Bài tập môn Điện toán đám mây | Đại học Bách Khoa Hà Nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIA ĐỊNH
KHOA: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN LAB04
MÔN: ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY
Ngành: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
Chuyên ngành (nếu có): KHAI THÁC DỮ LIỆU LỚN
Giảng viên hướng dẫn: ThS. HỒ KHÔI
Sinh viên thực hiện: TRẦN ĐÌNH TRUNG MSSV: 23150479
Lớp học phần: 231301 - 010100129004
TP. Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2025
NỘI DUNG BÀI LÀM LAB04
Câu 1: Nêu các đặc điểm của bộ phân phối tài nguyên SLA (Service Level Agreement)
trong kiến trúc đám mây thị trường. Tìm hiểu và trình bày một số kiến trúc SLA cụ thể.
1) Các đặc điểm chính của bộ phân phối tài nguyên dựa trên SLA trong kiến trúc đám mây thị trường
1. Định nghĩa và đo lường QoS (chỉ số SLA rõ ràng)
SLA phải khai báo các chỉ số đo được (ví dụ: uptime/availability, latency,
throughput, response time, IOPS, thời gian khôi phục, SLOs cụ thể).
Những chỉ số này dùng để so sánh, đối chiếu và kích hoạt hành động bồi
thường/biện pháp khi vi phạm.
2. Cơ chế thương mại hoá / tín hiệu thị trường (pricing & incentives)
Tài nguyên phân bổ theo cơ chế giá (spot, on-demand, reserved) hoặc đấu giá;
giá cả và ưu tiên được dùng để điều tiết cung-cầu và lựa chọn ai được phục vụ trước.
3. Cơ chế đàm phán & khám phá dịch vụ (SLA negotiation & discovery)
Người dùng và nhà cung cấp (hoặc broker) cần trao đổi/đàm phán điều khoản
SLA (tự động/bán tự động). Hệ thống cần hỗ trợ tìm kiếm dịch vụ phù hợp theo yêu cầu QoS và giá.
4. Giám sát (monitoring) và thực thi/kiểm toán (enforcement & accounting)
Giám sát thời gian thực để kiểm tra mức độ tuân thủ SLA; hệ thống phải thu
thập metrics, lưu log, tính toán bồi thường và lưu trữ bằng chứng (audit).
5. Admission control & scheduling dựa trên SLA
Trước khi chấp nhận một hợp đồng SLA mới, hệ thống phải đánh giá khả
năng thỏa mãn (capacity checking, admission control) để tránh over-commit dẫn tới vi phạm.
6. Tính tự động hoá, thích nghi (autonomic / elasticity)
Hệ thống cần tự động điều chỉnh (scale up/down, migrate, reprovision) để giữ
SLA trong điều kiện tải biến động, hoặc đưa ra trade-offs giữa chi phí và QoS.
7. Hỗ trợ đa-nhà cung cấp & môi trường liên kết (federation/multi-cloud)
Trong thị trường, broker hoặc orchestrator có thể ghép tài nguyên từ nhiều
provider để đảm bảo SLA, yêu cầu interoperable SLAs và chuẩn đo lường chung.
8. Chu trình sống của SLA (lifecycle management)
Từ phát hiện, đàm phán, ký kết, giám sát, xử lý vi phạm tới chấm dứt; mỗi
bước cần thành phần hỗ trợ chuyên biệt (negotiator, monitor, enforcement, billing).
9. Độ hạt nhân & cấp độ (granularity)
SLA có thể cho VM, container, ứng dụng, dịch vụ cao hơn; càng chi tiết thì
kiểm soát tốt hơn nhưng phức tạp hơn để giám sát và tính toán bồi thường.
10. Tiêu chuẩn hóa & khung tham chiếu
Để thị trường hoạt động hiệu quả cần khung metric/format chuẩn (ví dụ: ETSI
guidance, WSLA, SLA@SOI) để so sánh và tự động hoá.
2) Một số kiến trúc SLA (mô tả cụ thể, thành phần và vai trò)
A. Market-oriented architecture (Cloudbus / Buyya)
Ý tưởng chính: tạo một “chợ” tài nguyên nơi resource providers, consumers và
brokers tương tác; tài nguyên phân bổ dựa trên cơ chế thị trường (giá, ưu tiên, SLA).
Thành phần điển hình: Resource providers, Market directory/market maker, SLA
negotiator, SLA-aware scheduler (admission control + allocation), Accounting & billing, Monitoring agents.
Đặc điểm nổi bật: tích hợp chính sách giá, broker bên thứ ba để tối ưu chi phí và
QoS; hỗ trợ federation giữa Clouds.
B. WSLA (Web Service Level Agreement) / WS-based frameworks
Ý tưởng chính: dùng khuôn khổ định nghĩa SLA và chính sách giám sát theo chuẩn
(do IBM khởi xướng) để mô tả SLOs, metrics và actions khi vi phạm.
Thành phần: SLA specification, Measurement/monitoring components, Enforcement/penalty rules.
Ứng dụng: thường dùng cho dịch vụ web/SOA; định nghĩa rõ ràng stoichiometric
của SLOs và phương pháp giám sát.
C. SLA@SOI / Holistic SLA management frameworks
Ý tưởng chính: quản lý SLA ở nhiều tầng (service, platform, infrastructure) với
khung toàn diện cho life-cycle của SLA (design → negotiate → monitor → enforce → adapt).
Thành phần: SLA manager, policy engines, monitoring fabric, adapters để tích hợp
với nhà cung cấp, reporting & analytics.
Đặc điểm: nhấn mạnh quản trị tập trung, khả năng mở rộng và tích hợp công cụ khác
nhau để quản lý SLA toàn diện.
D. Cloud Agency / Broker for SLA negotiation and management
Ý tưởng chính: 1 thực thể trung gian (broker/agency) đại diện người dùng để tìm,
đàm phán và quản lý SLA với nhiều provider.
Thành phần: Discovery service (catalog), Negotiation module (policy & strategy),
SLA lifecycle manager, Trust & accounting modules.
Lợi ích: đơn giản hoá việc chọn dịch vụ tối ưu, bảo vệ người dùng khỏi phức tạp của
nhiều SLA khác nhau; cho phép multi-provider orchestration.
E. ETSI guidance / Standardized metrics approach
Ý tưởng chính: chuẩn hoá cách mô tả các tham số, metric, và yêu cầu đo để so sánh
SLA giữa các nhà cung cấp (hữu ích cho thị trường).
Ứng dụng: định dạng templates cho SLA, phân loại measurement types
(objective/subjective) và cung cấp khung đo lường.
3) Gợi ý triển khai / lưu ý khi thiết kế bộ phân phối tài nguyên dựa trên SLA
Chuẩn hoá metric trước khi mở thị trường (giảm bất đồng giữa providers).
Thiết kế admission control mạnh: chỉ chấp nhận SLA khi có khả năng đảm bảo QoS.
Tự động hoá theo feedback loop (monitor → analyze → adapt) để xử lý biến động tải.
Sử dụng broker/agency nếu muốn hỗ trợ multi-cloud mà vẫn đơn giản cho người dùng.
Quy định rõ ràng penalty & remedy để tăng niềm tin khách hàng (liên quan tới billing, credits, migration).
Câu 2: Tìm hiểu và trình bày chi tiết về công cụ mô phỏng đám mây: CloudSim.
1. Khái niệm về CloudSim
CloudSim (Cloud Simulation Toolkit) là một bộ công cụ mô phỏng mã nguồn mở được phát
triển bởi nhóm nghiên cứu Cloud Computing and Distributed Systems (CLOUDS Lab) tại
Đại học Melbourne (Úc), do Giáo sư Rajkumar Buyya dẫn đầu.
CloudSim cho phép mô phỏng, thử nghiệm và đánh giá hiệu năng các mô hình điện toán
đám mây mà không cần đầu tư hạ tầng thực tế.
Mục tiêu: giúp nhà nghiên cứu kiểm thử các thuật toán quản lý tài nguyên, lập lịch, phân
phối tải, chiến lược SLA, v.v… trong môi trường đám mây ảo hóa và có thể tùy biến hoàn toàn.
2. Đặc điểm nổi bật của CloudSim
1. Hỗ trợ mô hình hóa toàn bộ hạ tầng đám mây:
Bao gồm Datacenter, Host, Virtual Machine (VM), ứng dụng, người dùng, và
chính sách quản lý tài nguyên.
2. Cho phép thử nghiệm chính sách quản lý tài nguyên và lập lịch (Scheduling Policies)
– Có thể dễ dàng tạo, kiểm tra và so sánh các thuật toán như Round Robin, FCFS,
Energy-aware, Load balancing,...
3. Mô phỏng mô hình kinh tế – SLA-aware / Market-oriented
– Tích hợp yếu tố chi phí, năng lượng, băng thông, thời gian phản hồi để đánh giá mức độ đáp ứng SLA.
4. Hỗ trợ mô phỏng nhiều tầng ảo hóa (virtualization)
– Cho phép tạo nhiều máy ảo (VMs) trên cùng host vật lý, mỗi VM chạy các
“Cloudlets” (tác vụ nhỏ).
5. Dễ mở rộng (Extensible and Modular)
– Lập trình bằng Java, có thể mở rộng các lớp sẵn có để mô phỏng kiến trúc riêng.
6. Không cần hạ tầng thực tế
– Giúp tiết kiệm chi phí và thời gian thử nghiệm trước khi triển khai thực tế trên AWS, Azure, hay Google Cloud.
3. Kiến trúc của CloudSim
CloudSim được thiết kế theo mô hình nhiều lớp (layered architecture):
Layer 1: Simulation Engine (Core Layer)
• Xử lý các sự kiện mô phỏng (events), quản lý thời gian, tiến trình, và giao tiếp giữa các thực thể (entities).
• Đây là “trái tim” giúp toàn bộ hệ thống hoạt động tuần tự hoặc song song. Layer 2: CloudSim Layer
• Cung cấp API và lớp mô phỏng cơ sở cho các thành phần đám mây: Datacenter Host (máy chủ vật lý) Virtual Machine (VM) Cloudlet (tác vụ)
Broker (trung gian giữa người dùng và tài nguyên)
Layer 3: User Code / Scenario Layer
• Người dùng định nghĩa môi trường thử nghiệm:
Số lượng Datacenter, Host, VM, Cloudlet.
Chính sách lập lịch, phân phối, hoặc SLA cụ thể.
• Đây là lớp mà người dùng thường viết mã Java để mô phỏng.
4. Các thành phần chính trong CloudSim Thành phần Mô tả Datacenter
Đại diện cho hạ tầng trung tâm dữ liệu (gồm nhiều Host).
Máy vật lý trong Datacenter, có CPU, RAM, băng thông, Host lưu trữ. VM (Virtual Machine)
Máy ảo chạy trên Host, có thể chạy các Cloudlet. Cloudlet
Nhiệm vụ (job/task) hoặc ứng dụng cần xử lý.
Thành phần trung gian giữa người dùng và Datacenter. Nó DatacenterBroker
phân phối Cloudlet lên VM phù hợp. VM Allocation Policy
Chính sách gán VM cho Host (ví dụ: Best Fit, First Fit). VM Scheduling Policy
Chính sách cấp phát CPU cho các Cloudlet bên trong VM.
CloudInformationService
Quản lý danh sách và thông tin các Datacenter, giúp Broker (CIS) tra cứu tài nguyên.
5. Quy trình hoạt động của CloudSim (mô phỏng điển hình)
1. Khởi tạo môi trường mô phỏng
Người dùng tạo đối tượng CloudSim.init().
2. Tạo các Datacenter, Host và chính sách quản lý tài nguyên.
3. Tạo các Broker để quản lý người dùng (Users).
4. Tạo và cấu hình các VM, Cloudlet, sau đó gửi đến Broker.
5. Broker phân phối Cloudlet → VM → Host theo chính sách đã định.
6. CloudSim Engine xử lý các sự kiện mô phỏng (theo thời gian).
7. Khi hoàn tất, Broker thu kết quả Cloudlet và hiển thị hiệu năng (thời gian chạy, chi phí, độ trễ,...).
6. Ứng dụng và mở rộng của CloudSim Ứng dụng chính
Nghiên cứu và đánh giá:
Các thuật toán lập lịch tài nguyên (Resource Scheduling).
Cân bằng tải (Load Balancing).
Chiến lược tiết kiệm năng lượng (Energy-aware Scheduling).
Quản lý chi phí / SLA trong môi trường đám mây.
Tối ưu hoá phân phối VM và Cloudlet.
➢ Các phiên bản mở rộng nổi bật Tên mở rộng Mục đích CloudSim Plus
Tối ưu hiệu năng, dễ sử dụng hơn, hỗ trợ đa luồng (multithread).
NetworkCloudSim Mô phỏng mạng và truyền dữ liệu giữa các node. GreenCloud
Tập trung mô phỏng năng lượng và hiệu suất năng lượng. iCanCloud
Giao diện đồ họa, hỗ trợ lập kế hoạch triển khai thực tế. EdgeCloudSim
Mô phỏng điện toán biên (Edge Computing).
7. Ưu điểm và Hạn chế Ưu điểm
Mã nguồn mở, miễn phí, dễ mở rộng.
Dễ dàng thử nghiệm nhiều mô hình khác nhau.
Không yêu cầu phần cứng thực tế.
Cộng đồng nghiên cứu lớn, tài liệu phong phú. Hạn chế
Không có giao diện đồ họa trực quan (chủ yếu chạy code Java).
Mô phỏng chỉ ở mức logic, không phản ánh 100% hạ tầng thực tế.