với các kiến trúc hướng dịch vụ (SOA), Điện toán lưới(Grid computing), Điện toán tiện ich(Utility computing) và Điện toán cụm(Cluster computing). Điện toán đám mây và SOA được duy trì độc lập. Các dịch vụ nền tảng và lưu trữ của Điện toán đám mây mang lại giá trị b6 sung cho những nỗ lực của SOA. Với các công nghệ như Grid computing, tài nguyên máy tính có thé được cung cấp như một tiện ích.

Trong khi đó, Điện toán dam mây tiến một bước xa hơn với tài nguyên theo yêu cầu dự phòng. Nó cũng loại bỏ sự cần thiết của việc cung cấp quá mức cần thiết khi đáp ứng nhu cầu của khách hàng. Tính toán chi phí ứng dụng phải trả cho việc sử dung tài nguyên, tương tự như cách chúng ta trả tiền cho một dịch vụ công cộng (chăng hạn như điện, nước, xăng, v. Điện toán cum(Cluster computing) là một hình thức chi phí rẻ hon dé xử lý các ứng dụng có thê chạy song song.

Người dùng truy cập các dịch vụ đám mây như tài nguyên máy tính và trung tâm di liệu thông qua Internet. Người dùng cần có tài khoản với nhà cung cấp dịch vụ đám mây (Cloud Service Provider - CSP) dé bảo mật và thanh toán chỉ phí sử dụng. Các tài nguyên cần thiết được chỉ định bởi người dùng. CSP cung cấp tài nguyên dưới dạng máy ảo trực tiếp cho tài khoản người dùng.

Dịch vụ này tạo điều kiện cho người dùng linh hoạt hơn trong việc xây dựng ứng dụng của riêng họ trên các tài nguyên được lưu trữ từ xa. VỀ cơ bản, người dùng thuê hệ điều hành, CPU, bộ nhớ, lưu trữ và tài nguyên mạng từ CSP để cải thiện tính đàn hồi và khả năng mở rộng hệ thống theo nhu cầu của người dùng. Opensource cloud va Enterprise cloud Opensource cloud — Điện toán đám mây mã nguồn mở là bat kỳ dịch vụ điện toán đám mây hoặc giải pháp mà được xây dựng sử dụng phần mềm và công nghệ mã nguồn mở. Bao gồm bắt kỳ tổ chức phi lợi nhuận, nhà cung cấp dịch vụ mô hình điện toán dam mây riêng hoặc hybrid, laaS, PaaS hoặc XaaS xây dựng và vận hành hoàn toàn trên công nghệ mã nguôn mở.

[3] Enterprise cloud - Điện toán đám mây doanh nghiệp cung cấp các dịch vụ đám mây điện toán dành riêng cho các doanh nghiệp. Với dịch vụ bảo mật được cập nhật liên tục. AWS “Amazon Web Services (AWS) là nên tảng đám mây toàn diện và được sử dụng rộng rãi nhất, cung cấp trên 200 dịch vu day đủ tính năng từ các trung tâm dữ liệu trên toàn thé giới. AWS là nên tang đám mây có day đủ chức năng, cộng dong khách hàng và đối tác lớn, đồng thời có độ bảo mật cao và tốc độ đổi mới nhanh.

AWS là Enterprise cloud dién hinh” [4] AWS là nên tảng điện toán đám mây có nhiêu dịch vụ ho trợ các doanh nghiệp, cá nhân mong muôn xây dựng hệ thông máy tính lớn, nhỏ với nhiêu mức giá và câu hình linh hoạt. Nhờ ưu điểm như trên, AWS được xem là “con gà đẻ trứng vàng” của Amazon vì luôn dem lại nguồn thu lớn [5], chiếm thị phần lớn nhất trên thị trường điện toán đám mây, trên cả Microsoft Azure va Google Cloud. Tính tới quý 2 năm 2021, thi phần của AWS là 32%, Microsoft Azure 19% và Google Cloud 7% [6]. Công nghệ cua AWS luôn được cập nhật va phat triển, hiện AWS có hệ thống máy chủ tại 81 vùng trên 25 khu vực dia lý trên khắp thế giới [4] 2.

OpenStack “OpenStack là một phân mêm mã nguồn mở giúp xây dựng quản lý và kiểm soát hệ thống điện toán dam mây được phát triển bởi cộng đồng mạng, tắt cả các tiễn trình quản lý và kiểm soát sử dung API với các cơ chế xác thực chung” [7]. OpenStack hỗ trợ quản lý bằng giao diện web, quản trị viên có thê kiểm soát đồng thời cung cấp cho người dùng quyên sử dụng tài nguyên thông qua giao diện web. OpenStack triển khai cơ sở hạ tầng như một dịch vụ (Infrastructure-as-a-Service), hỗ trợ triển khai cả public cloud và private cloud. Theo chu kỳ 6 tháng OpenStack sẽ ra mắt một phiên bản mới [8].

Azure “Microsoft Azure là bộ dịch vụ đám mây không ngừng mở rộng nhằm giúp doanh nghiệp vượt qua những thách thức trong kinh doanh. Azure giúp xây dựng, quản lý và triển khai các ứng dụng trên mạng rộng khắp toàn cầu” [9]. Azure là nền tảng điện toán đám mây của Microsoft, có nhiều trung tâm dữ liệu trên khắp thé giới, cuỗi quý 2 năm 2021, thi phần của Azure là 19% [6]. Hiện Azure cung cấp hơn 200 dịch vụ, được chia thành 18 loại.

Các danh mục này bao gồm: máy tính, mạng, lưu trữ, IoT, di chuyên, đi động, phân tích, container, trí tuệ nhân tạo và machine learning, tích hợp, công cụ quan lý, công cụ nhà phát triển, bảo mật, cơ sở dir liệu, DevOps, nhận dang media và web service [9]. Terraform “Terraform là một công cụ xây dựng, thay đổi và tạo phiên bản cho cơ sở hạ tang. Terraform hỗ trợ xây dựng và quản lý hạ tang trên nhiều nên tang khác nhau từ các nhà cung cấp dịch vụ phổ biến hiện nay (AWS, Microsoft Azure, Google Cloud. Terraform sử dụng các tệp cau hình mô tả các thành phan tài nguyên xây dựng cơ sở hạ tầng.

Terraform sẽ tạo ra bản kế hoạch xây dựng hệ thống, sau đó thực thi theo bản kế hoạch đó xây dựng cơ sở hạ tầng. Terraform có thé quản lý các thành phan của cơ sở hạ tang như phiên bản máy tính ảo, bộ nhớ lưu trữ, hệ thông mạng và nhiều thành phần khác.