Thạc Sĩ Tìm hiểu công nghệ grid computing và ứng dụng thử nghiệm trong bài toán quản trị mạng

Lời nói đầu
Công nghệ Grid Computing ra đời đánh dấu một bước phát triển mới trong
lĩnh vực điện toán hiệu năng cao. Nó cho phép tận dụng năng lực xử lý, lưu trữ
cùng các tài nguyên nhàn rỗi khác để cung cấp một môi trường tính toán có năng
lực xử lý lớn, khả năng lưu trữ dồi dào để giải quyết các bài toán phức tạp - khó có
thể giải quyết được với các công nghệ hiện hành hoặc giải quyết được nhưng với
chi phí rất cao - trong khoa học, thương mại. Grid Computing giúp tận dụng tối đa
tài nguyên, tăng cường hợp tác, giảm chi phí đầu tư trong khi vẫn cung cấp năng lực
tính toán như mong muốn. Trong những năm vừa qua, nhiều tổ chức, tập đoàn công
nghệ thông tin lớn đã chọn công nghệ Grid Computing làm chiến lược phát triển
của mình, đã đầu tư nghiên cứu nhằm sớm đưa công nghệ Grid Computing vào thực
tế. Công nghệ này đang ngày càng thu hút được sự quan tâm chú ý từ khắp nơi trên
thế giới. Có thể nói công nghệ Grid Computing là một xu hướng phát triển mới
trong ngành công nghệ thông tin.
Hiện nay, đất nước ta đang thực hiện công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại
hóa, trong đó việc rút ngắn sự tụt hậu, phát triển về khoa học công nghệ là yếu tố
then chốt quyết định đến thành công của công cuộc đổi mới. Song song với quá
trình phát triển, ngày càng có nhiều bài toán mới, đòi hỏi năng lực xử lý lớn xuất
hiện trong khoa học, thương mại và quản lý đất nước. Các công nghệ tính toán hiện
hành cũng được áp dụng nhưng không thể triển khai rộng rãi để có thể giải quyết
hết các nhu cầu do chi phí đầu tư quá lớn. Việc nghiên cứu, áp dụng công nghệ Grid
Computing là một giải pháp tốt để giải quyết các tình huống này. Hơn nữa, công
nghệ Grid Computing hiện nay còn khá mới mẻ, đang trong giai đoạn hoàn thiện,
việc cùng tham gia nghiên cứu với cộng đồng thế giới sẽ giúp chúng ta học hỏi kinh
nghiệm, tiến tới làm chủ công nghệ, từ đó có thể phát triển theo hướng đi của riêng
mình, đáp ứng nhu cầu tính toán hiệu năng cao ngày càng tăng của đất nước.
Lời nói đầu
- iii -
Với tinh thần tham gia nghiên cứu, học hỏi công nghệ, đề tài luận văn “Tìm
hiểu công nghệ Grid Computing và ứng dụng thử nghiệm trong bài toán quản
trị mạng” được thực hiện nhằm đi những bước đầu tiên trong quá trình nghiên cứu,
phát triển, ứng dụng Grid vào thực tế. Luận văn nghiên cứu các vấn đề chung của
công nghệ Grid Computing, bộ Globus Toolkit, tiến hành cài đặt một môi trường
Grid với bộ Globus Toolkit, đề xuất mô hình và cài đặt thử nghiệm ứng dụng hỗ trợ
quản trị mạng trên nền Grid.
Luận văn được trình bày gồm 8 chương với nội dung như sau:
Chương 1. Đặt vấn đề : Giới thiệu sơ lược về công nghệ Grid
Computing và lĩnh vực quản trị mạng, đồng thời xác định mục tiêu của đề tài.
Chương 2. Tổng quan về công nghệ Grid Computing : Giới thiệu các
vấn đề của công nghệ Grid Computing, tìm hiểu và so sánh các phần mềm nền
tảng Grid để có cái nhìn khá toàn diện về công nghệ Grid Computing hiện nay.
Chương 3. Giới thiệu bộ Globus Toolkit phiên bản 3.2 : Giới thiệu mô
hình và các cơ chế hoạt động của các thành phần trong bộ Globus Toolkit 3.2. Ở
đây không thiên về giới thiệu chi tiết các triển khai cụ thể, điều này có thể tham
khảo từ các tài liệu hướng dẫn sử dụng.
Chương 4. Phát triển ứng dụng với Globus Toolkit 3.2 : Giới thiệu các
vấn đề cần quan tâm khi xây dựng một ứng dụng Grid với bộ Globus Toolkit
3.2.
Chương 5. Quản trị mạng và các hệ thống quản trị : Giới thiệu tổng
quan về lĩnh vực quản trị mạng cũng như các hệ thống quản trị mạng.
Chương 6. Hệ thống quản trị Grid NetManager : Giới thiệu mô hình
hệ thống quản trị mạng dựa trên nền công nghệ tính toán Grid Computing.
Chương 7. Phân tích, thiết kế, cài đặt thử nghiệm ứng dụng Grid
NetManager.
Chương 8. Kết luận : Là chương cuối cùng của luận văn, tóm lại các vấn
đề đã nghiên cứu tìm hiểu, đề ra hướng phát triển trong tương lai.
Mục lục
- iv -
Mục lục
Lời cảm ơn .i
Lời nói đầu ii
Mục lục .iv
Danh sách hình .viii
Danh sách bảng .x
Một số thuật ngữ xi
Các chữ viết tắt xii
Tóm tắt luận văn .xiii
Chương 1. Mở đầu 1
1.1. Công nghệ Grid Computing (tính toán lưới) 1
1.2. Vấn đề quản trị mạng 3
1.3. Mục tiêu đề tài 4
Chương 2. Tổng quan về công nghệ Grid Computing .5
2.1. Khái niệm Grid .5
2.1.1. Theo dòng lịch sử 5
2.1.2. Khái niệm .6
2.1.3. Tài nguyên của Grid 7
2.2. Phân loại Grid & Grid Topology 9
2.2.1. Các kiểu Grid .9
2.2.2. Đồ hình Grid (Grid Topology) .11
2.3. Các thách thức, yêu cầu của công nghệ Grid 15
2.3.1. Quản lý tài nguyên (Resource Management) 15
2.3.2. Bảo mật (Security) .17
2.3.3. Quản lý thông tin .19
2.3.4. Quản lý dữ liệu 20
2.3.5. Phát triển ứng dụng 20
2.3.6. Các vấn đề khác .20
2.3.7. Các việc cần làm 21
2.4. Ích lợi & Ứng dụng .22
2.5. Các thành phần cơ bản của một hệ thống cơ sở hạ tầng Grid .24
2.6. Kiến trúc Grid .27
2.6.1. Bản chất Kiến trúc Grid .27
2.6.2. Chi tiết Kiến trúc Grid tổng quát .28
2.6.3. Kiến trúc Grid trong thực tế .35
2.7. Chuẩn hoá Grid .36
2.8. Giới thiệu các dự án Grid middleware chính 40
2.8.1. UNICORE 40
2.8.2. Globus 43
Mục lục
- v -
2.8.3. Legion 43
2.8.4. GridBus 45
2.8.5. So sánh .48
Chương 3. Giới thiệu bộ Globus Toolkit phiên bản 3.2 .52
3.1. Giới thiệu 52
3.1.1. Giới thiệu .52
3.1.2. Lịch sử phát triển .53
3.2. Các công nghệ, chuẩn liên quan .53
3.2.1. Service Oriented Architeture (SOA) 53
3.2.2. Web Service .56
3.2.3. OGSA .58
3.2.4. OGSI và Grid Service 65
3.3. Kiến trúc Globus Toolkit 74
3.3.1. Mô hình kiến trúc GT2 75
3.3.2. Mô hình kiến trúc GT3 76
3.4. Các thành phần chính 79
3.4.1. Sercurity Infrastructure 79
3.4.2. Resource Management .94
3.4.3. Information Service .107
3.4.4. Data Management 113
3.4.5. Thành phần mới trong GT3 .114
Chương 4. Phát triển ứng dụng với bộ Globus Toolkit 3.2 115
4.1. Khởi đầu dự án 115
4.1.1. Định hướng phát triển hệ thống .115
4.1.2. Đánh tính khả thi của ứng dụng khi chạy trên Grid .117
4.2. Các yêu cầu cần quan tâm khi xây dựng ứng dụng 118
4.2.1. Khả năng mở rộng (Scalability) .118
4.2.2. Bảo mật 118
4.2.3. Tính mềm dẻo của ứng dụng (Flexibility) .119
4.2.4. Các kết nối với bên ngoài 119
4.2.5. Hiệu suất ứng dụng(Performance) .120
4.2.6. Độ tin cậy (Reliability) 121
4.2.7. Quản trị hệ thống (Management) .122
4.2.8. Đồ hình hệ thống (System Topology) 123
4.2.9. Môi trường đa nền tảng 123
4.2.10. Định dạng file 124
4.2.11. Việc cài đặt hệ thống .124
4.2.12. Vấn đề thông tin Grid 124
4.2.13. Tính tiện dụng 124
4.3. Thiết kế tổng quan 125
4.4. Một số vấn đề cần quan tâm trong thiết kế chi tiết và viết mã .126
4.4.1. Kiến trúc ứng dụng 127
4.4.2. Xem xét sử dụng ngôn ngữ lập trình .130
4.4.3. Vấn đề phụ thuộc của công việc vào môi trường hệ thống 131
4.4.4. Đồ hình công việc 132
4.5. Triển khai cài đặt các Grid Service .133
Mục lục
- vi -
4.5.1. Các bước xây dựng và triển khai Grid Service 134
4.5.2. Xây dựng client 140
Chương 5. Quản trị mạng và các hệ thống quản trị 142
5.1. Quản trị mạng .142
5.1.1. Khái niệm .142
5.1.2. Các lĩnh vực quản trị mạng 142
5.2. Hệ thống quản trị mạng 144
5.2.1. Mô hình và hoạt động 144
5.2.2. Một số chức năng cơ bản của một hệ thống quản trị mạng .146
5.2.3. Hệ thống quản trị mạng trong thực tế 148
5.3. Hệ thống Intrusion Detection System (IDS) .149
5.3.1. Khái niệm .149
5.3.2. Các hướng tiếp cận 149
5.4. Giới thiệu một số công cụ hỗ trợ quản trị mạng .150
5.4.1. Ethereal 150
5.4.2. Snort .152
Chương 6. Hệ thống quản trị Grid NetManager .153
6.1. Giới thiệu ý tưởng .153
6.2. Yêu cầu chức năng của một hệ thống quản trị mạng 154
6.3. Mô hình thành phần và hoạt động của hệ thống .155
6.3.1. Mô hình thành phần .155
6.3.2. Cách thức hoạt động 157
6.4. Phân tích và định hướng phát triển ứng dụng .158
6.5. Giới hạn vấn đề thực hiện của luận văn 159
Chương 7. Phân tích, thiết kế và cài đặt thử nghiệm ứng dụng .161
7.1. Phân tích .161
7.1.1. Ngữ cảnh hệ thống .161
7.1.2. Lược đồ Use Case 162
7.1.3. Đặc tả Use Case .163
7.1.4. Mô tả các dòng sự kiện 167
7.2. Thiết kế .179
7.2.1. Sơ đồ các đối tượng cài đặt 179
7.2.2. Thiết kế giao diện 180
7.3. Cài đặt & Triển khai .183
7.3.1. Công cụ và môi trường phát triển ứng dụng 183
7.3.2. Mô hình cài đặt 184
7.3.3. Mô hình triển khai 184
7.3.4. Thử nghiệm 185
Chương 8. Kết luận .186
8.1. Đánh giá 186
8.1.1. Về luận văn 186
8.1.2. Về ứng dụng .186
8.2. Hướng phát triển, mở rộng của luận văn 187
8.2.1. Về luận văn 187
Mục lục
- vii -
8.2.2. Về ứng dụng .187
8.3. Lời kết .188
Phụ lục .189
A. Các tiêu chí đánh giá tính khả khi của một dự án Grid .189
B. Định dạng file GWSDL 191
C. Kỹ thuật cài đặt các chức năng cơ bản của Grid Service 193
C.1. Kỹ thuật cài đặt Operation Provider .193
C.2. Thêm thành phần dữ liệu (Service Data Element (SDE)) 196
C.3. Cài đặt cơ chế Notification .199
C.7. Cài đặt kỹ thuật tạo service động (Transient service) 202
C.5. Kỹ thuật Logging (Ghi vết) 205
C.6. Kỹ thuật quản lý chu trình sống của service (Lifecycle Management) 206
D. Các interface của một OGSI Service 208
E. Cấu trúc một chứng chỉ điện tử .211
Tài liệu tham khảo .213
Các Website .216