BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
------------

TRẦN NGUYỄN HỒNG PHÚC

NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH GIÁM SÁT
TRỰC TUYẾN CHO HỆ PHÂN TÁN
QUY MÔ LỚN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

ĐÀ NẴNG – 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
------

-------

TRẦN NGUYỄN HỒNG PHÚC

NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH GIÁM SÁT
TRỰC TUYẾN CHO HỆ PHÂN TÁN
QUY MÔ LỚN
Chuyên ngành

: KHOA HỌC MÁY TÍNH

Mã số

: 62 48 01 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Lê Văn Sơn
2. PGS.TSKH. Nguyễn Xuân Huy

ĐÀ NẴNG – 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do tôi thực hiện, dưới sự
hướng dẫn của PGS. TS. Lê Văn Sơn và PGS. TSKH. Nguyễn Xuân Huy.
Tôi xin cam đoan các kết quả nghiên cứu được trình bày trong Luận án là
trung thực và không sao chép từ bất kỳ Luận án nào khác. Một số kết quả nghiên
cứu là thành quả tập thể và đã được các đồng tác giả đồng ý cho sử dụng. Mọi trích
dẫn đều có ghi nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng và đầy đủ.

Tác giả

NCS. Trần Nguyễn Hồng Phúc


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ TIẾNG ANH .................i

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ...............................................................................ii
DANH MỤC BẢNG BIỂU.................................................................................. iii
DANH MỤC HÌNH VẼ........................................................................................iv
MỞ ĐẦU ................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của việc nghiên cứu ................................................................1
2. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu.................................................10
3. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................11
4. Các đóng góp chính.....................................................................................12
5. Cấu trúc của Luận án...................................................................................13
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GIÁM SÁT HỆ PHÂN TÁN .........................15
1.1

Hệ phân tán và các đặc trưng cơ bản...........................................................15

1.2

Khảo sát một số mô hình và giải pháp giám sát...........................................18
1.2.1 Các tác vụ cơ bản trong giám sát và mô hình giám sát tham chiếu .......18
1.2.2 Hệ thống ZM4/SIMPLE ......................................................................20
1.2.3 Hệ thống MOTEL................................................................................22
1.2.4 Hệ thống MonALISA ..........................................................................23
1.2.5 Hệ thống giám sát PCMONS ...............................................................25
1.2.6 Công cụ giám sát tích hợp theo đối tượng............................................27

1.3

Phân tích và đánh giá giám sát hệ phân tán .................................................27
1.3.1 Phân tích và đánh giá giải pháp giám sát..............................................27
1.3.1.1 Giám sát bằng phần cứng..............................................................27
1.3.1.2 Giám sát bằng phần mềm .............................................................28

1.3.1.3 Giám sát lai ..................................................................................29


1.3.2 Phân tích và đánh giá mô hình hệ thống quản trị..................................29
1.3.2.1 Mô hình tập trung .........................................................................29
1.3.2.2 Mô hình phân tán..........................................................................30
1.3.3 Phân tích và đánh giá chức năng giám sát............................................30
1.3.4 Phân tích và đánh giá một số cơ sở kỹ thuật giám sát hệ phân tán........31
1.4

Kết chương .................................................................................................32

CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH HÓA HỆ PHÂN TÁN QUY MÔ LỚN.....................35
2.1

Thông tin cơ bản của các đối tượng được giám sát......................................35

2.2

Đề xuất mô hình kiến trúc và hành vi cơ bản cho đối tượng trong

hệ phân tán ............................................................................................................39
2.2.1 Mô hình kiến trúc cho đối tượng trong hệ phân tán..............................39
2.2.2 Mô hình hành vi cho đối tượng trong hệ phân tán ................................43
2.3

Mô hình hóa cho hệ phân tán quy mô lớn ...................................................49
2.3.1 Mô hình kiến trúc hệ phân tán quy mô lớn...........................................52
2.3.2 Mô hình hành vi hệ phân tán quy mô lớn .............................................55


2.4

Kết chương .................................................................................................61

CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH GIÁM SÁT TỔNG HỢP KIẾN TRÚC VÀ HÀNH VI
CƠ BẢN HỆ PHÂN TÁN QUY MÔ LỚN.........................................................63
3.1

Đề xuất mô hình giám sát cho hệ phân tán quy mô lớn ................................63
3.1.1 Mô hình thực thể giám sát kiến trúc.......................................................64
3.1.2 Mô hình thực thể giám sát hành vi.........................................................67
3.1.3 Mô hình hệ thống đa tác tử giám sát ......................................................71

3.2

Giải pháp giám sát cơ bản ............................................................................75
3.2.1 Giải pháp giám sát kiến trúc ..................................................................75
3.2.2 Giải pháp giám sát hành vi ....................................................................79
3.2.3 Giải pháp hỗ trợ điều chỉnh tải cho máy chủ giám sát............................82

3.3

Kết chương ..................................................................................................87


CHƯƠNG 4. THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ.............................89
4.1

Thu thập thông tin kiến trúc CPU ...............................................................89
4.1.1 Xây dựng kịch bản thực nghiệm ..........................................................90

4.1.2 Kết quả thực nghiệm và nhận xét đánh giá...........................................93
4.1.3 Kết luận ...............................................................................................98

4.2

Giám sát hoạt động của tiến trình................................................................99
4.2.1 Xây dựng kịch bản thực nghiệm ........................................................ 100
4.2.2 Kết quả thực nghiệm, phân tích và đánh giá....................................... 103
4.2.3 Kết luận ............................................................................................. 106

4.3

Giải pháp hỗ trợ điều chỉnh tải cho máy chủ giám sát ............................... 106
4.3.1 Xây dựng kịch bản thực nghiệm ........................................................ 107
4.3.2 Kết quả thực nghiệm và nhận xét đánh giá......................................... 108
4.3.3 Kết luận ............................................................................................. 110

4.4

Một số đánh giá triển khai mô hình giám sát............................................. 110
4.4.1 Phác đồ giám sát hệ phân tán quy mô lớn .......................................... 110
4.4.2 Giám sát trực tuyến hoạt động kết nối tương tác giữa các đối tượng .. 113
4.4.3 Giám sát trạng thái kết nối mạng với giao thức ICMP........................ 116
4.4.4 Giám sát với giao thức SNMP ........................................................... 119

4.5

Kết chương ............................................................................................... 121

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN......................................................... 122

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ............................ 124
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................. 125


i

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ
THUẬT NGỮ TIẾNG ANH
Từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

CFSM

Communicating Finite State
Machine

Máy trạng thái hữu hạn truyền
thông

CPU

Central Processing Unit

Bộ xử lý trung tâm

DB


Database

Cơ sở dữ liệu

HDD

Hard Disk Drive

Ổ đĩa cứng

ICMP

Internet Control Message Protocol

Giao thức thông điệp điều
khiển Internet

ISO

International Organization for
Standardization

Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế

LSDS

Large Scale Distributed System

Phân tán quy mô lớn


MEM

Memory

Bộ nhớ

MIB

Management Information Base

Cơ sở thông tin quản trị

MSS

Maximum Segment Size

Kích thước đoạn lớn nhất

RAM

Random Access Memory

Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên

SNMP

Simple Network Management
Protocol

Giao thức quản trị mạng đơn

giản

WAN

Wide Area Network

Mạng diện rộng


ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
Ký hiệu

Ý nghĩa

↔

Kết nối truyền thông

←

Phép gán

→

Xác định hoặc chuyển sang

||


Phép tổ hợp mô hình

{}

Tập giá trị rỗng

-σ

Sự kiện nhận vào

+σ

Sự kiện phát ra

Σin

Tập hợp các sự kiện nhận vào

Σout

Tập hợp các sự kiện phát ra

δ

Hàm biểu diễn chuyển đổi trạng thái

x

y


Mô tả liên kết giữa thiết bị x và thiết bị y

AM

Mô hình kiến trúc

Fi

Máy trạng thái hữu hạn truyền thông thứ i

ni

Nút mạng thứ i

PEin

Phép chiếu xác định sự kiện nhận vào

PSin

Phép chiếu xác định trạng thái ứng với sự kiện vào

PEout

Phép chiếu xác định sự kiện phát ra

PSout

Phép chiếu xác định trạng thái ứng với sự kiện phát ra


pj

Cổng thứ j trên một nút mạng

di

Độ trễ truyền thông thứ i

∪

Phép toán hợp của hai tập hợp


iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các tác vụ cơ bản trong giám sát ...........................................................19
Bảng 1.2. Chức năng hệ thống giám sát.................................................................31
Bảng 1.3. Mô hình cơ sở giám sát..........................................................................31
Bảng 1.4. Giải pháp thực thi giám sát ....................................................................32
Bảng 1.5. Mô hình giám sát...................................................................................32
Bảng 2.1. Thành phần và thuộc tính giám sát cơ bản .............................................37
Bảng 2.2. Danh sách các mô hình trong giám sát tổng hợp ....................................38
Bảng 3.1. Danh sách thực thể giám sát kiến trúc....................................................65
Bảng 3.2. Danh sách thực thể giám sát hành vi ......................................................67
Bảng 3.3. Danh sách tác tử giám sát ......................................................................71
Bảng 3.4. Tải hệ thống và mức độ sử dụng CPU [79] ............................................83
Bảng 4.1. Thông tin giám sát thành phần cơ bản trong nút mạng ...........................91
Bảng 4.2. Thông tin giám sát thành phần cơ bản trong lớp mạng ...........................91
Bảng 4.3. Bảng tham số mô phỏng thực nghiệm giám sát kiến trúc CPU...............92

Bảng 4.4. Bảng kết quả giám sát kiến trúc CPU ....................................................94
Bảng 4.5. Bảng tham số thực nghiệm giám sát hoạt động tiến trình ..................... 103
Bảng 4.6. Bảng nhận xét giải pháp giám sát hoạt động tiến trình ......................... 105
Bảng 4.7. Thông tin liên quan điều chỉnh tải........................................................ 107
Bảng 4.8. Bảng tham số mô phỏng thực nghiệm điều chỉnh tải............................ 108
Bảng 4.9. Các bước triển khai giám sát hệ phân tán quy mô lớn .......................... 111
Bảng 4.10. Bảng nhận xét giải pháp giám sát hoạt động kết nối tương tác ........... 116
Bảng 4.11. Bảng nhận xét giám sát kết nối mạng với ICMP ................................ 118


iv

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. Tình hình kết nối Internet từ giai đoạn 1994 đến hiện nay [80] ...................1
Hình 2. Sự phát triển lĩnh vực ICT từ giai đoạn 2001 đến 2016 [81]........................2
Hình 3. Sự phát triển kỹ thuật mạng di động từ giai đoạn 2007 đến 2016 [81] .........3
Hình 4. Tình hình sử dụng Internet từ giai đoạn 2001 đến 2016 [81] .......................3
Hình 5. Tỷ lệ người sử dụng Internet năm 2016 [81] ...............................................4
Hình 6. Thống kê và dự báo lưu lượng IP Internet [81]............................................4
Hình 7. Sơ đồ logic của hệ thống mạng tại MoBiFone khu vực 3 ............................8
Hình 1.1. Mô hình tham chiếu của Samani và Sloman [49] ...................................19
Hình 1.2. Kiến trúc ZM4 [48]................................................................................20
Hình 1.3. Kiến trúc SIMPLE [30]..........................................................................21
Hình 1.4. Kiến trúc MOTEL [67] ..........................................................................22
Hình 1.5. Kiến trúc MonALISA [52] .....................................................................24
Hình 1.6. Kiến trúc PCMONS [14]........................................................................26
Hình 2.1. Các hoạt động cơ bản của đối tượng được giám sát................................36
Hình 2.2. Một số thông tin giám sát cơ bản............................................................37
Hình 2.3. Mô hình kiến trúc một nút mạng ............................................................40
Hình 2.4. Mô hình tổ hợp kiến trúc........................................................................41

Hình 2.5. Hoạt động tương tác giữa các CFSM......................................................43
Hình 2.6. Quá trình truyền dữ liệu đơn giản...........................................................45
Hình 2.7. Quá trình truyền dữ liệu với CFSM ........................................................45
Hình 2.8. Quá trình truyền thông tương tác giữa hai máy trạng thái.......................47
Hình 2.9. Kết quả tổ hợp hoạt động truyền thông...................................................49
Hình 2.10. Mô hình phân cấp hệ thống mạng quy mô lớn......................................50
Hình 2.11. Không gian địa chỉ phân cấp ................................................................51
Hình 2.12. Mô hình quản trị phân cấp của LSDS...................................................52


v
Hình 2.13. Minh họa cho mô hình kiến trúc tổng hợp ............................................54
Hình 2.14. Mô hình hành vi cơ bản........................................................................55
Hình 2.15. Mô hình hoạt động các thành phần PROC_CPU_RAM........................59
Hình 2.16. Tổ hợp hoạt động các thành phần PROC_CPU_RAM..........................59
Hình 3.1. Mô hình giám sát tổng quát....................................................................63
Hình 3.2. Mô hình giám sát kiến trúc LSDS ..........................................................65
Hình 3.3. Mô hình giám sát hành vi LSDS ............................................................67
Hình 3.4. Máy trạng thái hữu hạn truyền thông giám sát hành vi ...........................69
Hình 3.5. Mô hình hệ thống tác tử giám sát ...........................................................72
Hình 3.6. Mô hình tương tác của hệ thống giám sát ...............................................73
Hình 3.7. Phương pháp thu thập thông tin của ME_AM_MO .................................75
Hình 3.8. Phương pháp thu thập thông tin hành vi các thành phần cơ bản..............79
Hình 3.9. Đánh giá sử dụng CPU [79] ...................................................................83
Hình 3.10. Giải pháp điều chỉnh tách tải giám sát ..................................................85
Hình 3.11. Giải pháp điều chỉnh gộp tải giám sát...................................................85
Hình 4.1. Cấu trúc giám sát thành phần CPU ở mức lớp mạng ..............................90
Hình 4.2. Thông tin giám sát CPU theo mức lớp mạng và nút mạng ở kịch bản 1 .95
Hình 4.3. Thông tin giám sát CPU theo mức lớp mạng và nút mạng ở kịch bản 2..96
Hình 4.4. Gói tin giám sát CPU theo mức lớp mạng và nút mạng ở kịch bản 1 ......97

Hình 4.5. Kiến trúc kết nối mạng của hệ thống xử lý dữ liệu cước....................... 100
Hình 4.6. Quản lý hành vi tiến trình login............................................................ 101
Hình 4.7. Quản lý hành vi tiến trình import ......................................................... 102
Hình 4.8. Màn hình giám sát hệ thống xử lý dữ liệu cước.................................... 104
Hình 4.9. Thời gian thực hiện xử lý dữ liệu cước................................................. 104
Hình 4.10. Màn hình mô phỏng thực nghiệm điều chỉnh giám sát........................ 108
Hình 4.11. Kết quả trước và sau khi thực hiện điều chỉnh tải ............................... 109
Hình 4.12. Thông tin giám sát truyền thông trên hệ thống ................................... 112
Hình 4.13. Kết quả truyền thông trên hệ thống sau khi thực hiện gom nhóm ....... 113


vi
Hình 4.14. Máy trạng thái giám sát hoạt động kết nối tương tác .......................... 114
Hình 4.15. Giám sát hoạt động kết nối tại MoBiFone khu vực 3.......................... 115
Hình 4.16. Mô hình hoạt động ICMP với công cụ hệ thống ................................. 117
Hình 4.17. Mô hình giám sát kết nối mạng tại MoBiFone khu vực 3 ................... 117
Hình 4.18. Mô hình ứng dụng giao thức SNMP tại MoBiFone khu vực 3............ 120


Luận án đủ ở file: Luận án full